宿舍楼是两区八大类建筑中的常见建筑类型，因其功能需求与空间布局特点，剪力墙结构成为其主流结构体系。现行多本规范中指出，对于存在剪力墙的结构,可以在连梁位置布置通过竖向变形消能的位移型消能器,往往能取得较好的减震效果。然而，剪力墙的布置需同时协调建筑功能与力学性能需求——墙肢长度、连梁位置直接影响消能器选型与连接形式。所幸宿舍类建筑功能相对统一，其结构设计存在可复用的共性逻辑。 本文以某8度区宿舍楼为例，解析如何基于主体结构的力学特性，实现高性价比的减震方案。 某学生宿舍，剪力墙结构 8度0.20g，Tg=0.40s 平面尺寸61.2mx18.4m 地上八层，总高33.4m 位移角目标：设防地震下1/500 Y向：建筑布置形成多道可用于布置连梁阻尼器的联肢墙； X向：墙肢较短，且墙肢间净距较大，梁刚度较弱，形成所谓“壁式框架”，受力形态接近框架，且跨内有1.5m左右的短墙，适合采用墙式连接； X向：原始模型位移角与目标相差仅10%左右，刚度(阻尼力)需求不高，采用成本低、延性高，耗能效果好的摩擦阻尼器； Y向：估算的阻尼力需求不是很高（详见后续分析），小阻尼力的金属剪切型阻尼器和摩擦型阻尼器成本差别很小，因此与X向统一采用摩擦阻尼器。www.gc5.com 从原始模型的计算结果可以看出，层间位移角较大楼层：X向：2~6层、Y向：2~7层；（本文中的楼层均是指计算模型对应的楼层以及相应的构件，下同） 原始模型层间位移角 原始模型中各位置的连梁的截面和跨度基本相等，即刚度相等，变形=力/刚度，根据连梁内力就可以获得变形较大的位置。从计算结果看，同层各平面位置的连梁内力差别不大；同一平面位置2层~5层Y向连梁内力变化不大，6层及以上有明显降低。Y向连梁阻尼器考虑布置在2~5层。 连梁阻尼器的合理阻尼力相比墙式阻尼器要大很多，基于两个方向附加阻尼比基本相当的考虑，墙式阻尼器数量取为连梁阻尼器的两倍。最终数量为66处，密度为136平一处，属于合理密度。 两种连接形式都统一采用等效构件估算法进行合理参数估算，等效构件估算法的具体流程可参考公众号之前的文章“如何快速确定支撑式MD的合理参数”、“高效连梁阻尼器实战路线图——8度半高层框剪案例全解析(下篇)”。 墙式摩擦型阻尼器进行估算时为了避免面外刚度误差影响采用“扁钢柱”作为等效构件，扁钢柱截面按经验取30x750，同时连接墙截面高度范围内我们把梁截面定义为刚性杆以模拟连接墩台对梁的刚度放大的作用。 等效连梁截面大部分取200x650，左侧刚度需求大取200x750。 墙式2-4层阻尼力取300kN、5-6层取200kN，梁式左侧600kN，其余均为400kN。 减震模型的X向和Y向的层间位移角均为1/540左右，满足要求且略有余量，比较合理。 考虑折减后，X向和Y向的附加阻尼比分别为2.2%和2.6%，对于剪力墙结构结构而言，以目前的阻尼器密度做到这个附加阻尼比数值是比较可观的。 选取典型位置，墙式阻尼器和连梁阻尼器的（名义）层间位移利用率分别达到103%和118%，远超70%的合理下限，阻尼器耗能效率非常高。 在上面这个案例中X向的结构体系为刚度较弱的 “壁式框架”，若设防烈度进一步增加，显然会无法满足相应的刚度需求，墙肢需要拉长，结构体系也不再是“壁式框架”，此时X向也应考虑寻找和构建高效的联肢墙体系以采用连梁阻尼器方案。笔者最近接触到一个8.5度中震的内廊式教学综合楼项目，由于设防烈度较高，内廊的X向也设置了长墙，形成了长墙+门洞+柱+门洞+长墙的建筑布局，我们利用门洞位置设置连梁阻尼器，也就是双向都采用连梁阻尼器方案，实现了非常好的减震效果。阻尼器密度约125平米一组，实取附加阻尼比X向和Y向分别为4.1%和5.0%。 与本案例类似，一般学校宿舍楼也多为内廊式，因此通过适当调整建筑布局，形成上述“墙&洞”模式，就可望实现极好的减震效果 1、合理布置剪力墙是剪力墙结构设计的关键； 2、墙肢形心距较大的联肢墙是布置连梁阻尼器的最佳位置； 3、剪力墙结构中当墙肢间距离较大形成壁式框架时，阻尼器的合理连接形式可以参考框架结构； 4、采用等效构件估算法+减震模块可以快速确定各类连接形式的消能部件的合理位置和参数； 5、通过合理选择阻尼器类型及布置位置，即使是剪力墙结构也可望获得相对较高的附加阻尼比。
