液体粘滞阻尼器在超高层建筑抗风中的应用

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近几十年间,超高层结构建筑在我国发展迅速,由于遮挡物少,超高层建筑上部楼层会受到强烈的风荷载,进而给结构上部楼层带来感知较强的振动,这会引起人们极度的不适与恐慌。而只靠加强建筑自身结构来抵抗风荷载往往会带来巨大的经济消耗,还会使建筑质量直线上升。因此,以抗风为主的消能减振需求逐渐被体现出来,各种消能减振方案被结构工程师们应用。其中,发展较为成熟、被大众所熟知的是利用调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,简称TMD)抗风;而近些年,利用液体粘滞阻尼器抗风也得到了发展。在过去,液体粘滞阻尼器被专用于来抗震。相对于TMD,液体粘滞阻尼器有着诸多优势。本文针对液体粘滞阻尼器的基本构造、工作原理、设计方法、模拟过程做了详细的介绍。超高层建筑利用液体粘滞阻尼器抗风中,液体粘滞阻尼器有多种连接方式,文中对多种连接方式做了展开介绍。连接方式的优化可以帮助液体粘滞阻尼器更好地发挥作用,甚至达到成倍的效果,近而减少液体粘滞阻尼器的数量。文中针对TMD的基本构造、工作原理、设计方法、模拟过程做了详细的介绍。通过具体的超高层公寓案例分析,详细比较了液体粘滞阻尼器与TMD的抗风效果。风洞试验分析结果表明,高度超过250m、高宽比达到了10.7的某高级公寓大厦在10年一遇风荷载下,结构最高层加速度明显高于我国现行规范中所规定的公寓舒适度限值。于是采用添加以消能减振设备为主的结构保护系统控制结构楼层加速度。文中共设计了三种减振方案,第一种是利用64套对角连接的液体粘滞阻尼器进行减振;第二种是利用58套套索连接(肘节式连接)的液体粘滞阻尼器进行减振;第三种是应用质量块为600吨的TMD进行减振。通过建筑三维模拟软件ETABS分析,得到在10年一遇风荷载下,各个方案对楼层加速度、层间位移角、楼层剪力的影响,并用三种方法:插值法、规范法、能量法计算了各方案带给结构的附加阻尼比,对比得出最优方案;另外对三种方案做了协助抗震分析。分析结果表明,以特定连接方式安装在特定位置的一定数量的液体粘滞阻尼器可以比质量块为600吨的TMD起到相当或更好的抗风效果。
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