第六章 工程結(jié)構(gòu)消能減震設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介課件

6.結(jié)構(gòu)隔震、消能減震設(shè)計(jì)6.1概述抗震設(shè)計(jì)：依靠結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和延性來(lái)抵御地震作用立足于“抗”，是一種消極設(shè)計(jì)方法傳統(tǒng)抗震方法存在的問(wèn)題：（1）結(jié)構(gòu)的安全性難以保證傳統(tǒng)抗震方法以既定的“設(shè)防烈度”作為設(shè)計(jì)依據(jù)，由于地震的隨機(jī)性，建筑結(jié)構(gòu)的破損程度及倒塌的可能性難以控制，當(dāng)發(fā)生突發(fā)性超烈度地震時(shí)，房屋可能會(huì)嚴(yán)重破壞。6.結(jié)構(gòu)隔震、消能減震設(shè)計(jì)6.1概述16.1概述（2）建筑費(fèi)用和成本大幅度增加傳統(tǒng)方法是在設(shè)計(jì)時(shí)提高材料強(qiáng)度、加大構(gòu)件（結(jié)構(gòu)）剛度，其結(jié)果是斷面越大，剛度越大，使用面積減少，建筑物自重增大，地震作用亦隨之增大。（3）適用范圍受到限制傳統(tǒng)抗震方法采用的是延性結(jié)構(gòu)體系，允許結(jié)構(gòu)部件在強(qiáng)震時(shí)發(fā)生比較大的塑性變形，以消耗地震能量，減輕地震反應(yīng)，這種方法對(duì)于某些不容許在地震中出現(xiàn)破壞的結(jié)構(gòu)、或內(nèi)部有貴重裝飾、重要設(shè)備儀器的結(jié)構(gòu)是不適用的。6.1概述（2）建筑費(fèi)用和成本大幅度增加26.1概述（4）施工難度大結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的鋼筋配置過(guò)密，9度區(qū)甚至無(wú)法排布。（5）建筑物的高度受到限制等。為克服傳統(tǒng)抗震方法的缺陷，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)“結(jié)構(gòu)控制”）逐漸發(fā)展起來(lái)。結(jié)構(gòu)控制的概念：通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)施加控制機(jī)構(gòu)，由控制機(jī)構(gòu)與結(jié)構(gòu)共同承受振動(dòng)作用，以調(diào)諧和減輕結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)，使它在外界干擾作用下的各項(xiàng)反應(yīng)值被控制在允許范圍內(nèi)。

6.1概述（4）施工難度大36.1概述結(jié)構(gòu)控制的概念：在工程結(jié)構(gòu)的特定部位裝設(shè)某種裝置（如隔震墊等）、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）、或調(diào)整結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，使工程結(jié)構(gòu)在地震（或風(fēng)）的作用下，其結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)（加速度、速度、位移）得到合理的控制，從而確保結(jié)構(gòu)本身及結(jié)構(gòu)中的人、儀器設(shè)備、裝修等的安全或處于正常的使用狀態(tài)。結(jié)構(gòu)控制技術(shù)按控制措施實(shí)施的方式不同，一般分為被動(dòng)控制（PassiveControl）、主動(dòng)控制（ActiveControl）、半主動(dòng)控制（Semi—ActiveControl）和混合控制（HybridControl）四類(lèi)。6.1概述結(jié)構(gòu)控制的概念：在工程結(jié)構(gòu)的特定部位裝設(shè)某種裝置（46.1概述（1）被動(dòng)控制（PassiveControl）①隔震：在建筑物適當(dāng)部位設(shè)置隔震裝置，切斷或削弱地面運(yùn)動(dòng)向上部結(jié)構(gòu)的傳遞，并提供適當(dāng)?shù)淖枘?，從而使上部結(jié)構(gòu)的地震作用大大降低，耗能能力加強(qiáng)。如疊層橡膠墊支座、高阻尼橡膠墊支座、滑移隔震支座和混合隔震裝置等。6.1概述（1）被動(dòng)控制（PassiveControl）56.1概述②結(jié)構(gòu)自控：通過(guò)在結(jié)構(gòu)中優(yōu)選耗能材料和耗能桿件，設(shè)置多道抗震防線達(dá)到耗能減振的目的。

常見(jiàn)的有：豎向通縫SW（剪力墻）、周邊縫SW、雙功能連梁、帶抗震連梁的SW、頂層為剛性連梁的SW、偏交支撐、梁端設(shè)塑性鉸的框架、懸掛式結(jié)構(gòu)、底層設(shè)消能縫的磚混結(jié)構(gòu)。6.1概述②結(jié)構(gòu)自控：通過(guò)在結(jié)構(gòu)中優(yōu)選耗能材料和耗能桿件，66.1概述③結(jié)構(gòu)附加裝置控制：在結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置安放耗能減振裝置，以達(dá)到耗能減振的目的。

主要有：各種耗能支撐、預(yù)應(yīng)力摩擦墻、金屬阻尼器、摩擦阻尼器、調(diào)頻質(zhì)量阻尼器（TMD）、調(diào)頻液體阻尼器（TLD）、粘滯流體阻尼器和粘彈性阻尼器等等。6.1概述③結(jié)構(gòu)附加裝置控制：在結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置安放耗能減振76.1概述（2）主動(dòng)控制（ActiveControl）指有外加能源的控制，其工作原理為：6.1概述（2）主動(dòng)控制（ActiveControl）86.1概述常見(jiàn)的類(lèi)型有：主動(dòng)調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(ActiveTunedMassDamper,簡(jiǎn)稱(chēng)AMD)；主動(dòng)支撐系統(tǒng)（ActiveBrace）；主動(dòng)拉索控制器（ActiveTendon）；主動(dòng)空氣擋風(fēng)板控制器（ActiveAerodynamicAppendayes）等。6.1概述常見(jiàn)的類(lèi)型有：96.1概述（3）混合控制（HybridControl）

