黏滞消能减振技术-黏滞阻尼墙性能研究

黏滞阻尼墙（Viscous Damping Wall或Viscous Wall Damper，简称VDW）由日本学者Miyazaki和Arima等在1986年提出[1-5]，由Sumitono Construction公司研制成功，是一种可作为墙体安装在结构层间的消能部件，主要由内钢板、外钢板及位于内、外钢板之间的黏滞阻尼介质三部分构成。阻尼墙的内钢板固定于上层楼面，外钢板组成的箱体与下层楼面连接，而且内钢板能在箱体中沿平面运动，内钢板和外钢板之间填充高黏度黏滞阻尼材料。黏滞阻尼墙的构造形式也比较灵活，如间隙式黏滞阻尼墙（参见图7-1）、孔隙式黏滞阻尼墙[6]（参见图7-2）。

图7-1　间隙式黏滞阻尼墙构造简图

图7-2　孔隙式黏滞阻尼墙构造简图

在实际工程中，往往需要在阻尼墙外部包裹钢筋混凝土或者防火材料进行防护。当结构受到风致振动或地震作用时，因上下楼面的运动速度不同，导致阻尼墙内、外钢板之间产生相对速度；内、外钢板之间的速度梯度使黏滞材料产生阻尼，从而使结构的总阻尼增大，降低了结构的动力反应。根据工程经验以及研究分析，黏滞阻尼墙通常布置在结构层间变形较大的位置，如结构的相对薄弱部位等，一方面可以尽最大可能发挥黏滞阻尼墙的消能减振效果，另一方面黏滞阻尼墙可以根据墙体位置所提供的空间大小，提供足够的黏滞阻尼力，其大小可以远远超过其他类型的阻尼器，例如日本Oiles公司生产的间隙式黏滞阻尼墙，最大阻尼力可以超过2 000 k N[4]。

黏滞阻尼墙是一种性能良好的消能减振部件，用于工程结构减振方面具有制作安装方便、材料简单等优点。黏滞阻尼墙内、外钢板与高黏滞材料的作用面积大，使结构的阻尼比可以大幅度提高到20%以上，耗散大量的外界输入能量，具有较为广泛的适用范围。常用的黏滞阻尼墙可以安装在一般的多层房屋结构中，同时也适用于高层和超高层建筑，既能用于新建建筑，也能用于既有建筑的抗震加固和震后修复。(www.xing528.com)

目前在日本已经有二十多个工程采用了黏滞阻尼墙，包括新建的高层建筑以及既有建筑抗震加固，表7-1列出了部分黏滞阻尼墙在日本的工程应用实例。

表7-1　黏滞阻尼墙在日本的工程实例

黏滞阻尼墙在我国也得到一定应用，例如，2009年建于江苏省宿迁市的金柏年财富广场，该工程使用了60片黏滞阻尼墙，提高结构在大震下的抗震性能；2013年竣工的唐山万科金域华府项目结构采用钢筋混凝土剪力墙体系，整个结构共设置66片黏滞阻尼墙，成为河北省首个抗震安全示范社区。[1-3]

我国目前由于通用有限元软件的建模分析技术尚不成熟，并且缺少与之对应的模拟计算单元，使得黏滞阻尼墙在结构设计中的应用遇到了一定的困难。对于黏滞阻尼墙的研究仍需解决分析模型的简化、设计参数的选取、布置数量及位置的优化等工程设计问题。目前，我国还没有成熟的具有自主知识产权的黏滞阻尼墙产品，大多情况尚需依赖进口，因此使用成本也偏高。除此之外，由于黏滞阻尼墙尚未编入现行的《建筑结构消能减震（振）设计》（09SG610-2）图集，所以黏滞阻尼墙与主体结构节点连接构造做法不够明确，实际工程应用中没有足够权威普适的构造方法，这也对黏滞阻尼墙在实际工程中的推广与应用造成了一定的阻碍。