結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)第04章

1、1第第4章章 結(jié)構(gòu)隔震、消能和結(jié)構(gòu)隔震、消能和減震控制減震控制 24.1.1 結(jié)構(gòu)減震控制的減震機(jī)理 結(jié)構(gòu)減震控制，是指在建筑結(jié)構(gòu)的特定部位，裝設(shè)某種裝置（如隔震支座），或某種機(jī)構(gòu)（如消能支撐,消能剪力墻,消能節(jié)點(diǎn),消能器等），或裝設(shè)某種子結(jié)構(gòu)（如調(diào)頻質(zhì)量等），或施加外力（外部能量輸入），以改變或調(diào)整結(jié)構(gòu)的動力特性或動力作用，使工程結(jié)構(gòu)在地震的作用下，其結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)（加速度、速度、位移）明顯減少，并得到合理的控制，確保結(jié)構(gòu)本身及結(jié)構(gòu)中的人、儀器、設(shè)備、裝修等的安全和處于正常的使用環(huán)境狀況。這種結(jié)構(gòu)體系，稱為“結(jié)構(gòu)減震控制體系”。其相關(guān)的理論、技術(shù)和方法，統(tǒng)稱為“結(jié)構(gòu)控制”。 3結(jié)構(gòu)減震控制的

2、減震機(jī)理 結(jié)構(gòu)的動力方程式 :gsssxmtFkxxcxm )(目的：明顯減少結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng) sssxxx, 改變k 改變c 改變m 人為輸入F(t)4消能減震Energy Dissipation 結(jié)構(gòu)減震控制 質(zhì)量調(diào)諧減震TMD，TLD 等 主動、半主動控制AMD, AVS，AVSD等 混合控制Hybrid Control 結(jié)構(gòu)隔震Seismic Isolation 4.1.2 結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)方法分類 5結(jié)構(gòu)減震按能源輸入分類主動、半主動控制Active，Semi-Comtrol 結(jié)構(gòu)減震控制 結(jié)構(gòu)隔震，消能減震，質(zhì)量調(diào)諧減震 混合控制Hybrid Control 被動控制Passive

3、Control 主動質(zhì)量阻尼器，主動拉索或支撐，主動變剛度變阻尼，智能材料自控 混合主動、被動控制6結(jié)構(gòu)減震按頻率相關(guān)分類吸收共振能量結(jié)構(gòu)減震控制 避開共振頻率頻率無關(guān)控制頻率相關(guān)控制主動外加控制消能減震74.1.3 結(jié)構(gòu)控制的特點(diǎn)和優(yōu)越性 有效減震 適用范圍廣 檢測修復(fù)方便4.1.4 結(jié)構(gòu)控制的應(yīng)用范圍及技術(shù)成熟性 成熟：被動控制 不太成熟：半主動控制 不成熟：主動控制84.2.1 結(jié)構(gòu)隔震體系的基本特性結(jié)構(gòu)隔震體系是指在結(jié)構(gòu)物底部（或某層間部位）設(shè)置隔震裝置而形成的結(jié)構(gòu)體系。它包括上部結(jié)構(gòu)，隔震層（由隔震裝置或加設(shè)阻尼裝置等組成）和下部結(jié)構(gòu)三部份。為了達(dá)到明顯的減震效果，隔震裝置及隔震體系

4、必須具備下述的四項(xiàng)基本特性：9結(jié)構(gòu)隔震體系的基本特性:1. 承載特性 隔震裝置應(yīng)具有較大的豎向承載能力，在結(jié)構(gòu)物正常使用狀況下或地震時(shí)，安全地支承著上部結(jié)構(gòu)的所有重量和使用荷載，并具備較大的豎向承載力安全系數(shù)。2隔震特性隔震裝置應(yīng)具有可變的水平剛度特性（圖4.5）。在強(qiáng)風(fēng)或微小地震時(shí)，具有足夠的水平剛度，不影響使用要求。10 在中強(qiáng)地震發(fā)生時(shí)，其水平剛度較小，上部結(jié)構(gòu)水平滑動，使“剛性”的抗震結(jié)構(gòu)體系變?yōu)椤叭嵝浴钡母粽鸾Y(jié)構(gòu)系，其結(jié)構(gòu)基本周期大大延長（圖4.6），遠(yuǎn)離上部結(jié)構(gòu)（即傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)）的自振周期，也遠(yuǎn)離地面的場地特征周期，從而把地面震動有效地隔開,明顯地降低上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，一般可使上部結(jié)

