第六章工程結(jié)構(gòu)消能減震設(shè)計(jì)簡介

1、6.結(jié)構(gòu)隔震、消能減震設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)隔震、消能減震設(shè)計(jì)6.1概述概述 抗震設(shè)計(jì)：抗震設(shè)計(jì)：依靠結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和延性來抵御地震作用依靠結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和延性來抵御地震作用 立足于立足于“抗抗”，是一種消極設(shè)計(jì)方法，是一種消極設(shè)計(jì)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）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(jì)依據(jù)，由作為設(shè)計(jì)依據(jù)，由于地震的隨機(jī)性，建筑結(jié)構(gòu)的破損程度及倒塌的可能性于地震的隨機(jī)性，建筑結(jié)構(gòu)的破損程度及倒塌的可能性難以控制，當(dāng)發(fā)生突發(fā)性超烈度地震時(shí)，房屋可能會(huì)嚴(yán)難以控制，當(dāng)發(fā)生突發(fā)性超烈度地震時(shí)，房

2、屋可能會(huì)嚴(yán)重破壞。重破壞。6.1概述概述（2）建筑費(fèi)用和成本大幅度增加）建筑費(fèi)用和成本大幅度增加 傳統(tǒng)方法是在設(shè)計(jì)時(shí)提高材料強(qiáng)度、加大構(gòu)件（結(jié)構(gòu)）傳統(tǒng)方法是在設(shè)計(jì)時(shí)提高材料強(qiáng)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，使用面積減少，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，地震作用亦隨之增大。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）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)構(gòu)部件傳統(tǒng)抗震方法采用的是延性結(jié)構(gòu)體系，允許結(jié)構(gòu)部件在強(qiáng)震時(shí)發(fā)生比較大的塑性變形，以消耗地震能量，在強(qiáng)震時(shí)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)

3、，這種方法對(duì)于某些不容許在地震中出減輕地震反應(yīng)，這種方法對(duì)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、重要設(shè)備儀器的現(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。結(jié)構(gòu)是不適用的。6.1概述概述（4）施工難度大）施工難度大結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的鋼筋配置過密，結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的鋼筋配置過密，9度區(qū)甚至無法排布。度區(qū)甚至無法排布。（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)抗震方法的缺陷，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)（簡（簡稱稱“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(duì)結(jié)構(gòu)施加控制

4、機(jī)構(gòu)，由控制：通過對(duì)結(jié)構(gòu)施加控制機(jī)構(gòu)，由控制機(jī)構(gòu)與結(jié)構(gòu)共同承受振動(dòng)作用，以調(diào)諧和減輕結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)與結(jié)構(gòu)共同承受振動(dòng)作用，以調(diào)諧和減輕結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)，使它在外界干擾作用下的各項(xiàng)反應(yīng)值被控振動(dòng)反應(yīng)，使它在外界干擾作用下的各項(xiàng)反應(yīng)值被控制在允許范圍內(nèi)。制在允許范圍內(nèi)。 6.1概述概述l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)某種裝某種裝置置（如隔震墊等）、或（如隔震墊等）、或某種機(jī)構(gòu)某種機(jī)構(gòu)（如消能支撐、消能（如消能支撐、消能剪力墻、消能節(jié)點(diǎn)、消能器等）、或剪力墻、消能節(jié)點(diǎn)、消能器等）、或某種子結(jié)構(gòu)某種子結(jié)構(gòu)（如（如調(diào)頻質(zhì)量等）、或調(diào)頻質(zhì)量等）、或施加外力施加外

5、力（外部能量輸入）、或調(diào)（外部能量輸入）、或調(diào)整結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，使工程結(jié)構(gòu)在地震（或風(fēng)）的作整結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，使工程結(jié)構(gòu)在地震（或風(fēng)）的作用下，其用下，其結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)（加速度、速度、位移）（加速度、速度、位移）得得到合理的控制到合理的控制，從而確保結(jié)構(gòu)本身及結(jié)構(gòu)中的人、儀，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)。器設(shè)備、裝修等的安全或處于正常的使用狀態(tài)。l結(jié)構(gòu)控制技術(shù)按控制措施實(shí)施的方式不同，一般分為結(jié)構(gòu)控制技術(shù)按控制措施實(shí)施的方式不同，一般分為被動(dòng)控制被動(dòng)控制（passive control）、）、主動(dòng)控制主動(dòng)控制（active contro