混合控制是將主動(dòng)控制與被動(dòng)控制同時(shí)施加在同一結(jié)構(gòu)上的結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制形式。從其元素所起作用的相對(duì)大小來(lái)看，有兩種組合方式：

一種是主從組合方式，即以某一控制為主控制部件，其他部件通過(guò)主要部件實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的控制。6.1概述（3）混合控制（HybridControl）106.1概述

另一種是并列組合方式，即兩種控制各自獨(dú)立工作，對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)施校正作用。目前，較為典型的幾種混合控制裝置有：AMD與TMD相組合，AMD與TLD相組合，主動(dòng)控制與基礎(chǔ)隔震相組合，主動(dòng)控制與耗能減振相組合，HMS（液壓－質(zhì)量振動(dòng)控制系統(tǒng)）與AMD相組合等。6.1概述另一種是并列組合方式，即兩種控制各自獨(dú)立工作，對(duì)116.1概述

結(jié)構(gòu)消能減震建筑的特點(diǎn)：1.消能減震裝置可同時(shí)減少結(jié)構(gòu)的水平和豎向的地震作用，適用范圍較廣，結(jié)構(gòu)類(lèi)型和高度均不受限制；2.消能減震裝置應(yīng)使結(jié)構(gòu)具有足夠的附加阻尼，以滿(mǎn)足罕遇地震下預(yù)期的結(jié)構(gòu)位移要求；3.由于消能減震結(jié)構(gòu)不改變結(jié)構(gòu)的基本型式，除消能部件和相關(guān)部件外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍可按照《規(guī)范》對(duì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)類(lèi)型的要求執(zhí)行。6.1概述結(jié)構(gòu)消能減震建筑的特點(diǎn)：126.1概述消能減震技術(shù)的優(yōu)越性：1、安全性：消能構(gòu)件或消能裝置在強(qiáng)震中能率先消耗的地震能量，迅速衰減結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)并保護(hù)主體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件免遭破壞，確保結(jié)構(gòu)的安全。消能減震結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)降低40%—60%。2、經(jīng)濟(jì)性：消能減震結(jié)構(gòu)可以減少剪力墻的設(shè)置，減少結(jié)構(gòu)斷面和配筋，可節(jié)約造價(jià)5%—10%。若用于舊建筑物的抗震加固，則可節(jié)約造價(jià)10%—60%。3、技術(shù)合理性：結(jié)構(gòu)越高、越柔，消能減震效果越顯著6.1概述消能減震技術(shù)的優(yōu)越性：136.2結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)隔震主要有基底隔震和懸掛隔震兩種6.2.1基底隔震原理在結(jié)構(gòu)物底部與基礎(chǔ)頂面之間設(shè)置隔震消能裝置，使之與固結(jié)于地基中的基礎(chǔ)頂面分開(kāi)，限制地震動(dòng)向結(jié)構(gòu)物傳遞。6.2結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)隔震主要有基底隔震和懸掛隔震兩種146.2.1基底隔震原理為達(dá)到明顯減震效果，通?；A(chǔ)隔震系統(tǒng)需具備以下四種特性：(1)承載特性：具有足夠的豎向強(qiáng)度和剛度以支撐上部結(jié)構(gòu)的重量；(2)隔震特性：具有足夠的水平初始剛度，在風(fēng)載和小震作用下，體系能保持在彈性范圍內(nèi)，滿(mǎn)足正常使用的要求，而中強(qiáng)地震時(shí)，其水平剛度較小，結(jié)構(gòu)為柔性隔震結(jié)構(gòu)體系；(3)復(fù)位特性：地震后，上部結(jié)構(gòu)能回復(fù)到初始狀態(tài)，滿(mǎn)足正常的使用要求。6.2.1基底隔震原理為達(dá)到明顯減震效果，通常基礎(chǔ)隔震系統(tǒng)需156.2.1基底隔震原理(4)耗能特性：隔震系統(tǒng)本身具有較大的阻尼，地震時(shí)能耗散足夠的能量，從而降低上部結(jié)構(gòu)所吸收的地震能量。

基底隔震的適用范圍：高度不超過(guò)40m，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的多層和中高層結(jié)構(gòu)6.2.1基底隔震原理(4)耗能特性：隔震系統(tǒng)本身具有較大的166.2.2基礎(chǔ)隔震裝置隔震裝置由隔震器、阻尼器和復(fù)位裝置組成隔震器的作用：支承上部結(jié)構(gòu)全部質(zhì)量，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)自振周期，同時(shí)具有經(jīng)歷較大變形的能力阻尼器的作用：消耗地震能量，抑制結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的過(guò)大位移復(fù)位裝置的作用：提高隔震系統(tǒng)早期剛度使結(jié)構(gòu)在微震或風(fēng)載作用下，能夠具有和普通結(jié)構(gòu)相同的安全性目前應(yīng)用最多的隔震裝置為隔震橡膠支座6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置隔震裝置由隔震器、阻尼器和復(fù)位裝置組176.2.2基礎(chǔ)隔震裝置