5、構(gòu)的加速度反應(yīng)（或地震作用）降低為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)的1/21/12（圖 4.6和4.8）。114. 阻尼消能特性 隔震裝置應(yīng)具有足夠的阻尼，也即隔震裝置的水平荷載與水平位移關(guān)系曲線的包絡(luò)面積較大，具有較大的消能能力。較大的阻尼可使隔震層的水平位移明顯減少。3. 復(fù)位特性 隔震裝置應(yīng)具有水平彈性恢復(fù)力，使隔震結(jié)構(gòu)體系在地震中具有瞬時(shí)自動“復(fù)位”功能。地震后，上部結(jié)構(gòu)回復(fù)至初始狀態(tài)，滿足正常使用要求。12傳統(tǒng)房屋傳統(tǒng)房屋地震時(shí)地震時(shí) 激烈晃動，房屋激烈晃動，房屋加速度可放大到原來的加速度可放大到原來的 250250% %，梁柱開裂梁柱開裂, ,內(nèi)部裝內(nèi)部裝飾飾, ,設(shè)備破壞設(shè)備破壞 隔震房屋隔震

6、房屋地震時(shí)地震時(shí) 緩慢平動緩慢平動( (長周期長周期) )房屋加速度減少可達(dá)到原房屋加速度減少可達(dá)到原來的來的40%40%，結(jié)構(gòu)彈性結(jié)構(gòu)彈性( (變形變形集中在柔軟支座集中在柔軟支座) )，保護(hù)保護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)部裝飾、設(shè)備結(jié)構(gòu)和內(nèi)部裝飾、設(shè)備1314抗震結(jié)構(gòu)與隔震結(jié)構(gòu)的比較隔震結(jié)構(gòu)：在建筑物上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間設(shè)置滑移層，阻止地震能量向上傳遞?？拐鸾Y(jié)構(gòu)：利用結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的承載力和變形能力抵御地震作用，吸收地震能量。 立足于“抗”。 于“隔”。154.2.2 結(jié)構(gòu)隔震體系的減震機(jī)理結(jié)構(gòu)隔震體系的減震機(jī)理 ggssskxxckxxcxm 結(jié)構(gòu)的動力方程式 :gx mkcsx gx 16加速度反應(yīng)衰減比 2

7、222)/2()/(1 )/2(1nnngsaxxR mknnmc2式中1701234024681012Ra/n =0.05 =0.10 =0.20 =0.30 =0.402n衰減放大2n1aR1aR184.2.3 結(jié)構(gòu)隔振的優(yōu)越性結(jié)構(gòu)隔振的優(yōu)越性 （1）明顯有效地減輕結(jié)構(gòu)的地震作用（2）確保安全（3）房屋造價(jià)增加很少（4）抗震措施簡單明了（5）震后無需修復(fù)（6）上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)限制較小19結(jié)構(gòu)隔震體系主要適用于下列工程結(jié)構(gòu)隔震體系主要適用于下列工程:(1)地震區(qū)的民用建筑，例如住宅、辦公室、教學(xué)樓、地震區(qū)的民用建筑，例如住宅、辦公室、教學(xué)樓、宿舍樓、劇院、旅館、大商場等。宿舍樓、劇院、旅館、大

8、商場等。(2)地震區(qū)的生命線工程，例如地震區(qū)的生命線工程，例如:醫(yī)院、急救中心、醫(yī)院、急救中心、指揮中心、水廠、電廠、糧食加工廠、通信中心、指揮中心、水廠、電廠、糧食加工廠、通信中心、交通樞紐、機(jī)場等。交通樞紐、機(jī)場等。(3)地震區(qū)的重要建筑結(jié)構(gòu)物，例如地震區(qū)的重要建筑結(jié)構(gòu)物，例如:重要?dú)v史性建重要?dú)v史性建筑、博物館、重要紀(jì)念性建筑物、文物或檔案館、筑、博物館、重要紀(jì)念性建筑物、文物或檔案館、重要圖書資料館、法院、監(jiān)獄、危險(xiǎn)品倉庫、有核重要圖書資料館、法院、監(jiān)獄、危險(xiǎn)品倉庫、有核輻射裝置等。輻射裝置等。(4)內(nèi)部有重要儀器設(shè)備的建筑結(jié)構(gòu)物，例如，計(jì)算內(nèi)部有重要儀器設(shè)備的建筑結(jié)構(gòu)物，例如，計(jì)算機(jī)

9、中心、精密儀器中心、實(shí)驗(yàn)中心、檢測中心等。機(jī)中心、精密儀器中心、實(shí)驗(yàn)中心、檢測中心等。(5)橋梁、架空輸水渠、雷達(dá)站、天文臺等重要結(jié)構(gòu)橋梁、架空輸水渠、雷達(dá)站、天文臺等重要結(jié)構(gòu)物。物。204.2.4 結(jié)構(gòu)隔震的分類和成熟性夾層橡膠支座 豎向承載力大 隔震效果明顯穩(wěn)定 穩(wěn)定的彈性復(fù)位功能 構(gòu)造簡單，安裝方便 耐久性好214.2.5 4.2.5 結(jié)構(gòu)隔震房屋的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)構(gòu)隔震房屋的設(shè)計(jì)計(jì)算 當(dāng)遭遇到設(shè)防烈度時(shí)，不需修理仍可繼續(xù)使用； 當(dāng)遭遇罕遇烈度時(shí)，不發(fā)生危及生命安全和喪失使用功能的破壞。22 結(jié)構(gòu)隔震控制目標(biāo)的確定 常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 隔震裝置選用 結(jié)構(gòu)隔震體系動力參數(shù)確定 結(jié)構(gòu)隔震作用計(jì)算 隔震結(jié)