6、l）、）、半主動(dòng)控制半主動(dòng)控制（semiactive control）和和混合控制混合控制（hybrid control）四類。）四類。6.1概述概述（1）被動(dòng)控制（）被動(dòng)控制（passive control） 隔震：隔震：在建筑物適當(dāng)部位設(shè)置隔震裝置，切斷或削弱在建筑物適當(dāng)部位設(shè)置隔震裝置，切斷或削弱地面運(yùn)動(dòng)向上部結(jié)構(gòu)的傳遞，并提供適當(dāng)?shù)淖枘?，從地面運(yùn)動(dòng)向上部結(jié)構(gòu)的傳遞，并提供適當(dāng)?shù)淖枘幔瑥亩股喜拷Y(jié)構(gòu)的地震作用大大降低，耗能能力加強(qiáng)。而使上部結(jié)構(gòu)的地震作用大大降低，耗能能力加強(qiáng)。 如疊層橡膠墊支座、高阻尼橡膠墊支座、滑移隔震支如疊層橡膠墊支座、高阻尼橡膠墊支座、滑移隔震支座和混合隔震裝置等

7、。座和混合隔震裝置等。外荷載 結(jié) 構(gòu) 反應(yīng)（風(fēng)、地震等） 被動(dòng)控制裝置6.1概述概述 結(jié)構(gòu)自控結(jié)構(gòu)自控：通過在結(jié)構(gòu)中優(yōu)選耗能材料和耗能桿件，：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(dá)到耗能減振的目的。設(shè)置多道抗震防線達(dá)到耗能減振的目的。 常見的有：常見的有： 豎向通縫豎向通縫sw（剪力墻）、周邊縫（剪力墻）、周邊縫sw、 雙功能連梁、帶抗震連梁的雙功能連梁、帶抗震連梁的sw、 頂層為剛性連梁的頂層為剛性連梁的sw、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)消能縫的磚混結(jié)構(gòu)。底層設(shè)消能縫的磚混結(jié)構(gòu)。6.1概述概述 結(jié)構(gòu)附加裝置控制

8、結(jié)構(gòu)附加裝置控制：在結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置安放耗能減振：在結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置安放耗能減振裝置，以達(dá)到耗能減振的目的。裝置，以達(dá)到耗能減振的目的。 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（tmd）、）、 調(diào)頻液體阻尼器（調(diào)頻液體阻尼器（tld）、）、 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。6.1概述概述（2）主動(dòng)控制（）主動(dòng)控制（active control） 指有外加能源的控制，其工作原理為：指有外加能源的控制，其工作原理為：外荷載 結(jié) 構(gòu)反應(yīng)（風(fēng)、地震等）

9、控制力 控制器 檢測(cè)元件圖1-2 主動(dòng)控制的工作原理6.1概述概述 常見的類型有：常見的類型有： 主動(dòng)調(diào)頻質(zhì)量阻尼器主動(dòng)調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(active tuned mass damper, 簡稱簡稱amd)； 主動(dòng)支撐系統(tǒng)（主動(dòng)支撐系統(tǒng)（active brace）；）； 主動(dòng)拉索控制器（主動(dòng)拉索控制器（active tendon）；）； 主動(dòng)空氣擋風(fēng)板控制器（主動(dòng)空氣擋風(fēng)板控制器（active aerodynamic appendayes）等。）等。6.1概述概述（3）混合控制（）混合控制（hybrid control） 混合控制是將混合控制是將主動(dòng)控制主動(dòng)控制與與被動(dòng)控制被動(dòng)控制同時(shí)施加在同一

