《抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計》多媒體課件 第9章

1、武漢理工大學出版社武漢理工大學出版社 9 隔震與耗能減震房屋設(shè)計 9.9.隔震與耗能減震房屋設(shè)計隔震與耗能減震房屋設(shè)計 9.19.1概述概述 抗震設(shè)計：抗震設(shè)計：依靠結(jié)構(gòu)的強度、剛度和延性來抵依靠結(jié)構(gòu)的強度、剛度和延性來抵 御地震作用立足于御地震作用立足于“抗抗”，是一種消極設(shè)計方法，是一種消極設(shè)計方法 傳統(tǒng)抗震方法存在的問題。傳統(tǒng)抗震方法存在的問題。 （1 1）結(jié)構(gòu)的安全性難以保證）結(jié)構(gòu)的安全性難以保證 傳統(tǒng)抗震方法以既定的傳統(tǒng)抗震方法以既定的“設(shè)防烈度設(shè)防烈度”作為設(shè)計作為設(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，

2、當發(fā)生突發(fā)性超烈度地震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。時，房屋可能會嚴重破壞。 9.19.1概述概述 （2 2）建筑費用和成本大幅度增加）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（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，地震作用亦隨之增用面積減少，建筑物自重增大，地震作用亦隨之增 大。大。 （3 3）適用范圍受到限制）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)傳統(tǒng)抗震方法采用的是延性結(jié)構(gòu)體系，允許結(jié)

3、 構(gòu)部件在強震時發(fā)生比較大的塑性變形，以消耗地構(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。要設(shè)備儀器的結(jié)構(gòu)是不適用的。 9.19.1概述概述 （4 4）施工難度大）施工難度大 結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點的鋼筋配置過密，結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點的鋼筋配置過密，9 9度區(qū)甚至度區(qū)甚至 無法排布。無法排布。 （5 5）建筑物的高度受到限制等。）建筑物的高度受到限制等。 為克服傳統(tǒng)抗震方法的缺陷，為克服傳統(tǒng)抗震方法的

4、缺陷，結(jié)構(gòu)振動控制結(jié)構(gòu)振動控制 技術(shù)技術(shù)（簡稱（簡稱“結(jié)構(gòu)控制結(jié)構(gòu)控制”）逐漸發(fā)展起來。）逐漸發(fā)展起來。 結(jié)構(gòu)控制的概念結(jié)構(gòu)控制的概念：通過對結(jié)構(gòu)施加控制機構(gòu)，：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)。各項反應(yīng)值被控制在允許范圍內(nèi)。 9.19.1概述概述 n 結(jié)構(gòu)控制結(jié)構(gòu)控制的概念：在工程結(jié)構(gòu)的的概念：在工程結(jié)構(gòu)的特定部位特定部位裝設(shè)裝設(shè)某種某種 裝置裝置（如隔震墊等）、或（如隔震墊等）、或某種機構(gòu)某種機構(gòu)（

5、如耗能支撐、耗能（如耗能支撐、耗能 剪力墻、耗能節(jié)點、耗能器等）、或剪力墻、耗能節(jié)點、耗能器等）、或某種子結(jié)構(gòu)某種子結(jié)構(gòu)（如調(diào)（如調(diào) 頻質(zhì)量等）、或頻質(zhì)量等）、或施加外力施加外力（外部能量輸入）、或調(diào)整結(jié)（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，構(gòu)的動力特性，使工程結(jié)構(gòu)在地震（或風）的作用下， 其其結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)（加速度、速度、位移）（加速度、速度、位移）得到合理的得到合理的 控制控制，從而確保結(jié)構(gòu)本身及結(jié)構(gòu)中的人、儀器設(shè)備、裝，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)。修等的安全或處于正常的使用狀態(tài)。 n 結(jié)構(gòu)

6、控制技術(shù)按控制措施實施的方式不同，一般分結(jié)構(gòu)控制技術(shù)按控制措施實施的方式不同，一般分 為為被動控制被動控制（Passive ControlPassive Control）、）、主動控制主動控制（Active Active ControlControl）、）、半主動控制半主動控制（SemiActive ControlSemiActive Control）和）和 混合控制混合控制（Hybrid ControlHybrid Control）四類。）四類。 9.19.1概述概述 （1 1）被動控制（）被動控制（Passive ControlPassive Control）: : 隔震、結(jié)構(gòu)自控和結(jié)構(gòu)附