10、構(gòu)抗震驗(yàn)算 隔震建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)隔震房屋的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容和步驟：結(jié)構(gòu)隔震房屋的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容和步驟：234.2.6 結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)要點(diǎn)結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)要點(diǎn)2425等效側(cè)力法：周期較短的結(jié)構(gòu)時(shí)程分析法：周期較短的結(jié)構(gòu)26272829（4）采用等效側(cè)力法等效側(cè)力法時(shí)，隔震房屋結(jié)構(gòu)的地震作用及其分布可按規(guī)范進(jìn)行計(jì)算，并參照下列有關(guān)規(guī)定：G隔震層以上結(jié)構(gòu)的重力荷載代表值K隔震層水平有效剛度gKGTh21ihKKhiieqKK30結(jié)構(gòu)層間剪力應(yīng)按下式計(jì)算：njjiFVikk隔震層水平位移可按下列規(guī)定計(jì)算： KFuEks31等效側(cè)力法計(jì)算步驟類似于底部剪力法計(jì)算底部剪力 樓層剪力底部剪力： GFEk1max/max

11、1max常遇地震： 3233罕遇地震： GFEk134樓層剪力平動假設(shè)：各樓層加速度相同EkjjkFGGFnjijkikFVjkFFjk j層水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值Viki層剪力標(biāo)準(zhǔn)值35隔震層的水平位移364.2.7 隔震層的計(jì)算要點(diǎn)隔震層的計(jì)算要點(diǎn)（1）隔震支座的受壓承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)符合下列要求：當(dāng)形狀系數(shù)S115、S25時(shí)，對于甲類建筑，壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值不宜大于10MPa；對于乙類建筑，壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值不宜大于12MPa；對于丙類建筑，壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值不宜大于15MPa，但對于直徑小于300mm的隔震支座，壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值不宜大于10MPa。當(dāng)形狀系數(shù)不滿足上述要求時(shí)，壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值應(yīng)適當(dāng)降低。當(dāng)5S24時(shí)，降

12、低20%；當(dāng)4S23時(shí)，降低40%。37圖4.22 隔震支座內(nèi)部構(gòu)造a.隔震支座的第一形狀系數(shù)S1 (有效直徑與孔洞直徑之差d-d0與膠層4倍厚度4tr之比) ，應(yīng)按下式計(jì)算；r1014tddSr11)(2tbaabS圓形截面：矩形截面： 38b. 隔震支座的第二形狀系數(shù)S2 (有效直徑d與橡膠層總厚度tr之比) ，應(yīng)按下式計(jì)算；r2tdS r2tbS 圖4.22 隔震支座內(nèi)部構(gòu)造圓形截面：矩形截面： 39（2）隔震層連接部件（如隔震支座或抗風(fēng)裝置的上、下連接件，連接用預(yù)埋件等）應(yīng)按罕遇地震作用進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。（3）抗風(fēng)裝置應(yīng)按下式要求進(jìn)行驗(yàn)算：RwwkwVV式中：VRw為抗風(fēng)裝置的水平承載力設(shè)

13、計(jì)值。當(dāng)抗風(fēng)裝置是隔震支座的組成部分時(shí)，取隔震支座的水平屈服荷載設(shè)計(jì)值；當(dāng)抗風(fēng)裝置單獨(dú)設(shè)置時(shí)，取抗風(fēng)裝置的水平承載力，可按材料屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值確定；w為風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)，采用1.4；Vwk為風(fēng)荷載作用下隔震層的水平剪力標(biāo)準(zhǔn)值。40（4）隔震層中各隔震支座在罕遇地震作用下的最大水平位移應(yīng)滿足下列要求：du55. 0maxrtu3max式中：umax為在罕遇地震作用下考慮扭轉(zhuǎn)影響時(shí)隔震支座最大水平位移；d為隔震支座直徑；tr為隔震支座橡膠層總厚度。（5）在罕遇地震作用下，隔震支座不宜出現(xiàn)不可恢復(fù)變形；隔震支座的拉應(yīng)力不應(yīng)大于1Mpa。414.2.8 結(jié)構(gòu)隔震房屋的構(gòu)造設(shè)計(jì)1、隔震層和隔震支座的布置原則