10、結(jié)構(gòu)同時(shí)施加在同一結(jié)構(gòu)上的結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制形式。上的結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制形式。 從其元素所起作用的相對(duì)大小來看，有兩種組合方式：從其元素所起作用的相對(duì)大小來看，有兩種組合方式：l 一種是主從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，即以某一控制為主控制部件，其他部件通過主要部件實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的控制。其他部件通過主要部件實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的控制。 被動(dòng)控制器外荷載被動(dòng)控制力 結(jié)構(gòu)反應(yīng)（風(fēng)、地震等）主動(dòng)控制力 主動(dòng)控制器 檢測(cè)元件6.1概述概述l 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(dú)立工作，即兩種控制各自獨(dú)立工作，對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)施校正作用對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)施校正作用。目前，較為典型的幾種混合控制裝置有：

11、目前，較為典型的幾種混合控制裝置有： amd與與tmd相組合，相組合， amd與與tld相組合，相組合， 主動(dòng)控制與基礎(chǔ)隔震相組合，主動(dòng)控制與基礎(chǔ)隔震相組合， 主動(dòng)控制與耗能減振相組合，主動(dòng)控制與耗能減振相組合， hms（液壓質(zhì)量振動(dòng)控制系統(tǒng)）與（液壓質(zhì)量振動(dòng)控制系統(tǒng)）與amd相組合等相組合等。6.1概述概述 結(jié)構(gòu)消能減震建筑的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)消能減震建筑的特點(diǎn)：1. 消能減震裝置可同時(shí)減少結(jié)構(gòu)的水平和豎向的地震作消能減震裝置可同時(shí)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)類型和高度均不受限制；用，適用范圍較廣，結(jié)構(gòu)類型和高度均不受限制；2. 消能減震裝置應(yīng)使結(jié)構(gòu)具有足夠的附加阻尼，以滿足消

12、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；罕遇地震下預(yù)期的結(jié)構(gòu)位移要求；3. 由于消能減震結(jié)構(gòu)不改變結(jié)構(gòu)的基本型式，除消能部由于消能減震結(jié)構(gòu)不改變結(jié)構(gòu)的基本型式，除消能部件和相關(guān)部件外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍可按照件和相關(guān)部件外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍可按照規(guī)范規(guī)范對(duì)相應(yīng)對(duì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)類型的要求執(zhí)行。結(jié)構(gòu)類型的要求執(zhí)行。6.1概述概述消能減震技術(shù)的優(yōu)越性：消能減震技術(shù)的優(yōu)越性：1、安全性：、安全性： 消能構(gòu)件或消能裝置在強(qiáng)震中能率先消耗的地震能量，消能構(gòu)件或消能裝置在強(qiáng)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(hù)主體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件免遭迅速衰減結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)并保護(hù)主體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件免遭破壞

13、，確保結(jié)構(gòu)的安全。破壞，確保結(jié)構(gòu)的安全。 消能減震結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)降低消能減震結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)降低40%60%。2、 經(jīng)濟(jì)性：經(jīng)濟(jì)性： 消能減震結(jié)構(gòu)可以減少剪力墻的設(shè)置，減少結(jié)構(gòu)斷面消能減震結(jié)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(jià)和配筋，可節(jié)約造價(jià)5%10%。若用于舊建筑物的抗。若用于舊建筑物的抗震加固，則可節(jié)約造價(jià)震加固，則可節(jié)約造價(jià)10%60%。3、技術(shù)合理性：、技術(shù)合理性：結(jié)構(gòu)越高、越柔，消能減震效果越顯著結(jié)構(gòu)越高、越柔，消能減震效果越顯著6.2結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)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6.2.1基底隔

14、震原理基底隔震原理在結(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)于地基中的基礎(chǔ)頂面于地基中的基礎(chǔ)頂面分開，限制地震動(dòng)向分開，限制地震動(dòng)向結(jié)構(gòu)物傳遞。結(jié)構(gòu)物傳遞。6.2.1基底隔震原理基底隔震原理為達(dá)到明顯減震效果，通常為達(dá)到明顯減震效果，通常基礎(chǔ)隔震系統(tǒng)需具備以下四基礎(chǔ)隔震系統(tǒng)需具備以下四種特性：種特性：(1)承載特性承載特性：具有足夠的豎向強(qiáng)度和剛度以支撐上部結(jié)：具有足夠的豎向強(qiáng)度和剛度以支撐上部結(jié)構(gòu)的重量；構(gòu)的重量；(2)隔震特性：隔震特性：具有足夠的水平初始剛度，在風(fēng)載和小震具有足夠的水平初始剛度，在風(fēng)載和小震作用下，體系能保

