建筑結構抗震9實用教案

1、9.1概述(i sh)（2）建筑費用和成本大幅度增加(zngji) 傳統(tǒng)方法是在設計時提高材料強度、加大構件（結構）剛度，其結果是斷面越大，剛度越大，使用面積減少，建筑物自重增大，地震作用亦隨之增大。（3）適用范圍受到限制 傳統(tǒng)抗震方法采用的是延性結構體系，允許結構部件在強震時發(fā)生比較大的塑性變形，以消耗地震能量，減輕地震反應，這種方法對于某些不容許在地震中出現(xiàn)破壞的結構、或內(nèi)部有貴重裝飾、重要設備儀器的結構是不適用的。第1頁/共40頁第一頁，共41頁。9.1概述(i sh)（4）施工難度大結構構件和節(jié)點的鋼筋配置過密，9度區(qū)甚至無法(wf)排布。（5）建筑物的高度受到限制等。 為克服傳統(tǒng)抗震

2、方法的缺陷，結構振動控制技術（簡稱“結構控制”）逐漸發(fā)展起來。 結構控制的概念：通過對結構施加控制機構，由控制機構與結構共同承受振動作用，以調(diào)諧和減輕結構的振動反應，使它在外界干擾作用下的各項反應值被控制在允許范圍內(nèi)。 第2頁/共40頁第二頁，共41頁。9.1概述(i sh) 結構控制的概念：在工程結構的特定部位裝設某種裝置（如隔震墊等）、或某種機構（如消能支撐、消能剪力墻、消能節(jié)點、消能器等）、或某種子結構（如調(diào)頻質(zhì)量等）、或施加外力（外部能量輸入）、或調(diào)整結構的動力特性，使工程結構在地震（或風）的作用下，其結構的動力反應（加速度、速度、位移）得到合理的控制，從而確保結構本身及結構中的人、儀

3、器設備、裝修等的安全(nqun)或處于正常的使用狀態(tài)。 結構控制技術按控制措施實施的方式不同，一般分為被動控制（Passive Control）、主動控制（Active Control）、半主動控制（SemiActive Control）和混合控制（Hybrid Control）四類。第3頁/共40頁第三頁，共41頁。9.1概述(i sh)（1）被動控制（Passive Control） 隔震：在建筑物適當部位設置隔震裝置，切斷或削弱地面運動向上部結構(jigu)的傳遞，并提供適當?shù)淖枘?，從而使上部結構(jigu)的地震作用大大降低，耗能能力加強。 如疊層橡膠墊支座、高阻尼橡膠墊支座、滑移隔震

4、支座和混合隔震裝置等。第4頁/共40頁第四頁，共41頁。9.1概述(i sh) 結構自控：通過在結構中優(yōu)選耗能材料和耗能桿件，設置多道抗震防線達到耗能減振的目的。 常見的有： 豎向通縫SW（剪力墻）、周邊縫SW、 雙功能連梁、帶抗震連梁的SW、 頂層為剛性連梁的SW、偏交支撐、 梁端設塑性鉸的框架、懸掛(xungu)式結構、 底層設消能縫的磚混結構。第5頁/共40頁第五頁，共41頁。9.1概述(i sh) 結構附加(fji)裝置控制：在結構的適當位置安放耗能減振裝置，以達到耗能減振的目的。 主要有： 各種耗能支撐、預應力摩擦墻、 金屬阻尼器、摩擦阻尼器、 調(diào)頻質(zhì)量阻尼器（TMD）、 調(diào)頻液體阻

5、尼器（TLD）、 粘滯流體阻尼器和粘彈性阻尼器等等。第6頁/共40頁第六頁，共41頁。9.1概述(i sh)（2）主動控制(kngzh)（Active Control） 指有外加能源的控制(kngzh)，其工作原理為：第7頁/共40頁第七頁，共41頁。9.1概述(i sh) 常見的類型有： 主動調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(Active Tuned Mass Damper, 簡稱(jinchng)AMD)； 主動支撐系統(tǒng)（Active Brace）； 主動拉索控制器（Active Tendon）； 主動空氣擋風板控制器（Active Aerodynamic Appendayes）等。第8頁/共40頁第八頁，

