液流阻尼器在高科技廠房之減震應(yīng)用課件

結(jié)構(gòu)防振液流阻尼器之研發(fā)及應(yīng)用研討會(95.2.11)

數(shù)值案例：

液流阻尼器在高科技廠房的減震應(yīng)用

(電子計(jì)算機(jī)於土木水利工程應(yīng)用研討會,臺南,94.9.1-2)徐德修蕭珮芳李永峰侯建元成功大學(xué)土木系1結(jié)構(gòu)防振液流阻尼器之研發(fā)及應(yīng)用研討會(95.2.11)

數(shù)值速度型阻尼器之裝置高強(qiáng)度的套筒活塞桿及活塞片黏滯性的液體目的：藉由內(nèi)部液體由阻尼器的一側(cè)經(jīng)過活塞片與套筒間的縫隙流至另一側(cè)，運(yùn)動過程中，活塞兩側(cè)之壓力差，即為產(chǎn)生之阻尼力。圖1阻尼器示意圖2速度型阻尼器之裝置圖1阻尼器示意圖2高科技廠房個案說明高科技廠房的模型建立

本高科技廠房為地上六層樓，地下二層樓。佔(zhàn)地面積為64.35m×84.00m(約為0.54公頃)，高度為31.2m。僅就地面上樓層加以分析討論。第1、4二層樓為軟弱層。3高科技廠房個案說明高科技廠房的模型建立3圖2廠房立面圖(x-z平面)4圖2廠房立面圖(x-z平面)4各樓層的細(xì)部說明:一樓高度為7.2m，樓版厚度為60cm，且配合無塵室之設(shè)計(jì)，於樓地板面計(jì)每60cm間隔的孔洞，以利通風(fēng)除塵，每個開孔的直徑為35cm。為了分析上的方便，其中開孔樓版以密閉樓版設(shè)定(2.4t/m^3)調(diào)整為1.74t/m^3。樓版所承受的活載重為1000kgf/m^2，結(jié)構(gòu)模型平面如次頁圖3所示。5各樓層的細(xì)部說明:5圖3一樓平面圖6圖3一樓平面圖6二樓高度為6.3m?；钶d重為300kgf/m^2。結(jié)構(gòu)模型平面圖如右。圖4二樓平面圖7圖4二樓平面圖7三樓高度為3.7m?；钶d重為750kgf/m^2，結(jié)構(gòu)模型平面圖如右。圖5三樓平面圖8三樓圖5三樓平面圖8四樓高度為7.2m，樓版厚度為60cm，且配合無塵室之設(shè)計(jì)，於樓地板面計(jì)每60cm間隔的孔洞，以利通風(fēng)除塵，每個開孔的直徑為35cm。為了分析上的方便，其中開孔樓版以密閉樓版設(shè)定(2.4t/m^3)調(diào)整為1.74t/m^3。樓版所承受的活載重為1000kgf/m^2。結(jié)構(gòu)模型平面如次頁圖6所示。9四樓9圖6四樓平面圖10圖6四樓平面圖10五樓高度為6.3m?；钶d重為300kgf/m^2，結(jié)構(gòu)平面圖如右圖所示。圖7五樓平面圖11五樓圖7五樓平面圖11六樓高度為3.7m?；钶d重為200kgf/m^2，結(jié)構(gòu)模型平面圖如右。圖8六樓平面圖12六樓圖8六樓平面圖12高科技廠房的動力分析檢驗(yàn)

