結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)第04章

1、1(97) 第第4章章 結(jié)構(gòu)隔震、消能和結(jié)構(gòu)隔震、消能和 減震控制減震控制 2(97) 4.1.1 結(jié)構(gòu)減震控制的減震機(jī)理 結(jié)構(gòu)減震控制，是指在建筑結(jié)構(gòu)的特定部位， 裝設(shè)某種裝置（如隔震支座），或某種機(jī)構(gòu)（如消 能支撐,消能剪力墻,消能節(jié)點(diǎn),消能器等），或裝 設(shè)某種子結(jié)構(gòu)（如調(diào)頻質(zhì)量等），或施加外力（外 部能量輸入），以改變或調(diào)整結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性或動(dòng) 力作用，使工程結(jié)構(gòu)在地震的作用下，其結(jié)構(gòu)的動(dòng) 力反應(yīng)（加速度、速度、位移）明顯減少，并得到 合理的控制，確保結(jié)構(gòu)本身及結(jié)構(gòu)中的人、儀器、 設(shè)備、裝修等的安全和處于正常的使用環(huán)境狀況。 這種結(jié)構(gòu)體系，稱為“結(jié)構(gòu)減震控制體系”。其相 關(guān)的理論、技術(shù)和方

2、法，統(tǒng)稱為“結(jié)構(gòu)控制”。 3(97) 結(jié)構(gòu)減震控制的減震機(jī)理 結(jié)構(gòu)的動(dòng)力方程式 : gsss xmtFkxxcxm )( 目的：明顯減少結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng) sss xxx, , 改變k 改變c 改變m 人為輸入F(t) 4(97) 消能減震 Energy Dissipation 結(jié)構(gòu)減震控制 質(zhì)量調(diào)諧減震 TMD，TLD 等 主動(dòng)、半主動(dòng)控制 AMD, AVS，AVSD等 混合控制 Hybrid Control 結(jié)構(gòu)隔震 Seismic Isolation 4.1.2 結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)方法分類 5(97) 結(jié)構(gòu)減震按能源輸入分類 主動(dòng)、半主動(dòng)控制 Active，Semi-Comtrol 結(jié)構(gòu) 減震

3、 控制 結(jié)構(gòu)隔震，消能減震，質(zhì) 量調(diào)諧減震 混合控制 Hybrid Control 被動(dòng)控制 Passive Control 主動(dòng)質(zhì)量阻尼器，主動(dòng)拉 索或支撐，主動(dòng)變剛度變 阻尼，智能材料自控 混合主動(dòng)、被動(dòng)控制 6(97) 結(jié)構(gòu)減震按頻率相關(guān)分類 吸收共振能量 結(jié)構(gòu) 減震 控制 避開共振頻率 頻率無關(guān)控制 頻率相關(guān)控制 主動(dòng)外加控制 消能減震 7(97) 4.1.3 結(jié)構(gòu)控制的特點(diǎn)和優(yōu)越性 有效減震 適用范圍廣 檢測(cè)修復(fù)方便 4.1.4 結(jié)構(gòu)控制的應(yīng)用范圍及技術(shù)成熟性 成熟：被動(dòng)控制 不太成熟：半主動(dòng)控制 不成熟：主動(dòng)控制 8(97) 4.2.1 結(jié)構(gòu)隔震體系的基本特性 結(jié)構(gòu)隔震體系是指在結(jié)

4、構(gòu)物 底部（或某層間部位）設(shè)置 隔震裝置而形成的結(jié)構(gòu)體系。 它包括上部結(jié)構(gòu)，隔震層 （由隔震裝置或加設(shè)阻尼裝 置等組成）和下部結(jié)構(gòu)三部 份。為了達(dá)到明顯的減震效 果，隔震裝置及隔震體系必 須具備下述的四項(xiàng)基本特性： 9(97) 結(jié)構(gòu)隔震體系的基本特性: 1. 承載特性 隔震裝置應(yīng)具有較大的豎向承載能力，在結(jié)構(gòu) 物正常使用狀況下或地震時(shí)，安全地支承著上部結(jié) 構(gòu)的所有重量和使用荷載，并具備較大的豎向承載 力安全系數(shù)。 2隔震特性 隔震裝置應(yīng)具有可變的水平剛度特性（圖4.5）。 在強(qiáng)風(fēng)或微小地震時(shí)，具有足夠的水平剛度，不影 響使用要求。 10(97) 在中強(qiáng)地震發(fā)生時(shí)，其水平剛度較小，上部結(jié) 構(gòu)水平

5、滑動(dòng)，使“剛性”的抗震結(jié)構(gòu)體系變?yōu)椤叭?性”的隔震結(jié)構(gòu)系，其結(jié)構(gòu)基本周期大大延長(zhǎng)（圖 4.6），遠(yuǎn)離上部結(jié)構(gòu)（即傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)）的自振周期， 也遠(yuǎn)離地面的場(chǎng)地特征周期，從而把地面震動(dòng)有效 地隔開,明顯地降低上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，一般可使 上部結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng)（或地震作用）降低為傳統(tǒng) 結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)的1/21/12（圖 4.6和4.8）。 11(97) 4. 阻尼消能特性 隔震裝置應(yīng)具有足夠的阻 尼，也即隔震裝置的水平荷載 與水平位移關(guān)系曲線的包絡(luò)面 積較大，具有較大的消能能力。 較大的阻尼可使隔震層的水平 位移明顯減少。 3. 復(fù)位特性 隔震裝置應(yīng)具有水平彈性恢復(fù)力，使隔震結(jié)構(gòu)體 系在地震中具有瞬時(shí)自

