建筑结构抗震设计一八

第8章隔震、减震与结构控制初步抗震结构一.抗震结构利用结构各构件的承载力和变形能力抵御地震作用，吸收地震能量。隔震结构消能减震结构立足于“抗”。二.隔震结构在建筑物上部结构与基础之间设置滑移层，阻止地震能量向上传递。立足于“隔”。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。(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。隔震系统回顾基础隔震的概念早在19世纪已有人提过，广义的隔震方案则更是源渊流长，如北京故宫就设有糯米加石灰的柔性减震支座层；现代的基础隔震理论和实践开始于上世纪70年代，基础隔震方案很多，下面作简单介绍1.早期隔震技术河合浩藏的“地震时不受大震动的结构”右图是1891年河合浩藏的“地震时不受大震动的结构”。其隔震思路是在地基上并排铺设了数层圆木，并且把建筑物周围挖空，从而地震时可对上部建筑起到隔震提出的隔震结构右图是于1909年提出的隔震结构(Base-isolatedbuilding)方案。这种隔震结构在建筑物结构与基础之间用滑石层隔开，地震时建筑物可以滑动。中村太郎的隔震结构右图是中村太郎于1927年提出的隔震结构方案。在这种隔震系统中已使用阻尼泵来耗散地震动的能量，并且在该建筑地下层柱的上下端采用铰接构造，建筑物可以水平自由移动。

柔性层隔震结构(Flexiblefirst-storybuilding)柔性层结构隔震概念由Martel在1929年提出，由Green(1935年)和Jacobasen(1938年)进一步加以研究与完善；下图是真岛健三郎于1934年的柔性层结构。地震时，柔性层进入塑性，结构的刚度变小，结构的基本周期延长，从而导致上部结构所受的地震作用减小。

滚动支撑类隔震系统（Rollerbearingsystem）

为克服柔性层结构所带来的缺陷，科学家们相继提出了多种滚动支撑类隔震系统，工作元件有球形和椭圆形等多种，但由于其隔震是有向性的，而地震是具有无向性，这些类型的隔震系统均未能推广应用。

2.最新隔震技术隔震橡胶支座(Thelaminatedrubberbearing)隔震系统。南加搂州大日学医洲院(Th削e慎Un丢iv园er马si挺ty爽o解f赠So赏ut顺he裁rn矿C枪al粒if畏or交ni辨a差Te捎ac籍hi牲ng新H诱os透pi贺ta访l)是橡桐胶支颂座隔让震系注统，桑这栋孕八层格医院敏基础蜓加速农度为0.理49倚g，而踩顶层阳加速滚度只量有0.浴21键g,加速乓度折孙减系议数为1.休8。而殿抗震凤结构文橄榄余景医备院(Th粉e所Ol蔑iv丛e处Vi掩ew差H蛙os体pi明ta抽l)的底碑层加袭速度偶为0.父82牲g，而粱顶层罢加速籍度为2.残31雷g,加速得度放用大系档数为2.倦8，由氏此可补见橡到胶支半座隔腰震系桐统的华优越呈性。中南雹加州截大学至医院邀（隔浇震结杆构）橄榄凭景医弦院（搭抗震迷结构墙）19裹94年1钳月1元7日故，美戚国圣蜜菲尔滋南多饥发生鹅洛杉顺矶地看震，侦震级茶M=俯6.撒7，汗直下都型地怖震，诵死亡杜56奥人，晃伤7闯30苦0人杂，损抱失很毛大。震中暴附近徐有两僻座医通院，农一座触为隔将震结龟构，膛另一慰座为裂抗震扒结构友。中南校加州骄大学逃医院地下神一层婶，地概上7腥层，输建筑绕面积撑：3蓬30嗽00购平方炭米；笑占地马：4挠10烧0平语米；怎最高灯高度翁：3铺6。冬0m剖；铅正芯多础层橡食胶隔款震器秘68夹个，牵多层敢橡胶泉隔震乞器8叨1个炭。中南颠加州传大学秩医院末在这卵次地邮震及供其其岗后的咐余震更中，旧6-筑8英旧尺高碍的花训瓶等层没有碌一个称掉下装来，阻建筑衬物内苏的各镇种机帖器等合均未错损坏喉，医鲜院功聋能得疑到维睁持，寒成为狂防灾裙中心得，起扛到十搜分重仍要的屑作用泰。橄榄辨景医嗽院（姿抗震吊结构辛）橄榄筝景医师院在习19思71奋年圣带费尔酱南多蓄地震珠中受咐到较游大损序害，廊10牧年后屯重建后，并扑增加山了抗描震强宴度。在此嘉次地才震中醒，剪渣力墙摄产生辣剪切扩裂缝工，设供备机星器、浮医疗并机械垦及家昌具等弹翻倒同，病续历等袄资料纹掉下山、散懂乱。纤而且倍水管普破裂擦，各饮层浸错水，陵建筑灰物不泪能使盐用，弄完全柄丧失劫了医烈院的赔功能旱。一九九四年九月十六日，台湾海峡发生了7.3级地震，震源距离汕头市约200公里，汕头市烈度为6度，各类房屋摇晃厉害，居民惊惶失措，水桶里的水溅出了1/3左右……而陵海路隔震楼上的人并没有感到晃动，听到毗邻楼房和邻街喧闹声后下楼才知道发生了地震。日本阪神大地震

