12.3　房屋消能减震设计要点

12.3.1　消能减震设计时，应根据多遇地震下的预期减震要求及罕遇地震下的预期结构位移控制要求，设置适当的消能部件。性能部件可由消能器及斜撑、墙体、梁等支承构件组成。消能器可采用速度相关型、位移相关型或其他类型。

注：1　速度相关型消能器指黏滞消能器和黏弹性消能器等；

　　2　位移相关型消能器指金属屈服消能器和摩擦消能器等。

12.3.2　消能部件可根据需要沿结构的两个主轴方向分别设置。消能部件宜设置在层间变形较大的位置，其数量和分布应通过综合分析合理确定，并有利于提高整个结构的消能减震能力，形成均匀合理的受力体系。

12.3.3　消能减震设计的计算分析，应符合下列规定：

　　1　当主体结构基本处于弹性工作阶段时，可采用线性分析方法作简化估算，并根据结构的变形特征和高度等，按本规范第 5.1 节的规定分别采用底部剪力法、振型分解反应谱法和时程分析法。消能减震结构的地震影响系数可根据消能减震结构的总阻尼比按本规范第 5.1.5 条的规定采用。

　　消能减震结构的自振周期应根据消能减震结构的总刚度确定，总刚度应为结构刚度和消能部件有效刚度的总和。

　　消能减震结构的总阻尼比应为结构阻尼比和消能部件附加给结构的有效阻尼比的总和；多遇地震和罕遇地震下的总阻尼比应分别计算。

　　2　对主体结构进入弹塑性阶段的情况，应根据主体结构体系特征，采用静力非线性分析方法或非线性时程分析方法。

　　在非线性分析中，消能减震结构的恢复力模型应包括结构恢复力模型和消能部件的恢复力模型。

　　3　消能减震结构的层间弹塑性位移角限值，应符合预期的变形控制要求，宜比非消能减震结构适当减小。

12.3.4　消能部件附加给结构的有效阻尼比和有效刚度，可按下列方法确定：

　　1　位移相关型消能部件和非线性速度相关型消能部件附加给结构的有效刚度应采用等效线性化方法确定。

　　2　消能部件附加的有效阻尼比可按下式估算：

　　　　（12.3.4-1）

式中：ξ_a——消能减震结构的附加有效阻尼比；

　　 W_cj——第 j 个消能部件在结构预期层间位移 △u_j 下往复循环一周所消耗的能量；

　　　W_s——设置消能部件的结构在预期位移下的总应变能。

注：当消能部件在结构上分布较均匀，且附加给结构的有效阻尼比小于 20％时，消能部件附加给结构的有效阻尼比也可采用强行解耦方法确定。

　　3　不计及扭转影响时，消能减震结构在其水平地震作用下的总应变能，可按下式估算：

W_s＝（1/2）∑F_iu_i　　　　（12.3.4-2）

式中：F_i——质点 i 的水平地震作用标准值；

　　　u_i——质点 i 对应于水平地震作用标准值的位移。

　　4　速度线性相关型消能器在水平地震作用下往复循环一周所消耗的能量，可按下式估算：

W_cj＝（2π²/T₁）∑C_jcos²θ_jΔu_j²　　　　（12.3.4-3）

式中：T₁——消能减震结构的基本自振周期；
　　　C_j——第 j 个消能器的线性阻尼系数；
　　　θ_j——第 j 个消能器的消能方向与水平面的夹角；
　　 Δu_j——第 j 个消能器两端的相对水平位移。
　　当消能器的阻尼系数和有效刚度与结构振动周期有关时，可取相应于消能减震结构基本自振周期的值。
　　5　位移相关型速度非线性相关型和其他类型消能器在水平地震作用下往复循环一周所消耗的能量，可按下式估算：

W_cj＝A_j　　　　（12.3.4-4）

式中：A_j——第 j 个消能器的恢复力滞回环在相对水平位移 Δu_j 时的面积。

　　消能器的有效刚度可取消能器的恢复力滞回环在相对水平位移 Δu_j 时的割线刚度。
　　5　消能部件附加给结构的有效阻尼比超过 25％时，宜按 25％计算。

12.3.5　消能部件的设计参数，应符合下列规定：
　　1　速度相关型消能器与斜撑、墙体或梁等支承构件组成消能部件时，支承构件沿消能器消能方向的刚度应满足下式：

K_b≥（6π/T₁）C_D　　　　（12.3.5-1）

式中：K_b——支承构件沿消能器方向的刚度；

　　　C_D——消能器的线性阻尼系数；

　　　T₁——消能减震结构的基本自振周期。

　　2　黏弹性消能器的黏弹性材料总厚度应满足下式：

t≥Δu/[γ]　　　　　　（12.3.5-2）

式中：t——黏弹性消能器的黏弹性材料的总厚度；

　　 Δu——沿消能器方向的最大可能的位移；

　　[γ]——黏弹性材料允许的最大剪切应变。

　　3　位移相关型消能器应由往复静力加载确定设计容许位移、极限位移和恢复力模型参数。位移相关型消能器与斜撑、墙体或梁等支承构件组成消能部件时，该部件的恢复力模型参数宜符合下列要求：

　　Δu_py/Δu_sy≤2/3　　　　　　（12.3.5-3）

式中：Δu_py——消能部件在水平方向的屈服位移或起滑位移；

　　　Δu_sy——设置消能部件的结构层间屈服位移。

　　4　消能器的极限位移应不小于罕遇地震下消能器最大位移的 1.2 倍；对速度相关型消能器，消能器的极限速度应不小于地震作用下消能器最大速度的 1.2 倍，且消能器应满足在此极限速度下的承载力要求。

12.3.6　消能器的性能检验，应符合下列规定：

　　1　对黏滞流体消能器，由第三方进行抽样检验，其数量为同一工程同一类型同一规格数量的 20％，但不少于 2 个，检测合格率为 100％，检测后的消能器可用于主体结构；对其他类型消能器，抽检数量为同一类型同一规格数量的 3％，当同一类型同一规格的消能器数量较少时，可以在同一类型消能器中抽检总数量的 3％，但不应少于 2 个，检测合格率为 100％，检测后的消能器不能用于主体结构。

　　2　对速度相关型消能器，在消能器设计位移和设计速度幅值下，以结构基本频率往复循环 30 圈后，消能器的主要设计指标误差和衰减量不应超过 15％；对位移相关型消能器，在消能器设计位移幅值下往复循环 30 圈后，消能器的主要设计指标误差和衰减量不应超过 15％，且不应有明显的低周疲劳现象。

12.3.7　结构采用消能减震设计时，消能部件的相关部位应符合下列要求：

　　1　消能器与支承构件的连接，皮符合本规范和有关规程对相关构件连接的构造要求。

　　2　在消能器施加给主结构最大阻尼力作用下，消能器与主结构之间的连接部件应在弹性范围内工作。

　　3　与消能部件相连的结构构件设计时，应计人消能部件传递的附加内力。

12.3.8　当消能减震结构的抗震性能明显提高时，主体结构的抗震构造要求可适当降低。降低程度可根据消能减震结构地震影响系数与不设置消能减震装置结构的地震影响系数之比确定，最大降低程度应控制在 1 度以内。