6、動(dòng)“復(fù)位”功能。地震后，上 部結(jié)構(gòu)回復(fù)至初始狀態(tài)，滿足正常使用要求。 12(97) 傳統(tǒng)房屋傳統(tǒng)房屋 地震時(shí)地震時(shí) 激烈晃動(dòng)，房屋激烈晃動(dòng)，房屋 加速度可放大到原來的加速度可放大到原來的 250250% %，梁柱開裂梁柱開裂, ,內(nèi)部裝內(nèi)部裝 飾飾, ,設(shè)備破壞設(shè)備破壞 隔震房屋隔震房屋 地震時(shí)地震時(shí) 緩慢平動(dòng)緩慢平動(dòng)( (長(zhǎng)周期長(zhǎng)周期) ) 房屋加速度減少可達(dá)到原房屋加速度減少可達(dá)到原 來的來的40%40%，結(jié)構(gòu)彈性結(jié)構(gòu)彈性( (變形變形 集中在柔軟支座集中在柔軟支座) )，保護(hù)保護(hù) 結(jié)構(gòu)和內(nèi)部裝飾、設(shè)備結(jié)構(gòu)和內(nèi)部裝飾、設(shè)備 13(97) 14(97) 抗震結(jié)構(gòu)與隔震結(jié)構(gòu)的比較 隔震結(jié)構(gòu)：在

7、建筑物上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間設(shè)置滑 移層，阻止地震能量向上傳遞。 抗震結(jié)構(gòu)：利用結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的承載力和變形能力 抵御地震作用，吸收地震能量。 立足于“抗”。 于“隔”。 15(97) 4.2.2 結(jié)構(gòu)隔震體系的減震機(jī)理結(jié)構(gòu)隔震體系的減震機(jī)理 ggsss kxxckxxcxm 結(jié)構(gòu)的動(dòng)力方程式 : g x m k c s x g x 16(97) 加速度反應(yīng)衰減比 222 2 )/2()/(1 )/2(1 nn n g s a x x R m k n n m c 2 式中 17(97) 01234 0 2 4 6 8 10 12 Ra /n =0.05 =0.10 =0.20 =0.30 =0.40

8、2 n 衰減 放大 2 n 1 a R 1 a R 18(97) 4.2.3 結(jié)構(gòu)隔振的優(yōu)越性結(jié)構(gòu)隔振的優(yōu)越性 （1）明顯有效地減輕結(jié)構(gòu)的地震作用 （2）確保安全 （3）房屋造價(jià)增加很少 （4）抗震措施簡(jiǎn)單明了 （5）震后無需修復(fù) （6）上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)限制較小 19(97) 結(jié)構(gòu)隔震體系主要適用于下列工程結(jié)構(gòu)隔震體系主要適用于下列工程: (1)地震區(qū)的民用建筑，例如住宅、辦公室、教學(xué)樓、地震區(qū)的民用建筑，例如住宅、辦公室、教學(xué)樓、 宿舍樓、劇院、旅館、大商場(chǎng)等。宿舍樓、劇院、旅館、大商場(chǎng)等。 (2)地震區(qū)的生命線工程，例如地震區(qū)的生命線工程，例如:醫(yī)院、急救中心、醫(yī)院、急救中心、 指揮中心、水

9、廠、電廠、糧食加工廠、通信中心、指揮中心、水廠、電廠、糧食加工廠、通信中心、 交通樞紐、機(jī)場(chǎng)等。交通樞紐、機(jī)場(chǎng)等。 (3)地震區(qū)的重要建筑結(jié)構(gòu)物，例如地震區(qū)的重要建筑結(jié)構(gòu)物，例如:重要?dú)v史性建重要?dú)v史性建 筑、博物館、重要紀(jì)念性建筑物、文物或檔案館、筑、博物館、重要紀(jì)念性建筑物、文物或檔案館、 重要圖書資料館、法院、監(jiān)獄、危險(xiǎn)品倉庫、有核重要圖書資料館、法院、監(jiān)獄、危險(xiǎn)品倉庫、有核 輻射裝置等。輻射裝置等。 (4)內(nèi)部有重要儀器設(shè)備的建筑結(jié)構(gòu)物，例如，計(jì)算內(nèi)部有重要儀器設(shè)備的建筑結(jié)構(gòu)物，例如，計(jì)算 機(jī)中心、精密儀器中心、實(shí)驗(yàn)中心、檢測(cè)中心等。機(jī)中心、精密儀器中心、實(shí)驗(yàn)中心、檢測(cè)中心等。 (5)

10、橋梁、架空輸水渠、雷達(dá)站、天文臺(tái)等重要結(jié)構(gòu)橋梁、架空輸水渠、雷達(dá)站、天文臺(tái)等重要結(jié)構(gòu) 物。物。 20(97) 4.2.4 結(jié)構(gòu)隔震的分類和成熟性 夾層橡膠支座 豎向承載力大 隔震效果明顯穩(wěn)定 穩(wěn)定的彈性復(fù)位功能 構(gòu)造簡(jiǎn)單，安裝方便 耐久性好 21(97) 4.2.5 4.2.5 結(jié)構(gòu)隔震房屋的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)構(gòu)隔震房屋的設(shè)計(jì)計(jì)算 當(dāng)遭遇到設(shè)防烈度時(shí)，不需修理仍可繼續(xù)使用； 當(dāng)遭遇罕遇烈度時(shí)，不發(fā)生危及生命安全和喪 失使用功能的破壞。 22(97) 結(jié)構(gòu)隔震控制目標(biāo)的確定 常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 隔震裝置選用 結(jié)構(gòu)隔震體系動(dòng)力參數(shù)確定 結(jié)構(gòu)隔震作用計(jì)算 隔震結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算 隔震建筑構(gòu)造設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)隔震房屋的設(shè)計(jì)計(jì)算