14、（1）隔震層由隔震支座和阻尼裝置和抗風(fēng)裝置組成（2）隔震層剛度中心宜與上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心重合（3）隔震支座的平面布置宜與上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)中豎向受力構(gòu)件的平面位置對應(yīng)（4）同一房屋盡量選用相同型號隔震支座（5）支座間距大于安裝和更換所需空間尺寸（6）設(shè)置在隔震層的抗風(fēng)裝置宜對稱、分散地布置在建筑物的周邊（7）抗震墻下隔震支座的間距不宜大于2.0m422、隔震支座與上、下部結(jié)構(gòu)的連接要求 （1）可靠連接 （2）考慮受剪和豎向局部承壓3、上部結(jié)構(gòu)及隔震層部件應(yīng)與周圍固定物脫開4、樓梯、電梯穿過隔震層懸吊于上部結(jié)構(gòu)；水平切斷5、穿過隔震層的豎向管線 柔性管材、柔性接頭434.2.9 隔震支座的技術(shù)性

15、能和構(gòu)造要求隔震支座的技術(shù)性能和構(gòu)造要求 目前，國內(nèi)外常用的疊層橡膠隔震支座為圓形，直徑 300mm1400mm.一、隔震支座的技術(shù)性能型式檢驗(yàn)要求1）在軸壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值作用下的豎向剛度；2）在軸壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值作用下的豎向變形性能；3）豎向極限壓應(yīng)力,壓應(yīng)力破壞極限值不應(yīng)小于90MPa；4）在水平位移為0.55倍有效直徑時(shí)的豎向極限壓應(yīng)力；5）豎向極限拉應(yīng)力,拉應(yīng)力屈服極限值不應(yīng)小于1.5Mpa;446）在軸壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值作用下，在水平剪切應(yīng)變分別為50%、100%、250%，且相應(yīng)的水平加載頻率分別為0.3Hz、0.2Hz、0.1Hz時(shí)的有效水平剛度；對有芯型或其他含有阻尼裝置的隔震支座，還須提供

16、在軸壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值作用下的水平剪切屈服剪力、屈服前水平剛度和屈服后水平剛度；7在軸壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值作用下，在水平剪切應(yīng)變分別為50%、100%、250%，且相應(yīng)的水平加載頻率分別為0.3Hz、0.2Hz、0.1Hz時(shí)的有效阻尼比；458）在軸壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值作用下的水平極限變形能力；9）耐久性能，包括老化性能、徐變性能和疲勞性能；10）各種相關(guān)性能，包括在不同的豎向軸壓應(yīng)力、水平剪切應(yīng)變、水平加載頻率、環(huán)境溫度下的水平剛度和阻尼比的變化率；11）耐火性能；12）有特殊要求的性能，如抗腐蝕性、耐水性等。46二、 隔震支座的技術(shù)性能出廠檢驗(yàn)要求 每項(xiàng)工程采用的隔震支座的產(chǎn)品性能必須經(jīng)出廠檢驗(yàn)合格，提供下列性

17、能指標(biāo)：（1）在軸壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值作用下的豎向剛度。（2）在軸壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值作用下，水平剪切應(yīng)變分別為50%，100%，250%，且相應(yīng)的水平加載頻率分別為0.3Hz，0.2Hz，0.1Hz時(shí)的有效水平剛度；對有芯型或其他含有阻尼裝置的隔震支座，或單獨(dú)設(shè)置的阻尼裝置或抗風(fēng)裝置，還須提供在軸壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值作用下的水平剪切屈服剪力，屈服前水平剛度和屈服后水平剛度（圖4.21）。47（3）在設(shè)計(jì)軸壓應(yīng)力作用下，水平剪切應(yīng)變分別為50%，100%，250%，且相應(yīng)的水平加載頻率分別為0.3Hz，0.2Hz，0.1Hz時(shí)的有效阻尼比。（4）隔震支座產(chǎn)品性能的出廠檢驗(yàn)數(shù)量，每項(xiàng)工程每種主要規(guī)格不少于3個(gè)。如發(fā)現(xiàn)有

18、不合格產(chǎn)品，應(yīng)加倍進(jìn)行抽檢；在加倍抽檢中如仍出現(xiàn)不合格產(chǎn)品，則必須進(jìn)行全數(shù)檢驗(yàn)。（5）隔震支座的力學(xué)性能檢驗(yàn)，應(yīng)在能按不同頻率施加反復(fù)循環(huán)荷載的、符合要求的伺服試驗(yàn)機(jī)上圖4.21 有芯型隔震支座水平荷載與水平變位關(guān)系曲線圖4.22 隔震支座內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行。48三、隔震支座構(gòu)造要求 隔震支座的形狀系數(shù)應(yīng)符合下列要求：a.隔震支座的第一形狀系數(shù)S1 (有效直徑與孔洞直徑之差d-d0與膠層4倍厚度4tr之比) ，應(yīng)按下式計(jì)算；圓形截面： 矩形截面： b. 隔震支座的第二形狀系數(shù)S2 (有效直徑d與橡膠層總厚度tr之比) ，應(yīng)按下式計(jì)算；圓形截面： 矩形截面： r11)(2tbaabSr1014tddS