15、持在彈性范圍內(nèi)，滿足正常使用的作用下，體系能保持在彈性范圍內(nèi)，滿足正常使用的要求，而中強(qiáng)地震時(shí)，其水平剛度較小，結(jié)構(gòu)為柔性要求，而中強(qiáng)地震時(shí)，其水平剛度較小，結(jié)構(gòu)為柔性隔震結(jié)構(gòu)體系；隔震結(jié)構(gòu)體系；(3)復(fù)位特性：復(fù)位特性：地震后，上部結(jié)構(gòu)能回復(fù)到初始狀態(tài)，滿地震后，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。足正常的使用要求。6.2.1基底隔震原理基底隔震原理(4)耗能特性：耗能特性：隔震系統(tǒng)本身具有較大的阻尼，地震時(shí)能隔震系統(tǒng)本身具有較大的阻尼，地震時(shí)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。量。 基底隔震的適用范圍：基底隔震的適用范

16、圍： 高度不超過高度不超過40m，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高，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)度分布比較均勻的多層和中高層結(jié)構(gòu)6.2.2 基礎(chǔ)隔震裝置基礎(chǔ)隔震裝置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，延長結(jié)構(gòu)自振：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(shí)具有經(jīng)歷較大變形的能力周期，同時(shí)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)可能發(fā)生的過消耗地震能量，抑制結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的過大位移大位移復(fù)位裝置的作用：復(fù)位裝置的作用：提高隔震系統(tǒng)早期剛度使結(jié)構(gòu)在

17、微震提高隔震系統(tǒng)早期剛度使結(jié)構(gòu)在微震或風(fēng)載作用下，能夠具有和普通結(jié)構(gòu)相同的安全性或風(fēng)載作用下，能夠具有和普通結(jié)構(gòu)相同的安全性目前應(yīng)用最多的隔震裝置為目前應(yīng)用最多的隔震裝置為隔震橡膠支座隔震橡膠支座6.2.2 基礎(chǔ)隔震裝置基礎(chǔ)隔震裝置 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、鉛芯橡膠支座鉛芯橡膠支座，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 天然夾層橡膠支座具有較大的豎天然夾層橡膠支座具有較大的豎向剛度，承受建筑物的重量時(shí)豎向向剛度，承受建筑物的重量時(shí)豎向變形小，而水平剛度較小，且線性變形小，而水平剛度較小，且線性性能好。性能好。由于

18、天然夾層橡膠支座的阻尼很由于天然夾層橡膠支座的阻尼很小，不具備足夠的耗能能力，所以小，不具備足夠的耗能能力，所以在結(jié)構(gòu)使用中一般同其它阻尼器或在結(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。耗能設(shè)備聯(lián)合使用。6.2.2 基礎(chǔ)隔震裝置基礎(chǔ)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)，及其公司最早研制開發(fā)，以后在中國、日本、美國、意大利以后在中國、日本、美國、意大利等國家都得到了較大的發(fā)展與應(yīng)用。等國家都得到了較大的發(fā)展與應(yīng)用。 因?yàn)殂U芯橡膠支座不但具有較理想的豎向剛度，而且本身因?yàn)殂U芯橡膠支座不但具有較理想的

19、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(jié)構(gòu)使用中受到具有消耗地震能量的能力，故鉛芯橡膠支座在結(jié)構(gòu)使用中受到廣泛歡迎。廣泛歡迎。 6.2.2 基礎(chǔ)隔震裝置基礎(chǔ)隔震裝置6.2.2 基礎(chǔ)隔震裝置基礎(chǔ)隔震裝置 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建的建筑筑(the william clayton building, new zealand)和世界和世界上使用鉛芯橡膠支座中基底面積最大的建筑上使用鉛芯橡膠支座中基底面積最大的建筑(日本日本)。 6.2.2 基礎(chǔ)隔震裝置基礎(chǔ)隔震裝置 日本日本1997年度評(píng)定的隔震建筑中，采用鉛芯橡膠支座