11、內(nèi)容和步驟：結(jié)構(gòu)隔震房屋的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容和步驟： 23(97) 4.2.6 結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)要點(diǎn)結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)要點(diǎn) 24(97) 25(97) 等效側(cè)力法：周期較短的結(jié)構(gòu) 時(shí)程分析法：周期較短的結(jié)構(gòu) 26(97) 27(97) 28(97) 29(97) （4）采用等效側(cè)力法等效側(cè)力法時(shí)，隔震房屋結(jié)構(gòu)的地震作用 及其分布可按規(guī)范進(jìn)行計(jì)算，并參照下列有關(guān) 規(guī)定： G隔震層以上結(jié)構(gòu)的重力荷載代表值 K隔震層水平有效剛度 gK G T h 2 1 ih KK h ii eq K K 30(97) 結(jié)構(gòu)層間剪力應(yīng)按下式計(jì)算： n j ji FV i kk 隔震層水平位移可按下列規(guī)定計(jì)算： K F u Ek s

12、 31(97) 等效側(cè)力法 計(jì)算步驟類似于底部剪力法 計(jì)算底部剪力 樓層剪力 底部剪力： GFEk 1max / max1max 常遇地震： 32(97) 33(97) 罕遇地震： GFEk 1 34(97) 樓層剪力 平動(dòng)假設(shè)：各樓層加速度相同 Ek j jk F G G F n ji jkik FV jk F Fjk j層水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值 Viki層剪力標(biāo)準(zhǔn)值 35(97) 隔震層的水平位移 36(97) 4.2.7 隔震層的計(jì)算要點(diǎn)隔震層的計(jì)算要點(diǎn) （1）隔震支座的受壓承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)符合下列要 求： 當(dāng)形狀系數(shù)S115、S25時(shí)，對(duì)于甲類建筑，壓 應(yīng)力設(shè)計(jì)值不宜大于10MPa；對(duì)于乙類

13、建筑，壓應(yīng) 力設(shè)計(jì)值不宜大于12MPa；對(duì)于丙類建筑，壓應(yīng)力 設(shè)計(jì)值不宜大于15MPa，但對(duì)于直徑小于300mm的隔 震支座，壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值不宜大于10MPa。 當(dāng)形狀系數(shù)不滿足上述要求時(shí)，壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值應(yīng) 適當(dāng)降低。當(dāng)5S24時(shí)，降低20%；當(dāng)4S23時(shí)， 降低40%。 37(97) 圖4.22 隔震支座內(nèi)部構(gòu)造 a.隔震支座的第一形狀系數(shù)S1 (有效直徑與孔洞直徑之 差d-d0與膠層4倍厚度4tr之比) ，應(yīng)按下式計(jì)算； r1 0 1 4t dd S r1 1 )(2tba ab S 圓形截面： 矩形截面： 38(97) b. 隔震支座的第二形狀系數(shù)S2 (有效直徑d與橡膠 層總厚度tr之比)

14、 ，應(yīng)按下式計(jì)算； r 2 t d S r 2 t b S 圖4.22 隔震支座內(nèi)部構(gòu)造 圓形截面： 矩形截面： 39(97) （2）隔震層連接部件（如隔震支座或抗風(fēng)裝置的 上、下連接件，連接用預(yù)埋件等）應(yīng)按罕遇地震作 用進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。 （3）抗風(fēng)裝置應(yīng)按下式要求進(jìn)行驗(yàn)算： Rwwkw VV 式中：VRw為抗風(fēng)裝置的水平承載力設(shè)計(jì)值。當(dāng)抗 風(fēng)裝置是隔震支座的組成部分時(shí)，取隔震支座的 水平屈服荷載設(shè)計(jì)值；當(dāng)抗風(fēng)裝置單獨(dú)設(shè)置時(shí)， 取抗風(fēng)裝置的水平承載力，可按材料屈服強(qiáng)度設(shè) 計(jì)值確定；w為風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)，采用1.4；Vwk為 風(fēng)荷載作用下隔震層的水平剪力標(biāo)準(zhǔn)值。 40(97) （4）隔震層中各隔震支

15、座在罕遇地震作用下的 最大水平位移應(yīng)滿足下列要求： du55. 0 max r tu3 max 式中：umax為在罕遇地震作用下考慮扭轉(zhuǎn)影響時(shí) 隔震支座最大水平位移；d為隔震支座直徑；tr為 隔震支座橡膠層總厚度。 （5）在罕遇地震作用下，隔震支座不宜出現(xiàn)不可 恢復(fù)變形；隔震支座的拉應(yīng)力不應(yīng)大于1Mpa。 41(97) 4.2.8 結(jié)構(gòu)隔震房屋的構(gòu)造設(shè)計(jì) 1、隔震層和隔震支座的布置原則 （1）隔震層由隔震支座和阻尼裝置和抗風(fēng)裝置組成 （2）隔震層剛度中心宜與上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心重合 （3）隔震支座的平面布置宜與上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu) 中豎向受力構(gòu)件的平面位置對(duì)應(yīng) （4）同一房屋盡量選用相同型號(hào)隔震支

