減震控制技術(shù)概述

減震控制技術(shù)概述1、人類減輕地震災(zāi)害的對策及教訓(xùn)（1）地震災(zāi)害對人類的嚴重威脅大地震是一種突發(fā)性、毀滅性的自然災(zāi)害。它對人類社會構(gòu)成嚴重威脅。一次突發(fā)性的大地震可令一座繁榮、美麗的城市在數(shù)十秒鐘內(nèi)變成一片廢墟，成片房屋破壞倒塌，交通通信、供水供電等生命線中斷，并也許引發(fā)火災(zāi)、疾病等次生災(zāi)害，人員大量傷亡，城市癱瘓，社會長期動蕩不安，并導(dǎo)致嚴重的經(jīng)濟損失。世界上破壞性的強地震平均每年約18次。本世紀以來，地震引起的經(jīng)濟損失達數(shù)千億美元。地震導(dǎo)致約126萬人死亡和近千萬人嚴重傷殘。表2-6-l列出了本世紀以來導(dǎo)致死亡人數(shù)超過5000人的地震記錄(ZhouFulin，1995)。表2-6-l本世紀每次死亡人數(shù)超過5000人的地震┏━━━━━━━━━┳━━━━━━━━┳━━━━━━┳━━━━━━━━━┓┃時間┃國家(地區(qū))┃震級┃死亡人數(shù)／人┃┣━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━━┫┃1906．8．16┃智利┃8．6┃20000┃┃1908．12．28┃意太利┃7．5┃83000┃┃1920．12．16┃中國┃8．6┃100000┃┃1923．9．1┃日本┃8．3┃100000┃┃1927．5．22┃中國┃8．3┃200000┃┃1932．12．26┃中國┃7．6┃70000┃┃1935．5．31┃印度┃7．5┃30000┃┃1939．12．26┃土爾其┃7．0┃30000┃┃1962．9．1┃伊朗┃7．1┃12230┃┃1970．5．3l┃秘魯┃7．0┃66794┃┃1976．2．4┃危地馬拉┃7．5┃22778┃┃1976．7．28┃中國(唐山)┃7．8┃242000┃┃1976．9．16┃伊朗┃7．7┃25000┃┃1985．9．19┃墨西哥┃8．1┃9500┃┃l988，12．7┃阿美尼亞┃8．1┃50000┃┃1990．6．21┃伊朗┃7．7┃37000┃┃1993．9．30┃印度┃6．4┃7600┃┃1995．1．17┃日本(阪神)┃7．2┃5438┃┗━━━━━━━━━┻━━━━━━━━┻━━━━━━┻━━━━━━━━━┛（2）人類減輕地震災(zāi)害的基本對策人類減輕地震災(zāi)害有三種基本對策。①地震預(yù)報：目前達成的水平是“偶有成功，錯漏甚多”。由于人類對宇宙和地球的自然現(xiàn)象的結(jié)識仍受到較大的限制，至今，中外大多數(shù)破壞性大地震，“錯報”(報而未震)或“漏報”(震前未預(yù)報)仍較多。地震預(yù)報的目的是力圖對的地指出未來發(fā)生地震的地點、時間和大小，使人們得以采用相應(yīng)的措施，盡量減少損失。我國和世界各國的地震和地質(zhì)工作者為此進行了長期、艱苦卓越的工作，已經(jīng)取得了可喜的成果。但仍不能預(yù)報所有地震。②地震轉(zhuǎn)移、分散：把也許發(fā)生在人口密集的城市的大地震，道過能量轉(zhuǎn)移，誘發(fā)至荒無人煙的山區(qū)或遠離大陸的探海，或通過能量釋放，把一次破壞性的大地震化為多次非破壞性小地震。這種途徑，目前所處的水平是“前期研究，尚在探索”。③地震工程：通過工程技術(shù)提高城市綜合抗御地震的能力和提高各類建筑的耐震性能。當突發(fā)地震發(fā)生時，把地震災(zāi)害減輕至較輕的限度。這是目前較為現(xiàn)實可行的途徑。目前達成的水平是“屢見成功，偶有敗北”。地震工程內(nèi)容豐富，大體上涉及：a.地震危險性分析和地震區(qū)劃：震害預(yù)測，地震區(qū)域烈度劃分，地震危險性分析，城市抗震規(guī)劃，搶險救災(zāi)措施，震后恢復(fù)重建等。b.建筑結(jié)構(gòu)的耐震技術(shù)：保證各類工業(yè)、民用建筑，生命線工程(供水、供電、煤氣、暖氣、通信、廣播電視、道路、橋梁、鐵路、機場、港口、糧食倉庫、急救醫(yī)院等)有關(guān)工程結(jié)構(gòu)，各類重要建筑或重要工程結(jié)構(gòu)等的耐震安全性。涉及對耐震性能局限性的舊有建筑物的改造或改良，也涉及對新建筑結(jié)構(gòu)物的耐震設(shè)計和建造。