隔震与消能减震及非结构构件抗震设计

7.隔震与消能减震及非结构构件抗震设计7.1概述抗震设计：依靠结构的强度、刚度和延性来抵御地震作用立足于“抗”，是一种消极设计方法传统抗震方法存在的问题：（1）结构的安全性难以保证传统抗震方法以既定的“设防烈度”作为设计依据，由于地震的随机性，建筑结构的破损程度及倒塌的可能性难以控制，当发生突发性超烈度地震时，房屋可能会严重破坏。7.1概述（2）建筑费用和成本大幅度增加传统方法是在设计时提高材料强度、加大构件（结构）刚度，其结果是断面越大，刚度越大，使用面积减少，建筑物自重增大，地震作用亦随之增大。（3）适用范围受到限制传统抗震方法采用的是延性结构体系，允许结构部件在强震时发生比较大的塑性变形，以消耗地震能量，减轻地震反应，这种方法对于某些不容许在地震中出现破坏的结构、或内部有贵重装饰、重要设备仪器的结构是不适用的。7.1概述（4）施工难度大结构构件和节点的钢筋配置过密，9度区甚至无法排布。（5）建筑物的高度受到限制等。为克服传统抗震方法的缺陷，结构振动控制技术（简称“结构控制”）逐渐发展起来。结构控制的概念：通过对结构施加控制机构，由控制机构与结构共同承受振动作用，以调谐和减轻结构的振动反应，使它在外界干扰作用下的各项反应值被控制在允许范围内。

7.1概述结构控制的概念：在工程结构的特定部位装设某种装置（如隔震垫等）、或某种机构（如消能支撑、消能剪力墙、消能节点、消能器等）、或某种子结构（如调频质量等）、或施加外力（外部能量输入）、或调整结构的动力特性，使工程结构在地震（或风）的作用下，其结构的动力反应（加速度、速度、位移）得到合理的控制，从而确保结构本身及结构中的人、仪器设备、装修等的安全或处于正常的使用状态。结构控制技术按控制措施实施的方式不同，一般分为被动控制（PassiveControl）、主动控制（ActiveControl）、半主动控制（Semi—ActiveControl）和混合控制（HybridControl）四类。7.1概述（1）被动控制（PassiveControl）①隔震：在建筑物适当部位设置隔震装置，切断或削弱地面运动向上部结构的传递，并提供适当的阻尼，从而使上部结构的地震作用大大降低，耗能能力加强。如叠层橡胶垫支座、高阻尼橡胶垫支座、滑移隔震支座和混合隔震装置等。7.1概述②结构自控：通过在结构中优选耗能材料和耗能杆件，设置多道抗震防线达到耗能减振的目的。

常见的有：竖向通缝SW（剪力墙）、周边缝SW、双功能连梁、带抗震连梁的SW、顶层为刚性连梁的SW、偏交支撑、梁端设塑性铰的框架、悬挂式结构、底层设消能缝的砖混结构。7.1概述③结构附加装置控制：在结构的适当位置安放耗能减振装置，以达到耗能减振的目的。

主要有：各种耗能支撑、预应力摩擦墙、金属阻尼器、摩擦阻尼器、调频质量阻尼器（TMD）、调频液体阻尼器（TLD）、粘滞流体阻尼器和粘弹性阻尼器等等。7.1概述（2）主动控制（ActiveControl）指有外加能源的控制，其工作原理为：7.1概述常见的类型有：主动调频质量阻尼器(ActiveTunedMassDamper,简称AMD)；主动支撑系统（ActiveBrace）；主动拉索控制器（ActiveTendon）；主动空气挡风板控制器（ActiveAerodynamicAppendayes）等。7.1概述（3）混合控制（HybridControl）

混合控制是将主动控制与被动控制同时施加在同一结构上的结构振动控制形式。从其元素所起作用的相对大小来看，有两种组合方式：

一种是主从组合方式，即以某一控制为主控制部件，其他部件通过主要部件实现对结构的控制。7.1概述

另一种是并列组合方式，即两种控制各自独立工作，对结构实施校正作用。目前，较为典型的几种混合控制装置有：AMD与TMD相组合，AMD与TLD相组合，主动控制与基础隔震相组合，主动控制与耗能减振相组合，HMS（液压－质量振动控制系统）与AMD相组合等。7.1概述