16、座 （5）支座間距大于安裝和更換所需空間尺寸 （6）設(shè)置在隔震層的抗風(fēng)裝置宜對(duì)稱、分散地布置 在建筑物的周邊 （7）抗震墻下隔震支座的間距不宜大于2.0m 42(97) 2、隔震支座與上、下部結(jié)構(gòu)的連接要求 （1）可靠連接 （2）考慮受剪和豎向局部承壓 3、上部結(jié)構(gòu)及隔震層部件應(yīng)與周圍固定物脫開 4、樓梯、電梯穿過隔震層 懸吊于上部結(jié)構(gòu)；水平切斷 5、穿過隔震層的豎向管線 柔性管材、柔性接頭 43(97) 4.2.9 隔震支座的技術(shù)性能和構(gòu)造要求隔震支座的技術(shù)性能和構(gòu)造要求 目前，國(guó)內(nèi)外常用的疊層橡膠隔震支座為圓 形，直徑 300mm1400mm. 一、隔震支座的技術(shù)性能型式檢驗(yàn)要求 1）在軸

17、壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值作用下的豎向剛度； 2）在軸壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值作用下的豎向變形性能； 3）豎向極限壓應(yīng)力,壓應(yīng)力破壞極限值不應(yīng)小于 90MPa； 4）在水平位移為0.55倍有效直徑時(shí)的豎向極限壓 應(yīng)力； 5）豎向極限拉應(yīng)力,拉應(yīng)力屈服極限值不應(yīng)小于 1.5Mpa; 44(97) 6）在軸壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值作用下，在水平剪切應(yīng)變 分別為50%、100%、250%，且相應(yīng)的水平加載頻 率分別為0.3Hz、0.2Hz、0.1Hz時(shí)的有效水平剛 度；對(duì)有芯型或其他含有阻尼裝置的隔震支座， 還須提供在軸壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值作用下的水平剪切屈 服剪力、屈服前水平剛度和屈服后水平剛度； 7在軸壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值作用下，在水平剪切應(yīng)變 分

18、別為50%、100%、250%，且相應(yīng)的水平加載頻 率分別為0.3Hz、0.2Hz、0.1Hz時(shí)的有效阻尼比； 45(97) 8）在軸壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值作用下的水平極限變形能力； 9）耐久性能，包括老化性能、徐變性能和疲勞性 能； 10）各種相關(guān)性能，包括在不同的豎向軸壓應(yīng)力、 水平剪切應(yīng)變、水平加載頻率、環(huán)境溫度下的水平 剛度和阻尼比的變化率； 11）耐火性能； 12）有特殊要求的性能，如抗腐蝕性、耐水性等。 46(97) 二、 隔震支座的技術(shù)性能出廠檢驗(yàn)要求 每項(xiàng)工程采用的隔震支座的產(chǎn)品性能必須經(jīng)出 廠檢驗(yàn)合格，提供下列性能指標(biāo)： （1）在軸壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值作用下的豎向剛度。 （2）在軸壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值

19、作用下，水平剪切應(yīng)變分別 為50%，100%，250%，且相應(yīng)的水平加載頻率分別為 0.3Hz，0.2Hz，0.1Hz時(shí)的有效水平剛度；對(duì)有芯型 或其他含有阻尼裝置的隔震支座，或單獨(dú)設(shè)置的阻 尼裝置或抗風(fēng)裝置，還須提供在軸壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值作 用下的水平剪切屈服剪力，屈服前水平剛度和屈服 后水平剛度（圖4.21）。 47(97) （3）在設(shè)計(jì)軸壓應(yīng)力作用下，水平剪切應(yīng)變分別 為50%，100%，250%，且相應(yīng)的水平加載頻率分別 為0.3Hz，0.2Hz，0.1Hz時(shí)的有效阻尼比。 （4）隔震支座產(chǎn)品性能的出廠檢驗(yàn)數(shù)量，每項(xiàng)工 程每種主要規(guī)格不少于3個(gè)。如發(fā)現(xiàn)有不合格產(chǎn)品， 應(yīng)加倍進(jìn)行抽檢；在加倍抽

20、檢中如仍出現(xiàn)不合格 產(chǎn)品，則必須進(jìn)行全數(shù)檢驗(yàn)。 （5）隔震支座的力學(xué)性能檢驗(yàn)，應(yīng)在能按不同頻 率施加反復(fù)循環(huán)荷載的、符合要求的伺服試驗(yàn)機(jī) 上圖4.21 有芯型隔震支座水平荷載與水平變位 關(guān)系曲線圖4.22 隔震支座內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行。 48(97) 三、隔震支座構(gòu)造要求 隔震支座的形狀系數(shù)應(yīng)符合下列要求： a.隔震支座的第一形狀系數(shù)S1 (有效直徑與孔洞直 徑之差d-d0與膠層4倍厚度4tr之比) ，應(yīng)按下式計(jì) 算； 圓形截面： 矩形截面： b. 隔震支座的第二形狀系數(shù)S2 (有效直徑d與橡膠 層總厚度tr之比) ，應(yīng)按下式計(jì)算； 圓形截面： 矩形截面： r1 1 )(2tba ab S r1 0

