建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)一八

第8章隔震、減震與結(jié)構(gòu)控制初步抗震結(jié)構(gòu)一.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。隔震結(jié)構(gòu)消能減震結(jié)構(gòu)立足于“抗”。二.隔震結(jié)構(gòu)在建筑物上部結(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。立足于“隔”。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)，滿足正常的使用要求。(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。隔震系統(tǒng)回顧基礎(chǔ)隔震的概念早在19世紀(jì)已有人提過(guò)，廣義的隔震方案則更是源淵流長(zhǎng)，如北京故宮就設(shè)有糯米加石灰的柔性減震支座層；現(xiàn)代的基礎(chǔ)隔震理論和實(shí)踐開(kāi)始于上世紀(jì)70年代，基礎(chǔ)隔震方案很多，下面作簡(jiǎn)單介紹1.早期隔震技術(shù)河合浩藏的“地震時(shí)不受大震動(dòng)的結(jié)構(gòu)”右圖是1891年河合浩藏的“地震時(shí)不受大震動(dòng)的結(jié)構(gòu)”。其隔震思路是在地基上并排鋪設(shè)了數(shù)層圓木，并且把建筑物周圍挖空，從而地震時(shí)可對(duì)上部建筑起到隔震提出的隔震結(jié)構(gòu)右圖是于1909年提出的隔震結(jié)構(gòu)(Base-isolatedbuilding)方案。這種隔震結(jié)構(gòu)在建筑物結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間用滑石層隔開(kāi)，地震時(shí)建筑物可以滑動(dòng)。中村太郎的隔震結(jié)構(gòu)右圖是中村太郎于1927年提出的隔震結(jié)構(gòu)方案。在這種隔震系統(tǒng)中已使用阻尼泵來(lái)耗散地震動(dòng)的能量，并且在該建筑地下層柱的上下端采用鉸接構(gòu)造，建筑物可以水平自由移動(dòng)。

柔性層隔震結(jié)構(gòu)(Flexiblefirst-storybuilding)柔性層結(jié)構(gòu)隔震概念由Martel在1929年提出，由Green(1935年)和Jacobasen(1938年)進(jìn)一步加以研究與完善；下圖是真島健三郎于1934年的柔性層結(jié)構(gòu)。地震時(shí)，柔性層進(jìn)入塑性，結(jié)構(gòu)的剛度變小，結(jié)構(gòu)的基本周期延長(zhǎng)，從而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)所受的地震作用減小。

滾動(dòng)支撐類隔震系統(tǒng)（Rollerbearingsystem）

為克服柔性層結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的缺陷，科學(xué)家們相繼提出了多種滾動(dòng)支撐類隔震系統(tǒng)，工作元件有球形和橢圓形等多種，但由于其隔震是有向性的，而地震是具有無(wú)向性，這些類型的隔震系統(tǒng)均未能推廣應(yīng)用。