7、加裝置控制。隔震、結(jié)構(gòu)自控和結(jié)構(gòu)附加裝置控制。 隔震：隔震：在建筑物適當部位設(shè)置隔震裝置，切斷或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?，削弱地面運動向上部結(jié)構(gòu)的傳遞，并提供適當?shù)淖枘幔?從而使上部結(jié)構(gòu)的地震作用大大降低，耗能能力加強。從而使上部結(jié)構(gòu)的地震作用大大降低，耗能能力加強。 如如疊層橡膠墊支座、高阻尼橡膠墊支座、滑移隔震支疊層橡膠墊支座、高阻尼橡膠墊支座、滑移隔震支 座和混合隔震裝置座和混合隔震裝置等。等。 外荷載 結(jié) 構(gòu) 反應(yīng) （風、地震等） 被動控制裝置 圖1-1 被動控制的工作原理 9.19.1概述概述 結(jié)構(gòu)自控結(jié)構(gòu)自控( (耗能減震

8、）耗能減震）：通過在結(jié)構(gòu)中優(yōu)選耗能材：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震的目料和耗能桿件，設(shè)置多道抗震防線達到耗能減震的目 的。的。 常見的有：常見的有： 豎向通縫豎向通縫SWSW（剪力墻）、周邊縫（剪力墻）、周邊縫SWSW、 雙功能連梁、帶抗震連梁的雙功能連梁、帶抗震連梁的SWSW、 頂層為剛性連梁的頂層為剛性連梁的SWSW、偏交支撐、偏交支撐、 梁端設(shè)塑性鉸的框架、懸掛式結(jié)構(gòu)、梁端設(shè)塑性鉸的框架、懸掛式結(jié)構(gòu)、 底層設(shè)耗能縫的磚混結(jié)構(gòu)。底層設(shè)耗能縫的磚混結(jié)構(gòu)。 9.19.1概述概述 結(jié)構(gòu)附加裝置控制結(jié)構(gòu)附加裝置控制：在結(jié)構(gòu)的適當位置安放耗能：在結(jié)構(gòu)的適當位置安

9、放耗能 減震裝置，以達到耗能減震的目的。減震裝置，以達到耗能減震的目的。 主要有：主要有： 各種耗能支撐、預(yù)應(yīng)力摩擦墻、各種耗能支撐、預(yù)應(yīng)力摩擦墻、 金屬阻尼器、摩擦阻尼器、金屬阻尼器、摩擦阻尼器、 調(diào)頻質(zhì)量阻尼器（調(diào)頻質(zhì)量阻尼器（TMDTMD）、）、 調(diào)頻液體阻尼器（調(diào)頻液體阻尼器（TLDTLD）、）、 粘滯流體阻尼器和粘彈性阻尼器等等。粘滯流體阻尼器和粘彈性阻尼器等等。 9.19.1概述概述 （2 2）主動控制（）主動控制（Active ControlActive Control） 指有外加能源的控制，指有外加能源的控制，其控制力是按最優(yōu)控制的規(guī)律，其控制力是按最優(yōu)控制的規(guī)律， 由外加能源

10、驅(qū)動控制裝置主動施加的。由外加能源驅(qū)動控制裝置主動施加的。 其工作原理為：其工作原理為： 外荷載 結(jié) 構(gòu)反應(yīng) （風、地震等） 控制力 控制器 檢測元件 圖1-2主動控制的工作原理 9.19.1概述概述 常見的類型有：常見的類型有： 主動調(diào)頻質(zhì)量阻尼器主動調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(Active Tuned Mass Damper, (Active Tuned Mass Damper, 簡稱簡稱AMD)AMD)； 主動支撐系統(tǒng)（主動支撐系統(tǒng)（Active BraceActive Brace）；）； 主動拉索控制器（主動拉索控制器（Active TendonActive Tendon）；）； 主動空氣擋風板控

11、制器（主動空氣擋風板控制器（Active Aerodynamic Active Aerodynamic AppendayesAppendayes）等。）等。 9.19.1概述概述 （3 3）混合控制（）混合控制（Hybrid ControlHybrid Control） 混合控制是將混合控制是將主動控制主動控制與與被動控制被動控制同時施加在同一同時施加在同一 結(jié)構(gòu)上的結(jié)構(gòu)振動控制形式。結(jié)構(gòu)上的結(jié)構(gòu)振動控制形式。 被動控制器 外荷載 被動控制力 結(jié)構(gòu) 反應(yīng) （風、地震等） 主動控制力 主動控制器 檢測元件 圖 1-3 混合控制的工作原理 9.19.1概述概述 組合方式：組合方式： n一種是主從組