6、共41頁。9.1概述(i sh)（3）混合控制（Hybrid Control） 混合控制是將主動控制與被動控制同時施加在同一結構上的結構振動(zhndng)控制形式。 從其元素所起作用的相對大小來看，有兩種組合方式： 一種是主從組合方式，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)對結構的控制。第9頁/共40頁第九頁，共41頁。9.1概述(i sh) 另一種是并列組合方式，即兩種控制各自獨立工作，對結構實施校正作用。 目前，較為(jio wi)典型的幾種混合控制裝置有： AMD與TMD相組合， AMD與TLD相組合， 主動控制與基礎隔震相組合， 主動控制與耗能減振相組合， HMS（液壓質(zhì)

7、量振動控制系統(tǒng)）與AMD相組合等。第10頁/共40頁第十頁，共41頁。9.1概述(i sh) 結構消能減震建筑的特點：1. 消能減震裝置可同時減少結構的水平和豎向的地震作用，適用范圍較廣，結構類型和高度均不受限制；2. 消能減震裝置應使結構具有足夠的附加阻尼，以滿足罕遇地震下預期的結構位移要求；3. 由于消能減震結構不改變結構的基本型式(xn sh)，除消能部件和相關部件外，結構設計仍可按照規(guī)范對相應結構類型的要求執(zhí)行。第11頁/共40頁第十一頁，共41頁。9.1概述(i sh)消能減震技術的優(yōu)越性：1、安全性： 消能構件或消能裝置在強震中能率先消耗的地震能量(nngling)，迅速衰減結構的

8、地震反應并保護主體結構和構件免遭破壞，確保結構的安全。 消能減震結構的地震反應比傳統(tǒng)結構降低40%60%。2、 經(jīng)濟性： 消能減震結構可以減少剪力墻的設置，減少結構斷面和配筋，可節(jié)約造價5%10%。若用于舊建筑物的抗震加固，則可節(jié)約造價10%60%。3、技術合理性：結構越高、越柔，消能減震效果越顯著第12頁/共40頁第十二頁，共41頁。9.2結構(jigu)隔震設計結構隔震主要有基底隔震和懸掛(xungu)隔震兩種9.2.1基底隔震原理在結構物底部與基礎頂面之間設置隔震消能裝置，使之與固結于地基中的基礎頂面分開，限制地震動向結構物傳遞。第13頁/共40頁第十三頁，共41頁。9.2.1基底(j

9、d)隔震原理為達到明顯減震效果，通?；A隔震系統(tǒng)需具備以下四種特性：(1)承載特性：具有足夠的豎向強度和剛度以支撐上部結構的重量；(2)隔震特性：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(tnxng)范圍內(nèi)，滿足正常使用的要求，而中強地震時，其水平剛度較小，結構為柔性隔震結構體系；(3)復位特性：地震后，上部結構能回復到初始狀態(tài)，滿足正常的使用要求。第14頁/共40頁第十四頁，共41頁。9.2.1基底(j d)隔震原理(4)耗能特性：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，從而降低上部結構所吸收的地震能量。 基底隔震的適用范圍： 高度不超過(chogu)40m，

10、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構第15頁/共40頁第十五頁，共41頁。9.2.2 基礎(jch)隔震裝置隔震裝置由隔震器、阻尼器和復位裝置組成隔震器的作用：支承上部結構全部質(zhì)量，延長結構自振周期，同時具有經(jīng)歷較大變形的能力阻尼器的作用：消耗地震能量(nngling)，抑制結構可能發(fā)生的過大位移復位裝置的作用：提高隔震系統(tǒng)早期剛度使結構在微震或風載作用下，能夠具有和普通結構相同的安全性目前應用最多的隔震裝置為隔震橡膠支座（疊層橡膠支座）。第16頁/共40頁第十六頁，共41頁。9.2.2 基礎(jch)隔震裝置 隔震橡膠(xingjio)(xingjio)支座包括天然