我國經(jīng)歷了邢臺地震、海城地震、唐山大地震，世界經(jīng)歷了前蘇聯(lián)亞美尼亞大地震、美國加州大地震、日本販神大地震等，通過對大量工程建筑物的現(xiàn)場調(diào)查，吸取了很多寶貴經(jīng)驗教訓(xùn)，對建筑結(jié)構(gòu)的耐震安全性進行總結(jié)和反思，分析傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)存在的問題，探索新的抗震設(shè)防標準(謝禮立等，1996)，提出一些新的設(shè)計理論(王光遠，1987)和一些嶄新的、更加臺理、安全、經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)耐震新體系、新理論、新技術(shù)，涉及“工程結(jié)構(gòu)減震控制”(ZhouFulin，Xieli，1994)，以達成大范圍、大面積地保證各類建筑結(jié)構(gòu)在地震中安全的目的。（3）中國唐山、日本阪神等大地震的經(jīng)驗教訓(xùn)1976年7月28日唐山大地震，在10多秒內(nèi)把一座百萬人口的工業(yè)城市毀為一片廢墟，死傷40余萬人，震驚中外。1995年1月17日阪神大地震，在20秒鐘內(nèi)，美麗的神戶城忽然間橫墻斷壁，一片火海，倒塌房屋5萬多幢，高速公路及橋梁整線倒塌，交通通信、供水供電中斷，死亡5000多人，30萬人無家可歸，其慘重災(zāi)害震驚世界。這些大地震的經(jīng)驗教訓(xùn)是多方面的，在建筑結(jié)構(gòu)耐震方面，可歸納如下：①耐震設(shè)防依據(jù)方面。城市抗御地震的能力、各類建筑結(jié)構(gòu)的耐震設(shè)計不應(yīng)僅僅局限于滿足“按烈度設(shè)防”，而更要著重于防御突發(fā)性的超烈度大地震。我國建國以來，多次破壞性的大地震均發(fā)生在無須設(shè)防的地區(qū)，或6度區(qū)。如1966年的邢臺地震、1969年的陽江地震、1974年的溧陽地震、1975年的海城地震、1976年的唐山大地震等。這些地區(qū)，本來都屬于非地震區(qū)或地震烈度不高的地區(qū)，建筑物設(shè)防標準很低，在突發(fā)性超烈度地震發(fā)生時，整個城市的生命線工程和大部分建筑結(jié)構(gòu)嚴重破壞，房屋大量倒塌，導(dǎo)致慘重災(zāi)害。日本神戶地區(qū)也屬日本的低烈度地震的安全地區(qū)。80年來相對安靜，千年來朱遇如此大的地震，政府部門和人民均對大地震喪失警惕性，大量的舊房屋未滿足耐震規(guī)定，也未加改造加固，不少新建筑、新工程也只按既定的“設(shè)計烈度”設(shè)防。由于阪神大地震的實際烈度比原設(shè)計烈度高出很多，導(dǎo)致大量建筑、結(jié)構(gòu)物、橋梁、公路等嚴重破壞、倒塌，其教訓(xùn)是發(fā)人深省的。②房屋耐震能力方面。建筑結(jié)構(gòu)的破壞例塌是導(dǎo)致震災(zāi)的重要直接因素。唐山：趕地震、阪神地震中人員傷亡、城市生命線工程的破壞(水、電、通信等)及大火，很多是由于房屋倒塌引發(fā)的。所以，提高建筑結(jié)構(gòu)的耐震安全性，是減輕城市地震災(zāi)害的重要戰(zhàn)略對策之一。對城市已有房屋及新建房屋，特別是量大面廣的民用建筑，須刻不容緩地采用措施提高其耐震能力。我國某市屬8度設(shè)防地區(qū)，舊有建筑幾乎都不滿足最低的抗震規(guī)定，該地區(qū)近十年來新建的建筑物，為了減少造價，競也有95%“未抗震設(shè)防,后果不堪設(shè)想。經(jīng)濟發(fā)達、重視抗震的日本，在神戶地震中有幾萬幢房屋破壞倒塌，若我國發(fā)生類似的地震，將會有更多的房屋徹底破壞倒塌，人民的生命財產(chǎn)面臨嚴重威脅。對于已建、在建的房屋除應(yīng)嚴格按有關(guān)規(guī)范規(guī)定設(shè)防外，應(yīng)尋找更加合理、有效、經(jīng)濟的耐震新技術(shù)(如采用隔震、消能技術(shù)等)，使舊房的耐震性能在不太長的時間內(nèi)予以全面得到改良，也使新建的房屋具有較高的抗御突發(fā)大地震的能力。③耐震技術(shù)方面。按傳統(tǒng)的抗震技術(shù)進行設(shè)計，并未能保證安全，而結(jié)構(gòu)減震控制新體系，展示了保證建筑結(jié)構(gòu)在突發(fā)大地震中安全的光輝前景。阪神地區(qū)的高速公路、高速鐵路及橋梁已按新規(guī)范進行設(shè)計(地震荷載達30％的結(jié)構(gòu)質(zhì)量)，但在地震中仍戚片整線破壞倒塌．不少多層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)嚴重破壞或倒塌。