12、合方式一種是主從組合方式，即以某一控制為主控制部件，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。其他部件通過主要部件實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的控制。 n另一種是并列組合方式另一種是并列組合方式，即兩種控制各自獨立工作，即兩種控制各自獨立工作， 對結(jié)構(gòu)實施校正作用對結(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：目前，較為典型的幾種混合控制裝置有： AMDAMD與與TMDTMD相組合、相組合、 AMDAMD與與TLDTLD相組合、相組合、 主動控制與基礎(chǔ)隔震相組合、主動控制與基礎(chǔ)隔震相組合、 主動控制與耗能減震相組合、主動控制與耗能減震相組合、 HMSHMS（液壓質(zhì)量振動控制系統(tǒng)

13、（液壓質(zhì)量振動控制系統(tǒng)) )與與AMDAMD相組合等。相組合等。 9.19.1概述概述 （4 4）半主動控制（）半主動控制（Semi-active ControlSemi-active Control） n 以參數(shù)控制為主，只需少量能源即可實現(xiàn)其控以參數(shù)控制為主，只需少量能源即可實現(xiàn)其控 制過程。制過程。 主要類型有：主要類型有： 半主動變剛度裝置，半主動變阻尼裝置，半主半主動變剛度裝置，半主動變阻尼裝置，半主 動耗能裝置，半主動動耗能裝置，半主動TMDTMD，半主動，半主動TLDTLD，變摩擦阻尼，變摩擦阻尼， 磁流變阻尼器，可控流體阻尼器和可控摩擦隔震支磁流變阻尼器，可控流體阻尼器和可控摩

14、擦隔震支 撐等。撐等。 9.19.1概述概述 結(jié)構(gòu)耗能減震建筑的特點：結(jié)構(gòu)耗能減震建筑的特點： 1. 1. 耗能減震裝置可同時減少結(jié)構(gòu)的水平和豎向的地耗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)類型和高度均不受震作用，適用范圍較廣，結(jié)構(gòu)類型和高度均不受 限制；限制； 2. 2. 耗能減震裝置應(yīng)使結(jié)構(gòu)具有足夠的附加阻尼，以耗能減震裝置應(yīng)使結(jié)構(gòu)具有足夠的附加阻尼，以 滿足罕遇地震下預(yù)期的結(jié)構(gòu)位移要求；滿足罕遇地震下預(yù)期的結(jié)構(gòu)位移要求； 3. 3. 由于耗能減震結(jié)構(gòu)不改變結(jié)構(gòu)的基本型式，除耗由于耗能減震結(jié)構(gòu)不改變結(jié)構(gòu)的基本型式，除耗 能部件和相關(guān)部件外，結(jié)構(gòu)設(shè)計仍可按照能部

15、件和相關(guān)部件外，結(jié)構(gòu)設(shè)計仍可按照規(guī)范規(guī)范 對相應(yīng)結(jié)構(gòu)類型的要求執(zhí)行。對相應(yīng)結(jié)構(gòu)類型的要求執(zhí)行。 9.19.1概述概述 耗能減震技術(shù)的優(yōu)越性：耗能減震技術(shù)的優(yōu)越性： 1.1.安全性：安全性：耗能構(gòu)件或耗能裝置在強震中能率先消耗的地耗能構(gòu)件或耗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。構(gòu)件免遭破壞，確保結(jié)構(gòu)的安全。 耗能減震結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)降低耗能減震結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)降低40%60%40%60%。 2.2. 經(jīng)濟性：經(jīng)濟性：耗能減震結(jié)構(gòu)可以減少剪力墻的設(shè)置，減少耗能減震結(jié)

16、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)約造價結(jié)構(gòu)斷面和配筋，可節(jié)約造價5%10%5%10%。若用于舊建筑。若用于舊建筑 物的抗震加固，則可節(jié)約造價物的抗震加固，則可節(jié)約造價10%60%10%60%。 3.3.技術(shù)合理性：技術(shù)合理性：結(jié)構(gòu)越高、越柔，耗能減震效果越顯著。結(jié)構(gòu)越高、越柔，耗能減震效果越顯著。 9.29.2結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計 結(jié)構(gòu)隔震主要有結(jié)構(gòu)隔震主要有基底隔震基底隔震和和懸掛隔震懸掛隔震兩種。兩種。 9.2.19.2.1結(jié)構(gòu)隔震原理結(jié)構(gòu)隔震原理 在結(jié)構(gòu)物底部與基礎(chǔ)在結(jié)構(gòu)物底部與基礎(chǔ) 頂面之間設(shè)置隔震消頂面之間設(shè)置隔震消 能裝置，使之與固結(jié)能裝置，使之與固結(jié) 于地基