20、年度評(píng)定的隔震建筑中，采用鉛芯橡膠支座隔震房屋占總數(shù)的隔震房屋占總數(shù)的40%； 美國在美國在1985年以后興建的隔震房屋中，完全或部分采年以后興建的隔震房屋中，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)的膠支座的隔震房屋占總數(shù)的60%。1994年年9月月16日，臺(tái)灣海峽發(fā)生了日，臺(tái)灣海峽發(fā)生了7.3級(jí)地震，震源距離汕頭市約級(jí)地震，震源距離汕頭市約200公里，汕頭市烈度為公里，汕頭市烈度為6度，各類房屋搖晃厲害，居民驚惶失措，度，各類房

21、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1/3左右左右而陵海路隔震樓上的人并沒有感到晃動(dòng)，聽到毗鄰樓房和鄰街喧鬧聲后而陵海路隔震樓上的人并沒有感到晃動(dòng)，聽到毗鄰樓房和鄰街喧鬧聲后下樓才知道發(fā)生了地震。下樓才知道發(fā)生了地震。6.2.2 基礎(chǔ)隔震裝置基礎(chǔ)隔震裝置 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(jí)日，美國圣菲爾南多發(fā)生洛杉磯地震，震級(jí)m=6.7m=6.7，死亡，死亡5656人，傷人，傷73007300人，損失很大。人，損失很大。震中附近有兩座醫(yī)院，一座為震中附近有兩座醫(yī)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

22、加州大學(xué)醫(yī)院（隔震結(jié)構(gòu)）中南加州大學(xué)醫(yī)院（隔震結(jié)構(gòu)）橄欖景醫(yī)院（橄欖景醫(yī)院（抗震結(jié)構(gòu)）抗震結(jié)構(gòu)）6.2.2 基礎(chǔ)隔震裝置基礎(chǔ)隔震裝置 中南加州大學(xué)醫(yī)院是橡膠支座隔震南加州大學(xué)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層，建筑層，建筑面積：面積：33000平方米；最高高度：平方米；最高高度：36.0m；鉛芯多層橡膠隔震器鉛芯多層橡膠隔震器68個(gè)，個(gè)，多層橡膠隔震器多層橡膠隔震器81個(gè)。個(gè)。 地震時(shí)，這棟八層醫(yī)院基礎(chǔ)加速度地震時(shí)，這棟八層醫(yī)院基礎(chǔ)加速度為為0.49g，而頂層加速度只有，而頂層加速度只有0.21g, 加速度折減系數(shù)為加速度折減系數(shù)為1.8。 在這次地震及其其后的余震

23、中，建筑物內(nèi)的各種機(jī)器均在這次地震及其其后的余震中，建筑物內(nèi)的各種機(jī)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。6.2.2 基礎(chǔ)隔震裝置基礎(chǔ)隔震裝置 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 0.82g，而頂層加，而頂層加速度為速度為2.31g, 加速度放大系數(shù)加速度放大系數(shù)為為2.8。 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(jī)器、醫(yī)療機(jī)械及切裂縫，設(shè)備機(jī)器、醫(yī)療機(jī)械及家具等翻倒，病歷等資料掉下、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

24、。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。 10年后重建，并增加了抗震強(qiáng)度。年后重建，并增加了抗震強(qiáng)度。6.2.3 懸掛隔震實(shí)例懸掛隔震實(shí)例l “雞腿建筑雞腿建筑” 最初的希望將地面空間還給城市，還給市民最初的希望將地面空間還給城市，還給市民的理想也隨之被扭曲。即使建筑師自己不去否定雞腿建筑，的理想也隨之被扭曲。即使建筑師自己不去否定雞腿建筑，它們也注定要被結(jié)構(gòu)師否定，尤其是在地震危險(xiǎn)性較高的地它們也注定要被結(jié)構(gòu)師否定，尤其是在地震危險(xiǎn)性較高的地區(qū)。香港人自以為占了塊風(fēng)水寶地，永遠(yuǎn)不會(huì)地震，確實(shí)那區(qū)。香港人自以為占了塊風(fēng)水寶地，永遠(yuǎn)不

