结构设计软件的阻尼器减震设计

   结构设计软件的阻尼器减震设计
窦丽娟
  阻尼器减震技术作为一种有效的抗震与抗风手段，近年来得到了广泛应用。它通过巧妙的设计，能够在地震、强风等自然灾害来临时，有效降低建筑物的振动幅度，保障建筑结构的完整性以及内部人员和财产的安全。
 在现代建筑结构设计领域，提升建筑物在地震、风振等动态荷载下的安全性与稳定性至关重要。阻尼器减震设计凭借其独特优势，在这一过程中发挥着不可或缺的作用。结构设计软件更是为阻尼器减震设计搭建了高效的技术平台，极大地优化了设计流程，显著提升了设计效果。
     一、结构设计软件在阻尼器减震设计中的应用流程
1.建立结构模型​
借助盈建科结构设计软件、pkpm等专业结构设计软件，依据建筑结构选择合适阻尼器类型及空间位置，充分考虑结构的空间受力特性与连接方式，进行有效的减震设计。
 以在盈建科结构设计软件为例，加阻尼器减震模型需注意以下问题：
（1）周期折减系数
周期折减系数是目前争议较多的一个参数，正常的混凝土框架结构抗震计算可根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010(后面简称《高规》)4.3.17取0.6~0.7，但根据《建筑结构抗震性能化设计标准》 T/CECA20024-2022 5.3.6条文说明中的参数要求，在构件进行弹性设计、不屈服验算和极限承载力验算时，有关计算中震/大
震不考虑周期折减，但考虑到安全性在工程中还是取到了0.95的折减系数。
（2）阻尼比
    对于消能减震的结构模型，先将阻尼器(消能部件)布置于结构中，并调整消能器的数量和位置，再对消能残震结构进行计算，反算出消能器在相应的阻尼比情况下的位移。因无法预先估计主体结构在加入消能部件后的最终变形情况，故在最初结构设计时设计参数中阻尼器的等效刚度和等效阻尼可选择迭代确定。在结构模型的第一次计算时，可先根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(后面简称《抗规》)5.1.5阻尼比取5，然后通过阻尼器的恢复力模型和相应的公式求解消能减震结构的附加阻尼比，结构设计模型会并反复选代，计算出附加阻尼比，并且在预先假设的阻尼比接近时计算结束并将迭代得到的结果回带至结构计算中。
采用附加阻尼比的选代方法计算步骤如下:
①.假定各个消能器的设计参数和消能减震结构的总阻尼比与ζ；
②.将消能减震结构的总阻尼比和各个消能器的设计参数代入分析模型中，根据现行国家标准《抗规》的规定，采用振型分解反应谱法进行结构分析。
③ .经结构分析可得第i楼层的水平减力Fi、水平地震作用标准值的位移ui及第j个消能器的阻尼力Fdj及相对位移Δudj。
    ④.计算消能器附加给结构的有效阻尼比ζd。
⑤.重新修正各个消能器的设计参数，并计算消能减震结构的总阻尼比。
⑥.将步骤5计算得到的消能减震结构的总阻尼比和各个消能器的参数作为初始假设值，重复步骤2一步骤5。反复选代直至步骤2使用的消能减震结构的总阻尼比与步骤5计算得到的消能减震结构的总阻尼比接近。
影响附加阻尼比计算结果的若干因素?
