钢结构门厅支撑选型和耗能支撑布置分析

摘要：本文对全钢支撑、全部阻尼支撑和混合支撑三种方案与纯框架结构进行计算分析，确定了支撑布置的最佳方案。

关键词：支承选型；耗能减震；粘滞阻尼器；混合支承

上世纪八十年代以来，国内外兴起了各种减震及控震技术，其基本思想是在工程结构的特定部位装设某种装置（如隔震垫等），或某种机构（如耗能器、耗能支撑、耗能节点、耗能剪力墙等），或某种子结构（如调频质量等），或施加外力（外部能量输入），以调整或改变结构的动力特性使工程结构在地震作用下的动力反应（加速度、速度、位移）得到合理控制，确保结构本身及建筑物中的人、仪器、设备、装饰等的安全和正常使用。

1耗能减震技术的优点

与传统的抗震技术相比，耗能减震技术具有很多有点，从安全性、经济性、技术合理性等方面考虑如下：

（1）安全性：与传统的抗震技术相比，耗能减震结构体系专门设置了非承重的耗能构件或耗能装置，在地震作用下率先消耗地震能量，并迅速衰减结构的地震反应，具有极大的耗能能力。此外，由于耗能构件仅在结构发生变形的过程中起到耗能作用，并不承担结构的承载作用，因此对结构的安全性和承载能力不构成任何的威胁或影响，是一种安全可靠的结构减震体系。

（2）经济性：耗能减震结构体系是通过“柔性耗能”的途径来消耗输入结构中的地震能量，以达到减少结构的地震反应的目的。根据国内外一些工程应用资料总结，与采用传统抗震结构体系相比，采用耗能减震结构体系可节约结构造价5%～10%；对比传统抗震加固方法，若将耗能减震用于旧有建筑结构的耐震性能改造加固中，可节省造价10%～60%。

2支承方案的对比分析

基于减小结构温度作用效应和减小结构地震反应的考虑，采用粘滞阻尼支撑代替（或部分代替）纯钢支撑。由于粘滞阻尼器是速度型的耗能减震装置，在温度荷载作用下，不对结构产生等效抗侧刚度，但在地震荷载作用下，能提高附加阻尼力，产生耗能减震的作用，减小结构的地震反应。常州凤凰谷大剧院钢结构门厅从支撑布置位置对结构地震反应、扭转效应及温度荷载影响等方面，对全钢支撑、全部阻尼支撑和混合支撑三种方案与纯框架结构进行计算分析，以确定支撑布置方案。

2.1周期比

2.2基地剪力

从基底剪力看，钢支撑的设置会增大结构的基底剪力，而粘滞阻尼器会减小结构的基底剪力，因此全部粘滞阻尼器支撑结构的基底剪力最小，而全钢支撑的基底剪力最大。混合支撑中钢支撑的存在会增大结构的基底剪力，而粘滞阻尼器能通过耗能作用减小结构的基底剪力，对于混合支撑的基底剪力与纯框架较为接近，即钢支撑的增大作用与粘滞阻尼器的减小作用接近抵消。

2.3层间位移角

不论是全部钢支撑、全部阻尼器支撑还是混合支撑，通过支撑体系的设置，相比纯框架结构，均能显著减小层间位移角。钢支撑通过提高抗侧刚度减小位移反应，粘滞阻尼器通过耗能耗散输入结构的地震能量从而减小位移反应。对于本工程粘滞阻尼器减小位移反应的效果要大于钢支撑，因此四种结构的层间位移角相互关系为：纯框架大于全部钢支撑，大于混合支撑，大于全部阻尼器支撑。

2.4扭转位移

2.5等效附加阻尼

从等效附加阻尼比看，耗能支撑的设置在地震下会耗散输入的地震能量，因此粘滞阻尼器的数目越多，耗能能力越大，此时等效附加阻尼比越大。

2.6温度

钢支撑的设置会显著增大温度荷载作用下支撑及柱的受力，并且随着支撑设置的增多而增大。对于全钢支撑模型，支撑及柱底的最大轴力较大，尤其是Y向。采用混合支撑后，此时相比全钢支撑结构，X向的支撑最大轴力、柱底最大轴力和梁最大轴力变化不大，均有所减小。对于Y向，相比全钢支撑结构，混合支撑设置能显著降低支撑的最大轴力（52%）、柱底最大轴力（59%）和梁最大轴力（51%）。由此可见混合支撑相比全钢支撑能显著减小温度作用的影响，尤其是Y向。

3支承方案的确定

4支承布置方案

图1拟采用粘滞阻尼器支撑实例

图2单跨粘滞支撑布置图

基于前文支撑体系的分析结果，本工程采用钢支撑加粘滞阻尼器支撑的混合支撑体系（图3和图4），一共设置46个粘滞阻尼器，其中X向16个Y向30个。

图3 混合支撑布置图

图4 混合支撑立面图