但兩幢“橡膠墊基礎(chǔ)隔震”的房屋在強地震中絲毫未損，據(jù)裝設(shè)在房屋中的儀器記錄得知，隔震房屋在地震中的加速度反映值衰減至傳統(tǒng)房屋加速度反映值的l／4～1／8，再者，采用“柔性鋼管(消能)結(jié)構(gòu)”體系的關(guān)西國際機場(屋面鋼管長度l600m，柔性支撐減震)，雖坐落在震害嚴重的填海區(qū)，卻絲毫未損，震后航空運送照常，保證救災(zāi)工作得以進行。2、工程結(jié)構(gòu)減震控制的基本概念（1）工程結(jié)構(gòu)耐震技術(shù)的演變與發(fā)展地震發(fā)生時，地面振動引起結(jié)構(gòu)的地震反映。對于基礎(chǔ)固結(jié)于地面的建筑結(jié)構(gòu)物，其地震反映沿著高度從下到上逐層放大(圖2-6-2a)。由于結(jié)構(gòu)物某部分的地震反映(加速度、速度或位移)過大，使主體承重結(jié)構(gòu)嚴重破壞，甚至倒塌；或雖然主體結(jié)構(gòu)未破壞，但建筑飾面、裝修或其他非結(jié)構(gòu)配件等毀壞而導(dǎo)致嚴重損失；或雖然主體結(jié)構(gòu)及非結(jié)構(gòu)配件未損壞，但室內(nèi)的昂貴儀器、設(shè)備的破壞導(dǎo)致更嚴重的損失或次生災(zāi)害。為了避免上述災(zāi)害，人們必須對結(jié)構(gòu)體系的地震反映進行控制，并消除結(jié)構(gòu)體系的“放大器”作用。其技術(shù)方法演變?nèi)缦?；第一，大大增長結(jié)構(gòu)物的剛度，即做成“剛性結(jié)構(gòu)體系”(圖2-6-2b)。這種體系的結(jié)構(gòu)地震反映接近地面地震動，但在很多情況下，這樣做是不經(jīng)濟的，較難實現(xiàn)的。只有少數(shù)的重要構(gòu)筑物采用這種結(jié)構(gòu)體系。第二，大大減少結(jié)構(gòu)物的剛度，即做成“柔性結(jié)構(gòu)體系”(圖2-6-2c)。這樣，雖然能有效地減少結(jié)構(gòu)各部分加速度反映，減少地震作用，但建筑物層問位移過大，使建筑裝飾等構(gòu)配件嚴重破壞。并且，在風荷載或輕微地震作用下嫌剛度局限性，影響正常使用。這種做法，在很多情況下是不能滿足設(shè)計和使用規(guī)定的。第三，增大上部結(jié)構(gòu)的剛度，但把結(jié)構(gòu)的底層做成剛度小的、地震時進人非彈性狀態(tài)的柔性底層，即“柔性底層結(jié)構(gòu)體系”(圖2-6-2d)。東歐及我國某些臨街建筑(底層為框架、上部為剪力墻結(jié)構(gòu)或磚石結(jié)構(gòu))就屬于這種結(jié)構(gòu)體系。它雖能有效地減少上部結(jié)構(gòu)的地震反映，又能通過底層的非彈性變形消耗地震能量，但由于P一△效應(yīng)，底層變形過大，導(dǎo)致底層柱損壞嚴重，甚至倒塌。多次震害說明這種結(jié)構(gòu)體系在很多情況下是危險的。第四，適當控制結(jié)構(gòu)物的剛度，但使結(jié)構(gòu)部件(如梁、柱、墻、節(jié)點等)在地震時進入非彈性狀態(tài)并且具有較大的延性，以消耗地震能量，減輕地震反映，使結(jié)構(gòu)物“裂而不倒”，這就是“延性結(jié)構(gòu)體系”(圖2-6-2e)，是目前我國和世界各國普遍采用的傳統(tǒng)抗震方法。這種方法在很多情況下是有效的，它的設(shè)防目的是“小震不壞，設(shè)計烈度可修，大震不倒”。這種傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系及抗震方法存在下述問題：①安全性難以保證：傳統(tǒng)抗震方法以既定的“設(shè)防烈度”作為設(shè)計依據(jù)，當發(fā)生突發(fā)性超烈度地震時，房屋也許會嚴重破壞，并且，由于地震的隨機性，建筑結(jié)構(gòu)的破損限度及倒塌也許性難以控制，故安全性難以保證。②適應(yīng)性有限制：傳統(tǒng)抗震方法允許建筑結(jié)構(gòu)在地震中出現(xiàn)一定限度的損壞，對于某些不允許在地震中出現(xiàn)破壞的建筑結(jié)構(gòu)，或內(nèi)部有貴重裝飾的建筑結(jié)構(gòu)，是不合用的。并且，這種抗震方法只考慮建筑結(jié)構(gòu)自身的抗震，未考慮房屋內(nèi)部設(shè)備、儀器的抗震，當建筑物內(nèi)部有較重要的設(shè)備、儀器、計算機網(wǎng)絡(luò)、急救指揮系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備等情況時，是不合用的。