结构消能减震建筑的特点：1.消能减震装置可同时减少结构的水平和竖向的地震作用，适用范围较广，结构类型和高度均不受限制；2.消能减震装置应使结构具有足够的附加阻尼，以满足罕遇地震下预期的结构位移要求；3.由于消能减震结构不改变结构的基本型式，除消能部件和相关部件外，结构设计仍可按照《规范》对相应结构类型的要求执行。7.1概述消能减震技术的优越性：1、安全性：消能构件或消能装置在强震中能率先消耗的地震能量，迅速衰减结构的地震反应并保护主体结构和构件免遭破坏，确保结构的安全。消能减震结构的地震反应比传统结构降低40%—60%。2、经济性：消能减震结构可以减少剪力墙的设置，减少结构断面和配筋，可节约造价5%—10%。若用于旧建筑物的抗震加固，则可节约造价10%—60%。3、技术合理性：结构越高、越柔，消能减震效果越显著7.2结构隔震设计结构隔震主要有基底隔震和悬挂隔震两种基底隔震原理在结构物底部与基础顶面之间设置隔震消能装置，使之与固结于地基中的基础顶面分开，限制地震动向结构物传递。基底隔震原理为达到明显减震效果，通常基础隔震系统需具备以下四种特性：(1)承载特性：具有足够的竖向强度和刚度以支撑上部结构的重量；(2)隔震特性：具有足够的水平初始刚度，在风载和小震作用下，体系能保持在弹性范围内，满足正常使用的要求，而中强地震时，其水平刚度较小，结构为柔性隔震结构体系；(3)复位特性：地震后，上部结构能回复到初始状态，满足正常的使用要求。基底隔震原理(4)耗能特性：隔震系统本身具有较大的阻尼，地震时能耗散足够的能量，从而降低上部结构所吸收的地震能量。

基底隔震的适用范围：高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的多层和中高层结构基础隔震装置隔震装置由隔震器、阻尼器和复位装置组成隔震器的作用：支承上部结构全部质量，延长结构自振周期，同时具有经历较大变形的能力阻尼器的作用：消耗地震能量，抑制结构可能发生的过大位移复位装置的作用：提高隔震系统早期刚度使结构在微震或风载作用下，能够具有和普通结构相同的安全性目前应用最多的隔震装置为隔震橡胶支座基础隔震装置

隔震橡胶支座包括天然夹层橡胶支座、铅芯橡胶支座，高阻尼橡胶支座等。天然夹层隔震橡胶支座

天然夹层橡胶支座具有较大的竖向刚度，承受建筑物的重量时竖向变形小，而水平刚度较小，且线性性能好。由于天然夹层橡胶支座的阻尼很小，不具备足够的耗能能力，所以在结构使用中一般同其它阻尼器或耗能设备联合使用。基础隔震装置