隔震橡膠支座包括天然夾層橡膠支座、鉛芯橡膠支座，高阻尼橡膠支座等。天然夾層隔震橡膠支座

天然夾層橡膠支座具有較大的豎向剛度，承受建筑物的重量時(shí)豎向變形小，而水平剛度較小，且線性性能好。由于天然夾層橡膠支座的阻尼很小，不具備足夠的耗能能力，所以在結(jié)構(gòu)使用中一般同其它阻尼器或耗能設(shè)備聯(lián)合使用。6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置隔震橡膠支座包括天然夾層橡膠186.2.2基礎(chǔ)隔震裝置

鉛芯隔震橡膠支座鉛芯隔震橡膠支座由新西蘭的ROBINSON及其公司最早研制開(kāi)發(fā)，以后在中國(guó)、日本、美國(guó)、意大利等國(guó)家都得到了較大的發(fā)展與應(yīng)用。

因?yàn)殂U芯橡膠支座不但具有較理想的豎向剛度，而且本身具有消耗地震能量的能力，故鉛芯橡膠支座在結(jié)構(gòu)使用中受到廣泛歡迎。

6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置鉛芯隔震橡膠支座因?yàn)殂U芯196.2.2基礎(chǔ)隔震裝置6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置206.2.2基礎(chǔ)隔震裝置

下圖分別是世界上第一棟采用鉛芯橡膠支座隔震的建筑(TheWilliamClaytonBuilding,NewZealand)和世界上使用鉛芯橡膠支座中基底面積最大的建筑(日本)。

6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置下圖分別是世界上第一棟采用鉛216.2.2基礎(chǔ)隔震裝置日本1997年度評(píng)定的隔震建筑中，采用鉛芯橡膠支座隔震房屋占總數(shù)的40%；美國(guó)在1985年以后興建的隔震房屋中，完全或部分采用鉛芯橡膠支座的隔震房屋占總數(shù)的60.7%；我國(guó)在已建成的隔震房屋中，完全或部分采用鉛芯橡膠支座的隔震房屋占總數(shù)的60%。1994年9月16日，臺(tái)灣海峽發(fā)生了7.3級(jí)地震，震源距離汕頭市約200公里，汕頭市烈度為6度，各類(lèi)房屋搖晃厲害，居民驚惶失措，水桶里的水濺出了1/3左右……而陵海路隔震樓上的人并沒(méi)有感到晃動(dòng)，聽(tīng)到毗鄰樓房和鄰街喧鬧聲后下樓才知道發(fā)生了地震。6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置日本1997年度評(píng)定的隔震建筑中，采226.2.2基礎(chǔ)隔震裝置

1994年1月17日，美國(guó)圣菲爾南多發(fā)生洛杉磯地震，震級(jí)M=6.7，死亡56人，傷7300人，損失很大。震中附近有兩座醫(yī)院，一座為隔震結(jié)構(gòu)，另一座為抗震結(jié)構(gòu)。中南加州大學(xué)醫(yī)院（隔震結(jié)構(gòu)）橄欖景醫(yī)院（抗震結(jié)構(gòu)）6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置1994年1月17日，美國(guó)圣236.2.2基礎(chǔ)隔震裝置

中南加州大學(xué)醫(yī)院是橡膠支座隔震系統(tǒng)。地下一層，地上7層，建筑面積：33000平方米；最高高度：36.0m；鉛芯多層橡膠隔震器68個(gè)，多層橡膠隔震器81個(gè)。地震時(shí)，這棟八層醫(yī)院基礎(chǔ)加速度為0.49g，而頂層加速度只有0.21g,加速度折減系數(shù)為1.8。在這次地震及其其后的余震中，建筑物內(nèi)的各種機(jī)器均未損壞，醫(yī)院功能得到維持，成為防災(zāi)中心，起到十分重要的作用。6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置中南加州大學(xué)醫(yī)院是橡膠支座隔震246.2.2基礎(chǔ)隔震裝置橄欖景醫(yī)院為抗震結(jié)構(gòu)，其底層加速度為0.82g，而頂層加速度為2.31g,加速度放大系數(shù)為2.8。在此次地震中，剪力墻產(chǎn)生剪切裂縫，設(shè)備機(jī)器、醫(yī)療機(jī)械及家具等翻倒，病歷等資料掉下、散亂。而且水管破裂，各層浸水，建筑物不能使用，完全喪失了醫(yī)院的功能。10年后重建，并增加了抗震強(qiáng)度。6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置橄欖景醫(yī)院為抗震結(jié)構(gòu)，其256.2.3懸掛隔震實(shí)例

“雞腿建筑”最初的希望將地面空間還給城市，還給市民的理想也隨之被扭曲。即使建筑師自己不去否定雞腿建筑，它們也注定要被結(jié)構(gòu)師否定，尤其是在地震危險(xiǎn)性較高的地區(qū)。香港人自以為占了塊風(fēng)水寶地，永遠(yuǎn)不會(huì)地震，確實(shí)那也真的沒(méi)被怎么震過(guò)，于是肆無(wú)忌憚的在山坡和港灣建造了大量的雞腿建筑，而且還相當(dāng)骨感，真讓人替他們擔(dān)心。建筑的形式不是由單單由建筑師決定的，也不是單單由結(jié)構(gòu)師決定的，還有追求經(jīng)濟(jì)利益的業(yè)主。底部沿街樓層對(duì)開(kāi)敞的大空間有揮之不去的商業(yè)熱情，建筑師和結(jié)構(gòu)師的工作就是盡量滿(mǎn)足這種商業(yè)需求。