例如，1971年美國舊金山地震時，加州西馬克電話總機房結(jié)構(gòu)只有輕微破壞，但內(nèi)部通信設(shè)備嚴重般壞而導(dǎo)致全地區(qū)電信中斷，抗災(zāi)指揮及搶救無法進行．所導(dǎo)致的損失難以估計。③經(jīng)濟性欠佳；傳統(tǒng)抗震方法以“抗”為豐要途徑，通過加大結(jié)構(gòu)斷面．加多配筋來抵抗地震，其結(jié)果是斷面越大，剛度越大，地震作用也越大，所需斷面及配筋也越大。這種惡性循環(huán)，不僅難肚保證安全，也大大提高“抗震”所需的建筑造價，其建筑造價的增長幅度大約如F：7度增長造價3％～8％8度增長造價8％～15％9度增長造價15％～40％由于“抗震”，必須增長建筑造價，導(dǎo)致抗震設(shè)防在不少地區(qū)難以積極實行。所以，根據(jù)我國的國情，要在全國較大范圍內(nèi)實行抗震設(shè)防，必須尋找一種既安全(在突發(fā)性的超烈度地震中不破壞，不倒塌)，又合用(合用于不同烈度，不同建筑結(jié)構(gòu)類型，既保護建筑結(jié)構(gòu)自身，又保護建筑物內(nèi)部的儀器設(shè)備)，又經(jīng)濟(不增長建筑造價)的新的耐震新體系。這就是“工程結(jié)構(gòu)減震控制”新體系。這樣，隔震體系、消能減震體系、結(jié)構(gòu)被動及積極控制體系就應(yīng)運而生，這些新體系具有明顯有教減震(能使結(jié)構(gòu)地震反映衰減至普通傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的l／4～1／16或更低)，安全，簡樸，經(jīng)濟，適應(yīng)性廣等明顯優(yōu)點。(2)工程結(jié)構(gòu)減震控制的定義及減震機理工程結(jié)構(gòu)減震控制，是指在工程結(jié)構(gòu)的特定部位，裝設(shè)某種裝置(如膈震墊等)．或某種機構(gòu)(如消能支撐{消能剪力墻；消能節(jié)點}消能器等)，或某種子結(jié)構(gòu)(如調(diào)頻質(zhì)量等)，或施加外力(外部能量輸人)，以改變或調(diào)整結(jié)構(gòu)的動力特性或動力作用。這種使工程結(jié)構(gòu)在地震(或風)作用下的動力反映(加速度、速度、位移)得到合理的控制，保證結(jié)構(gòu)自身及結(jié)構(gòu)中的人、儀器、設(shè)備、裝修等的安全和處在正常的使用環(huán)境狀況的結(jié)構(gòu)體系，稱為“工程結(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“工程結(jié)構(gòu)減震控制”。（3）工程結(jié)構(gòu)減震控制的內(nèi)容及分類工程結(jié)構(gòu)減震控制是土木工程結(jié)構(gòu)前沿領(lǐng)域，也是各學科交叉的新技術(shù)領(lǐng)域，目前，仍處在初期發(fā)展和初步應(yīng)用階段，故對其內(nèi)容分類未明確統(tǒng)一，一般可按以下三種方法進行分類。第一種分類：按技術(shù)方法分類。第二種分類；按是否有外部能源輸人分類。第三種分類：按與結(jié)構(gòu)頻率相關(guān)性分類。（4）工程結(jié)構(gòu)減震控制的特點及優(yōu)越性工程結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)與傳統(tǒng)抗震技術(shù)的比較及特點如下：①不同的耐震途徑和方法；傳統(tǒng)抗震技術(shù)是沿用“硬抗”的途徑，即采用加強結(jié)構(gòu)，加粗構(gòu)件斷而，加多構(gòu)件配筋，提高結(jié)構(gòu)剛度等方法來抵抗地震。因而，很不經(jīng)濟，并且結(jié)構(gòu)剛度越大，地震作用越大，惡性循環(huán)，最終是既不經(jīng)濟，也不一定安全。而減震控制技術(shù)則是采用減震、消能、調(diào)整結(jié)構(gòu)動力特性等方法，達成隔離地震或消減地震反映的目的，既能有效減震，較為安全，也較為經(jīng)濟。②不同的設(shè)計依據(jù)：傳統(tǒng)抗震設(shè)計方法是按照預(yù)定的“烈度”限定結(jié)構(gòu)的抗震能力。當實際地震超過預(yù)定“烈度”時(中外破壞性大地震超過預(yù)定烈度的甚多)，結(jié)構(gòu)就處在不安全狀態(tài)。