19、r2tdS r2tbS 49 S1 隔震支座第一形狀系數(shù)； S2 隔震支座第二形狀系數(shù)； d 橡膠的有效直徑(mm)；tr1 每一橡膠層的厚度(mm)； tr橡膠層的總厚度(mm)。 a 矩形截面隔震支座的長邊尺寸(mm)；b 矩形截面隔震支座的短邊尺寸(mm)；d0隔震支座中間開孔的直徑(mm)； 5051524.3 基礎(chǔ)隔震的應(yīng)用 4.3.1 基礎(chǔ)隔震技術(shù)的提出 4.3.2 基礎(chǔ)隔震技術(shù)的現(xiàn)代階段 絕大多數(shù)采用的是粘結(jié)型疊層橡膠墊隔震體系。 534.3.3 基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)要點(diǎn)1應(yīng)根據(jù)預(yù)期的水平向減震系數(shù)和位移控制要求選擇適當(dāng)?shù)母粽鹬ё?應(yīng)進(jìn)行豎向承載力驗(yàn)算和罕遇地震下水平位移驗(yàn)算。3隔震層

20、以上結(jié)構(gòu)的水平地震作用應(yīng)根據(jù)水平向減震系數(shù)確定。4其豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，8度（0.2g）、8度（0.3g）、9度時(shí)分別不應(yīng)小于隔震層以上結(jié)構(gòu)總重力荷載代表值的20%、30%和40%。545計(jì)算簡圖 圖4.23 計(jì)算簡圖 一般情況宜采用“時(shí)程分析法”進(jìn)行計(jì)算。若處于發(fā)震斷層10km以內(nèi)，若輸入地震波未計(jì)入近場影響，則近場系數(shù)取1.5(5km以內(nèi))和1.25(510km)。 hKeq1m2mnm1nm556隔震層以上的地震作用 （1）對于多層建筑，水平地震作用沿高度可按重力荷載代表值分布。水平地震影響系數(shù)最大值：56隔震后結(jié)構(gòu)的總水平地震作用不得低于非隔震的結(jié)構(gòu)在6度設(shè)防時(shí)的總水平地震作用。577

21、各橡膠隔震支座的豎向平均壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值，不應(yīng)超過表4.5的規(guī)定。表4.5橡膠隔震支座平均壓應(yīng)力限值建筑類別甲類乙類丙類平均壓應(yīng)力限值(MPa)101215注：（1）平均壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值應(yīng)按永久荷載和可變荷載組合計(jì)算，對需驗(yàn)算傾覆的結(jié)構(gòu)應(yīng)包括水平地震作用效應(yīng)組合；對需進(jìn)行豎向地震作用計(jì)算的結(jié)構(gòu)，尚應(yīng)包括豎向地震作用效應(yīng)組合；（2）當(dāng)橡膠支座的第二形狀系數(shù)(有效直徑與各橡膠層總厚度之比)小于5.0 時(shí)應(yīng)降低平均壓應(yīng)力限值：小于5 不小于4 時(shí)降低20%，小于4 不小于3時(shí)降低40%；（3）外徑小于300mm 的橡膠支座，其平均壓應(yīng)力限值對丙類建筑為10MPa 。585910砌體結(jié)構(gòu)的隔震措施（1）當(dāng)水平

22、向減震系數(shù)不大于0.40時(shí)，丙類建筑的多層砌體結(jié)構(gòu)，房屋的層數(shù)、總高度和高度比限值，可按規(guī)范第7.1節(jié)中降低一度的有關(guān)規(guī)定采用。（2）砌體結(jié)構(gòu)隔震層的構(gòu)造應(yīng)符合下列規(guī)定： 多層砌體房屋的隔震層位于地下室頂部時(shí)，隔震支座不宜直接放置在砌體墻上，并應(yīng)驗(yàn)算砌體的局部承壓。隔震層頂部縱、橫梁的構(gòu)造均應(yīng)符合關(guān)于底部框架磚房的鋼筋混凝土托墻梁的要求。60616263646511. 幾種常見的夾層橡膠墊66674.3.4 砌體結(jié)構(gòu)隔震計(jì)算 （1）通過驗(yàn)算豎向承載力確定隔震支座數(shù) 注意設(shè)計(jì)值和代表值的區(qū)別 （2）按單質(zhì)點(diǎn)計(jì)算基本周期（3）計(jì)算減震系數(shù)（4）計(jì)算底部剪力和各質(zhì)點(diǎn)剪力 注意等效測力法與底部剪力法的

23、區(qū)別（5）驗(yàn)算罕遇地震下位移68五、砌體結(jié)構(gòu)隔震計(jì)算例題五、砌體結(jié)構(gòu)隔震計(jì)算例題隔震計(jì)算例題隔震計(jì)算例題( (五層砌體結(jié)構(gòu)五層砌體結(jié)構(gòu)P217) )已知：設(shè)防烈度7度，II類場地，設(shè)計(jì)地震分組二組 ，丙類建筑，近場系數(shù)為1.0，樓層面積333m2，活載2.0kN/m2kN18986jGkN42721GkN3792432GGGkN33385G重力荷載代表值：解：（1）重力荷載計(jì)算（略）69新 增 一 層底板及 半 層 墻重隔震支座須增加一底座層：kN30232934575 . 012650G故新的隔震結(jié)構(gòu)的重力荷載代表值為：50GkN22009302318986jG70（2）驗(yàn)算豎向承載力：若再

