結(jié)構(gòu)隔振減震設(shè)計與制振技術(shù)

6.結(jié)構(gòu)隔震、消能減震設(shè)計6.1概述抗震設(shè)計：依靠結(jié)構(gòu)的強度、剛度和延性來抵御地震作用立足于“抗”，是一種消極設(shè)計方法傳統(tǒng)抗震方法存在的問題：（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)計依據(jù)，由于地震的隨機性，建筑結(jié)構(gòu)的破損程度及倒塌的可能性難以控制，當發(fā)生突發(fā)性超烈度地震時，房屋可能會嚴重破壞。6.1概述（2）建筑費用和成本大幅度增加傳統(tǒng)方法是在設(shè)計時提高材料強度、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)部件在強震時發(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（4）施工難度大結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點的鋼筋配置過密，9度區(qū)甚至無法排布。（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)振動控制技術(shù)（簡稱“結(jié)構(gòu)控制”）逐漸發(fā)展起來。結(jié)構(gòu)控制的概念：通過對結(jié)構(gòu)施加控制機構(gòu)，由控制機構(gòu)與結(jié)構(gòu)共同承受振動作用，以調(diào)諧和減輕結(jié)構(gòu)的振動反應(yīng)，使它在外界干擾作用下的各項反應(yīng)值被控制在允許范圍內(nèi)。

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（如隔震墊等）、或某種機構(gòu)（如消能支撐、消能剪力墻、消能節(jié)點、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)的動力特性，使工程結(jié)構(gòu)在地震（或風）的作用下，其結(jié)構(gòu)的動力反應(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)按控制措施實施的方式不同，一般分為被動控制（PassiveControl）、主動控制（ActiveControl）、半主動控制（Semi—ActiveControl）和混合控制（HybridControl）四類。6.1概述（1）被動控制（PassiveControl）①隔震：在建筑物適當部位設(shè)置隔震裝置，切斷或削弱地面運動向上部結(jié)構(gòu)的傳遞，并提供適當?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。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②結(jié)構(gòu)自控：通過在結(jié)構(gòu)中優(yōu)選耗能材料和耗能桿件，設(shè)置多道抗震防線達到耗能減振的目的。

常見的有：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③結(jié)構(gòu)附加裝置控制：在結(jié)構(gòu)的適當位置安放耗能減振裝置，以達到耗能減振的目的。

主要有：各種耗能支撐、預應(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（2）主動控制（ActiveControl）指有外加能源的控制，其工作原理為：6.1概述常見的類型有：主動調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(ActiveTunedMassDamper,簡稱AMD)；主動支撐系統(tǒng)（ActiveBrace）；主動拉索控制器（ActiveTendon）；主動空氣擋風板控制器（ActiveAerodynamicAppendayes）等。6.1概述（3）混合控制（HybridControl）

混合控制是將主動控制與被動控制同時施加在同一結(jié)構(gòu)上的結(jié)構(gòu)振動控制形式。從其元素所起作用的相對大小來看，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，其他部件通過主要部件實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的控制。6.1概述

另一種是并列組合方式，即兩種控制各自獨立工作，對結(jié)構(gòu)實施校正作用。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，主動控制與基礎(chǔ)隔震相組合，主動控制與耗能減振相組合，HMS（液壓－質(zhì)量振動控制系統(tǒng)）與AMD相組合等。6.1概述

結(jié)構(gòu)消能減震建筑的特點：1.消能減震裝置可同時減少結(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，以滿足罕遇地震下預期的結(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)計仍可按照《規(guī)范》對相應(yīng)結(jié)構(gòu)類型的要求執(zhí)行。6.1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5%—10%。若用于舊建筑物的抗震加固，則可節(jié)約造價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6.2結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計結(jié)構(gòu)隔震主要有基底隔震和懸掛隔震兩種基底隔震原理在結(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，限制地震動向結(jié)構(gòu)物傳遞?；赘粽鹪頌檫_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，在風載和小震作用下，體系能保持在彈性范圍內(nèi)，滿足正常使用的要求，而中強地震時，其水平剛度較小，結(jié)構(gòu)為柔性隔震結(jié)構(gòu)體系；(3)復位特性：地震后，上部結(jié)構(gòu)能回復到初始狀態(tài)，滿足正常的使用要求?；赘粽鹪?4)耗能特性：隔震系統(tǒng)本身具有較大的阻尼，地震時能耗散足夠的能量，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)6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置隔震裝置由隔震器、阻尼器和復位裝置組成隔震器的作用：支承上部結(jié)構(gòu)全部質(zhì)量，延長結(jié)構(gòu)自振周期，同時具有經(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)生的過大位移復位裝置的作用：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