17、中的基礎(chǔ)頂面于地基中的基礎(chǔ)頂面 分開，限制地震動向分開，限制地震動向 結(jié)構(gòu)物傳遞。結(jié)構(gòu)物傳遞。 9.2.19.2.1結(jié)構(gòu)隔震原理結(jié)構(gòu)隔震原理 9.2.19.2.1結(jié)構(gòu)隔震原理結(jié)構(gòu)隔震原理 為達到明顯減震效果，通常為達到明顯減震效果，通?；A(chǔ)隔震系統(tǒng)需具基礎(chǔ)隔震系統(tǒng)需具 備以下四種特性：備以下四種特性： (1) (1)承載特性承載特性：具有足夠的豎向強度和剛度以支：具有足夠的豎向強度和剛度以支 撐上部結(jié)構(gòu)的重量；撐上部結(jié)構(gòu)的重量； (2) (2)隔震特性：隔震特性：具有足夠的水平初始剛度，在風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)，滿載和小震作用下，體系能保持在彈性

18、范圍內(nèi)，滿 足正常使用的要求，而中強地震時，其水平剛度足正常使用的要求，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；較小，結(jié)構(gòu)為柔性隔震結(jié)構(gòu)體系； (3) (3)復(fù)位特性：復(fù)位特性：地震后，上部結(jié)構(gòu)能回復(fù)到初始地震后，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。狀態(tài)，滿足正常的使用要求。 9.2.19.2.1結(jié)構(gòu)隔震原理結(jié)構(gòu)隔震原理 (4) (4)耗能特性：耗能特性：隔震系統(tǒng)本身具有較大的阻尼，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。吸收的地震能量。 基底隔震的適用范圍：基底隔震的適用范

19、圍： 高度不超過高度不超過40m40m，以剪切變形為主且質(zhì)量和，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)。剛度沿高度分布比較均勻的多層和中高層結(jié)構(gòu)。 9.2.2 9.2.2 隔震系統(tǒng)的組成與類型隔震系統(tǒng)的組成與類型 （1 1）隔震系統(tǒng)的組成）隔震系統(tǒng)的組成 隔震裝置由隔震裝置由隔震器、阻尼器和復(fù)位裝置隔震器、阻尼器和復(fù)位裝置組成。組成。 隔震器的作用隔震器的作用：支承上部結(jié)構(gòu)全部質(zhì)量，延長：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。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：阻尼器的作用：消耗地震能量，抑制結(jié)構(gòu)可能消耗地震能量，

20、抑制結(jié)構(gòu)可能 發(fā)生的過大位移，同時在地震終了時幫助隔震器迅發(fā)生的過大位移，同時在地震終了時幫助隔震器迅 速復(fù)位。速復(fù)位。 復(fù)位裝置的作用：復(fù)位裝置的作用：提高隔震系統(tǒng)早期剛度，使提高隔震系統(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。同的安全性。 9.2.2 9.2.2 隔震系統(tǒng)的組成與類型隔震系統(tǒng)的組成與類型 常用的隔震器：常用的隔震器：疊層橡膠支座、螺旋彈簧支座、疊層橡膠支座、螺旋彈簧支座、 摩擦滑移支座等。摩擦滑移支座等。 常用的阻尼器：常用的阻尼器：彈塑性阻尼器、粘彈性阻尼器、彈塑性阻尼器、粘彈性阻尼器、 粘滯阻尼

21、器、摩擦阻尼器等。粘滯阻尼器、摩擦阻尼器等。 常用的隔震系統(tǒng)：常用的隔震系統(tǒng)：疊層橡膠支座隔震系統(tǒng)、摩疊層橡膠支座隔震系統(tǒng)、摩 擦滑移加阻尼器隔震系統(tǒng)、摩擦滑移擺隔震系擦滑移加阻尼器隔震系統(tǒng)、摩擦滑移擺隔震系 統(tǒng)。統(tǒng)。 目前應(yīng)用最廣泛的隔震裝置為目前應(yīng)用最廣泛的隔震裝置為疊層橡膠支疊層橡膠支 座隔震系統(tǒng)。座隔震系統(tǒng)。 9.2.2 9.2.2 隔震系統(tǒng)的組成與類型隔震系統(tǒng)的組成與類型 （2 2）疊層橡膠支座的構(gòu)造與性能）疊層橡膠支座的構(gòu)造與性能 n疊層橡膠支座一般由疊層橡膠支座一般由薄橡膠板薄橡膠板與與薄鋼板薄鋼板分層交替分層交替 疊合，經(jīng)高溫高壓硫化粘結(jié)而成。疊合，經(jīng)高溫高壓硫化粘結(jié)而成。 n