6.2.3懸掛隔震實(shí)例“雞腿建筑”最初的希望將地面空間26在香港擁擠的高樓大廈中，NormanFoster設(shè)計(jì)的懸掛式的匯豐銀行大樓是為數(shù)不多的既獲得了底部大空間又不采用雞腿結(jié)構(gòu)的高樓，更可貴的是它的底部大空間真的還給了城市和市民，而沒(méi)有做成商場(chǎng)或氣派的大堂。不管是Foster本人的理想使然，還是業(yè)主或市政府要求這樣，總之香港匯豐銀行大樓通過(guò)炫耀技術(shù)的懸掛結(jié)構(gòu)，代替了雞腿建筑，實(shí)現(xiàn)了柯布的早期理想。6.2.3懸掛隔震實(shí)例在香港擁擠的高樓大廈中，NormanFost27和田先生則以自己敏銳的抗震思維，通過(guò)將隔震和懸掛合二為一，為底部開(kāi)敞的懸掛結(jié)構(gòu)賦予了更充分的結(jié)構(gòu)抗震的合理性，建筑理想的實(shí)現(xiàn)多么依賴(lài)于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)的進(jìn)步。

在清水建設(shè)的支持下，在清水建設(shè)技術(shù)研究所的門(mén)口按照和田先生的想法建造起來(lái)一座四層的鋼筋混凝土懸掛隔震示范建筑，如下頁(yè)的小圖所示。6.2.3懸掛隔震實(shí)例和田先生則以自己敏銳的抗震思維，通過(guò)將隔震和懸掛合二286.2.3懸掛隔震實(shí)例6.2.3懸掛隔震實(shí)例29

底層只有一個(gè)核心筒，三層的使用空間通過(guò)高強(qiáng)鋼索懸掛在核心筒上。四周不再需要一根立柱，而核心筒頂上的隔震構(gòu)造成為它的一大亮點(diǎn)。它的結(jié)構(gòu)體系非常明確。另外在核心筒和樓板之間留有變形縫，縫里面還設(shè)置有阻尼器，將二者在地震中出現(xiàn)相對(duì)變形時(shí)，阻尼器將發(fā)揮其耗能能力，降低結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。這樣的結(jié)構(gòu)體系與和田先生的抗震思想一脈相承，有專(zhuān)門(mén)用來(lái)耗能的可更換部件，有控制結(jié)構(gòu)變形模式的整體型關(guān)鍵構(gòu)件，以柔克剛，以不變應(yīng)萬(wàn)變。6.2.3懸掛隔震實(shí)例底層只有一個(gè)核心筒，三層的使用空間通過(guò)高6.2.3306.3結(jié)構(gòu)消能減震6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)結(jié)構(gòu)消能減振體系由主體結(jié)構(gòu)和消能部件（消能裝置和連接件）組成，可以按照消能部件的不同“構(gòu)件型式”分為以下類(lèi)型：（1）消能支撐：可以代替一般的結(jié)構(gòu)支撐，在抗震和抗風(fēng)中發(fā)揮支撐的水平剛度和消能減振作用。消能裝置可以做成方框支撐、圓框支撐、交叉支撐、斜桿支撐、K型支撐等6.3結(jié)構(gòu)消能減震6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)316.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)326.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)（2）消能剪力墻：可以代替一般結(jié)構(gòu)的剪力墻，在抗震和抗風(fēng)中發(fā)揮支撐的水平剛度和消能減震作用。

消能剪力墻的形式主要有：6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)（2）消能剪力墻：可以代替一336.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)（3）消能節(jié)點(diǎn)：在結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)或梁節(jié)點(diǎn)處安裝消能裝置。當(dāng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)向位移、在節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生角度變化或者轉(zhuǎn)動(dòng)式錯(cuò)動(dòng)時(shí)，消能裝置即可以發(fā)揮消能減震作用。6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)（3）消能節(jié)點(diǎn)：在結(jié)構(gòu)的梁柱346.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)（4）消能聯(lián)接：在結(jié)構(gòu)的縫隙處或結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的聯(lián)結(jié)處設(shè)置消能裝置。當(dāng)結(jié)構(gòu)在縫隙或聯(lián)結(jié)處產(chǎn)生相對(duì)變形時(shí)，消能裝置即可以發(fā)揮消能減震作用6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)（4）消能聯(lián)接：在結(jié)構(gòu)的縫隙356.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)（5）消能支承或懸吊構(gòu)件：對(duì)于某些線結(jié)構(gòu)（如管道、線路，橋梁的懸索、斜拉索的連接處等），設(shè)置各種支承或者懸吊消能裝置，當(dāng)線結(jié)構(gòu)發(fā)生振（震）動(dòng)時(shí)，支承或者懸吊構(gòu)件即發(fā)生消能減震作用。6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)（5）消能支承或懸吊構(gòu)件：對(duì)366.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)目前最常見(jiàn)的消能器為粘滯（流體）阻尼器和粘彈性阻尼器。粘滯（流體）阻尼器：基本原理是與結(jié)構(gòu)共同工作的粘滯流體阻尼器的導(dǎo)桿受力，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，活塞兩邊的高粘性阻尼介質(zhì)產(chǎn)生壓力差，使阻尼介質(zhì)通過(guò)阻尼孔，產(chǎn)生阻尼力。6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)目前最常見(jiàn)的消能器為376.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)386.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)阻尼器的構(gòu)造6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)阻尼器的構(gòu)造396.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)1、主缸2、副缸3、導(dǎo)桿4、活塞5、阻尼材料（硅油或液壓油）6、阻尼孔

