打开文本图片集

摘要：本研究旨在探讨基于消能减震技术的高层建筑结构动力响应分析。消能减震技术作为一种有效的结构控制方法，被广泛应用于高层与大跨度建筑，旨在减轻地震等外界力对结构造成的影响。通过对消能减震技术对高层建筑结构动力响应的影响进行分析，我们将探讨其减震效果、对结构刚度和周期的影响以及对结构动态响应的影响。此外，我们将通过案例研究来展示基于消能减震技术的高层建筑结构动力响应分析的实际应用。

关键词：消能减震技术；高层建筑；动力响应分析

引言

随着城市化的快速发展和人口的不断增长，高层建筑在现代城市中扮演着越来越重要的角色。然而，高层与大跨度建筑面临的地震等自然灾害风险也日益凸显。为了确保高层建筑的结构安全和可靠性，消能减震技术作为一种重要的结构控制方法逐渐受到关注和应用。本研究旨在探讨基于消能减震技术的高层建筑结构动力响应分析，以揭示该技术对结构性能和地震响应的影响。通过本研究的成果，我们期望能够为结构工程师、设计师和相关从业人员提供有价值的指导和决策支持，促进消能减震技术在高层建筑领域的应用和发展。

一、消能减震技术概述

消能减震技术作为一种结构控制手段，在高层建筑领域具有重要的应用价值 [1]。

2021 年 7 月 19 日，住房和城乡建设部公布了《建设工程抗震管理条例》，同年 9 月 1 日正式施行。第十六条 学校、幼儿园、医院、养老机构、儿童福利机构、应急指挥中心、应急避难场所、广播电视等建筑，应当按照不低于重点设防类的要求采取抗震设防措施。位于高烈度设防地区、地震重点监视防御区域的新建学校、幼儿园、医院、养老机构、儿童福利机构、应急指挥中心、应急避难场所、广播电视等建筑应当按照国家有关规定采用隔震减震等技术，保证发生本区域设防地震时满足正常使用要求。

本部分将对消能减震技术进行概述，包括其定义、原理、分类和在高层建筑结构中的应用。

（一）定义与原理：消能减震技术是指通过引入能量吸收装置，在地震等外界力作用下吸收和耗散结构的动能，从而减轻结构的动态响应。其原理基于能量转换和能量耗散的理念，通过控制结构的动力特性，减小地震等外界荷载对结构的影响。遇到小震时提高结构抗测刚度，遇到大震时改善结构的抗扭性能以及增强结构的耗能能力。与传统的结构抗震设计相比，消能减震技术的引入，技术先进，抗震效果好，装配化程度高，符合建筑工业化的发展方向。

（二）分类：消能减震技术根据其工作原理和结构特点可分为多种类型，常见的包括：

2.1 位移型阻尼器：金属阻尼器、防屈曲约束支撑 （BRB），利用金属材料屈服时产生的弹塑性滞回变形或构件相对运动产生摩擦做功来耗散地震能量（与阻尼器两端相对位移有关）。

2.2 速度型阻尼器：杆式黏滞阻尼器、黏滞阻尼墙、黏弹性阻尼器，在地震往复作用下利用黏滞材料的阻尼特性耗散地震能量（与阻尼器两端相对速度有关），从而降低结构的动态响应，保护建筑主体结构。

黏弹性消能器可做成拉压型（a）、（b）、（c） 和剪切型 （d）。拉压型消能器与支撑、主体结构一般采用法兰或螺栓连接；剪切型消能器一般用于人字形支撑和门架型支撑，其与支撑、主体结构通常采用螺栓连接。

2.2 减震结构反应谱曲线

2.1&2.2 减震装置常用发挥作用阶段

2.3 摇摆梁：通过在结构上安装摇摆梁，利用其摇摆运动的特性来减小结构的振动幅度和能量传递。

（三）在高层建筑结构中的应用：消能减震技术在高层与大跨度建筑结构中有广泛的应用，通过安装消能器以减小建筑结构的地震或风振相应，主要应用领域：

3.1 对抗震安全性有较高要求的新建建筑（包括钢结构、混凝土结构及混合结构的多、高层建筑和大跨度建筑）。

3.2 在风荷载作用下不满足位移或舒适度要求的新建建筑及既有建筑。

3.3 需要抗震加固的既有建筑。

3.4 使用功能有特殊要求的建筑。

二、消能减震（振）结构的计算流程

消能减震技术作为一种结构控制手段，对高层建筑结构的动力响应具有重要影响。首先，消能减震技术能够显著减小结构的动态响应，提高结构的抗震性能。其次，消能减震技术的应用对结构的刚度和周期产生影响，需要在设计中进行合理的考虑和调整 [2]。最后，不同的消能减震技术适用于不同类型的结构和设计要求，需要根据具体项目的特点进行选择和优化。

基于消能减震技术的高层建筑结构动力响应分析案例研究黏滞阻尼器适用于对抗震设防有特殊要求的新建建筑、改善高层建筑风振舒适性以及既有结构加固改造工程。

西部某地国际机场扩建工程，采用黏滞阻尼器及黏弹性阻尼器作为结构的减震技术应用。项目属于交通枢纽，重要性程度高；建筑平面尺寸大，多处结构不规则，结构扭转效应明显；项目所在地经安评结果设计基本地震加速度 0.18g，接近 8 度，地震作用大，应采用提高整体结构抗震性能的有效措施。

本项目结构设计时比较了人字形黏滞阻尼支撑与肘节式黏滞阻尼支撑，在耗能效果与造价方面进行了量化比较，肘节式黏滞阻尼支撑相比之下在小、中、大震下均能耗能，小震下地震作用降低约 15%，耗能效率较高，总体阻尼器造价 1200 万（约合单价 25 元 /m2）.

黏弹性阻尼支撑主要沿结构四周布置，提高整体抗扭刚度；黏滞阻尼支撑主要均匀布置于结构内部；均采用肘节放大布置方式，可将层间变形放大约 2 倍，阻尼器位移放大效应明显，耗能提升。

通过上述案例研究，我们可以深入了解不同消能减震技术在高层建筑结构中的应用效果和优势 [3]。在实际工程项目中，结构工程师和设计师可以根据具体需求选择合适的消能减震技术，以优化结构的抗震性能和地震安全性。

四、消能减震技术的展望

我国高烈度地震区分布广泛，且中国城市话发展迅速，大跨度及高层建筑越来越普及，根据国家政策要求，必须采用有效的减隔震技术措施，提高建筑的抗震性能以及使用品质。消能减震技术已经成熟，被广泛应用于大跨复杂建筑中，可有效降低地震作用，改善结构抗震性能。

在应用消能减震技术时，需要考虑结构特点、地震条件、经济性和可行性等多个因素。通过本研究的成果，我们可以进一步推动消能减震技术在高层建筑领域的应用和发展，提高高层建筑的抗震性能和地震安全性，为城市发展和人民生活提供更安全、可靠的建筑环境。

参考文献：

[1] 贺锋 ， 卓军 ， 陶洪明 ， 等 . 消能减震技术在结构抗震加固 工 程 中 的 应 用 [J]. 工 程 抗 震 与 加 固 改 造 ， 2015， 37（4）：6.DOI：10.16226/j.issn.1002-8412.2015.04.014.

[2] 叶列平等 . " 高层建筑结构消能减震技术 ." 高层建筑抗震技术交流会 中国建筑学会 ， 2005.

[3] 高卫红 . " 减震隔震技术下高层建筑消能减震结构概念设计 ." 华南地震 040.004（2020）：140-145.

[4]《建筑消能阻尼器》 JG/T209-2007