22、具有很大的豎向承載力和豎向剛度具有很大的豎向承載力和豎向剛度( (豎向荷載作豎向荷載作 用下，橡膠板的橫向變形受到剛板的約束，處于用下，橡膠板的橫向變形受到剛板的約束，處于 三向壓力狀態(tài)）。三向壓力狀態(tài)）。 n水平剛度較小，水平變形能力大水平剛度較小，水平變形能力大（水平剛度一般（水平剛度一般 為豎向剛度的為豎向剛度的1%1%，具有明顯的非線性特性）。，具有明顯的非線性特性）。 n小變形時，其水平剛度能保證建筑物在風載下的小變形時，其水平剛度能保證建筑物在風載下的 使用功能；大變形時橡膠剪切剛度下降較多，約使用功能；大變形時橡膠剪切剛度下降較多，約 為初始剛度的為初始剛度的20%20%，可以大

23、幅度降低結(jié)構(gòu)振動頻，可以大幅度降低結(jié)構(gòu)振動頻 率，減小地震反應(yīng)。率，減小地震反應(yīng)。 9.2.2 9.2.2 隔震系統(tǒng)的組成與類型隔震系統(tǒng)的組成與類型 疊層疊層隔震橡膠支座包括隔震橡膠支座包括天然夾層橡膠支座天然夾層橡膠支座、鉛芯橡膠支鉛芯橡膠支 座座，高阻尼橡膠支座高阻尼橡膠支座等等 。 天然夾層隔震橡膠支座天然夾層隔震橡膠支座 特點：高彈性、低阻尼。特點：高彈性、低阻尼。 豎向剛度較大，承受建筑物的重豎向剛度較大，承受建筑物的重 量時豎向變形小。量時豎向變形小。 水平剛度較小，且線性性能好。水平剛度較小，且線性性能好。 阻尼很小，不具備足夠的耗能能阻尼很小，不具備足夠的耗能能 力。力。 在結(jié)

24、構(gòu)使用中一般同其它阻尼器在結(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?；蚝哪茉O(shè)備聯(lián)合使用。 9.2.2 9.2.2 隔震系統(tǒng)的組成與類型隔震系統(tǒng)的組成與類型 鉛芯疊層橡膠支座鉛芯疊層橡膠支座 鉛芯隔震橡膠支座是在疊層橡膠鉛芯隔震橡膠支座是在疊層橡膠 支座的圓形孔中壓入鉛而成。支座的圓形孔中壓入鉛而成。 鉛芯的作用：提高支座的吸能能力；鉛芯的作用：提高支座的吸能能力； 確保支座有適度的阻尼；確保支座有適度的阻尼； 增加支座的初始剛度；增加支座的初始剛度； 控制風反應(yīng)和抵抗微震的作用?？刂骑L反應(yīng)和抵抗微震的作用。 鉛芯橡膠支座不但具有較理想的豎向剛度，而且本鉛芯橡膠支座不但具有較理想的豎向剛度

25、，而且本 身具有消耗地震能量的能力，可單獨使用，故鉛芯橡身具有消耗地震能量的能力，可單獨使用，故鉛芯橡 膠支座在結(jié)構(gòu)使用中受到廣泛歡迎。膠支座在結(jié)構(gòu)使用中受到廣泛歡迎。 9.2.2 9.2.2 隔震系統(tǒng)的組成與類型隔震系統(tǒng)的組成與類型 高阻尼疊層橡膠支座高阻尼疊層橡膠支座 采用了高阻尼橡膠，同時兼有隔震器和阻尼器的作用采用了高阻尼橡膠，同時兼有隔震器和阻尼器的作用 ，目前在我國尚無使用。，目前在我國尚無使用。 鉛芯疊層橡膠支座鉛芯疊層橡膠支座 9.2.3 9.2.3 隔震系統(tǒng)的應(yīng)用隔震系統(tǒng)的應(yīng)用 下圖分別是世界上第一棟采用下圖分別是世界上第一棟采用鉛芯橡膠支座隔震鉛芯橡膠支座隔震的的 建筑建筑