a.消能装置在结构中的布置。
通常，应将消能装置布置在结构中楼层相对变形或相对速度大的位置。
    b.消能元件在消能子结构中的相对位置。
    真实结构中框架梁有一定的高度，而在力学分析模型中，梁单元的轴线一般位于楼层标高处，取值的不同，将改变计算模型中消能器两端相对位移的取值。因此在布置消能器具体位置时，宜考虑上述因素。
c.消能器连接部件的刚度。
迭代计算确定可以自动计算阻尼器的等效刚度和等效阻尼；并同时计算无阻尼器模型。计算反应谱的参数（除时程分析选项）；选FNA（直接积分法，用整体结构积分求解，计算时间较长）；最大附加阻尼比一开始可填0.25，选择迭代计算则计算数值较小时软件自动回填，较大时会限制在0.25以内。若选择采用输入的等效线性属性，则在计算结束后手动将期待的阻尼比进行回填。
    通常，消能器连接部件的刚度越大，越有利于发挥消能器的耗能能力。连接部件与主体结构采用铰接或者刚规时。对结构刚度有所影响，进而进一步影响附加阻尼计算结果。
迭代计算得到的附加阻尼比可能很大，不一定是设计人员想要的结果。一般情况下，当迭代计算的附加阻尼比小于最大附加阻尼比时的时候，软件基本上是将迭代得到的结果回带至结构计算中。当迭代计算的附加阻尼比大于最大附加阻尼比时的时候，软件是最大附加阻尼比回带至结构计算中。有时发现软件迭代得到的附加阻尼比虽然小于最大附加阻尼比,但是振型阻尼比还是显示的最大附加阻尼比的结果。
我们程序的是执行流程是先进行两个方向的选代计算，分别得到DAMP-EX和DAMP-EY里的两个总体的阻尼比，但是这两个阻尼比不是最终计算用的振型阻尼比，后面程序又进行了一定的转化，根据这两个方向迭代收敛时的状态，计算振型阻尼比。一般来说，DAMP-EX和DAMP-EY里的两个总体的阻尼比会近似于振型阻尼比的前两个数，但有些时候振型不是很规则的X和Y方向，所以就和DAMP-EX和DAMG-5Y里的两个总体的阻尼比不太一致。
关于选波问题，减隔震结构为了验证反应谱与地震波在关键周期点上的差值，选波参数的阻尼比数值，建议可以先按5%或者4%考虑进行初步的地震波选择，然后经过计算确定附加阻尼比之后可以再对比一下某一个确定的考虑了附加阻尼比后的总阻尼比的波谱和规范谱，最后确定合适的阻尼比值输入。
    （3）、楼面加速度
    选波，Tg中震选设防地震规定值，大震加0.05s(若在选择时无可选的值，在上下两个值中选择合适的地震波)。可单独选波即筛选一条天然波或人工波，在筛选出的地震波中选择符合规范的波。地震影响系数最大值跟峰值加速度根据规范数值填入，使得波谱数据更贴近规范数值。
地震波的数量方面，应依据建筑场地类别和设计地震分组选用不少于两组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，即地震波应包含两条天然波与一条人工波。地震波选择的合理性，则需确保所选波的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所采用的地赛影响系数曲线在统计意义上相符。具体而言，输入地震记录的平均地震影响系数与规范采用的反应谱相比，应相差不大于20%。根据规范选择地震影响系数最大值跟峰值加速度调整反应谱，周期差值不超过20%。
地震时正常使用建筑的最大楼面水平加这度限值为客观值，基于国内多次地震的地震烈度划分标准，0.1g:地震烈度7度标准，人骨惊惶从室内速出，驾驶汽车的人也有感觉，轻家具移动，书物用具掉落:0.2g:地震烈度8度标准，人感到走路困难，家具移动，部分翻到。进一步结合中国地震局工程力学研究所对医疗建筑及设备的试验结果。楼面加速度为 0.20g基本能保证建筑内设备和药品柜，以及内部药品的正常使用。建筑设防地震时最大接面水平加速度限值为0.20g。规定Ⅱ类建筑设防地震时最大楼面水平加选度限值为0.35g。
二、与其他软件的协同工作​
盈建科、pkpm等结构设计软件拥有良好的接口，能够与其他相关软件实现协同作业。当我们完整建立一个模型之后可转化到其他软件进行核算，不仅满足规范对于减震模型的要求，更可以使得模型更加准确，结构更合理，实现建筑结构软件之间的协同设计，大幅提高设计效率。也可施工管理软件协同，则有助于在施工过程中严格把控阻尼器的安装质量。施工管理软件可以根据结构设计软件中的阻尼器布置信息，制定详细的施工计划和质量控制方案，确保阻尼器的安装位置、连接方式等符合设计要求，从而保障整个结构减震系统的有效性。​
综上所述，结构设计软件在阻尼器减震设计中占据着核心地位。设计师合理运用这些功能强大的软件，能够高效、精准地完成阻尼器减震设计工作，为建筑物提供可靠的抗震、抗风保障，切实提升结构的安全性与稳定性，满足现代建筑对结构性能的高要求。随着科技的不断进步，结构设计软件也将持续升级，为阻尼器减震设计带来更多创新和优化的可能性，推动建筑结构设计领域不断向前发展。