而結(jié)構(gòu)減震控制設(shè)計則是根據(jù)地區(qū)的場地動力特性和結(jié)構(gòu)物的特性，采用不同的隔震、消能、減震控制技術(shù)，考慮在該地區(qū)也許產(chǎn)生的突發(fā)性超烈度大地震的情況下，結(jié)構(gòu)的地震反映仍被控制在安全的范圍內(nèi)，保證結(jié)構(gòu)物以及結(jié)構(gòu)中的人，設(shè)備、儀器的安全和正常使用環(huán)境。所以，結(jié)構(gòu)減震技術(shù)比傳統(tǒng)抗震技術(shù)更為安全。③不同的防護對象：傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)只考慮結(jié)構(gòu)自身的抗震能力．而未考慮結(jié)構(gòu)中的設(shè)備、儀器、裝修等的防護規(guī)定。結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)則可根據(jù)結(jié)構(gòu)物自身安全規(guī)定及內(nèi)部設(shè)備、儀器，裝修的不同規(guī)定進行隔震，消能或減震控制，既保護結(jié)構(gòu)自身的安全，也保護結(jié)構(gòu)內(nèi)部的設(shè)備、儀器、裝修及正常使用環(huán)境。故它更符合現(xiàn)代社會對地震防護越來越高的規(guī)定。④不同的合用范圍：按傳統(tǒng)抗震技術(shù)設(shè)計的工程結(jié)構(gòu)物．重要靠結(jié)構(gòu)自身提供抗震能力。對于某一些耐震能力局限性的已有工程結(jié)構(gòu)物(例如超高層建筑)，假如結(jié)構(gòu)自身耐震能力小足，則難以采用“加強”的方法來填補。而結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)重要不靠結(jié)構(gòu)自身抗震，而是通過增設(shè)某些裝置進行隔震、消能或減震。所以，它不僅合用于新設(shè)計的工程結(jié)構(gòu)物，也合用于對耐震性能局限性的工程結(jié)構(gòu)物進行改良、加固．使其滿足耐震(或抗風)規(guī)定。由于結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)有上述特點，對比傳統(tǒng)抗震技術(shù)，它具有很多優(yōu)越性：①安全可靠、有效減震(抗風)：根據(jù)振動臺或?qū)嶋H地震記錄，減震控制結(jié)構(gòu)的地震反映與傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)的地震反映的比值為：隔震結(jié)構(gòu)：8％～25％；消能結(jié)構(gòu)：30％～60％；被動控制結(jié)構(gòu)：30％～60％；積極控制結(jié)構(gòu)：l0％～50％。②經(jīng)濟、節(jié)省工程造價：減震控制結(jié)構(gòu)雖然增設(shè)某種裝置(隔震墊、消能機構(gòu)、控制子結(jié)構(gòu)等)．但主體結(jié)構(gòu)所承受的地震作用大大減小，故可減少構(gòu)件斷面，減少構(gòu)件配筋，擴大跨度，增長高度等等，結(jié)構(gòu)物的總造價反而節(jié)省。根據(jù)某些已建結(jié)構(gòu)的結(jié)算，減震控制結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)的工程造價相對比，節(jié)省造價如下：隔震結(jié)構(gòu)：3％～20％；消能減震結(jié)構(gòu)：3％～10％；被動或積極控制結(jié)構(gòu)：5％～20％。③使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不受太多限制：由于采用隔震、消能、減震控制裝置，結(jié)構(gòu)自身所受的地震作用太大減少．因而可以突破傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)對結(jié)構(gòu)設(shè)計的某些嚴格限制(如規(guī)定體型規(guī)則、對稱、剛度均勻，剛心質(zhì)心重臺，限制層數(shù)、高度、跨度等等)，按照建筑結(jié)構(gòu)的功能規(guī)定，做成非規(guī)則結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)、大開間結(jié)構(gòu)、框架與磚混合結(jié)構(gòu)，超高磚混結(jié)構(gòu)、超高層抗震抗風結(jié)構(gòu)等等。