26、( (The William Clayton Building, New ZealandThe William Clayton Building, New Zealand) )和和 世界上使用鉛芯橡膠支座中基底面積最大的建筑世界上使用鉛芯橡膠支座中基底面積最大的建筑( (日本日本) )。 9.2.3 9.2.3 隔震系統(tǒng)的應(yīng)用隔震系統(tǒng)的應(yīng)用 日本日本19971997年度評定的隔震建筑中，采用鉛芯橡膠支年度評定的隔震建筑中，采用鉛芯橡膠支 座隔震房屋占總數(shù)的座隔震房屋占總數(shù)的40%40%； 美國在美國在19851985年以后興建的隔震房屋中，完全或部分年以后興建的隔震房屋中，完全或部分 采用鉛芯

27、橡膠支座的隔震房屋占總數(shù)的采用鉛芯橡膠支座的隔震房屋占總數(shù)的60.7%60.7%； 我國在已建成的隔震房屋中，完全或部分采用鉛芯我國在已建成的隔震房屋中，完全或部分采用鉛芯 橡膠支座的隔震房屋占總數(shù)的橡膠支座的隔震房屋占總數(shù)的60%60%。 1994 1994年年9 9月月1616日，臺灣海峽發(fā)生了日，臺灣海峽發(fā)生了7.37.3級地震，震源距離汕頭市級地震，震源距離汕頭市 約約200200公里，汕頭市烈度為公里，汕頭市烈度為6 6度，各類房屋搖晃厲害，居民驚惶失措，度，各類房屋搖晃厲害，居民驚惶失措， 水桶里的水濺出了水桶里的水濺出了1/31/3左右左右而陵海路隔震樓上的人并沒有感到晃而陵海路

28、隔震樓上的人并沒有感到晃 動，聽到毗鄰樓房和鄰街喧鬧聲后下樓才知道發(fā)生了地震。動，聽到毗鄰樓房和鄰街喧鬧聲后下樓才知道發(fā)生了地震。 9.2.3 9.2.3 隔震系統(tǒng)的應(yīng)用隔震系統(tǒng)的應(yīng)用 19941994年年1 1月月1717日，美國圣菲爾南多發(fā)生洛杉磯地震，震級日，美國圣菲爾南多發(fā)生洛杉磯地震，震級 M=6.7M=6.7，死亡，死亡5656人，傷人，傷73007300人，損失很大。震中附近有兩座醫(yī)人，損失很大。震中附近有兩座醫(yī) 院，一座為院，一座為隔震結(jié)構(gòu)，隔震結(jié)構(gòu)，另一座為另一座為抗震結(jié)構(gòu)?？拐鸾Y(jié)構(gòu)。 中南加州大學醫(yī)院（隔震結(jié)構(gòu)）中南加州大學醫(yī)院（隔震結(jié)構(gòu)）橄欖景醫(yī)院（抗震結(jié)構(gòu)）橄欖景醫(yī)院（

29、抗震結(jié)構(gòu)） 9.2.3 9.2.3 隔震系統(tǒng)的應(yīng)用隔震系統(tǒng)的應(yīng)用 中南加州大學醫(yī)院是橡膠支座隔震中南加州大學醫(yī)院是橡膠支座隔震 系統(tǒng)。地下一層，地上系統(tǒng)。地下一層，地上7 7層，建筑層，建筑 面積：面積：3300033000平方米；最高高度：平方米；最高高度： 36.0m36.0m；鉛芯多層橡膠隔震器鉛芯多層橡膠隔震器6868個，個， 多層橡膠隔震器多層橡膠隔震器8181個。個。 地震時，這棟八層醫(yī)院基礎(chǔ)加速度地震時，這棟八層醫(yī)院基礎(chǔ)加速度 為為0.49g0.49g，而頂層加速度只有，而頂層加速度只有0.21g, 0.21g, 加速度折減系數(shù)為加速度折減系數(shù)為1.81.8。 在這次地震及其其后

30、的余震中，建筑物內(nèi)的各種機器均在這次地震及其其后的余震中，建筑物內(nèi)的各種機器均 未損壞，醫(yī)院功能得到維持，成為防災(zāi)中心，起到十分未損壞，醫(yī)院功能得到維持，成為防災(zāi)中心，起到十分 重要的作用。重要的作用。 9.2.3 9.2.3 隔震系統(tǒng)的應(yīng)用隔震系統(tǒng)的應(yīng)用 橄欖景醫(yī)院為抗震結(jié)構(gòu)，其橄欖景醫(yī)院為抗震結(jié)構(gòu)，其 底層加速度為底層加速度為 0.82g0.82g，而頂層加，而頂層加 速度為速度為2.31g, 2.31g, 加速度放大系數(shù)加速度放大系數(shù) 為為2.82.8。 在此次地震中，剪力墻產(chǎn)生剪在此次地震中，剪力墻產(chǎn)生剪 切裂縫，設(shè)備機器、醫(yī)療機械及切裂縫，設(shè)備機器、醫(yī)療機械及 家具等翻倒，病歷等資料