25、會(huì)地震，確實(shí)那也真的沒被怎么震過，于是肆無忌憚的在山坡和港灣建造了也真的沒被怎么震過，于是肆無忌憚的在山坡和港灣建造了大量的雞腿建筑，而且還相當(dāng)骨感，真讓人替他們擔(dān)心。建大量的雞腿建筑，而且還相當(dāng)骨感，真讓人替他們擔(dān)心。建筑的形式不是由單單由建筑師決定的，也不是單單由結(jié)構(gòu)師筑的形式不是由單單由建筑師決定的，也不是單單由結(jié)構(gòu)師決定的，還有追求經(jīng)濟(jì)利益的業(yè)主。底部沿街樓層對(duì)開敞的決定的，還有追求經(jīng)濟(jì)利益的業(yè)主。底部沿街樓層對(duì)開敞的大空間有揮之不去的商業(yè)熱情，建筑師和結(jié)構(gòu)師的工作就是大空間有揮之不去的商業(yè)熱情，建筑師和結(jié)構(gòu)師的工作就是盡量滿足這種商業(yè)需求。盡量滿足這種商業(yè)需求。 在香港擁擠的高樓大廈

26、中，在香港擁擠的高樓大廈中，norman foster設(shè)計(jì)的懸掛式的匯豐銀行大樓是為數(shù)不多的既獲設(shè)計(jì)的懸掛式的匯豐銀行大樓是為數(shù)不多的既獲得了底部大空間又不采用雞腿結(jié)構(gòu)的高樓，更可得了底部大空間又不采用雞腿結(jié)構(gòu)的高樓，更可貴的是它的底部大空間真的還給了城市和市民，貴的是它的底部大空間真的還給了城市和市民，而沒有做成商場或氣派的大堂。不管是而沒有做成商場或氣派的大堂。不管是foster本本人的理想使然，還是業(yè)主或市政府要求這樣，總?cè)说睦硐胧谷唬€是業(yè)主或市政府要求這樣，總之香港匯豐銀行大樓通過炫耀技術(shù)的懸掛結(jié)構(gòu)，之香港匯豐銀行大樓通過炫耀技術(shù)的懸掛結(jié)構(gòu)，代替了雞腿建筑，實(shí)現(xiàn)了柯布的早期理想。代替

27、了雞腿建筑，實(shí)現(xiàn)了柯布的早期理想。6.2.3 懸掛隔震實(shí)例懸掛隔震實(shí)例 和田先生則以自己敏銳的抗震思維，通過將隔和田先生則以自己敏銳的抗震思維，通過將隔震和懸掛合二為一，為底部開敞的懸掛結(jié)構(gòu)賦予了震和懸掛合二為一，為底部開敞的懸掛結(jié)構(gòu)賦予了更充分的結(jié)構(gòu)抗震的合理性，建筑理想的實(shí)現(xiàn)多么更充分的結(jié)構(gòu)抗震的合理性，建筑理想的實(shí)現(xiàn)多么依賴于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)的進(jìn)步。依賴于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)的進(jìn)步。 在清水建設(shè)的支持下，在清水建設(shè)技術(shù)研究所在清水建設(shè)的支持下，在清水建設(shè)技術(shù)研究所的門口按照和田先生的想法建造起來一座四層的鋼的門口按照和田先生的想法建造起來一座四層的鋼筋混凝土懸掛隔震示范建筑，如下頁的小圖所示。筋混凝