使建筑師從“抗震”限制中解放出來，較自由地對建筑物或結(jié)構(gòu)物進行建筑設(shè)計，而其耐震能力通過“減震控制”裝置加以保證。④適應(yīng)范圍廣：既合用于新設(shè)計的工程結(jié)構(gòu)．也合用于已有工程結(jié)構(gòu)的耐震、抗風性能的改善；既合用于量大面廣的一般建筑結(jié)構(gòu)、住宅建筑，也合用于地震時規(guī)定保證絕對安全的重要工程結(jié)構(gòu)(知核電站工程結(jié)構(gòu))也許產(chǎn)生放射性物質(zhì)、劇毒物質(zhì)泄漏或劇毒氣體擴散、爆炸及其他有重大政治、經(jīng)濟、社會影響的建筑物、結(jié)構(gòu)物，超高層建筑、大跨度橋梁、城市生命線工程(鐵路干線、大型車站、交通樞紐、機場、港U、糧食加工廠、醫(yī)院、急救中心、消防中心、應(yīng)急指揮中心、供電、供水、供氣、通信廣播電視系統(tǒng)等)的工程結(jié)構(gòu)物、衛(wèi)星地面站、海洋平臺等等；既合用于工程結(jié)構(gòu)減震，也合用于設(shè)備、儀器．環(huán)境振動的減振(震)。⑤檢測修復(fù)方便：由于結(jié)構(gòu)減震控制是通過外設(shè)裝置而不是通過結(jié)構(gòu)自身過到耐震規(guī)定的，故對其耐震性能的檢測修復(fù)也只限于外設(shè)裝置。這比檢測或修復(fù)結(jié)構(gòu)物自身要快捷方便得多。它能保證地震后的快速修復(fù)，這對地震后盡快恢復(fù)正常生產(chǎn)和生活具有十分重大意義。3、工程結(jié)構(gòu)減震控制的發(fā)展歷史、應(yīng)用和現(xiàn)狀（1）中國古建筑隔震消能技術(shù)的成功應(yīng)用早在二千年前，我國人民就成功地應(yīng)用隔震、消能、減震的概念和技術(shù)，建成了遍布全國各地的宮殿、寺院、廟宇、樓塔、民居、庭院、石橋、城墻等。這些古建筑結(jié)構(gòu)物雖經(jīng)歷多次強烈地震而屹立不毀，完整保存至今者，大都不是采用“硬抗地震，加強結(jié)構(gòu)”的方法，而是采用“以柔克剛，隔震消能”的途徑。充足證明隔震、消能減震技術(shù)概念合理，安全有效，簡樸易行。我國的古建筑、古結(jié)構(gòu)物能成功抗御多次強烈地震而完整保存至今者，其隔震消能減震技術(shù)的應(yīng)用重要表現(xiàn)在下述的四個特點：①柱基“鉸接”隔震消能：柱子“自由”地(不是“固定”地)落在基臺上，且柱腳與基臺之間有石質(zhì)榫墩或木楔作柱座，形成柔性“鉸結(jié)”，既能防止木柱的潮濕和朽蝕，又起到隔震消能作用，見圖2-6-3。圖2-6-4圖2-6-4中國古結(jié)構(gòu)基底隔震消能②殿基、墻基或塔基滑移隔震消能：建筑結(jié)構(gòu)基底砌筑在條石、整體片石或塊石上。條石、片石或塊石之間柔性疊砌，允許滑動或摩擦，地震時形成“隔震”或消能基礎(chǔ)，見圖2-6-4。③“斗拱”消能節(jié)點：粱柱節(jié)點及屋檐節(jié)點都做成“斗拱”，不僅節(jié)點荷載分派均勻合理．并且此種“斗拱”節(jié)點是一種極優(yōu)的“消能節(jié)點”，在承受很大的節(jié)點變形過程中多道“榫接”的摩擦及塑性變形，消耗大量的地震能量，大大衰減建筑物的地震反映，使建筑物不破壞、不倒塌，完整無損，見圖2-6-5。④結(jié)構(gòu)體形成“消能結(jié)構(gòu)體”：一些結(jié)構(gòu)物，如石塔、城墻、石拱橋等，由塊石用柔性砂漿(灰砂膏、糯米灰膏)砌筑，地震時，結(jié)構(gòu)體搖擺，塊石之間柔性錯動壓密，不僅使結(jié)構(gòu)體更加密實穩(wěn)定，并且消耗大量地震能量，使結(jié)構(gòu)體經(jīng)歷多次地震而安然屹立?，F(xiàn)列舉我國數(shù)項古建筑、古結(jié)構(gòu)經(jīng)歷多次強地震而安然屹立至今的例子：①臺灣臺北孔廟：位于臺北市大龍峒，建于1879年，是我國古廟寺的典型建筑型式。其特點是柱腳“鉸支”，粱柱節(jié)點“斗拱”消能，殿基片石隔震。這種建筑型式是典型的隔震、消能減震結(jié)構(gòu)體系．已承受多次強烈地震而完好無損。②山西渾源懸空寺：建于北魏后期(公元52023)，極為壯觀，是著名恒山十八景之一。整個建筑物“懸支”在翠屏峰的半山陡壁上、下臨深谷。寺廟涉及高低錯落的殿、堂、樓閣30多處。建筑物的樓面木梁的一端嵌人山崖壁石內(nèi)，“鉸支”而不能拔出；樓面的另一端支承在斜撐立柱上．可以水平晃動，整個建筑物尤如一個“隔震結(jié)構(gòu)”。1000數(shù)年來經(jīng)歷3次大地震，始終完好無損．