31、掉下、家具等翻倒，病歷等資料掉下、 散亂。而且水管破裂，各層浸水，散亂。而且水管破裂，各層浸水， 建筑物不能使用，完全喪失了醫(yī)院的功能。建筑物不能使用，完全喪失了醫(yī)院的功能。 1010年后重建，并增加了抗震強度。年后重建，并增加了抗震強度。 9.3 9.3 耗能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計耗能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計 9.3.19.3.1結(jié)構(gòu)耗能減震體系的分類結(jié)構(gòu)耗能減震體系的分類 結(jié)構(gòu)耗能減震體系由結(jié)構(gòu)耗能減震體系由主體結(jié)構(gòu)和耗能部件主體結(jié)構(gòu)和耗能部件（耗能（耗能 裝置和連接件）組成，可以按照耗能部件的不同裝置和連接件）組成，可以按照耗能部件的不同 “構(gòu)件型式構(gòu)件型式”分為以下類型：分為以下類型： （1 1）耗能支撐）

32、耗能支撐 可以代替一般的結(jié)構(gòu)支撐，在抗震和抗風中發(fā)可以代替一般的結(jié)構(gòu)支撐，在抗震和抗風中發(fā) 揮支撐的水平剛度和耗能減震作用。揮支撐的水平剛度和耗能減震作用。 耗能裝置可以做成耗能裝置可以做成方框支撐、圓框支撐、交叉方框支撐、圓框支撐、交叉 支撐、斜桿支撐、支撐、斜桿支撐、K K型支撐型支撐等等 9.3.19.3.1結(jié)構(gòu)耗能減震體系的分類結(jié)構(gòu)耗能減震體系的分類 消能方框 消能圓框 消能裝置 消能裝置 消能裝置 (a) 方框支撐 (b) 圓框支撐 (c) 交叉支撐 (d) 斜桿支撐 (e) K 型支撐 圖 X-1 消能支撐 耗能支撐耗能支撐 9.3.19.3.1結(jié)構(gòu)耗能減震體系的分類結(jié)構(gòu)耗能減震體

33、系的分類 9.3.19.3.1結(jié)構(gòu)耗能減震體系的分類結(jié)構(gòu)耗能減震體系的分類 （2 2）耗能剪力墻）耗能剪力墻 可以代替一般結(jié)構(gòu)的剪力墻，在抗震和抗風中發(fā)揮可以代替一般結(jié)構(gòu)的剪力墻，在抗震和抗風中發(fā)揮 支撐的水平剛度和耗能減震作用。支撐的水平剛度和耗能減震作用。 耗能剪力墻的形式耗能剪力墻的形式主要有：主要有： 消能縫 消能縫 消能縫 消能縫 彈塑性材料 (a) 豎縫剪力墻 (b) 橫縫剪力墻 (c) 斜縫剪力墻 (d) 周邊縫剪力墻 (e) 整體剪力墻 圖 X-2 消能剪力墻 9.3.19.3.1結(jié)構(gòu)耗能減震體系的分類結(jié)構(gòu)耗能減震體系的分類 （3 3）耗能節(jié)點）耗能節(jié)點 在結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點或梁節(jié)

34、點處安裝耗能裝置。在結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點或梁節(jié)點處安裝耗能裝置。 當結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)向位移、在節(jié)點處產(chǎn)生角度變化或當結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)向位移、在節(jié)點處產(chǎn)生角度變化或 者轉(zhuǎn)動式錯動時，耗能裝置即可以發(fā)揮耗能減震者轉(zhuǎn)動式錯動時，耗能裝置即可以發(fā)揮耗能減震 作用。作用。 消 能 裝 置 消 能 裝 置 圖 X -3 梁 柱 消 能 節(jié) 點 9.3.19.3.1結(jié)構(gòu)耗能減震體系的分類結(jié)構(gòu)耗能減震體系的分類 （4 4）耗能聯(lián)接：）耗能聯(lián)接： 在結(jié)構(gòu)的縫隙處或結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的聯(lián)結(jié)處設(shè)置在結(jié)構(gòu)的縫隙處或結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的聯(lián)結(jié)處設(shè)置 耗能裝置。當結(jié)構(gòu)在縫隙或聯(lián)結(jié)處產(chǎn)生相對變形時，耗能裝置。當結(jié)構(gòu)在縫隙或聯(lián)結(jié)處產(chǎn)生相對變形時， 耗能裝置