高科技廠房的佔(zhàn)地廣闊(5405.4平方公尺),使用的桿件數(shù)目超過400根/story,還有一些特殊的建築需求的設(shè)計(jì)(樓版),使得模型的建立仍不甚完備。依據(jù)動力分析所得結(jié)果，X方向的基本振動週期為1.01秒，Y方向?yàn)?.7秒，符合規(guī)範(fàn)規(guī)定。13高科技廠房的動力分析檢驗(yàn)13阻尼器的安裝本研究對於液流阻尼器之設(shè)置，僅在結(jié)構(gòu)體的外圍柱間裝設(shè)，且搭接方式為對角配接，所使用阻尼器之編號及對應(yīng)之阻尼係數(shù)，如下表。液流阻尼器的編號阻尼係數(shù)(KN*s/mm2)C100100C200200表1阻尼器編號及其係數(shù)14阻尼器的安裝液流阻尼器的編號阻尼係數(shù)(KN*s/mm2)C1考慮三大類型，分別建立結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行有限元素?cái)?shù)值分析:第一類：未加裝阻尼元件之原結(jié)構(gòu)尚未加裝任何液流阻尼器的空結(jié)構(gòu)模型，如次頁圖9所示。以便取得原結(jié)構(gòu)在地震橫力下，所呈現(xiàn)之基本動力反應(yīng)。15考慮三大類型，分別建立結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行有限元素?cái)?shù)值分析:15圖916圖916第二類：針對相同的軟弱層配置不同液流阻尼器探討此「具軟弱層」之特殊結(jié)構(gòu)，如欲增強(qiáng)其耐震能力，液流阻尼器應(yīng)優(yōu)先配置之位置。因此，考慮優(yōu)先增強(qiáng)軟弱層的勁度及強(qiáng)度，以各種不同阻尼係數(shù)之液流阻尼器，分別配置在結(jié)構(gòu)體的第一樓層和第四樓層等兩種不同情形加以討論，詳見次頁圖10、圖11所示。17第二類：針對相同的軟弱層配置不同液流17圖10液流阻尼器配置於第一樓層18圖10液流阻尼器配置於第一樓層18圖11液流阻尼器配置於第四樓層19圖11液流阻尼器配置於第四樓層19第三類：原結(jié)構(gòu)透過不同配置位置來加裝液流阻尼器透過採用不同的阻尼器及其配置位置，觀察其對結(jié)構(gòu)體的影響。(見圖12、圖13、圖14)20第三類：原結(jié)構(gòu)透過不同配置位置來加裝20結(jié)構(gòu)體1樓及4樓配置液阻器，如下圖圖1221圖1221結(jié)構(gòu)體1、2樓皆配置液阻器，如下圖。圖1322結(jié)構(gòu)體1、2樓皆配置液阻器，如下圖。圖1322結(jié)構(gòu)體各樓層皆配置液阻器，如下圖。圖1423結(jié)構(gòu)體各樓層皆配置液阻器，如下圖。圖1423結(jié)構(gòu)體承受地震外力

採用ELCentro地震歷時作為動力分析時之外力，作用方向?yàn)閄向。

圖1524結(jié)構(gòu)體承受地震外力圖1524分析結(jié)果

1.觀察節(jié)點(diǎn)反應(yīng)及桿件應(yīng)力：在X-Z平面上觀察L-1格線，依次為6樓、5樓、4樓、3樓、2樓及1樓之節(jié)點(diǎn)，用來觀測節(jié)點(diǎn)最大加速度(cm/s^2)。