24、考慮五層的活載，則有kN333053330 . 2qP總的恒載 kN203445 . 0333022009gP總的重力荷載設(shè)計(jì)值qgaPPG4 . 12 . 1kN2907533304 . 1203442 . 1選用32個(gè)VP300隔震支座 kN29075GkN32000kN100032a0P滿足豎向承載力要求 71（3）水平動剛度kN/mm6 .17kN/mm55. 032jnKK（4）隔震體系的基本周期s222. 298106 .1721594221gKGTns0 . 21T重新選用32個(gè)VP400：kN29075GkN57600kN180032a0P72（5）重新計(jì)算水平動剛度kN/mm

25、92.25kN/mm81. 032jnKK（6）重新計(jì)算隔震體系的基本周期s831. 1981092.2521594221gKGTn（7）查 Tgm=0.4s（小于0.4s時(shí)，須取0.4s）（8）計(jì)算等效阻尼比 eq253. 0hiieqKK73（9）計(jì)算減震系數(shù) 0209. 08 . 0/08. 0209. 0/max1max212 . 1TTgm55. 0581. 06 . 108. 005. 012788. 063 . 005. 09 . 0209. 0581. 0848. 14 . 02 . 1788. 074（10）確定地震作用隔震時(shí)kN8 .396189860209. 01maxG

26、FEk非隔震時(shí)故取kN4 .7591898604. 0EKF各層的水平水平地震作用分別為：kN4 .759EKFkN9 .17011EKFGGFkN7 .1512432EKFGGFFFkN5 .13355EKFGGF133.5151.7151.7151.7170.975（11）罕遇地震下隔震層位移驗(yàn)算查5 . 0max25. 245. 055831. 11gmTT0 . 1s近場系數(shù)0959. 05 . 0581. 0)836. 145. 0()(788. 0max21TTgm故mm43.8192.25/220090959. 00 . 1eu420,400DVPmm23155. 0D橡膠層總厚

27、101mm， mm231eu可行764.4 結(jié)構(gòu)消能減震4.4.1 結(jié)構(gòu)消能減震體系的基本特性1. 結(jié)構(gòu)消能減震體系的基本要求 結(jié)構(gòu)消能減震體系的基本要求是：通過對消能器的設(shè)置來控制預(yù)期的結(jié)構(gòu)變形，從而使主結(jié)構(gòu)構(gòu)件在罕遇地震下不發(fā)生嚴(yán)重破壞。2. 結(jié)構(gòu)消能減震體系的減震特性 地震發(fā)生時(shí)，地面震動將引起結(jié)構(gòu)物的震動反應(yīng)，地面地震能量向結(jié)構(gòu)物輸入。結(jié)構(gòu)物接收了大量的地震能量，必然要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換或消耗才能最后終止震動反應(yīng)。77SDRinEEEEASDRinEEEEE現(xiàn)以一般的能量表達(dá)式或說明地震時(shí)的結(jié)構(gòu)能量轉(zhuǎn)換過程。式中：Ein為地震時(shí)輸入結(jié)構(gòu)物的地震能量；ER為結(jié)構(gòu)物地震反應(yīng)的能量，即結(jié)構(gòu)物振動的

28、動能和勢能；ED為結(jié)構(gòu)阻尼消耗的能量（一般不超過5%）；ES為主體結(jié)構(gòu)及承重構(gòu)件非彈性變形（或損壞）消耗的能量；EA為消能構(gòu)件或消能裝置消耗的能量。消能減震結(jié)構(gòu)消能減震結(jié)構(gòu)784.4.3 結(jié)構(gòu)消能減震的優(yōu)越性及應(yīng)用范圍（1）安全性。 （2）經(jīng)濟(jì)性。（3）技術(shù)合理性。 消能減震結(jié)構(gòu)則是通過設(shè)置消能構(gòu)件或消能裝置，使結(jié)構(gòu)在出現(xiàn)較大變形時(shí)消耗地震能量，確保主體結(jié)構(gòu)在強(qiáng)地震中的安全。結(jié)構(gòu)高度越高，跨度越大，剛度越柔，消能減震效果越顯著。因而，消能減震技術(shù)必將成為采用高強(qiáng)輕質(zhì)材料的高柔結(jié)構(gòu)（超高層建筑，大跨度結(jié)構(gòu)及橋梁等）的合理新途徑。79 由于消能減震結(jié)構(gòu)體系有上述的優(yōu)越性，已被廣泛、成功地應(yīng)用于“柔