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發(fā)，以后在中國、日本、美國、意大利等國家都得到了較大的發(fā)展與應(yīng)用。

因為鉛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6.2預.2晃基礎(chǔ)隔銅震裝置下圖分矮別是世甜界上第歐一棟采贊用鉛芯橡疫膠支座慎隔震的建并筑(The嶄Wi柴lli蠟am成Cla尋yto兇nB透uil途din典g,平New爬Ze班ala庫nd)和世梁界上蛛使用園鉛芯隆橡膠脆支座森中基修底面征積最濃大的被建筑(日本)。6.協(xié)2.揉2熟基礎(chǔ)鄉(xiāng)豐隔震爸裝置日本199長7年度評岸定的隔行震建筑策中，采匹用鉛芯之橡膠支湖座隔震禍房屋占菜總數(shù)的40嶄%；美國磁在198憤5年以包后興曉建的爬隔震父房屋鋪中，妖完全宣或部要分采徒用鉛咳芯橡汁膠支插座的樓隔震碑房屋滲占總閃數(shù)的60.睜7%；我國淡在已得建成罷的隔辣震房骨屋中仇，完麻全或誦部分毛采用謊鉛芯立橡膠錯支座除的隔騰震房竭屋占予總數(shù)盈的60超%。19的94隙年9涌月1紗6日到，臺畢灣海穿峽發(fā)碼生了姓7.瞧3級效地震渡，震辰源距拉離汕稻頭市悲約2才00公里譜，汕洲頭市資烈度鍋為6裝度，惑各類弓房屋梳搖晃乒厲害然，居牲民驚柄惶失曲措，水桶里泡的水濺斤出了1甘/3左投右……而陵海亮路隔震強樓上的守人并沒寫有感到奴晃動，患聽到毗均鄰樓房扭和鄰街爬喧鬧聲薄后下樓才驢知道發(fā)政生了地鏡震。6.俱2.堪2蝕基礎(chǔ)蜘隔震焦裝置19隊94年1月鳳17日慚，美國也圣菲爾凳南多發(fā)鉛生洛杉船磯地震欣，震級舊M=6揮.7，爹死亡5澇6人，互傷73泳00人惹，損失恨很大。震中議附近混有兩柿座醫(yī)上院，匠一座榴為隔震宏結(jié)構(gòu)咬，另一座福為抗震結(jié)胡構(gòu)。中南加播州大學哭醫(yī)院（吸隔震結(jié)耳構(gòu)）橄欖景世醫(yī)院（藍抗震結(jié)賤構(gòu)）6.暫2.禁2繞基礎(chǔ)老隔震止裝置中南加裝州大薦學醫(yī)潔院是胞橡膠約支座鑄隔震系統(tǒng)。譜地下一甩層，地滾上7層，秀建筑面積：330嫌00平方掠米；騎最高境高度派：36霸.0蹲m；鉛芯氧多層店橡膠該隔震嫁器68個，多層發(fā)橡膠弊隔震承器81個。地震菜時，將這棟規(guī)八層飾醫(yī)院浪基礎(chǔ)磁加速搜度為0.4頸9g，而痕頂層風加速月度只掙有0.2如1g,加速蔬度折污減系假數(shù)為0.4小3。在這次姓地震及耗其其后翼的余震棍中，建戴筑物內(nèi)傘的各種貢機器均未損壞罷，醫(yī)院矩功能得熔到維持葵，成為習防災(zāi)中行心，起羽到十分重要的貨作用。6.2戲.2倘基礎(chǔ)隔吳震裝置橄欖景皺醫(yī)院為月抗震結(jié)紡構(gòu)，其底層加顆速度為0.擠82宜g，而柏頂層爆加速度屋為2.3越1g,加速度天放大系雜數(shù)為2.傾8。在此什次地禿震中攤，剪方力墻青產(chǎn)生肚剪切裂縫司，設(shè)備旅機器、峰醫(yī)療機號械及家具等辰翻倒，魚病歷等致資料掉軋下、散亂?？《宜使芷屏蜒?，各層虧浸水，建筑喝物不慰能使東用，晴完全拳喪失猾了醫(yī)籠院的稅功能啟。10年后灘重建甘，并憶增加設(shè)了抗沫震強厭度。6.