6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)1、主缸2、副缸406.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)

阻尼器的試驗(yàn)裝置6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)阻尼器的試驗(yàn)裝置416.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)

阻尼器的試驗(yàn)裝置6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)阻尼器的試驗(yàn)裝置426.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)

粘彈性消能器通常由鋼板和固體粘彈性材料交替疊合而成。

其原理是通過(guò)粘彈性材料的往復(fù)剪切變形來(lái)耗散能量。6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)粘彈性消能器通常由鋼板43

6.3.2結(jié)構(gòu)消能減震設(shè)計(jì)的應(yīng)用西安長(zhǎng)慶石油勘探局科研樓主體為一個(gè)29層的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高度為105.5米。頂部微波發(fā)射塔高44.5米，其中桅桿高17.5米。微波發(fā)射塔塔身為一個(gè)四邊形空間桁架體系，寬度為2米。塔柱為Φ140X6鋼管，橫桿為Φ83X4.5鋼管，斜腹桿為Φ95X5鋼管。桅桿為Φ400X16鋼管。微波發(fā)射塔與主體采用鉸接連接。考慮到微波發(fā)射塔在大風(fēng)和強(qiáng)震作用下的動(dòng)力響應(yīng)較大，故本工程采用粘滯流體阻尼器對(duì)該塔進(jìn)行振動(dòng)控制以減小其動(dòng)力響應(yīng)，并滿(mǎn)足使用要求。6.3.2結(jié)構(gòu)消能減震設(shè)計(jì)的應(yīng)用西安長(zhǎng)慶石油勘探局科研樓主446.3.2結(jié)構(gòu)消能減震設(shè)計(jì)的應(yīng)用本工程在微波發(fā)射塔標(biāo)高129.5m和121.5m之間斜向設(shè)置了12個(gè)阻尼器；在111.5m平面水平設(shè)置了8個(gè)阻尼器。設(shè)置了粘滯流體阻尼器之后，在風(fēng)荷載作用下，塔頂點(diǎn)最大位移（相對(duì)于主樓頂部）下降了53.5%，在地震作用下，塔頂點(diǎn)最大位移（相對(duì)于主樓頂部）降了62.5%。6.3.2結(jié)構(gòu)消能減震設(shè)計(jì)的應(yīng)用本工程在微波發(fā)射塔標(biāo)高129456.結(jié)構(gòu)隔震、消能減震設(shè)計(jì)6.1概述抗震設(shè)計(jì)：依靠結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和延性來(lái)抵御地震作用立足于“抗”，是一種消極設(shè)計(jì)方法傳統(tǒng)抗震方法存在的問(wèn)題：（1）結(jié)構(gòu)的安全性難以保證傳統(tǒng)抗震方法以既定的“設(shè)防烈度”作為設(shè)計(jì)依據(jù)，由于地震的隨機(jī)性，建筑結(jié)構(gòu)的破損程度及倒塌的可能性難以控制，當(dāng)發(fā)生突發(fā)性超烈度地震時(shí)，房屋可能會(huì)嚴(yán)重破壞。6.結(jié)構(gòu)隔震、消能減震設(shè)計(jì)6.1概述466.1概述（2）建筑費(fèi)用和成本大幅度增加傳統(tǒng)方法是在設(shè)計(jì)時(shí)提高材料強(qiáng)度、加大構(gòu)件（結(jié)構(gòu)）剛度，其結(jié)果是斷面越大，剛度越大，使用面積減少，建筑物自重增大，地震作用亦隨之增大。（3）適用范圍受到限制傳統(tǒng)抗震方法采用的是延性結(jié)構(gòu)體系，允許結(jié)構(gòu)部件在強(qiáng)震時(shí)發(fā)生比較大的塑性變形，以消耗地震能量，減輕地震反應(yīng)，這種方法對(duì)于某些不容許在地震中出現(xiàn)破壞的結(jié)構(gòu)、或內(nèi)部有貴重裝飾、重要設(shè)備儀器的結(jié)構(gòu)是不適用的。6.1概述（2）建筑費(fèi)用和成本大幅度增加476.1概述（4）施工難度大結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的鋼筋配置過(guò)密，9度區(qū)甚至無(wú)法排布。（5）建筑物的高度受到限制等。為克服傳統(tǒng)抗震方法的缺陷，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)“結(jié)構(gòu)控制”）逐漸發(fā)展起來(lái)。結(jié)構(gòu)控制的概念：通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)施加控制機(jī)構(gòu)，由控制機(jī)構(gòu)與結(jié)構(gòu)共同承受振動(dòng)作用，以調(diào)諧和減輕結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)，使它在外界干擾作用下的各項(xiàng)反應(yīng)值被控制在允許范圍內(nèi)。