21、1 4t dd S r 2 t d S r 2 t b S 49(97) S1 隔震支座第一形狀系數(shù)； S2 隔震支座第二形狀系數(shù)； d 橡膠的有效直徑(mm)； tr1 每一橡膠層的厚度(mm)； tr橡膠層的總厚度(mm)。 a 矩形截面隔震支座的長(zhǎng)邊尺寸(mm)； b 矩形截面隔震支座的短邊尺寸(mm)； d0隔震支座中間開孔的直徑(mm)； 50(97) 51(97) 52(97) 4.3 基礎(chǔ)隔震的應(yīng)用 4.3.1 基礎(chǔ)隔震技術(shù)的提出 4.3.2 基礎(chǔ)隔震技術(shù)的現(xiàn)代階段 絕大多數(shù)采用的是粘結(jié)型疊層橡膠墊隔 震體系。 53(97) 4.3.3 基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)要點(diǎn) 1應(yīng)根據(jù)預(yù)期的水平向減震

22、系數(shù)和位移控制要 求選擇適當(dāng)?shù)母粽鹬ё?2應(yīng)進(jìn)行豎向承載力驗(yàn)算和罕遇地震下水平位 移驗(yàn)算。 3隔震層以上結(jié)構(gòu)的水平地震作用應(yīng)根據(jù)水平 向減震系數(shù)確定。 4其豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，8度（0.2g）、8度 （0.3g）、9度時(shí)分別不應(yīng)小于隔震層以上結(jié)構(gòu)總 重力荷載代表值的20%、30%和40%。 54(97) 5計(jì)算簡(jiǎn)圖 圖4.23 計(jì)算簡(jiǎn)圖 一般情況宜采用 “時(shí)程分析法”進(jìn)行計(jì) 算。若處于發(fā)震斷層 10km以內(nèi)，若輸入地 震波未計(jì)入近場(chǎng)影響， 則近場(chǎng)系數(shù)取1.5(5km 以內(nèi))和1.25(510km)。 h K eq 1 m 2 m n m 1n m 55(97) 6隔震層以上的地震作用 （1）

23、對(duì)于多層建筑，水平地震作用沿高度可按重 力荷載代表值分布。水平地震影響系數(shù)最大值： 56(97) 隔震后結(jié)構(gòu)的總水平地震作用不得低于非隔震的 結(jié)構(gòu)在6度設(shè)防時(shí)的總水平地震作用。 57(97) 7各橡膠隔震支座的豎向平均壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值，不應(yīng) 超過表4.5的規(guī)定。 表4.5橡膠隔震支座平均壓應(yīng)力限值 建筑類別甲類乙類丙類 平均壓應(yīng)力 限值(MPa) 101215 注：（1）平均壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值應(yīng)按永久荷載和可變荷載組合計(jì)算，對(duì)需驗(yàn)算傾 覆的結(jié)構(gòu)應(yīng)包括水平地震作用效應(yīng)組合；對(duì)需進(jìn)行豎向地震作用計(jì)算的結(jié)構(gòu)， 尚應(yīng)包括豎向地震作用效應(yīng)組合； （2）當(dāng)橡膠支座的第二形狀系數(shù)(有效直徑與各橡膠層總厚度之比)小于5

24、.0 時(shí) 應(yīng)降低平均壓應(yīng)力限值：小于5 不小于4 時(shí)降低20%，小于4 不小于3時(shí)降低 40%； （3）外徑小于300mm 的橡膠支座，其平均壓應(yīng)力限值對(duì)丙類建筑為10MPa 。 58(97) 59(97) 10砌體結(jié)構(gòu)的隔震措施 （1）當(dāng)水平向減震系數(shù)不大于0.40時(shí)，丙類建筑 的多層砌體結(jié)構(gòu)，房屋的層數(shù)、總高度和高度比 限值，可按規(guī)范第7.1節(jié)中降低一度的有關(guān)規(guī) 定采用。 （2）砌體結(jié)構(gòu)隔震層的構(gòu)造應(yīng)符合下列規(guī)定： 多層砌體房屋的隔震層位于地下室頂部時(shí)，隔 震支座不宜直接放置在砌體墻上，并應(yīng)驗(yàn)算砌體 的局部承壓。 隔震層頂部縱、橫梁的構(gòu)造均應(yīng)符合關(guān)于底部 框架磚房的鋼筋混凝土托墻梁的要求。

25、 60(97) 61(97) 62(97) 63(97) 64(97) 65(97) 11. 幾種常見的夾層橡膠墊 66(97) 67(97) 4.3.4 砌體結(jié)構(gòu)隔震計(jì)算 （1）通過驗(yàn)算豎向承載力確定隔震支座數(shù) 注意設(shè)計(jì)值和代表值的區(qū)別 （2）按單質(zhì)點(diǎn)計(jì)算基本周期 （3）計(jì)算減震系數(shù) （4）計(jì)算底部剪力和各質(zhì)點(diǎn)剪力 注意等效測(cè)力法與底部剪力法的區(qū)別 （5）驗(yàn)算罕遇地震下位移 68(97) 五、砌體結(jié)構(gòu)隔震計(jì)算例題五、砌體結(jié)構(gòu)隔震計(jì)算例題 隔震計(jì)算例題隔震計(jì)算例題( (五層砌體結(jié)構(gòu)五層砌體結(jié)構(gòu)P217) ) 已知：設(shè)防烈度7度，II類場(chǎng)地，設(shè)計(jì)地震分組二 組 ，丙類建筑，近場(chǎng)系數(shù)為1.0，樓層