11、夾層橡膠(xingjio)(xingjio)支座、鉛芯橡膠(xingjio)(xingjio)支座，高阻尼橡膠(xingjio)(xingjio)支座等 。天然夾層隔震橡膠天然夾層隔震橡膠(xingjio)支支座座 天然夾層橡膠天然夾層橡膠(xingjio)支座具支座具有較大的豎向剛度，承受建筑物的有較大的豎向剛度，承受建筑物的重量時豎向變形小，而水平剛度較重量時豎向變形小，而水平剛度較小，且線性性能好。小，且線性性能好。由于天然夾層橡膠由于天然夾層橡膠(xingjio)支支座的阻尼很小，不具備足夠的耗能座的阻尼很小，不具備足夠的耗能能力，所以在結構使用中一般同其能力，所以在結構使用中一般同其

12、它阻尼器或耗能設備聯(lián)合使用。它阻尼器或耗能設備聯(lián)合使用。第17頁/共40頁第十七頁，共41頁。9.2.2 基礎(jch)隔震裝置 鉛芯隔震橡膠支座鉛芯隔震橡膠支座 鉛芯隔震橡膠支座由新西蘭的鉛芯隔震橡膠支座由新西蘭的ROBINSON及其公司最早研制開發(fā)，以后在中國、日本、及其公司最早研制開發(fā)，以后在中國、日本、美國美國(mi u)、意大利等國家都得到了較大、意大利等國家都得到了較大的發(fā)展與應用。的發(fā)展與應用。 因為鉛芯橡膠支座不但具有較理想(lxing)(lxing)的豎向剛度，而且本身具有消耗地震能量的能力，故鉛芯橡膠支座在結構使用中受到廣泛歡迎。 第18頁/共40頁第十八頁，共41頁。9.

13、2.2 基礎(jch)隔震裝置第19頁/共40頁第十九頁，共41頁。9.2.2 基礎(jch)隔震裝置 下圖分別是世界上第一棟采用(ciyng)(ciyng)鉛芯橡膠支座隔震的建筑(The (The William Clayton Building, New Zealand)William Clayton Building, New Zealand)和世界上使用鉛芯橡膠支座中基底面積最大的建筑( (日本) )。 第20頁/共40頁第二十頁，共41頁。9.2.2 基礎(jch)隔震裝置 日本1997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40%； 美國在1985年以后興建(xngj

14、in)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60.7%； 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60%。1994年9月16日，臺灣海峽發(fā)生(fshng)了7.3級地震，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(fshng)了地震。第21頁/共40頁第二十一頁，共41頁。9.2.2 基礎(jch)隔震裝置 1994 1994年1 1月1717日，美國圣菲爾南多發(fā)生洛杉磯地震，震級(zhnj)M=6.7(zh

15、nj)M=6.7，死亡5656人，傷73007300人，損失很大。震中附近有兩座醫(yī)院，一座為隔震結構，另一座為抗震結構。中南加州大學(dxu)(dxu)醫(yī)院（隔震結構）橄欖景醫(yī)院（抗震結構）第22頁/共40頁第二十二頁，共41頁。9.2.2 基礎(jch)隔震裝置 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7層，建筑 面積：33000平方米；最高高度： 36.0m；鉛芯多層橡膠隔震器68個， 多層橡膠隔震器81個。 地震時，這棟八層醫(yī)院基礎加速度 為0.49g，而頂層加速度只有0.21g, 加速度折減系數(shù)為1.8。 在這次地震及其其后的余震中，建筑物內(nèi)的各種機器( j q)均 未損壞