6.1概述（4）施工難度大486.1概述結(jié)構(gòu)控制的概念：在工程結(jié)構(gòu)的特定部位裝設(shè)某種裝置（如隔震墊等）、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）、或調(diào)整結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，使工程結(jié)構(gòu)在地震（或風(fēng)）的作用下，其結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)（加速度、速度、位移）得到合理的控制，從而確保結(jié)構(gòu)本身及結(jié)構(gòu)中的人、儀器設(shè)備、裝修等的安全或處于正常的使用狀態(tài)。結(jié)構(gòu)控制技術(shù)按控制措施實(shí)施的方式不同，一般分為被動(dòng)控制（PassiveControl）、主動(dòng)控制（ActiveControl）、半主動(dòng)控制（Semi—ActiveControl）和混合控制（HybridControl）四類(lèi)。6.1概述結(jié)構(gòu)控制的概念：在工程結(jié)構(gòu)的特定部位裝設(shè)某種裝置（496.1概述（1）被動(dòng)控制（PassiveControl）①隔震：在建筑物適當(dāng)部位設(shè)置隔震裝置，切斷或削弱地面運(yùn)動(dòng)向上部結(jié)構(gòu)的傳遞，并提供適當(dāng)?shù)淖枘?，從而使上部結(jié)構(gòu)的地震作用大大降低，耗能能力加強(qiáng)。如疊層橡膠墊支座、高阻尼橡膠墊支座、滑移隔震支座和混合隔震裝置等。6.1概述（1）被動(dòng)控制（PassiveControl）506.1概述②結(jié)構(gòu)自控：通過(guò)在結(jié)構(gòu)中優(yōu)選耗能材料和耗能桿件，設(shè)置多道抗震防線達(dá)到耗能減振的目的。

常見(jiàn)的有：豎向通縫SW（剪力墻）、周邊縫SW、雙功能連梁、帶抗震連梁的SW、頂層為剛性連梁的SW、偏交支撐、梁端設(shè)塑性鉸的框架、懸掛式結(jié)構(gòu)、底層設(shè)消能縫的磚混結(jié)構(gòu)。6.1概述②結(jié)構(gòu)自控：通過(guò)在結(jié)構(gòu)中優(yōu)選耗能材料和耗能桿件，516.1概述③結(jié)構(gòu)附加裝置控制：在結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置安放耗能減振裝置，以達(dá)到耗能減振的目的。

主要有：各種耗能支撐、預(yù)應(yīng)力摩擦墻、金屬阻尼器、摩擦阻尼器、調(diào)頻質(zhì)量阻尼器（TMD）、調(diào)頻液體阻尼器（TLD）、粘滯流體阻尼器和粘彈性阻尼器等等。6.1概述③結(jié)構(gòu)附加裝置控制：在結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置安放耗能減振526.1概述（2）主動(dòng)控制（ActiveControl）指有外加能源的控制，其工作原理為：6.1概述（2）主動(dòng)控制（ActiveControl）536.1概述常見(jiàn)的類(lèi)型有：主動(dòng)調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(ActiveTunedMassDamper,簡(jiǎn)稱(chēng)AMD)；主動(dòng)支撐系統(tǒng)（ActiveBrace）；主動(dòng)拉索控制器（ActiveTendon）；主動(dòng)空氣擋風(fēng)板控制器（ActiveAerodynamicAppendayes）等。6.1概述常見(jiàn)的類(lèi)型有：546.1概述（3）混合控制（HybridControl）

混合控制是將主動(dòng)控制與被動(dòng)控制同時(shí)施加在同一結(jié)構(gòu)上的結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制形式。從其元素所起作用的相對(duì)大小來(lái)看，有兩種組合方式：

一種是主從組合方式，即以某一控制為主控制部件，其他部件通過(guò)主要部件實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的控制。6.1概述（3）混合控制（HybridControl）556.1概述

另一種是并列組合方式，即兩種控制各自獨(dú)立工作，對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)施校正作用。目前，較為典型的幾種混合控制裝置有：AMD與TMD相組合，AMD與TLD相組合，主動(dòng)控制與基礎(chǔ)隔震相組合，主動(dòng)控制與耗能減振相組合，HMS（液壓－質(zhì)量振動(dòng)控制系統(tǒng)）與AMD相組合等。6.1概述另一種是并列組合方式，即兩種控制各自獨(dú)立工作，對(duì)566.1概述

結(jié)構(gòu)消能減震建筑的特點(diǎn)：1.消能減震裝置可同時(shí)減少結(jié)構(gòu)的水平和豎向的地震作用，適用范圍較廣，結(jié)構(gòu)類(lèi)型和高度均不受限制；2.消能減震裝置應(yīng)使結(jié)構(gòu)具有足夠的附加阻尼，以滿(mǎn)足罕遇地震下預(yù)期的結(jié)構(gòu)位移要求；3.由于消能減震結(jié)構(gòu)不改變結(jié)構(gòu)的基本型式，除消能部件和相關(guān)部件外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍可按照《規(guī)范》對(duì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)類(lèi)型的要求執(zhí)行。6.1概述結(jié)構(gòu)消能減震建筑的特點(diǎn)：576.1概述消能減震技術(shù)的優(yōu)越性：1、安全性：消能構(gòu)件或消能裝置在強(qiáng)震中能率先消耗的地震能量，迅速衰減結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)并保護(hù)主體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件免遭破壞，確保結(jié)構(gòu)的安全。消能減震結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)降低40%—60%。2、經(jīng)濟(jì)性：消能減震結(jié)構(gòu)可以減少剪力墻的設(shè)置，減少結(jié)構(gòu)斷面和配筋，可節(jié)約造價(jià)5%—10%。若用于舊建筑物的抗震加固，則可節(jié)約造價(jià)10%—60%。3、技術(shù)合理性：結(jié)構(gòu)越高、越柔，消能減震效果越顯著6.1概述消能減震技術(shù)的優(yōu)越性：586.2結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)隔震主要有基底隔震和懸掛隔震兩種6.2.1基底隔震原理在結(jié)構(gòu)物底部與基礎(chǔ)頂面之間設(shè)置隔震消能裝置，使之與固結(jié)于地基中的基礎(chǔ)頂面分開(kāi)，限制地震動(dòng)向結(jié)構(gòu)物傳遞。6.2結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)隔震主要有基底隔震和懸掛隔震兩種596.2.1基底隔震原理為達(dá)到明顯減震效果，通?；A(chǔ)隔震系統(tǒng)需具備以下四種特性：(1)承載特性：具有足夠的豎向強(qiáng)度和剛度以支撐上部結(jié)構(gòu)的重量；(2)隔震特性：具有足夠的水平初始剛度，在風(fēng)載和小震作用下，體系能保持在彈性范圍內(nèi)，滿(mǎn)足正常使用的要求，而中強(qiáng)地震時(shí)，其水平剛度較小，結(jié)構(gòu)為柔性隔震結(jié)構(gòu)體系；(3)復(fù)位特性：地震后，上部結(jié)構(gòu)能回復(fù)到初始狀態(tài)，滿(mǎn)足正常的使用要求。6.2.1基底隔震原理為達(dá)到明顯減震效果，通?；A(chǔ)隔震系統(tǒng)需606.2.1基底隔震原理(4)耗能特性：隔震系統(tǒng)本身具有較大的阻尼，地震時(shí)能耗散足夠的能量，從而降低上部結(jié)構(gòu)所吸收的地震能量。