35、即可以發(fā)揮耗能減震作用耗能裝置即可以發(fā)揮耗能減震作用 消 能 裝 置 消 能 裝 置 圖 X-4 消 能 聯(lián) 結(jié) 9.3.19.3.1結(jié)構(gòu)耗能減震體系的分類結(jié)構(gòu)耗能減震體系的分類 （5 5）耗能支承或懸吊構(gòu)件）耗能支承或懸吊構(gòu)件 對于某些線結(jié)構(gòu)（如管道、線路，橋梁的懸對于某些線結(jié)構(gòu)（如管道、線路，橋梁的懸 索、斜拉索的連接處等），設(shè)置各種支承或者懸索、斜拉索的連接處等），設(shè)置各種支承或者懸 吊耗能裝置，當線結(jié)構(gòu)發(fā)生振（震）動時，吊耗能裝置，當線結(jié)構(gòu)發(fā)生振（震）動時， 支支 承或者懸吊構(gòu)件即發(fā)生耗能減震作用。承或者懸吊構(gòu)件即發(fā)生耗能減震作用。 9.3.19.3.1結(jié)構(gòu)耗能減震體系的分類結(jié)構(gòu)耗能減

36、震體系的分類 目前最常見的耗能器為目前最常見的耗能器為粘滯（流體）阻粘滯（流體）阻 尼器尼器和和粘彈性阻尼器。粘彈性阻尼器。 2 2 4 1 3 1 中 間 鋼 板 2 兩 側(cè) 鋼 板 3 粘 彈 性 材 料 4 螺 栓 孔 圖 X - 7 粘 彈 性 阻 尼 器 粘滯（流體）阻尼器粘滯（流體）阻尼器 粘彈性阻尼器粘彈性阻尼器 9.3.19.3.1結(jié)構(gòu)耗能減震體系的分類結(jié)構(gòu)耗能減震體系的分類 粘滯（流體）阻尼器粘滯（流體）阻尼器由缸體、活塞、和液體構(gòu)成，由缸體、活塞、和液體構(gòu)成， 活塞在缸體內(nèi)往復(fù)運動，粘滯液體從一端流向另一端產(chǎn)活塞在缸體內(nèi)往復(fù)運動，粘滯液體從一端流向另一端產(chǎn) 生阻尼力，阻礙結(jié)

37、構(gòu)的振動。生阻尼力，阻礙結(jié)構(gòu)的振動。 9.3.19.3.1結(jié)構(gòu)耗能減震體系的分類結(jié)構(gòu)耗能減震體系的分類 9.3.19.3.1結(jié)構(gòu)耗能減震體系的分類結(jié)構(gòu)耗能減震體系的分類 粘彈性耗能器粘彈性耗能器通常由鋼板和固體粘彈性材料交通常由鋼板和固體粘彈性材料交 替疊合而成，通過粘彈性材料的往復(fù)剪切變形來耗替疊合而成，通過粘彈性材料的往復(fù)剪切變形來耗 散能量。散能量。 2 2 4 1 3 1 中 間 鋼 板 2 兩 側(cè) 鋼 板 3 粘 彈 性 材 料 4 螺 栓 孔 圖 X-7 粘 彈 性 阻 尼 器 9.3.19.3.1結(jié)構(gòu)耗能減震體系的分類結(jié)構(gòu)耗能減震體系的分類 調(diào)頻質(zhì)量阻尼裝置調(diào)頻質(zhì)量阻尼裝置由質(zhì)量、彈性元件和阻尼由質(zhì)量、彈性元件和阻尼 器構(gòu)成的振動系統(tǒng)，將其安裝在結(jié)構(gòu)上，結(jié)構(gòu)振動器構(gòu)成的振動系統(tǒng)，將其安裝在結(jié)構(gòu)上，結(jié)構(gòu)振動 時引起該系統(tǒng)的共振，由此產(chǎn)生的慣性力反作用于時引起該系統(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)振動反應(yīng)的作用。結(jié)構(gòu)，起到減小結(jié)構(gòu)振動反應(yīng)的作用。 n 調(diào)頻液體阻尼裝置調(diào)頻液體阻尼裝置由具有一定形狀的盛液容器由具有一定形狀的盛液容器 構(gòu)成，液體晃動時，液體對容器箱壁產(chǎn)生動壓力，同時構(gòu)成，液體晃動時，液體對容器箱壁產(chǎn)生動壓力