26、面積333m2， 活載2.0kN/m2 kN18986 j G kN4272 1 G kN3792 432 GGG kN3338 5 G 重力荷載代表值： 解：（1）重力荷載計(jì)算（略） 69(97) 新 增 一 層 底板 及 半 層 墻 重 隔震支座 須增加一底座層： kN30232934575 . 01265 0 G 故新的隔震結(jié)構(gòu)的重力荷載 代表值為： 5 0 GkN22009302318986 j G 70(97) （2）驗(yàn)算豎向承載力： 若再考慮五層的活載，則有 kN333053330 . 2 q P 總的恒載 kN203445 . 0333022009 g P 總的重力荷載設(shè)計(jì)值 q

27、ga PPG4 . 12 . 1 kN2907533304 . 1203442 . 1 選用32個(gè)VP300隔震支座 kN29075GkN32000kN100032 a0 P 滿足豎向承載力要求 71(97) （3）水平動(dòng)剛度 kN/mm6 .17kN/mm55. 032 jn KK （4）隔震體系的基本周期 s222. 2 98106 .17 21594 22 1 gK G T n s0 . 2 1 T 重新選用32個(gè)VP400： kN29075GkN57600kN180032 a0 P 72(97) （5）重新計(jì)算水平動(dòng)剛度 kN/mm92.25kN/mm81. 032 jn KK （6）

28、重新計(jì)算隔震體系的基本周期 s831. 1 981092.25 21594 22 1 gK G T n （7）查 Tgm=0.4s（小于0.4s時(shí)，須取0.4s） （8）計(jì)算等效阻尼比 eq 253. 0 h ii eq K K 73(97) （9）計(jì)算減震系數(shù) 0209. 08 . 0/08. 0209. 0/ max1max 2 1 2 . 1 T Tgm 55. 0581. 0 6 . 108. 0 05. 0 1 2 788. 0 63 . 0 05. 0 9 . 0 209. 0581. 0 848. 1 4 . 0 2 . 1 788. 0 74(97) （10）確定地震作用 隔震

29、時(shí)kN8 .396189860209. 0 1max GFEk 非隔震時(shí) 故取 kN4 .7591898604. 0 EK F 各層的水平水平地震作用分別為： kN4 .759 EK F kN9 .170 1 1 EK F G G F kN7 .151 2 432 EK F G G FFF kN5 .133 5 5 EK F G G F 133.5 151.7 151.7 151.7 170.9 75(97) （11）罕遇地震下隔震層位移驗(yàn)算 查5 . 0 max 25. 245. 055831. 1 1 gm TT 0 . 1 s 近場(chǎng)系數(shù) 0959. 05 . 0581. 0) 836.

30、1 45. 0 ( )( 788. 0 max21 T Tgm 故mm43.8192.25/220090959. 00 . 1 e u 420,400DVPmm23155. 0D 橡膠層總厚101mm， mm231 e u 可行 76(97) 4.4 結(jié)構(gòu)消能減震 4.4.1 結(jié)構(gòu)消能減震體系的基本特性 1. 結(jié)構(gòu)消能減震體系的基本要求 結(jié)構(gòu)消能減震體系的基本要求是：通過對(duì)消能 器的設(shè)置來控制預(yù)期的結(jié)構(gòu)變形，從而使主結(jié)構(gòu)構(gòu) 件在罕遇地震下不發(fā)生嚴(yán)重破壞。 2. 結(jié)構(gòu)消能減震體系的減震特性 地震發(fā)生時(shí)，地面震動(dòng)將引起結(jié)構(gòu)物的震動(dòng)反 應(yīng)，地面地震能量向結(jié)構(gòu)物輸入。結(jié)構(gòu)物接收了大 量的地震能量，必然

31、要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換或消耗才能最 后終止震動(dòng)反應(yīng)。 77(97) SDRin EEEE ASDRin EEEEE 現(xiàn)以一般的能量表達(dá)式或說明地震時(shí)的結(jié)構(gòu)能量 轉(zhuǎn)換過程。 式中：Ein為地震時(shí)輸入結(jié)構(gòu)物的地震能量；ER為 結(jié)構(gòu)物地震反應(yīng)的能量，即結(jié)構(gòu)物振動(dòng)的動(dòng)能和 勢(shì)能；ED為結(jié)構(gòu)阻尼消耗的能量（一般不超過 5%）；ES為主體結(jié)構(gòu)及承重構(gòu)件非彈性變形（或 損壞）消耗的能量；EA為消能構(gòu)件或消能裝置消 耗的能量。 消能減震結(jié)構(gòu) 消能減震結(jié)構(gòu) 78(97) 4.4.3 結(jié)構(gòu)消能減震的優(yōu)越性及 應(yīng)用范圍 （1）安全性。 （2）經(jīng)濟(jì)性。（3）技術(shù)合理性。 消能減震結(jié)構(gòu)則是通過設(shè)置消能構(gòu)件或消能裝 置，使結(jié)構(gòu)在

32、出現(xiàn)較大變形時(shí)消耗地震能量，確保 主體結(jié)構(gòu)在強(qiáng)地震中的安全。結(jié)構(gòu)高度越高，跨度 越大，剛度越柔，消能減震效果越顯著。因而，消 能減震技術(shù)必將成為采用高強(qiáng)輕質(zhì)材料的高柔結(jié)構(gòu) （超高層建筑，大跨度結(jié)構(gòu)及橋梁等）的合理新途 徑。 79(97) 由于消能減震結(jié)構(gòu)體系有上述的優(yōu)越性，已被 廣泛、成功地應(yīng)用于“柔性”的工程結(jié)構(gòu)物的減震 （或抗風(fēng)）。一般來說，層數(shù)越多，高度越高，跨 度越大，變形越大，消能減震效果越明顯。所以多 被應(yīng)用于下述結(jié)構(gòu)： （1）高層建筑，超高層建筑； （2）高柔結(jié)構(gòu)，高聳塔架； （3）大跨度橋梁； （4）柔性管道，管線（生命線工程）； （5）舊有高柔建筑或結(jié)構(gòu)物的抗震（或抗風(fēng)）性