基底隔震的適用范圍：高度不超過(guò)40m，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的多層和中高層結(jié)構(gòu)6.2.1基底隔震原理(4)耗能特性：隔震系統(tǒng)本身具有較大的616.2.2基礎(chǔ)隔震裝置隔震裝置由隔震器、阻尼器和復(fù)位裝置組成隔震器的作用：支承上部結(jié)構(gòu)全部質(zhì)量，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)自振周期，同時(shí)具有經(jīng)歷較大變形的能力阻尼器的作用：消耗地震能量，抑制結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的過(guò)大位移復(fù)位裝置的作用：提高隔震系統(tǒng)早期剛度使結(jié)構(gòu)在微震或風(fēng)載作用下，能夠具有和普通結(jié)構(gòu)相同的安全性目前應(yīng)用最多的隔震裝置為隔震橡膠支座6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置隔震裝置由隔震器、阻尼器和復(fù)位裝置組626.2.2基礎(chǔ)隔震裝置

隔震橡膠支座包括天然夾層橡膠支座、鉛芯橡膠支座，高阻尼橡膠支座等。天然夾層隔震橡膠支座

天然夾層橡膠支座具有較大的豎向剛度，承受建筑物的重量時(shí)豎向變形小，而水平剛度較小，且線性性能好。由于天然夾層橡膠支座的阻尼很小，不具備足夠的耗能能力，所以在結(jié)構(gòu)使用中一般同其它阻尼器或耗能設(shè)備聯(lián)合使用。6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置隔震橡膠支座包括天然夾層橡膠636.2.2基礎(chǔ)隔震裝置

鉛芯隔震橡膠支座鉛芯隔震橡膠支座由新西蘭的ROBINSON及其公司最早研制開(kāi)發(fā)，以后在中國(guó)、日本、美國(guó)、意大利等國(guó)家都得到了較大的發(fā)展與應(yīng)用。

因?yàn)殂U芯橡膠支座不但具有較理想的豎向剛度，而且本身具有消耗地震能量的能力，故鉛芯橡膠支座在結(jié)構(gòu)使用中受到廣泛歡迎。

6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置鉛芯隔震橡膠支座因?yàn)殂U芯646.2.2基礎(chǔ)隔震裝置6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置656.2.2基礎(chǔ)隔震裝置

下圖分別是世界上第一棟采用鉛芯橡膠支座隔震的建筑(TheWilliamClaytonBuilding,NewZealand)和世界上使用鉛芯橡膠支座中基底面積最大的建筑(日本)。

6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置下圖分別是世界上第一棟采用鉛666.2.2基礎(chǔ)隔震裝置日本1997年度評(píng)定的隔震建筑中，采用鉛芯橡膠支座隔震房屋占總數(shù)的40%；美國(guó)在1985年以后興建的隔震房屋中，完全或部分采用鉛芯橡膠支座的隔震房屋占總數(shù)的60.7%；我國(guó)在已建成的隔震房屋中，完全或部分采用鉛芯橡膠支座的隔震房屋占總數(shù)的60%。1994年9月16日，臺(tái)灣海峽發(fā)生了7.3級(jí)地震，震源距離汕頭市約200公里，汕頭市烈度為6度，各類(lèi)房屋搖晃厲害，居民驚惶失措，水桶里的水濺出了1/3左右……而陵海路隔震樓上的人并沒(méi)有感到晃動(dòng)，聽(tīng)到毗鄰樓房和鄰街喧鬧聲后下樓才知道發(fā)生了地震。6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置日本1997年度評(píng)定的隔震建筑中，采676.2.2基礎(chǔ)隔震裝置

1994年1月17日，美國(guó)圣菲爾南多發(fā)生洛杉磯地震，震級(jí)M=6.7，死亡56人，傷7300人，損失很大。震中附近有兩座醫(yī)院，一座為隔震結(jié)構(gòu)，另一座為抗震結(jié)構(gòu)。中南加州大學(xué)醫(yī)院（隔震結(jié)構(gòu)）橄欖景醫(yī)院（抗震結(jié)構(gòu)）6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置1994年1月17日，美國(guó)圣686.2.2基礎(chǔ)隔震裝置