是我國古代匠師們運用隔震原理解決建筑耐震的成功范例。③山西應(yīng)縣木塔(佛宮寺釋迦塔)：建于900數(shù)年前的遼清寧二年(公元1056年)，是我國現(xiàn)存的最古最高的木構(gòu)佛塔。塔高八層，下3層為石砌，上5層為木結(jié)構(gòu)。塔高67.31m，八角形，塔身采用內(nèi)外雙層環(huán)形空間構(gòu)架，梁柱節(jié)點為“斗拱”(消能節(jié)點)，內(nèi)外層柱之間設(shè)有多層木支撐(消能支撐)，是一座典型的高層消能減震結(jié)構(gòu)。在900數(shù)年的漫長歲月中·這座雄偉壯麗的木塔經(jīng)受多次強烈地震的震撼和常年強勁的塞北風雪的侵蝕，迄今仍巍然屹立，不能不說是我國古建筑史上采用消能減震技術(shù)耐震抗風的成功奇跡。④河北趙州橋(趙縣安濟橋)：建于1300數(shù)年前的隋太業(yè)年間（公元605～62023)，全長50.82m。弧形單孔石拱橋，跨度37.37m，橋兩端各開兩個敞肩拱，是世界橋梁工程中的首例。該橋為世界上現(xiàn)存最早、最長的石砌拱橋。在1000數(shù)年的歷史中，經(jīng)受多次強烈地震仍完好無損，歸功于我國古代工匠運用石砌結(jié)構(gòu)消能的原理。地震時塊石壓密，消能減震，并使拱體更加密實穩(wěn)定，使趙州橋至今仍以其歷史悠久、結(jié)構(gòu)新奇、造型美觀而聞名于世。⑤四川灌縣竹索橋：建于1500數(shù)年前(公元497年)，橋面寬2.1一2.7m，由20根主索組成，每根主索由3根竹條絞成。由于每根主該橋在強風及人行情況下不產(chǎn)生過大的晃動，這是大跨度例子。（2）世界各國古建筑結(jié)構(gòu)的隔震消能減震效果調(diào)查從保存完好的古建筑結(jié)構(gòu)及歷史上大地震廢墟中殘存的一些古建筑結(jié)構(gòu)物的情況發(fā)現(xiàn)，隔震消能技術(shù)對保護古建筑免遭地震破壞發(fā)揮了明顯的作用。①日本奈良法隆寺：是日本現(xiàn)存最古老的佛教寺院，位于奈良西南，規(guī)模宏大，1200數(shù)年前建成，涉及金堂(建于公元693年)及五重塔(建于公元771年)等多幢堂、殿、樓，塔等古建筑。這批古建筑具有與中國古建筑大體相同的結(jié)構(gòu)特點，即柱基鉸接隔震消能，粱柱做成“斗拱”消能節(jié)點，塔基建于整片花崗巖石上的隔震消能做法等，使這座雄偉壯麗的古建筑群在1200數(shù)年中，經(jīng)歷多次強烈地震而完好無損，成為日本現(xiàn)有最大最老的佛教寺院。②歐洲、非洲、印度的古建筑：希臘、埃及、印度等國的古建筑，大都采用與中國古建筑類似的柱基“鉸接”做法，地基能起隔震消能作用，使這類建筑．例如希臘的雅典衛(wèi)城(公元前437年)、埃及的卡納克阿蒙神廟(公元前182023)、印度的泰姬瑪哈宮(公元1632年)，在千百年歷史中歷經(jīng)多次強烈地震而巍然屹立至今。③意大利羅馬斗獸場：建于公元70年，是古羅馬建筑的代表作。平面呈橢圓形，長軸188m，短軸156m，高18.5m，共四層，60排階梯，可容納5.8萬人觀看角斗士與野獸的搏斗。斗獸場實體結(jié)構(gòu)由灰華石、凝灰石、浮石砌成，柱子與墻身由大理石壘砌，形成一個“消能結(jié)構(gòu)體”。地震時，石塊之間錯動壓密，消耗大量地震能量，并且使結(jié)構(gòu)體更加密實穩(wěn)定．使斗獸場在2023數(shù)年中歷經(jīng)多次地震仍十分堅固。④意大利龐貝城遺址：龐貝城在意大利那不勒斯維蘇威火山附近，在古代羅馬帝國時期是一座非常繁華的城市，有居民2．5萬人。公元79年8月24日中午l時，沉睡了152023的火山爆發(fā)，并發(fā)生了強烈地震，全城大部分房屋倒塌，成為“死城”。在這座死城遺址中，仍可見到一些殘存的房屋，涉及住宅、商店、鞋店、酒店、劇場等。這些房屋所以可以殘存，皆由于均由石塊砌成的墻壁與地基石板處可以水平滑動，即這些地震中幸存的房屋均是石塊砌成的“消能結(jié)構(gòu)體”以及地基能滑動的“隔震”結(jié)構(gòu)。⑤墨西哥瑪雅金字塔和神廟：瑪雅帝國及其古建筑建于公元500～62023，現(xiàn)有瑪雅金字塔及神廟120多座，一般高60～200m，塔底寬100～200m，通過900多級臺階可登上塔頂。塔頂是神壇．塔邊有廟宇、地道等。這些古建筑均用石塊砌成，廟宇的墻基均設(shè)于條石上。塔身塊石在地震振動中壓密，形成“消能結(jié)構(gòu)體”，大量消耗地震能量，墻基條石也形成“隔震”結(jié)構(gòu)，大大衰減地震反映。所以，這些有1400數(shù)年歷史、經(jīng)受多次強烈地震的古建筑至今仍巍然屹立，成為人類科學文化的一大奇跡。