建筑安全减灾设计新技术以抗震为例

建筑安全减灾设计新技术以抗震为例第1页/共52页2结构抗震新技术

隔震耗能减震结构与智能控制第2页/共52页3

刚柔之争

消耗战-----主体结构的结构损伤

防御战----用耗能部件保护主体结构免受损伤

招安----地震能量的存储和应用提高结构抗震安全策略思想的发展第3页/共52页一、隔震第4页/共52页5一、什么是工程隔震保护

在工程结构和基础之间，设置一种特殊装置——隔震层把结构物和地面分开，隔离地震能量向工程结构传递，减轻地震灾害。这就是工程隔震保护。基础地震波工程结构特殊装置地面隔震演示第5页/共52页传统房屋地震时激烈晃动房屋加速度放大

100%250%梁柱裂,内部装饰,设备破坏

隔震房屋地震时缓慢平动(长周期)房屋加速度减少

100%40%结构弹性(变形集中在柔软支座)保护结构和内部装饰,设备隔震/不隔震=1/6第6页/共52页7有基底隔震Withbaseisolation无基底隔震Withoutbaseisolation

隔震器baseisolation房屋Building

基础Found-ation第7页/共52页央视一套《科技博览》第8页/共52页9二、隔震保护原理第9页/共52页震源释放出的大量能量，以地震波为载体进行传播，遇到不隔震的工程结构则直接输入到结构中去。不隔震结构地震能量流动震源第10页/共52页

隔离了地震能量向结构的输入震源隔震结构地震能量流动第11页/共52页12第12页/共52页13用反应谱验证了能量流理论

“隔震”可将结构周期延长2倍以上。从反应谱知，周期延长，地震影响系数减小。

加速度反应谱（地震影响系数）周期第13页/共52页14阻尼器+橡胶隔震支座隔震层由隔震支座、阻尼器等组成三、隔震层——隔离工程结构和地面的特殊装置第14页/共52页15多种隔震型式:

（1）基底隔震（有地下室）

（2）首层隔震（无地下室）（3）层间隔震（竖向不规则）第15页/共52页16隔震支座的作用支承工程结构重量，隔离地震能量向结构输入。第16页/共52页17保护胶铅芯钢-橡胶复合材料体一层钢板一层橡胶相间叠合橡胶隔震支座组成第17页/共52页18橡胶隔震支座性能有较大的竖向刚度有较小的水平刚度能产生较大的水平位移阻尼较小第18页/共52页19安阳粮油综合楼（1994年）国内第一幢现代隔震房屋第19页/共52页20关键技术标准化之一我国第一个建筑“隔震与消能减震”设计的国家标准

主持编制了国家标准《建筑抗震设计规范》第12章“隔震与消能减震房屋”

第20页/共52页21我国第一个《建筑隔震橡胶支座》产品标准关键技术标准化之二产品标准化主持编制了行业标准“建筑隔震橡胶支座”第21页/共52页22国际标准（2004）IsolationRubberBearing

橡胶隔震支座

ISO22762-1试验方法

ISO22762-2桥梁隔震支座

ISO22762-3建筑隔震支座编制：日本，美国，中国主编（2001-2004)第22页/共52页23最高隔震建筑（after椿）50

层场所：OsakaCity结构：

地下1层，50层，塔楼2层高度：结构168.5m(最高177.4m)平面尺寸：

40.6mx29.3高宽比：4.2（短边），

5.7（长边）竣工：2006年12月第23页/共52页24隔震设计基本方法初步设计隔震支座的布置与选型计算水平减震系数ψ（对应多遇地震的情况，即采用隔震支座剪切变形为50%时对应的水平刚度和等效粘滞阻尼比）隔震层水平位移验算隔震层下部结构验算构造要求

第24页/共52页25三里河办公楼隔震分析该项目产品应用：GZP600-800281个GZY600-800129个

七部委联建第25页/共52页26隔震支座布置第26页/共52页第27页/共52页广州地铁第28页/共52页八王坟地铁大平台隔震楼第29页/共52页徐州凤凰山康居小区地下室南京铁匠营小区第30页/共52页广州科学中心

云南省抗震防灾中心第31页/共52页隔震用于公共建筑第32页/共52页乌鲁木齐建材工业设计院岳阳华兴电子设备厂第33页/共52页昆明新机场航站楼，1800多个隔震支座第34页/共52页35第35页/共52页36四、隔震保护的优越性

1减灾效果好，地震作用可减少80%；

2结构变形很小，不仅可保护结构自身的安全，不损坏工程内部设备，还可保护信息系统、有毒物品、珍贵文物的安全；

3基本不中断人的正常生活与服务，因而保证地震发生时，指挥、通讯、消防等部门和工程控制中心正常运行。第36页/共52页37五、隔震保护经受了地震考验第37页/共52页38松村组隔震与不隔震房屋地震反应对比

最大加速度观测值（cm/s2）X方向Y方向地面办公楼（不隔震）顶实验楼（隔震）顶272.7965.4198.1265.6677.7273.1第38页/共52页美

国

两

所

医

院

灾

害

对

比

USC医院

OliveView医院地下1层，地上7层

地上6层

(1994年1月17日6.7级地震)隔震不隔震第39页/共52页40隔震与非隔震建筑地震灾害对比USC大学医院（隔震）1室内花瓶没有倾倒。2各种设施未被损坏。3医院能正常作。4震后无须恢复，医院工作正常。OliveView医院（不隔震）1抗震墙开裂。2设施落地、医疗仪器、家具翻倒，病历飞散、水管断裂，整个大楼浸水。3建筑物完全丧失功能，不能使用。4震后经20天维修恢复后，正常工作。第40页/共52页41南加洲大学医院是世界上第一个隔震医院，采用的是铅芯橡胶垫。地震时PGA达380gal，但结构的加速度反应小于210gal。第41页/共52页42新潟地震验证北陸学園総合本館，遭受JMA6度弱影响，顶部加速度降为1/4——用作防灾据点万代島：M5.9余震观测，顶部位移减小1/3第42页/共52页43咸阳西北国棉一厂家属区有二幢隔震楼。1998年陕西泾阳4.8级地震时，家属区其他房屋的住户均从楼内跑至楼下空地。唯这两栋隔震楼内住户没有震感，无一人往室外跑，其中一户正在装修，亦正常进行。丹东隔震房屋在1999年辽阳地震中无震感，而不隔震房屋震感强烈。类似情况在云南、汕头等地也已出现。中国隔震房屋的表现第43页/共52页丽江地震验证（1996年）第44页/共52页45汶川地震后武都县隔震房屋表现良好甘肃武都县(地面加速度0.17g)3栋砌体结构6层隔震房屋:隔震房屋：振动缓慢屋中家具、花瓶等完好墙体无裂缝第45页/共52页46主动控制半主动控制混合控制技术被动控制技术

难以大量推广比较适合于改善工程结构的抗震设防能力二、消能减震与智能控制第46页/共52页47什么是消能减震

在工程结构中，融入阻尼器（构）件或设备，以消耗部分地震、风能量，控制（减轻）工程结构的振动效应。提高结构物的抗震、抗风能力，保护工程结构的安全。第47页/共52页48在结构体系中融入消能器件阻尼器第48页/共52页49消能建筑—东京议会大楼在顶部某层放置此消能设备调谐质量阻尼器（