中南加州大學(xué)醫(yī)院是橡膠支座隔震系統(tǒng)。地下一層，地上7層，建筑面積：33000平方米；最高高度：36.0m；鉛芯多層橡膠隔震器68個(gè)，多層橡膠隔震器81個(gè)。地震時(shí)，這棟八層醫(yī)院基礎(chǔ)加速度為0.49g，而頂層加速度只有0.21g,加速度折減系數(shù)為1.8。在這次地震及其其后的余震中，建筑物內(nèi)的各種機(jī)器均未損壞，醫(yī)院功能得到維持，成為防災(zāi)中心，起到十分重要的作用。6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置中南加州大學(xué)醫(yī)院是橡膠支座隔震696.2.2基礎(chǔ)隔震裝置橄欖景醫(yī)院為抗震結(jié)構(gòu)，其底層加速度為0.82g，而頂層加速度為2.31g,加速度放大系數(shù)為2.8。在此次地震中，剪力墻產(chǎn)生剪切裂縫，設(shè)備機(jī)器、醫(yī)療機(jī)械及家具等翻倒，病歷等資料掉下、散亂。而且水管破裂，各層浸水，建筑物不能使用，完全喪失了醫(yī)院的功能。10年后重建，并增加了抗震強(qiáng)度。6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置橄欖景醫(yī)院為抗震結(jié)構(gòu)，其706.2.3懸掛隔震實(shí)例

“雞腿建筑”最初的希望將地面空間還給城市，還給市民的理想也隨之被扭曲。即使建筑師自己不去否定雞腿建筑，它們也注定要被結(jié)構(gòu)師否定，尤其是在地震危險(xiǎn)性較高的地區(qū)。香港人自以為占了塊風(fēng)水寶地，永遠(yuǎn)不會(huì)地震，確實(shí)那也真的沒(méi)被怎么震過(guò)，于是肆無(wú)忌憚的在山坡和港灣建造了大量的雞腿建筑，而且還相當(dāng)骨感，真讓人替他們擔(dān)心。建筑的形式不是由單單由建筑師決定的，也不是單單由結(jié)構(gòu)師決定的，還有追求經(jīng)濟(jì)利益的業(yè)主。底部沿街樓層對(duì)開(kāi)敞的大空間有揮之不去的商業(yè)熱情，建筑師和結(jié)構(gòu)師的工作就是盡量滿(mǎn)足這種商業(yè)需求。

6.2.3懸掛隔震實(shí)例“雞腿建筑”最初的希望將地面空間71在香港擁擠的高樓大廈中，NormanFoster設(shè)計(jì)的懸掛式的匯豐銀行大樓是為數(shù)不多的既獲得了底部大空間又不采用雞腿結(jié)構(gòu)的高樓，更可貴的是它的底部大空間真的還給了城市和市民，而沒(méi)有做成商場(chǎng)或氣派的大堂。不管是Foster本人的理想使然，還是業(yè)主或市政府要求這樣，總之香港匯豐銀行大樓通過(guò)炫耀技術(shù)的懸掛結(jié)構(gòu)，代替了雞腿建筑，實(shí)現(xiàn)了柯布的早期理想。6.2.3懸掛隔震實(shí)例在香港擁擠的高樓大廈中，NormanFost72和田先生則以自己敏銳的抗震思維，通過(guò)將隔震和懸掛合二為一，為底部開(kāi)敞的懸掛結(jié)構(gòu)賦予了更充分的結(jié)構(gòu)抗震的合理性，建筑理想的實(shí)現(xiàn)多么依賴(lài)于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)的進(jìn)步。

在清水建設(shè)的支持下，在清水建設(shè)技術(shù)研究所的門(mén)口按照和田先生的想法建造起來(lái)一座四層的鋼筋混凝土懸掛隔震示范建筑，如下頁(yè)的小圖所示。6.2.3懸掛隔震實(shí)例和田先生則以自己敏銳的抗震思維，通過(guò)將隔震和懸掛合二736.2.3懸掛隔震實(shí)例6.2.3懸掛隔震實(shí)例74

底層只有一個(gè)核心筒，三層的使用空間通過(guò)高強(qiáng)鋼索懸掛在核心筒上。四周不再需要一根立柱，而核心筒頂上的隔震構(gòu)造成為它的一大亮點(diǎn)。它的結(jié)構(gòu)體系非常明確。另外在核心筒和樓板之間留有變形縫，縫里面還設(shè)置有阻尼器，將二者在地震中出現(xiàn)相對(duì)變形時(shí)，阻尼器將發(fā)揮其耗能能力，降低結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。這樣的結(jié)構(gòu)體系與和田先生的抗震思想一脈相承，有專(zhuān)門(mén)用來(lái)耗能的可更換部件，有控制結(jié)構(gòu)變形模式的整體型關(guān)鍵構(gòu)件，以柔克剛，以不變應(yīng)萬(wàn)變。6.2.3懸掛隔震實(shí)例底層只有一個(gè)核心筒，三層的使用空間通過(guò)高6.2.3756.3結(jié)構(gòu)消能減震6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)結(jié)構(gòu)消能減振體系由主體結(jié)構(gòu)和消能部件（消能裝置和連接件）組成，可以按照消能部件的不同“構(gòu)件型式”分為以下類(lèi)型：（1）消能支撐：可以代替一般的結(jié)構(gòu)支撐，在抗震和抗風(fēng)中發(fā)揮支撐的水平剛度和消能減振作用。消能裝置可以做成方框支撐、圓框支撐、交叉支撐、斜桿支撐、K型支撐等6.3結(jié)構(gòu)消能減震6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)766.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)776.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類(lèi)（2）消能剪力墻：可以代替一般結(jié)構(gòu)的剪力