4、當代工程結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)發(fā)展的五個階段結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)發(fā)展的起因是傳統(tǒng)抗震技術(shù)充足發(fā)展至某個階段，碰到某些難以逾越的問題，通過多方面的探索，調(diào)查總結(jié)了千百年來的成功經(jīng)驗，并借鑒其他領(lǐng)域(如機器隔振、設(shè)備儀器阻尼消振、航天航空自動控制等)已經(jīng)取得的理論和應(yīng)用戚果，大膽地把它應(yīng)用在工程結(jié)構(gòu)上，從而形成丁涉及結(jié)構(gòu)隔震、消能減震、結(jié)構(gòu)控制的“工程結(jié)構(gòu)減震控制”理論和技術(shù)。但工程結(jié)構(gòu)減震控制與設(shè)備儀器的隔振、消振控制有著明顯的不同，前者體積、重量大(建筑結(jié)構(gòu)物重量可達幾十萬噸)，安全性規(guī)定高(供人們生活或工作，牽涉人的生命安全)，外部震動沖擊有很大的隨機性(地震何時發(fā)生難以預(yù)測，一旦發(fā)生，震動沖擊能量之大難以預(yù)估)等，所以，工程結(jié)構(gòu)減震控制的發(fā)展應(yīng)用必然規(guī)定建立一套新的理論、新的設(shè)計計算和技術(shù)方法，形成一套新的體系。它是土木工程、地震工程、材料工程、計算機技術(shù)、控制技術(shù)等學科的交叉點，并處在當代工程結(jié)構(gòu)發(fā)展的前沿領(lǐng)域。它將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)耐震技術(shù)的一場革命，并將成為結(jié)構(gòu)耐震技術(shù)發(fā)展的新趨勢?，F(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了五個發(fā)展階段：(1)新概念建立階段：減震控制概念的建立，涉及隔震，消能減震，被動與積極控制等。(2)研究階段：理論研究和實驗研究。該階段起始于本世紀70年代。(3)試點工程階段：建造第一幢采用某種控制技術(shù)的建筑物或結(jié)構(gòu)物，并成功經(jīng)受地震考驗，形成該項技術(shù)發(fā)展過程中的“突破點”和“里程碑”。這個階段既是工程技術(shù)從理論研究到工程應(yīng)用的“突破點”，也是人們開始從現(xiàn)實應(yīng)用的角度接受該項技術(shù)的“起紿點”，更是該項技術(shù)“成熟限度”的基本標志。該階段起始于本世紀80年代。(4)試點推廣階段；在試點工程之后，開始在某些工程項日上應(yīng)用，并完善相應(yīng)的理論和方法，總結(jié)相應(yīng)的技術(shù)經(jīng)濟指標和社會、經(jīng)濟效益，把該項技術(shù)推向成熟階段，最后編制相應(yīng)舳設(shè)計、施工指導(dǎo)書，技術(shù)規(guī)程，技術(shù)規(guī)范等，為該項技術(shù)的推廣應(yīng)用發(fā)明條件。(5)推廣應(yīng)用階段：這是該項技術(shù)的“奔騰”階段。它標志著該項技術(shù)已達成真正造福人類的階段。5、目前各項減震控制技術(shù)的應(yīng)用范圍、成熟限度及有關(guān)問題（1）隔震技術(shù)A．應(yīng)用范圍：層數(shù)為一至三十層的建筑物或高寬比不大于4的各類多高層建筑物，上部結(jié)構(gòu)水平剛度較大的各種結(jié)構(gòu)物、橋梁、設(shè)備，儀器等。B．技術(shù)成熟限度：①隔震技術(shù)的減震概念明確，減震效果明顯，理論研究和實驗研究成果比較豐富和完善，已建成大量橡膠墊隔震房屋和橋梁、地鐵等結(jié)構(gòu)，并在幾次大地震中成功經(jīng)受考驗?？傮w上講隔震技術(shù)已經(jīng)是一種成熟的技術(shù)，可以應(yīng)用。當然，不同的隔震方法其成熟限度也不一致。②夾層橡膠墊隔震技術(shù)是目前比較成熟的隔震技術(shù)。在保證橡膠墊材料及制品通過各種性能的全面嚴格檢測和質(zhì)量控制，并采用對的的設(shè)計計算方法和前提下可以在工程中推廣應(yīng)用。③其他各種隔震技術(shù)(砂墊層，滑板，滾球等)尚有一些技術(shù)問題尚待解決，可以通過試點工程不斷完善，待較為成熟后，再在工程中推廣應(yīng)用。C．應(yīng)