铅芯隔震橡胶支座铅芯隔震橡胶支座由新西兰的ROBINSON及其公司最早研制开发，以后在中国、日本、美国、意大利等国家都得到了较大的发展与应用。

因为铅芯橡胶支座不但具有较理想的竖向刚度，而且本身具有消耗地震能量的能力，故铅芯橡胶支座在结构使用中受到广泛欢迎。

基础隔震装置基础隔妈震装置下图分惕别是世懒界上第尝一栋采负用铅芯雄橡胶裂支座拖隔震的建驻筑(Th撇e夜Wi脾ll烦ia时m离Cl管ay帅to块n葛Bu苏il弦di悉ng闷,胡Ne腔w析Ze晚al裂an绳d)和世界覆上使用赔铅芯橡蒸胶支座悬中基底皆面积最稿大的建浴筑(日本)。基础裙隔震往装置日本199忆7年度冈评定始的隔扰震建参筑中蒙，采换用铅隙芯橡臭胶支吩座隔锋震房跃屋占理总数帖的40%；美国宫在19爽85年以后丑兴建的隔隔震房稳屋中，畅完全或评部分采唐用铅芯叠橡胶支绳座的隔编震房屋到占总数培的60.主7%；我国在槐已建成狂的隔震翅房屋中递，完全减或部分未采用铅咐芯橡胶凉支座的批隔震房涛屋占总候数的60且%。199尝4年9踢月16芳日，台遍湾海峡幻玉发生了迟7.3弯级地震睡，震源耀距离汕当头市约杨200公里，探汕头市赤烈度为膜6度，令各类房词屋摇晃踩厉害，助居民惊齐惶失措葬，水桶里傍的水溅金出了1牙/3左佣右……而陵海耽路隔震禾楼上的辣人并没冈有感到猪晃动，蓬听到毗闷邻楼房林和邻街荷喧闹声询后下楼约才知翻道发栽生了轧地震筝。基础隔动震装置199的4年1猛月1炉7日枝，美况国圣干菲尔待南多景发生裤洛杉生矶地视震，怠震级铸M=秃6.肥7，蓬死亡丸56您人，拖伤7追30棕0人友，损葡失很耽大。震中槽附近腔有两跨座医副院，伙一座匹为隔震珠结构萝，另一注座为抗震关结构毯。中南洲加州挎大学较医院丹（隔吉震结刚构）橄榄瘦景医筒院（链抗震套结构床）基础售隔震普装置中南加翁州大妨学医赠院是漂橡胶取支座切隔震系统但。地符下一旨层，悔地上7层，样建筑面积失：33喉00序0平方拾米；植最高详高度土：36屡.0疼m；铅芯多垂层橡胶迹隔震器68个，多层应橡胶滨隔震棵器81个。地震车时，核这栋涉八层留医院猫基础削加速兽度为0.冬49语g，而顶预层加速松度只有0.2封1g,加速度灵折减系待数为1.8。在这次伯地震及换其其后迷的余震截中，建闻筑物内船的各种骡机器均未损须坏，冶医院杠功能屋得到丝式维持丝式，成絮为防汪灾中候心，柔起到卵十分重要军的作福用。基础隔源震装置橄榄习景医旧院为秤抗震团结构条，其底层描加速懂度为0.鼻82同g，而顶友层加速度脖为2.3匆1g,加速度毁放大系典数为2.8。在此次宝地震中呀，剪力退墙产生辆剪切裂缝蛮，设备镰机器、队医疗机爹械及家具准等翻凯倒，擦病历价等资食料掉竹下、散乱。瓜而且水世管破裂名，各层秆浸水，建筑拆物不惰能使则用，苍完全蜂丧失肠了医湿院的铃功能悠。10年后摊重建晃，并狗增加醉了抗说震强貌度。7.3讽结构弃消能减浊震设计结构事消能誓减振傅体系额的分苗类结构扇消能拐减振鹊体系联由主体区结构缩慧和消严能部洞件（消查能装莫置和躬连接腔件）待组成劣，可坟以按居照消命能部燥件的哗不同死“构秀件型谦式”偿分为岩以下率类型狐：（1）底消能支景撑：可护以代替境一般的逗结构支糕撑，在墓抗震和派抗风中华发挥支软撑的水列平刚度待和消能剩减振作捡用。消能装浩置可以僵做成方框支辆撑、圆直框支撑异、交叉须支撑、倾斜杆支浸撑、K坏型支撑等结构消崭能减振散体系的原分类结构呈消能虏减振熄体系姓的分把类（2）抵消能剪钳力墙：可以急代替一最般结构季的剪力蠢墙，在评抗震和巧抗风中哗发挥支然撑的水马平刚度埋和消能排减震作润用。消能丙剪力缘瑞墙的愈形式主要茧有：结构消炸能减振鞭体系的低分类（3续）消缓能节羊点：啄在结厕构的离梁柱孩节点组或梁堤节点夹处安第装消驳能装苏置。当结烫构产倘生侧林向位笔移、浆在节篮点处络产生选角度键变化绳或者滤转动循式错旦动时盆，消伪能装延置即顾可以蛇发挥惰消能单减震酱作用描。结构消戚能减振兰体系的镜分类（4）值消能联间接：在结构隙的缝隙腐处或结百构构件总之间的族联结处胶设置消梨能装置群。当结构见在缝隙洋或联结离处产生狂相对变办形时，怠消能装桨置即可株以发挥恶消能减席震作用结构消谷能减振赚体系的虽分类（5鹊）消哨能支胞承或摧悬吊淋构件经：对于最某些秩线结青构（唯如管欠道、养线路朋，桥同梁的朋悬索什、斜值拉索愤的连迟接处临等）舱，设例置各朽种支劝承或忙者悬竖吊消街能装乐置，浑当线饰结构捉发生死振（店震）庄动时委，挤支承具或者舌悬吊涛构件蹈即发霸生消发能减飞震作氏用。结构营消能鹊减振升体系避的分层类目前贼最常拾见的泡消能污器为粘滞（岁流体）若阻尼器和粘弹性咽阻尼器汽。粘滞净（流笨体）讲阻尼刘器：基本原悬理是与鲜结构共侨同工作的娃粘滞流躺体阻尼奸器的导龟杆受冈力，刊推动幕活塞运动葬，活尾塞两最边的选高粘性阻尼拾介质产刻生压力迫差，使阻辅尼介擦质通然过阻垒尼孔授，产生碰阻尼蹲力。结构趣消能鉴减振挖体系岂的分漫类结构消农能减振苹体系的临分类阻尼友器的须构造结构复消能陵减振脖体系英的分铁类1、主布缸宾2、筹副缸碗3店、导杆馅4、活颜塞5、阻陡尼材料设（硅油械或液压阳油）逢6、径阻尼孔结构消驴能减振凑体系的赶分类阻尼器道的试验池装置结构消鹊能减振钳体系的拍分类阻尼器绸的试验提装置结构狠消能撕减振寒体系管的分尸类粘弹摆性消约能器通常由白钢板和详固体粘续弹性材并料交替雅叠合而成成。其原霜理是通违过粘傲弹性洲材料猴的往夕复剪絮切变尸形来生耗散锤能量鞋。结构消势能减震哥设计的脂应用西安长热庆石油识勘探局帆科研楼踪蝶主体为悠一个2傅9层的婚钢筋混花凝土结撞构，高捞度为