28、土懸掛隔震示范建筑，如下頁的小圖所示。6.2.3 懸掛隔震實(shí)例懸掛隔震實(shí)例6.2.3 懸掛隔震實(shí)例懸掛隔震實(shí)例 底層只有一個(gè)核心筒，三層的使用空間通過高底層只有一個(gè)核心筒，三層的使用空間通過高強(qiáng)鋼索懸掛在核心筒上。四周不再需要一根立柱，強(qiáng)鋼索懸掛在核心筒上。四周不再需要一根立柱，而核心筒頂上的隔震構(gòu)造成為它的一大亮點(diǎn)。它的而核心筒頂上的隔震構(gòu)造成為它的一大亮點(diǎn)。它的結(jié)構(gòu)體系非常明確。結(jié)構(gòu)體系非常明確。 另外在核心筒和樓板之間留另外在核心筒和樓板之間留有變形縫，縫里面還設(shè)置有阻尼器，將二者在地震有變形縫，縫里面還設(shè)置有阻尼器，將二者在地震中出現(xiàn)相對(duì)變形時(shí)，阻尼器將發(fā)揮其耗能能力，降中出現(xiàn)相對(duì)變形

29、時(shí)，阻尼器將發(fā)揮其耗能能力，降低結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。這樣的結(jié)構(gòu)體系與和田先生的低結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。這樣的結(jié)構(gòu)體系與和田先生的抗震思想一脈相承，有專門用來耗能的可更換部抗震思想一脈相承，有專門用來耗能的可更換部件，有控制結(jié)構(gòu)變形模式的整體型關(guān)鍵構(gòu)件，以柔件，有控制結(jié)構(gòu)變形模式的整體型關(guān)鍵構(gòu)件，以柔克剛，以不變應(yīng)萬變。克剛，以不變應(yīng)萬變。6.2.3 懸掛隔震實(shí)例懸掛隔震實(shí)例6.3結(jié)構(gòu)消能減震結(jié)構(gòu)消能減震l6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類l結(jié)構(gòu)消能減振體系由結(jié)構(gòu)消能減振體系由主體結(jié)構(gòu)和消能部件主體結(jié)構(gòu)和消能部件（消能裝置（消能裝置和連接件）組成，可以按照消能部件的不同和連接件）組成，

30、可以按照消能部件的不同“構(gòu)件型構(gòu)件型式式”分為以下類型：分為以下類型：l（1）消能支撐：可以代替一般的結(jié)構(gòu)支撐，在抗震和）消能支撐：可以代替一般的結(jié)構(gòu)支撐，在抗震和抗風(fēng)中發(fā)揮支撐的水平剛度和消能減振作用?？癸L(fēng)中發(fā)揮支撐的水平剛度和消能減振作用。 消能裝置可以做成消能裝置可以做成方框支撐、圓框支撐、交叉支撐、方框支撐、圓框支撐、交叉支撐、斜桿支撐、斜桿支撐、k型支撐型支撐等等6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類結(jié)構(gòu)消能減振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 6.3.1

31、結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類（2）消能剪力墻）消能剪力墻：可以代替一般結(jié)構(gòu)的剪力墻，在抗震：可以代替一般結(jié)構(gòu)的剪力墻，在抗震和抗風(fēng)中發(fā)揮支撐的水平剛度和消能減震作用。和抗風(fēng)中發(fā)揮支撐的水平剛度和消能減震作用。 消能剪力墻的形式消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 6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類（3）消能節(jié)點(diǎn)：在結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)或梁節(jié)點(diǎn)處安裝）消能節(jié)點(diǎn)：在結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)或梁節(jié)點(diǎn)處安裝消能裝置。消能裝置。 當(dāng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)向位移、在節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生角度變化或當(dāng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)向位移、在節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生角度變化或者轉(zhuǎn)動(dòng)式錯(cuò)動(dòng)時(shí)，消能裝置即可以發(fā)揮消能減震者轉(zhuǎn)動(dòng)式錯(cuò)動(dòng)時(shí)，消能裝置即可以發(fā)揮消能減震作用。作用。消能裝置 消能裝置 圖 x-3 梁柱消能節(jié)點(diǎn) 6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類（4）消能聯(lián)接：）消能聯(lián)接：在結(jié)構(gòu)的縫隙處或結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的聯(lián)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)置消能裝置。結(jié)處設(shè)置消能裝置。 當(dāng)結(jié)構(gòu)在縫隙或聯(lián)結(jié)處產(chǎn)生相對(duì)變形時(shí)，消能裝