各樓版設(shè)為rigiddiaphragm(D1、D2、D3、D4、D5、D6)，觀察其形心的位移量(cm)。25分析結(jié)果1.觀察節(jié)點(diǎn)反應(yīng)及桿件應(yīng)力：25控制率控制前反應(yīng)–控制後反應(yīng)=------------------------------------x100%控制前反應(yīng)26控制率26表2配置C100在軟弱層的加速度控制率樓層加速度控制率(%)654321C100阻尼器在1樓17.1416.1217.8917.2316.6917.40C100阻尼器在4樓13.6912.5213.3813.8311.9512.99C100阻尼器在1、4樓19.9818.8920.119.8120.1219.87表3配置C100在軟弱層的位移控制率樓層位移控制率(%)654321C100阻尼器在1樓17.1316.9116.3617.1316.9917.21C100阻尼器在4樓13.1212.3213.4813.5211.1212.94C100阻尼器在1、4樓19.8119.2120.1220.0919.0119.4327表2配置C100在軟弱層的加速度控制率圖16加速度控制率28圖16加速度控制率28圖17位移控制率29圖17位移控制率29表4配置C200在軟弱層的加速度控制率樓層加速度控制率(%)654321C200阻尼器在1樓19.9820.0119.5419.7918.9819.04C200阻尼器在4樓15.1214.2315.3615.1214.1315.01C200阻尼器在1、4樓27.1326.2228.0128.1327.3427.91表5配置C200在軟弱層的位移控制率樓層位移控制率(%)654321C200阻尼器在1樓19.6719.0219.5919.7918.6718.34C200阻尼器在4樓15.0214.9314.5615.7515.0116.13C200阻尼器在1、4樓28.0226.7627.7927.9928.1228.3930表4配置C200在軟弱層的加速度控制率圖18加速度控制率31圖18加速度控制率31圖19位移控制率32圖19位移控制率32表6位移控制率樓層位移控制率(%)654321C100阻尼器在1、2樓25.1324.1225.9825.4324.1325.72C100阻尼器在1~5樓30.1229.5630.3431.2329.1231.98表7加速度控制率樓層加速度控制率(%)54321C100阻尼器在1、2樓25.8724.3225.1525.5624.1124.98C100阻尼器1~5樓30.4329.3431.7630.3229.9930.1333表6位移控制率樓層位移控制率(%)65圖20加速度控制率34圖20加速度控制率34圖21位移控制率35圖21位移控制率35樓層位移控制率(%)654321C200阻尼器1、2樓31.1329.1832.1930.9829.9831.91C200阻尼器在1~5樓35.1333.8035.1236.9435.6736.09表9加速度控制率樓層加速度控制率(%)654321C200阻尼器1、2樓30.9831.2331.9433.8129.4630.12C200阻尼器在1~5樓35.8733.4136.2934.7834.9836.98表8位移控制率36樓層位移控制率(%)654321C200阻尼器1、圖22加速度控制率37圖22加速度控制率37圖23位移控制率38圖23位移控制率38原結(jié)構(gòu)(-)與配置C200液流阻尼器於1~6F(-)的

加速度歷時比較圖圖2439原結(jié)構(gòu)(-)與配置C200液流阻尼器於1~6F(-)的

加結(jié)論與建議本實(shí)例中僅採用阻尼係數(shù)100KN*s/mm及200KN*s/mm的液流阻尼器，。具有軟弱層的結(jié)構(gòu)物，適當(dāng)加裝阻尼器後，在結(jié)構(gòu)的位移和加速度方面，都可獲得不錯的改善。40結(jié)論與建議本實(shí)例中僅採用阻尼係數(shù)100KN*s/mm及200以控制率為比較之標(biāo)準(zhǔn)時，當(dāng)結(jié)構(gòu)物具有2個軟弱層時，優(yōu)先配置阻尼器的順序(以本實(shí)例中分析之廠房為例)為：配置於整樓層者優(yōu)於配置於1至3樓者，且均優(yōu)於僅配置阻尼器於軟弱樓層者。僅配置軟弱層配置1~3樓整樓配置優(yōu)41以控制率為比較之標(biāo)準(zhǔn)時，當(dāng)結(jié)構(gòu)物具有2個軟弱層時，優(yōu)先配置阻報(bào)告完畢42報(bào)告完畢42結(jié)構(gòu)防振液流阻尼器之研發(fā)及應(yīng)用研討會(95.2.11)

數(shù)值案例：

液流阻尼器在高科技廠房的減震應(yīng)用

(電子計(jì)算機(jī)於土木水利工程應(yīng)用研討會,臺南,94.9.1-2)徐德修蕭珮芳李永峰侯建元成功大學(xué)土木系43結(jié)構(gòu)防振液流阻尼器之研發(fā)及應(yīng)用研討會(95.2.11)

數(shù)值速度型阻尼器之裝置高強(qiáng)度的套筒活塞桿及活塞片黏滯性的液體目的：藉由內(nèi)部液體由阻尼器的一側(cè)經(jīng)過活塞片與套筒間的縫隙流至另一側(cè)，運(yùn)動過程中，活塞兩側(cè)之壓力差，即為產(chǎn)生之阻尼力。圖1阻尼器示意圖44速度型阻尼器之裝置圖1阻尼器示意圖2高科技廠房個案說明高科技廠房的模型建立