別3結(jié)窄構(gòu)消枝能減孫震結(jié)構(gòu)樹消能不減振煎體系洗的分酷類結(jié)構(gòu)盈消能榆減振鋪體系冬由主體本結(jié)構(gòu)爛和消昨能部店件（消超能裝逃置和桂連接所件）辜組成選，可著以按猾照消多能部亦件的膨不同垃“構(gòu)裝件型寸式”指分為荒以下漲類型殖：（1界）消猛能支敢撐：?？梢匝孀嘁话懵?lián)的結(jié)綱構(gòu)支和撐，伸在抗府震和城抗風縱中發(fā)豆揮支吳撐的狼水平約剛度挖和消帥能減圓振作撤用。消能寺裝置郵可以幣做成方框支糖撐、圓笑框支撐彩、交叉流支撐、耽斜桿支哪撐、K合型支撐等結(jié)構(gòu)門消能熄減振謙體系格的分聲類結(jié)構(gòu)消屋能減振凍體系的既分類（2暗）消野能剪緩力墻：可以匙代替一感般結(jié)構(gòu)徹的剪力京墻，在承抗震和膛抗風中癥發(fā)揮支亞撐的水以平剛度嗓和消能的減震作角用。消能駱剪力圣墻的遷形式主要骨有：結(jié)構(gòu)譽消能唇減振哥體系泰的分凳類（3速）消烏能節(jié)鏡點：錦在結(jié)拌構(gòu)的遺梁柱坑節(jié)點偶或梁抱節(jié)點駱處安漫裝消賞能裝垃置。當結(jié)構(gòu)趕產(chǎn)生側(cè)民向位移希、在節(jié)形點處產(chǎn)駛生角度熟變化或穗者轉(zhuǎn)動首式錯動需時，消汪能裝置維即可以學發(fā)揮消內(nèi)能減震娛作用。結(jié)構(gòu)鉤消能石減振話體系酬的分仍類（4妙）消省能聯(lián)深接：在結(jié)構(gòu)覺的縫隙廚處或結(jié)饒構(gòu)構(gòu)件牽之間的粥聯(lián)結(jié)處處設(shè)置消程能裝置比。當結(jié)撐構(gòu)在燦縫隙塞或聯(lián)鄭結(jié)處導產(chǎn)生郊相對滅變形衣時，探消能轟裝置儀即可淋以發(fā)豬揮消碌能減閑震作否用結(jié)構(gòu)礎(chǔ)消能河減振何體系離的分肚類（5）魚消能支口承或懸跟吊構(gòu)件歡：對于某格些線結(jié)望構(gòu)（如公管道、們線路，桐橋梁的造懸索、寨斜拉索泛的連接鐮處等）忽，設(shè)置睬各種支響承或者寄懸吊消晚能裝置柄，當線逝結(jié)構(gòu)發(fā)癥生振（頸震）動蔽時，衡支承或盟者懸吊富構(gòu)件即照發(fā)生消桑能減震蕩作用。結(jié)構(gòu)消暴能減振窄體系的燭分類目前寫最常熔見的饑消能西器為粘滯感（流穩(wěn)體）串阻尼繞器和粘彈出性阻恩尼器惱。粘滯（輸流體）句阻尼器：基本原罩理是與片結(jié)構(gòu)共悶同工作輸?shù)恼乘茰鲃◇w阻念尼器的導燈桿受示力，盜推動葬活塞運動，洋活塞兩嶼邊的高泰粘性阻則尼介棋質(zhì)產(chǎn)迷生壓綿力差父，使阻問尼介跟質(zhì)通條過阻絡(luò)尼孔熊，產(chǎn)生阻純尼力。結(jié)構(gòu)消鉛能減振倡體系的薯分類結(jié)構(gòu)消稼能減振鄰體系的莖分類阻尼器譽的構(gòu)造結(jié)構(gòu)稀消能尾減振筆體系座的分暗類1、智主缸席2鮮、副希缸姥3、養(yǎng)導桿察4史、活久塞5、放阻尼冒材料冶（硅舅油或掛液壓浙油）忍6、逗阻尼萍孔結(jié)構(gòu)鎮(zhèn)消能膝減振普體系恐的分考類阻尼器麻的試驗動裝置結(jié)構(gòu)消貫?zāi)軠p振啞體系的諒分類阻尼按器的賄試驗句裝置結(jié)構(gòu)避消能濁減振舒體系瞇的分社類粘彈獅性消驅(qū)能器通常臣由鋼贏板和宿固體刑粘彈者性材慎料交腳替疊墾合而岡成。其原課理是通柴過粘則彈性衫材料匯的往聽復剪乞切變錘形來謙耗散芬能量繪。結(jié)構(gòu)消胳能減震盈設(shè)計的熊應(yīng)用西安長位慶石油獅勘探局殊