33、能的改善提高。 80(97) 4.4.4 結(jié)構(gòu)消能減震體系的分類 金屬屈服型：軟鋼，鉛 摩擦阻尼裝置 粘滯型：油阻尼器，液體阻尼器 粘彈型：粘彈性材料 鉛-橡膠阻尼器 形狀記憶合金 其他類型 速度相關(guān) 型 位移相關(guān) 型 按消能裝置性能 圖4.26 消能減震結(jié)構(gòu)體系按消能裝置性能分類 81(97) 消能支撐消能支撐 消能剪力墻消能剪力墻 消能節(jié)點(diǎn)消能節(jié)點(diǎn) 消能連接消能連接 消能支承或懸吊構(gòu)件消能支承或懸吊構(gòu)件 按構(gòu)件形式按構(gòu)件形式 圖4.27 消能減震結(jié)構(gòu)體系按構(gòu)件形式分類 82(97) 4.4.7 消能裝置的典型構(gòu)造型式 （1）消能支撐類型 （2）消能墻類型 （3）消能節(jié)點(diǎn)類型 軟鋼內(nèi)方框消能

34、支撐 軟鋼片K形消能支撐 83(97) 復(fù)合摩擦消能支撐 粘彈性（或粘滯性）阻尼器 鋼梁K形消能支撐 84(97) 復(fù)合摩擦消能支撐 橫縫消能剪力墻 高層建筑與廊橋連結(jié)的柔性消能節(jié)點(diǎn) 85(97) 裝設(shè)阻尼器的剪力墻 吸能材料剪力墻 桁架端消能節(jié)點(diǎn) 腋角消能節(jié)點(diǎn) 86(97) 4.4.5 結(jié)構(gòu)消能減震房屋設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn) 1. 消能減震結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)計(jì)算的基本內(nèi)容和步驟 （1）預(yù)估結(jié)構(gòu)的位移，并與未采用消能減震結(jié)構(gòu)的位移相比； （2）求出所需的附加阻尼； （3）選擇消能裝置，確定其數(shù)量、布置和所能提供的阻尼大??； （4）設(shè)計(jì)相應(yīng)的消能構(gòu)件； （5）對(duì)消能減震結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行整體分析，確認(rèn)其是否滿足位移控

35、制 要求。 2. 消能減震房屋的計(jì)算方法，可采用線性分析法或非線性分析法 （1）當(dāng)主體結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作階段時(shí)，可采用線性方法簡(jiǎn)化估算， 并根據(jù)結(jié)構(gòu)的變形特征和高度等，按規(guī)范的規(guī)定分別采用底部剪力 法、振型分解反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法。其地震影響系數(shù)可根據(jù)消能減震 結(jié)構(gòu)的總阻尼比按規(guī)范有關(guān)規(guī)定采用。 87(97) （2）一般情況下，宜采用非線性分析方法，即非線性靜力分析法或非 線性時(shí)程分析法，并直接采用消能部件的恢復(fù)力模型進(jìn)行計(jì)算。 3. 消能減震結(jié)構(gòu)的總剛度和總阻尼比 （1）消能減震結(jié)構(gòu)的總剛度應(yīng)為結(jié)構(gòu)剛度和消能部件有效剛度的總和。 （2）消能減震結(jié)構(gòu)的總阻尼比應(yīng)為結(jié)構(gòu)阻尼比和消能部件附加給結(jié)

36、構(gòu) 的有效阻尼比的總和。 4. 消能部件附加給結(jié)構(gòu)的有效阻尼比，可按下列方法確定： （1）消能部件附加的有效阻尼比可按下式估算： sca WW4/ 式中： Wc為所有消能部件在結(jié)構(gòu)預(yù)期位移下往復(fù)一周所消耗的能 量；Ws 為設(shè)置消能部件的結(jié)構(gòu)在預(yù)期位移下的總應(yīng)變能。 88(97) iis uFW 2/1 式中：Fi為質(zhì)點(diǎn)的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；為質(zhì)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于水平地震作用 標(biāo)準(zhǔn)值的位移。 （3）速度線性相關(guān)型消能器在水平地震作用下所消耗的能量，可按 下式估算： 22 1 2 cos/2 jjjc uCTW 式中：Tj為消能減震結(jié)構(gòu)的基本自振周期；Cj為第j個(gè)消能器由試驗(yàn)確定 的線性阻尼系數(shù)； 為第j個(gè)