2.最新隔震技術(shù)隔震橡膠支座(Thelaminatedrubberbearing)隔震系統(tǒng)。南加摟州大日學(xué)醫(yī)洲院(Th削e慎Un丟iv園er馬si挺ty爽o解f贈(zèng)So賞ut順he裁rn礦C槍al粒if畏or交ni辨a差Te捎ac籍hi牲ng新H誘os透pi賀ta訪l)是橡桐膠支頌座隔讓震系注統(tǒng)，桑這棟孕八層格醫(yī)院敏基礎(chǔ)蜓加速農(nóng)度為0.理49倚g(shù)，而踩頂層陽(yáng)加速滾度只量有0.浴21鍵g,加速乓度折孫減系議數(shù)為1.休8。而殿抗震鳳結(jié)構(gòu)文橄欖余景醫(yī)備院(Th粉e所Ol蔑iv叢e處Vi掩ew差H蛙os體pi明ta抽l)的底碑層加襲速度偶為0.父82牲g，而粱頂層罷加速籍度為2.殘31雷g,加速得度放用大系檔數(shù)為2.倦8，由氏此可補(bǔ)見(jiàn)橡到膠支半座隔腰震系桐統(tǒng)的華優(yōu)越呈性。中南雹加州截大學(xué)至醫(yī)院邀（隔澆震結(jié)桿構(gòu)）橄欖憑景醫(yī)弦院（搭抗震迷結(jié)構(gòu)墻）19裹94年1鉗月1元7日故，美戚國(guó)圣蜜菲爾滋南多饑發(fā)生鵝洛杉順磯地看震，偵震級(jí)茶M=俯6.撒7，汗直下都型地怖震，誦死亡杜56奧人，晃傷7闖30苦0人雜，損抱失很毛大。震中暴附近徐有兩僻座醫(yī)通院，農(nóng)一座觸為隔將震結(jié)龜構(gòu)，膛另一慰座為裂抗震扒結(jié)構(gòu)友。中南校加州驕大學(xué)逃醫(yī)院地下神一層?jì)?，地概?腥層，輸建筑繞面積撐：3蓬30嗽00購(gòu)平方炭米；笑占地馬：4撓10燒0平語(yǔ)米；怎最高燈高度翁：3鋪6。冬0m剖；鉛正芯多礎(chǔ)層橡食膠隔款震器秘68夾個(gè)，牽多層敢橡膠泉隔震乞器8叨1個(gè)炭。中南顛加州傳大學(xué)秩醫(yī)院末在這卵次地郵震及供其其崗后的咐余震更中，舊6-筑8英舊尺高礙的花訓(xùn)瓶等層沒(méi)有碌一個(gè)稱掉下裝來(lái)，阻建筑襯物內(nèi)蘇的各鎮(zhèn)種機(jī)帖器等合均未錯(cuò)損壞喉，醫(yī)鮮院功聾能得疑到維睜持，寒成為狂防災(zāi)裙中心得，起扛到十搜分重仍要的屑作用泰。橄欖辨景醫(yī)嗽院（姿抗震吊結(jié)構(gòu)辛）橄欖箏景醫(yī)師院在習(xí)19思71奮年圣帶費(fèi)爾醬南多蓄地震珠中受咐到較游大損序害，廊10牧年后屯重建后，并撲增加山了抗描震強(qiáng)宴度。在此嘉次地才震中醒，剪渣力墻攝產(chǎn)生辣剪切擴(kuò)裂縫工，設(shè)供備機(jī)星器、浮醫(yī)療并機(jī)械墾及家昌具等彈翻倒同，病續(xù)歷等襖資料紋掉下山、散懂亂。纖而且倍水管普破裂擦，各飲層浸錯(cuò)水，陵建筑灰物不淚能使鹽用，弄完全柄喪失劫了醫(yī)烈院的賠功能旱。一九九四年九月十六日，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。日本阪神大地震

一九九五年一月十七日發(fā)生了日本阪神大地震。震級(jí)7.2級(jí)，是日本戰(zhàn)后最大地震災(zāi)害。

在這次地震中，有二幢隔震結(jié)構(gòu)建筑得到了地震觀測(cè)記錄。從這些記錄可以看到隔震房屋在大地震中發(fā)揮了隔震效果，證實(shí)了隔震結(jié)構(gòu)的有效性。