16、，醫(yī)院功能得到維持，成為防災中心，起到十分 重要的作用。第23頁/共40頁第二十三頁，共41頁。9.2.2 基礎(jch)隔震裝置 橄欖景醫(yī)院為抗震結構，其 底層加速度為 0.82g，而頂層加 速度為2.31g, 加速度放大系數(shù) 為2.8。 在此次地震中，剪力墻產(chǎn)生剪 切裂縫，設備機器、醫(yī)療機械及 家具等翻倒，病歷等資料掉下、 散亂。而且(r qi)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。 10年后重建，并增加了抗震強度。第24頁/共40頁第二十四頁，共41頁。9.3結構(jigu)消能減震 9.3.1結構消能減振體系的分類 結構消能減振體系由主體結構和消能部件（消能裝置和

17、連接件）組成，可以按照消能部件的不同“構件(gujin)型式”分為以下類型： （1）消能支撐：可以代替一般的結構支撐，在抗震和抗風中發(fā)揮支撐的水平剛度和消能減振作用。 消能裝置可以做成方框支撐、圓框支撐、交叉支撐、斜桿支撐、K型支撐等第25頁/共40頁第二十五頁，共41頁。9.3.1結構消能減振體系(tx)的分類第26頁/共40頁第二十六頁，共41頁。9.3.1結構消能減振體系(tx)的分類（2）消能剪力墻：可以代替一般結構的剪力墻，在抗震和抗風中發(fā)揮(fhu)支撐的水平剛度和消能減震作用。 消能剪力墻的形式主要有：第27頁/共40頁第二十七頁，共41頁。9.3.1結構消能減振體系(tx)的分

18、類（3）消能節(jié)點：在結構的梁柱節(jié)點或梁節(jié)點處安裝消能裝置。 當結構產(chǎn)生側向位移、在節(jié)點處產(chǎn)生角度變化或者轉動式錯動時，消能裝置即可以發(fā)揮(fhu)消能減震作用。第28頁/共40頁第二十八頁，共41頁。9.3.1結構消能減振體系(tx)的分類（4）消能聯(lián)接：在結構的縫隙處或結構構件之間的聯(lián)結處設置消能裝置。 當結構在縫隙或聯(lián)結處產(chǎn)生相對變形時，消能裝置即可以發(fā)揮消能減震(jin zhn)作用 第29頁/共40頁第二十九頁，共41頁。9.3.1結構消能減振體系(tx)的分類（5）消能支承或懸吊構件：對于某些線結構（如管道、線路，橋梁的懸索、斜拉索的連接處等），設置(shzh)各種支承或者懸吊消能裝

19、置，當線結構發(fā)生振（震）動時， 支承或者懸吊構件即發(fā)生消能減震作用。第30頁/共40頁第三十頁，共41頁。9.3.1結構消能減振體系(tx)的分類目前最常見的消能器為粘滯（流體）阻尼器和粘彈性阻尼器。粘滯（流體）阻尼器：基本原理是與結構共同工作的粘滯流體阻尼器的導桿受力，推動活塞運動，活塞兩邊(lingbin)的高粘性阻尼介質(zhì)產(chǎn)生壓力差，使阻尼介質(zhì)通過阻尼孔，產(chǎn)生阻尼力。第31頁/共40頁第三十一頁，共41頁。9.3.1結構消能減振體系(tx)的分類第32頁/共40頁第三十二頁，共41頁。9.3.1結構(jigu)消能減振體系的分類第33頁/共40頁第三十三頁，共41頁。9.3.1結構(jigu)消能減振體系的分類1、主缸 2、副缸 3、導桿 4、活塞(husi)5、阻尼材料（硅油或液壓油） 6、阻尼孔 第34頁/共40頁第三十四頁，共41頁。9.3.1結構消能減振體系(tx)的分類第35頁/共40頁第三十五頁，共41頁。9.3.1結構(jigu)消能減振體系的分類第36頁/共40頁第三十六頁，共41頁。9.3.1結構(jigu)