29、性”的工程結(jié)構(gòu)物的減震（或抗風(fēng)）。一般來說，層數(shù)越多，高度越高，跨度越大，變形越大，消能減震效果越明顯。所以多被應(yīng)用于下述結(jié)構(gòu)：（1）高層建筑，超高層建筑；（2）高柔結(jié)構(gòu)，高聳塔架；（3）大跨度橋梁；（4）柔性管道，管線（生命線工程）；（5）舊有高柔建筑或結(jié)構(gòu)物的抗震（或抗風(fēng)）性能的改善提高。 804.4.4 結(jié)構(gòu)消能減震體系的分類金屬屈服型：軟鋼，鉛摩擦阻尼裝置粘滯型：油阻尼器，液體阻尼器粘彈型：粘彈性材料鉛-橡膠阻尼器形狀記憶合金其他類型速度相關(guān)型位移相關(guān)型按消能裝置性能圖4.26 消能減震結(jié)構(gòu)體系按消能裝置性能分類81消能支撐消能支撐消能剪力墻消能剪力墻消能節(jié)點(diǎn)消能節(jié)點(diǎn)消能連接消能連接消

30、能支承或懸吊構(gòu)件消能支承或懸吊構(gòu)件按構(gòu)件形式按構(gòu)件形式圖4.27 消能減震結(jié)構(gòu)體系按構(gòu)件形式分類824.4.7 消能裝置的典型構(gòu)造型式（1）消能支撐類型 （2）消能墻類型 （3）消能節(jié)點(diǎn)類型 軟鋼內(nèi)方框消能支撐 軟鋼片K形消能支撐83 復(fù)合摩擦消能支撐 粘彈性（或粘滯性）阻尼器 鋼梁K形消能支撐84 復(fù)合摩擦消能支撐 橫縫消能剪力墻 高層建筑與廊橋連結(jié)的柔性消能節(jié)點(diǎn)85 裝設(shè)阻尼器的剪力墻 吸能材料剪力墻 桁架端消能節(jié)點(diǎn) 腋角消能節(jié)點(diǎn)864.4.5 結(jié)構(gòu)消能減震房屋設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)1. 消能減震結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)計(jì)算的基本內(nèi)容和步驟（1）預(yù)估結(jié)構(gòu)的位移，并與未采用消能減震結(jié)構(gòu)的位移相比；（2）求出所需的

31、附加阻尼；（3）選擇消能裝置，確定其數(shù)量、布置和所能提供的阻尼大?。唬?）設(shè)計(jì)相應(yīng)的消能構(gòu)件； （5）對消能減震結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行整體分析，確認(rèn)其是否滿足位移控制要求。 2. 消能減震房屋的計(jì)算方法，可采用線性分析法或非線性分析法（1）當(dāng)主體結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作階段時(shí)，可采用線性方法簡化估算，并根據(jù)結(jié)構(gòu)的變形特征和高度等，按規(guī)范的規(guī)定分別采用底部剪力法、振型分解反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法。其地震影響系數(shù)可根據(jù)消能減震結(jié)構(gòu)的總阻尼比按規(guī)范有關(guān)規(guī)定采用。 87（2）一般情況下，宜采用非線性分析方法，即非線性靜力分析法或非線性時(shí)程分析法，并直接采用消能部件的恢復(fù)力模型進(jìn)行計(jì)算。3. 消能減震結(jié)構(gòu)的總剛度和總阻尼

32、比（1）消能減震結(jié)構(gòu)的總剛度應(yīng)為結(jié)構(gòu)剛度和消能部件有效剛度的總和。（2）消能減震結(jié)構(gòu)的總阻尼比應(yīng)為結(jié)構(gòu)阻尼比和消能部件附加給結(jié)構(gòu)的有效阻尼比的總和。4. 消能部件附加給結(jié)構(gòu)的有效阻尼比，可按下列方法確定：（1）消能部件附加的有效阻尼比可按下式估算：scaWW4/式中： Wc為所有消能部件在結(jié)構(gòu)預(yù)期位移下往復(fù)一周所消耗的能量；Ws 為設(shè)置消能部件的結(jié)構(gòu)在預(yù)期位移下的總應(yīng)變能。88iisuFW2/1式中：Fi為質(zhì)點(diǎn)的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；為質(zhì)點(diǎn)對應(yīng)于水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的位移。（3）速度線性相關(guān)型消能器在水平地震作用下所消耗的能量，可按下式估算：2212cos/2jjjcuCTW式中：Tj為消能減震結(jié)