WEST大廈(西部郵政大樓)建筑面積46000m2，6層，是日本最大的隔震建筑。該建筑距震源東北35公里，在基礎(chǔ)、l層和6層進(jìn)行了地震記錄觀測(cè)。213263300基礎(chǔ)193571061層377751036層上下南北東西地震觀測(cè)位置方向隔震狀橡膠籮支座排包括少天然濤夾層平橡膠鋸支座弦、鉛冬芯橡備膠支附座，幫高阻逼尼橡那膠支途座等。天然忠?jiàn)A層肥隔震激橡膠符支座天然伙夾層忠橡膠滲支座恩構(gòu)造翅如圖屢所示浮。天患然夾返層橡佛膠支敬座具同有較童大的碰豎向篇?jiǎng)偠然?，承姜受建遼筑物吸的重殊量時(shí)械豎向護(hù)變形助小，熄而水含平剛甘度較琴小，癢且線威性性視能好他。由游于天穿然夾母層橡陽(yáng)膠支匹座的求阻尼孕很小郊，不商具備株足夠餐的耗潤(rùn)能能捎力，擁所以慶在結(jié)此構(gòu)使栗用中償一般統(tǒng)同其紗它阻難尼器神或耗劇能設(shè)押備聯(lián)慢合使母用。鉛芯襯隔震無(wú)橡膠廢支座鉛芯喬隔震批橡膠榮支座傳由新扶西蘭羽的RO割BI蝕NS信ON及其名公司踩最早領(lǐng)研制用開(kāi)發(fā)瓶，以難后在防中國(guó)迷、日妖本、倆美國(guó)美、意銅大利恒等國(guó)怒家都創(chuàng)得到冊(cè)了較絨大的才發(fā)展唇與應(yīng)般用。鉛芯肌橡膠艷支座舍構(gòu)造盒如圖器所示膊。因穿為鉛挪芯橡風(fēng)膠支必座不簽但具技有較兔理想獲的豎器向剛盤度，胳而且加本身畝具有伴消耗漠地震沉能量例的能數(shù)力，狹故鉛荒芯橡蟲膠支初座在應(yīng)結(jié)構(gòu)岸使用池中受晶到廣但泛歡腦迎。下圖閉分別膏是世喜界上陪第一修棟采遼用鉛玩芯橡果膠支解座隔損震的纏建筑(Th挽e搬Wi峰ll責(zé)ia盲m尸Cl孟ay膨to疲n淺Bu墻il高di隸ng逃,念Ne炊w億Ze弦al柱an而d)和世妹界上聯(lián)使用韻鉛芯趨橡膠伸支座搬中基壩底面框積最洗大的賠建筑(日本)。日本19佳97年度滋評(píng)定浴的隔埋震建納筑中愚，采彩用鉛辦芯橡顯膠支峰座隔穴震房訓(xùn)屋占血總數(shù)笨的40晝%，美倆國(guó)在19拴85年以嫌后興怠建的趕隔震輛房屋蒙中，波完全厚或部必分采恐用鉛叛芯橡牲膠支促座的返隔震勇房屋期占總杏數(shù)的60橡.7儀%，我玩國(guó)在技已建袍成的容隔震蘋房屋竟中，灰完全植或部服分采任用鉛刺芯橡劃膠支姨座的粉隔震衛(wèi)房屋以占總束數(shù)的60墳%。三.消能減震結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)中的某些部位設(shè)置消能裝置，通過(guò)消能裝置耗散或吸收地震能量，從而減小主體結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。消能裝置有：調(diào)頻質(zhì)量阻尼裝置—由質(zhì)量、彈性元件和阻尼器構(gòu)成的振動(dòng)系統(tǒng)，將其安裝在結(jié)構(gòu)上，結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)引起該系統(tǒng)的共振，由此產(chǎn)生的慣性力反作用于結(jié)構(gòu)，起到減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)反應(yīng)的作用。調(diào)頻液體阻尼裝置—由具有一定形狀的盛液容器構(gòu)成，液體晃動(dòng)時(shí)，液體對(duì)容器箱壁產(chǎn)生動(dòng)壓力，同時(shí)液體晃動(dòng)產(chǎn)生阻尼吸收一部分能量。液壓質(zhì)量控制裝置—由液壓缸、活塞、管路和質(zhì)量塊構(gòu)成，當(dāng)結(jié)構(gòu)由地面運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，油缸的活塞推動(dòng)管路中的液體，使液體和質(zhì)量隨之振動(dòng)。結(jié)構(gòu)的一部分振動(dòng)能量傳遞給了該系統(tǒng)。粘滯耗能裝置—由缸體、活塞、和液體構(gòu)成，活塞在缸體內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，粘滯液體從一端流向另一端產(chǎn)生阻尼力，阻礙結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。摩擦耗能裝置—由摩擦