37、消能器的消能方向與水平面的夾角； 為第 j個(gè)消能器兩端的相對(duì)水平位移。 當(dāng)消能器的阻尼系數(shù)和有效的剛度與結(jié)構(gòu)振動(dòng)周期有關(guān)時(shí)，可取相應(yīng)于 消能減震結(jié)構(gòu)基本自振周期的值。 （4）位移相關(guān)型、速度非線性相關(guān)型和其他類型消能器在水平地震作用 下所消耗的能量，可按下式估算： j u j 89(97) jc AW 式中：Aj為第j個(gè)消能器的恢復(fù)力滯回環(huán)在相對(duì)水平位移 時(shí)的面積。 消能器的有效剛度可取消能器的恢復(fù)力滯回環(huán)在相對(duì)水平位移 時(shí)的 割線剛度。 消能部件附加給結(jié)構(gòu)的有效阻尼比超過20%時(shí)，宜按20%計(jì)算。 j u j u 90(97) 4.5 結(jié)構(gòu)主動(dòng)減震控制簡(jiǎn)介 結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制是利用外部能源（計(jì)算機(jī)

38、控制系統(tǒng)或智能材料），在結(jié) 構(gòu)物受激勵(lì)振動(dòng)過程中，瞬時(shí)施加控制力或瞬時(shí)改變結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性 （剛度或阻尼），以迅速衰減和控制結(jié)構(gòu)震動(dòng)反應(yīng)的一種減震（振） 技術(shù)。 由于它是利用外部能量，按預(yù)定的減震（振）控制目標(biāo)，對(duì)結(jié)構(gòu)反應(yīng) 實(shí)施減震控制，故稱為主動(dòng)控制。 91(97) AMD伺服反饋控制系統(tǒng)圖 92(97) 4.5.1 結(jié)構(gòu)主動(dòng)減震控制的基本概念和分類 1. 按主動(dòng)控制的利用程度分類（圖4.43） （1）結(jié)構(gòu)（全）主動(dòng)控制（Active Control）：其結(jié)構(gòu)減震控制目標(biāo) 的實(shí)現(xiàn)，全部依賴主動(dòng)控制。 （2）結(jié)構(gòu)半主動(dòng)控制（Semi-active Control）：以被動(dòng)控制為主要減 震體系，但

39、輔以一定程度的主動(dòng)控制手段，施加部分外力或改變結(jié)構(gòu)參 數(shù)與工作狀態(tài)，例如，在抗震結(jié)構(gòu)或被動(dòng)消能減震結(jié)構(gòu)中輔以改變剛度、 阻尼的主動(dòng)控制；在被動(dòng)TMD系統(tǒng)中輔以主動(dòng)控制手段，使TMD半主動(dòng)化。 半主動(dòng)控制是輔以部分自動(dòng)控制，以較簡(jiǎn)單的控制裝置和較小的能量輸 出，達(dá)到較明顯的減震效果。 主動(dòng)控制 Active Control 混合控制 Hybrid Control 半自動(dòng)控制 Semi-active Control按控制程度 主動(dòng)控制按控制程度分類 93(97) （3）結(jié)構(gòu)混合控制（Hybrid Control）：在一個(gè)結(jié)構(gòu)上同時(shí)采用被動(dòng)控 制和主動(dòng)控制系統(tǒng)。被動(dòng)控制簡(jiǎn)單可靠，不須外部能源，經(jīng)濟(jì)易

40、行，但 控制范圍及控制效果受到限制。主動(dòng)控制的減震控制效果明顯，控制目 標(biāo)明確，但需外部能源，系統(tǒng)設(shè)置要求較高，造價(jià)較高。把兩種系統(tǒng)混 合使用，取長(zhǎng)補(bǔ)短，可達(dá)到更加合理，安全，經(jīng)濟(jì)的目的。例如，當(dāng)結(jié) 構(gòu)在常遇激勵(lì)時(shí)（風(fēng)或中小地震），主要依靠被動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)減震， 當(dāng)結(jié)構(gòu)遭受罕見激勵(lì)時(shí)（大地震），主動(dòng)控制系統(tǒng)被啟動(dòng)參與工作。結(jié) 構(gòu)同時(shí)依靠被動(dòng)、主動(dòng)兩種系統(tǒng)混合運(yùn)作，達(dá)到最隹的減震控制效果。 2. 按實(shí)現(xiàn)控制的手段方法分類 （1）施加外力控制型：通過對(duì)結(jié)構(gòu)（或裝置）主動(dòng)施加外加控制力以控 制結(jié)構(gòu)的震動(dòng)反應(yīng)。 （2）改變結(jié)構(gòu)震動(dòng)反應(yīng)。 （3）智能材料自控型：通過采用智能材料（Smart Materi

41、al），自動(dòng)調(diào) 節(jié)和控制結(jié)構(gòu)的震反應(yīng)。 94(97) 主動(dòng)質(zhì)量阻尼器 AMD 主動(dòng)質(zhì)量驅(qū)動(dòng)器 AMD 主動(dòng)拉索系統(tǒng) ATS 脈沖發(fā)生器 PG 混合質(zhì)量阻尼器 HMD 主動(dòng)被動(dòng)凋諧質(zhì)量阻尼器 APTMD 主動(dòng)擋風(fēng)板 ADA施加外力控制型 主動(dòng)變剛度 AVS 主動(dòng)變阻尼 AVD 主動(dòng)變剛度-阻尼 AVSD 改變結(jié)構(gòu)參數(shù) 形狀記憶合金 SMA 壓電層材料 PEL ER 流變 ERP MR 流變 MRF 智能材料自控型 Smart Material 按控制手段 主動(dòng)控制按控制手段方法分類 95(97) 4.5.3 結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制的減震機(jī)理 1. 主動(dòng)質(zhì)量阻尼器AMD（Active Mass Damper） 設(shè)有個(gè)質(zhì)點(diǎn)，具有個(gè)自由度的線性結(jié)構(gòu)，采用主動(dòng)減震控制結(jié)構(gòu)