发生地震时,建筑如何安全不倒?最大的功臣是阻尼

来源:建筑界编辑:林玲玲发布时间:2022-02-09 13:44:25

[摘要] 在高强度地震发生时,还是有一些建筑很坚固,这只要是动载荷(如地震作用、风荷载)作用下的结构响应很大程度上取决于阻尼特性。因此,了解结构的阻尼对结构的抗震、抗风性能分析极为重要。


  一、什么是阻尼?

  结构从外界获取了足够的能量就会发生振动,随着外界输入的能量衰减,结构的动能将不断减小,最终达到平衡状态。阻尼是描述振动中的结构受到阻滞使得结构能量(动能为主)随时间耗散的物理现象,是结构/材料的动力特性。

  建筑结构中阻尼主要来自于结构变形过程中材料的内摩擦作用、不同材料和构件之间的相互摩擦、结构构件和非结构构件之间的摩擦以及土与结构相互作用等等。

  二、结构设计中阻尼比的选取

  阻尼比是阻尼振动的实际阻力与产生临界阻尼所需要阻力的比值,是用以衡量阻尼力大小的一个无量纲指标,需要通过大量的理论和试验研究确定。

  阻尼比对地震影响系数的影响

  阻尼比对结构设计的影响主要体现地震影响系数的取值上,体现了阻尼对地震动能量的耗散作用。国内外的相关设计规范都根据实测数据和相关资料,按结构类型和材料分类给出了供一般分析采用的阻尼比参考值。

  三、国内外规范对阻尼比的规定

  1.《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)

  混凝土结构:取值0. 05;

  钢结构:多遇地震取值0. 02~0. 04 ,弹塑性分析取值 0. 05;

  ( 偏心支撑适当提高0. 005 )

  下部结构为混凝土,屋盖为钢结构:取值0.025~0. 035

  2. 《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)

  预应力框架混凝土结构:取值 0. 03

  3.《高层建筑混凝土结构技术 规程》( JGJ 3—2010)

  混凝土结构:取值0.05;

  混合结构:多遇地震取值0.04;

  采用等效弹性方法时适当考虑结构阻尼比增加

  (一般不大于0. 02);

  4.《构 筑 物 抗 震 设 计 规 范 》( GB 50191—2012)

  框排架结构:取值 0. 03;

  锅炉钢结构、 筒仓、井塔各有规定;

  5.《组合结构设计规范》(JGJ138—2016)

  组合结构取值0.04,高度超过200m时取值0.03

  6.高层建筑基于性能的抗震设计指南(PEER-2017)

  0. 025 ≤ξ≤0.2/(H^0.5),ξ≤0.05,H为结构高度

  7.高层建筑抗震设计与分析的建模与准则(ATC-72-1)

  ξ= a/30,N<30,N为楼层数量

  ξ=a/N,N>30,a取值范围0. 6~1. 2

  (钢结构取下限,混凝土结构取上限,适用于非线性分析)

  8.美国荷载规范(ASCE/SEI7-10)

  一般取值0.05

  9.欧洲结构抗震设计(BSEN1998-1)

  一般取值0.05

  (以上引自“张谨, 龚敏锋, 杨律磊. 阻尼在结构动力计算中的理解与应用[J]. 建筑结构, 2019, v.49;No.493(01):64+81-87“)

  此外,在确定结构脉动风荷载的共振分量因子时,《建筑结构荷载规范》中给出的阻尼比取值为:钢结构0.01,对有填充墙的钢结构房屋可取0.02,对钢筋混凝土及砌体结构可取0.05,对其他结构可根据工程经验确定。

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