33、構(gòu)的基本自振周期；Cj為第j個(gè)消能器由試驗(yàn)確定的線性阻尼系數(shù)； 為第j個(gè)消能器的消能方向與水平面的夾角； 為第j個(gè)消能器兩端的相對水平位移。當(dāng)消能器的阻尼系數(shù)和有效的剛度與結(jié)構(gòu)振動周期有關(guān)時(shí)，可取相應(yīng)于消能減震結(jié)構(gòu)基本自振周期的值。（4）位移相關(guān)型、速度非線性相關(guān)型和其他類型消能器在水平地震作用下所消耗的能量，可按下式估算：juj89jcAW式中：Aj為第j個(gè)消能器的恢復(fù)力滯回環(huán)在相對水平位移 時(shí)的面積。消能器的有效剛度可取消能器的恢復(fù)力滯回環(huán)在相對水平位移 時(shí)的割線剛度。消能部件附加給結(jié)構(gòu)的有效阻尼比超過20%時(shí)，宜按20%計(jì)算。 juju904.5 結(jié)構(gòu)主動減震控制簡介結(jié)構(gòu)主動控制是利用外

34、部能源（計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)或智能材料），在結(jié)構(gòu)物受激勵(lì)振動過程中，瞬時(shí)施加控制力或瞬時(shí)改變結(jié)構(gòu)的動力特性（剛度或阻尼），以迅速衰減和控制結(jié)構(gòu)震動反應(yīng)的一種減震（振）技術(shù)。由于它是利用外部能量，按預(yù)定的減震（振）控制目標(biāo)，對結(jié)構(gòu)反應(yīng)實(shí)施減震控制，故稱為主動控制。91 AMD伺服反饋控制系統(tǒng)圖924.5.1 結(jié)構(gòu)主動減震控制的基本概念和分類1. 按主動控制的利用程度分類（圖4.43）（1）結(jié)構(gòu)（全）主動控制（Active Control）：其結(jié)構(gòu)減震控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，全部依賴主動控制。（2）結(jié)構(gòu)半主動控制（Semi-active Control）：以被動控制為主要減震體系，但輔以一定程度的主動控制手段，

35、施加部分外力或改變結(jié)構(gòu)參數(shù)與工作狀態(tài)，例如，在抗震結(jié)構(gòu)或被動消能減震結(jié)構(gòu)中輔以改變剛度、阻尼的主動控制；在被動TMD系統(tǒng)中輔以主動控制手段，使TMD半主動化。半主動控制是輔以部分自動控制，以較簡單的控制裝置和較小的能量輸出，達(dá)到較明顯的減震效果。主動控制 Active Control混合控制 Hybrid Control半自動控制 Semi-active Control按控制程度 主動控制按控制程度分類93（3）結(jié)構(gòu)混合控制（Hybrid Control）：在一個(gè)結(jié)構(gòu)上同時(shí)采用被動控制和主動控制系統(tǒng)。被動控制簡單可靠，不須外部能源，經(jīng)濟(jì)易行，但控制范圍及控制效果受到限制。主動控制的減震控制效果

36、明顯，控制目標(biāo)明確，但需外部能源，系統(tǒng)設(shè)置要求較高，造價(jià)較高。把兩種系統(tǒng)混合使用，取長補(bǔ)短，可達(dá)到更加合理，安全，經(jīng)濟(jì)的目的。例如，當(dāng)結(jié)構(gòu)在常遇激勵(lì)時(shí)（風(fēng)或中小地震），主要依靠被動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)減震，當(dāng)結(jié)構(gòu)遭受罕見激勵(lì)時(shí)（大地震），主動控制系統(tǒng)被啟動參與工作。結(jié)構(gòu)同時(shí)依靠被動、主動兩種系統(tǒng)混合運(yùn)作，達(dá)到最隹的減震控制效果。2. 按實(shí)現(xiàn)控制的手段方法分類 （1）施加外力控制型：通過對結(jié)構(gòu)（或裝置）主動施加外加控制力以控制結(jié)構(gòu)的震動反應(yīng)。（2）改變結(jié)構(gòu)震動反應(yīng)。（3）智能材料自控型：通過采用智能材料（Smart Material），自動調(diào)節(jié)和控制結(jié)構(gòu)的震反應(yīng)。94主動質(zhì)量阻尼器 AMD主動質(zhì)量驅(qū)動器

37、 AMD主動拉索系統(tǒng) ATS脈沖發(fā)生器 PG混合質(zhì)量阻尼器 HMD主動被動凋諧質(zhì)量阻尼器 APTMD主動擋風(fēng)板 ADA施加外力控制型主動變剛度 AVS主動變阻尼 AVD主動變剛度-阻尼 AVSD改變結(jié)構(gòu)參數(shù)形狀記憶合金 SMA壓電層材料 PELER 流變 ERPMR 流變 MRF智能材料自控型Smart Material按控制手段 主動控制按控制手段方法分類954.5.3 結(jié)構(gòu)主動控制的減震機(jī)理 1. 主動質(zhì)量阻尼器AMD（Active Mass Damper）設(shè)有個(gè)質(zhì)點(diǎn)，具有個(gè)自由度的線性結(jié)構(gòu)，采用主動減震控制結(jié)構(gòu)體系。在地震激勵(lì)下，結(jié)構(gòu)體系的運(yùn)動方程為： （4.33）式中：M為結(jié)構(gòu)體系的質(zhì)量矩陣；C為結(jié)構(gòu)體系