本高科技廠房為地上六層樓，地下二層樓。佔(zhàn)地面積為64.35m×84.00m(約為0.54公頃)，高度為31.2m。僅就地面上樓層加以分析討論。第1、4二層樓為軟弱層。45高科技廠房個案說明高科技廠房的模型建立3圖2廠房立面圖(x-z平面)46圖2廠房立面圖(x-z平面)4各樓層的細(xì)部說明:一樓高度為7.2m，樓版厚度為60cm，且配合無塵室之設(shè)計(jì)，於樓地板面計(jì)每60cm間隔的孔洞，以利通風(fēng)除塵，每個開孔的直徑為35cm。為了分析上的方便，其中開孔樓版以密閉樓版設(shè)定(2.4t/m^3)調(diào)整為1.74t/m^3。樓版所承受的活載重為1000kgf/m^2，結(jié)構(gòu)模型平面如次頁圖3所示。47各樓層的細(xì)部說明:5圖3一樓平面圖48圖3一樓平面圖6二樓高度為6.3m。活載重為300kgf/m^2。結(jié)構(gòu)模型平面圖如右。圖4二樓平面圖49圖4二樓平面圖7三樓高度為3.7m?；钶d重為750kgf/m^2，結(jié)構(gòu)模型平面圖如右。圖5三樓平面圖50三樓圖5三樓平面圖8四樓高度為7.2m，樓版厚度為60cm，且配合無塵室之設(shè)計(jì)，於樓地板面計(jì)每60cm間隔的孔洞，以利通風(fēng)除塵，每個開孔的直徑為35cm。為了分析上的方便，其中開孔樓版以密閉樓版設(shè)定(2.4t/m^3)調(diào)整為1.74t/m^3。樓版所承受的活載重為1000kgf/m^2。結(jié)構(gòu)模型平面如次頁圖6所示。51四樓9圖6四樓平面圖52圖6四樓平面圖10五樓高度為6.3m?；钶d重為300kgf/m^2，結(jié)構(gòu)平面圖如右圖所示。圖7五樓平面圖53五樓圖7五樓平面圖11六樓高度為3.7m。活載重為200kgf/m^2，結(jié)構(gòu)模型平面圖如右。圖8六樓平面圖54六樓圖8六樓平面圖12高科技廠房的動力分析檢驗(yàn)

高科技廠房的佔(zhàn)地廣闊(5405.4平方公尺),使用的桿件數(shù)目超過400根/story,還有一些特殊的建築需求的設(shè)計(jì)(樓版),使得模型的建立仍不甚完備。依據(jù)動力分析所得結(jié)果，X方向的基本振動週期為1.01秒，Y方向?yàn)?.7秒，符合規(guī)範(fàn)規(guī)定。55高科技廠房的動力分析檢驗(yàn)13阻尼器的安裝本研究對於液流阻尼器之設(shè)置，僅在結(jié)構(gòu)體的外圍柱間裝設(shè)，且搭接方式為對角配接，所使用阻尼器之編號及對應(yīng)之阻尼係數(shù)，如下表。液流阻尼器的編號阻尼係數(shù)(KN*s/mm2)C100100C200200表1阻尼器編號及其係數(shù)56阻尼器的安裝液流阻尼器的編號阻尼係數(shù)(KN*s/mm2)C1考慮三大類型，分別建立結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行有限元素?cái)?shù)值分析:第一類：未加裝阻尼元件之原結(jié)構(gòu)尚未加裝任何液流阻尼器的空結(jié)構(gòu)模型，如次頁圖9所示。以便取得原結(jié)構(gòu)在地震橫力下，所呈現(xiàn)之基本動力反應(yīng)。57考慮三大類型，分別建立結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行有限元素?cái)?shù)值分析:15圖958圖916第二類：針對相同的軟弱層配置不同液流阻尼器探討此「具軟弱層」之特殊結(jié)構(gòu)，如欲增強(qiáng)其耐震能力，液流阻尼器應(yīng)優(yōu)先配置之位置。因此，考慮優(yōu)先增強(qiáng)軟弱層的勁度及強(qiáng)度，以各種不同阻尼係數(shù)之液流阻尼器，分別配置在結(jié)構(gòu)體的第一樓層和第四樓層等兩種不同情形加以討論，詳見次頁圖10、圖11所示。59第二類：針對相同的軟弱層配置不同液流17圖10液流阻尼器配置於第一樓層60圖10液流阻尼器配置於第一樓層18圖11液流阻尼器配置於第四樓層61圖11液流阻尼器配置於第四樓層19第三類：原結(jié)構(gòu)透過不同配置位置來加裝液流阻尼器透過採用不同的阻尼器及其配置位置，觀察其對結(jié)構(gòu)體的影響。(見圖12、圖13、圖14)62第三類：原結(jié)構(gòu)透過不同配置位置來加裝20結(jié)構(gòu)體1樓及4樓配置液阻器，如下圖圖1263圖1221結(jié)構(gòu)體1、2樓皆配置液阻器，如下圖。圖1364結(jié)構(gòu)體1、2樓皆配置液阻器，如下圖。圖1322結(jié)構(gòu)體各樓層皆配置液阻器，如下圖。圖1465結(jié)構(gòu)體各樓層皆配置液阻器，如下圖。圖1423結(jié)構(gòu)體承受地震外力