一九九五年一月十七日发生了日本阪神大地震。震级7.2级，是日本战后最大地震灾害。

在这次地震中，有二幢隔震结构建筑得到了地震观测记录。从这些记录可以看到隔震房屋在大地震中发挥了隔震效果，证实了隔震结构的有效性。

WEST大厦(西部邮政大楼)建筑面积46000m2，6层，是日本最大的隔震建筑。该建筑距震源东北35公里，在基础、l层和6层进行了地震记录观测。213263300基础193571061层377751036层上下南北东西地震观测位置方向隔震状橡胶箩支座排包括少天然涛夹层平橡胶锯支座弦、铅冬芯橡备胶支附座，帮高阻逼尼橡那胶支途座等。天然忠夹层肥隔震激橡胶符支座天然伙夹层忠橡胶渗支座恩构造翅如图屡所示浮。天患然夹返层橡佛胶支敬座具同有较童大的碰竖向篇刚度火，承姜受建辽筑物吸的重殊量时械竖向护变形助小，熄而水含平刚甘度较琴小，痒且线威性性视能好他。由游于天穿然夹母层橡阳胶支匹座的求阻尼孕很小郊，不商具备株足够餐的耗润能能捎力，拥所以庆在结此构使栗用中偿一般统同其纱它阻难尼器神或耗剧能设押备联慢合使母用。铅芯衬隔震无橡胶废支座铅芯乔隔震批橡胶荣支座传由新扶西兰羽的RO割BI蚀NS信ON及其名公司踩最早领研制用开发瓶，以难后在防中国迷、日妖本、俩美国美、意铜大利恒等国怒家都创得到册了较绒大的才发展唇与应般用。铅芯肌橡胶艳支座舍构造盒如图器所示膊。因穿为铅挪芯橡风胶支必座不签但具技有较兔理想获的竖器向刚盘度，胳而且加本身亩具有伴消耗漠地震沉能量例的能数力，狭故铅荒芯橡虫胶支初座在应结构岸使用池中受晶到广但泛欢脑迎。下图闭分别膏是世喜界上陪第一修栋采辽用铅玩芯橡果胶支解座隔损震的缠建筑(Th挽e搬Wi峰ll责ia盲m尸Cl孟ay膨to疲n浅Bu墙il高di隶ng逃,念Ne炊w亿Ze弦al柱an而d)和世妹界上联使用韵铅芯趋橡胶伸支座搬中基坝底面框积最洗大的赔建筑(日本)。日本19佳97年度滋评定浴的隔埋震建纳筑中愚，采彩用铅办芯橡显胶支峰座隔穴震房训屋占血总数笨的40昼%，美俩国在19拴85年以嫌后兴怠建的赶隔震辆房屋蒙中，波完全厚或部必分采恐用铅叛芯橡牲胶支促座的返隔震勇房屋期占总杏数的60橡.7仪%，我玩国在技已建袍成的容隔震苹房屋竟中，灰完全植或部服分采任用铅刺芯橡划胶支姨座的粉隔震卫房屋以占总束数的60坟%。三.消能减震结构在结构中的某些部位设置消能装置，通过消能装置耗散或吸收地震能量，从而减小主体结构地震反应。消能装置有：调频质量阻尼装置—由质量、弹性元件和阻尼器构成的振动系统，将其安装在结构上，结构振动时引起该系统的共振，由此产生的惯性力反作用于结构，起到减小结构振动反应的作用。调频液体阻尼装置—由具有一定形状的盛液容器构成，液体晃动时，液体对容器箱壁产生动压力，同时液体晃动产生阻尼吸收一部分能量。液压质量控制装置—由液压缸、活塞、管路和质量块构成，当结构由地面运动产生振动时，油缸的活塞推动管路中的液体，使液体和质量随之振动。结构的一部分振动能量传递给了该系统。粘滞耗能装置—由缸体、活塞、和液体构成，活塞在缸体内往复运动，粘滞液体从一端流向另一端产生阻尼力，阻碍结构的振动。摩擦耗能装置—由摩擦