採用ELCentro地震歷時作為動力分析時之外力，作用方向?yàn)閄向。

圖1566結(jié)構(gòu)體承受地震外力圖1524分析結(jié)果

1.觀察節(jié)點(diǎn)反應(yīng)及桿件應(yīng)力：在X-Z平面上觀察L-1格線，依次為6樓、5樓、4樓、3樓、2樓及1樓之節(jié)點(diǎn)，用來觀測節(jié)點(diǎn)最大加速度(cm/s^2)。

各樓版設(shè)為rigiddiaphragm(D1、D2、D3、D4、D5、D6)，觀察其形心的位移量(cm)。67分析結(jié)果1.觀察節(jié)點(diǎn)反應(yīng)及桿件應(yīng)力：25控制率控制前反應(yīng)–控制後反應(yīng)=------------------------------------x100%控制前反應(yīng)68控制率26表2配置C100在軟弱層的加速度控制率樓層加速度控制率(%)654321C100阻尼器在1樓17.1416.1217.8917.2316.6917.40C100阻尼器在4樓13.6912.5213.3813.8311.9512.99C100阻尼器在1、4樓19.9818.8920.119.8120.1219.87表3配置C100在軟弱層的位移控制率樓層位移控制率(%)654321C100阻尼器在1樓17.1316.9116.3617.1316.9917.21C100阻尼器在4樓13.1212.3213.4813.5211.1212.94C100阻尼器在1、4樓19.8119.2120.1220.0919.0119.4369表2配置C100在軟弱層的加速度控制率圖16加速度控制率70圖16加速度控制率28圖17位移控制率71圖17位移控制率29表4配置C200在軟弱層的加速度控制率樓層加速度控制率(%)654321C200阻尼器在1樓19.9820.0119.5419.7918.9819.04C200阻尼器在4樓15.1214.2315.3615.1214.1315.01C200阻尼器在1、4樓27.1326.2228.0128.1327.3427.91表5配置C200在軟弱層的位移控制率樓層位移控制率(%)654321C200阻尼器在1樓19.6719.0219.5919.7918.6718.34C200阻尼器在4樓15.0214.9314.5615.7515.0116.13C200阻尼器在1、4樓28.0226.7627.7927.9928.1228.3972表4配置C200在軟弱層的加速度控制率圖18加速度控制率73圖18加速度控制率31圖19位移控制率74圖19位移控制率32表6位移控制率樓層位移控制率(%)654321C100阻尼器在1、2樓25.1324.1225.9825.4324.1325.72C100阻尼器在1~5樓30.1229.5630.3431.2329.1231.98表7加速度控制率樓層加速度控制率(%)54321C100阻尼器在1、2樓25.8