第六章 工程結(jié)構(gòu)消能減震設(shè)計簡介課件

6.結(jié)構(gòu)隔震、消能減震設(shè)計6.1概述抗震設(shè)計：依靠結(jié)構(gòu)的強度、剛度和延性來抵御地震作用立足于“抗”，是一種消極設(shè)計方法傳統(tǒng)抗震方法存在的問題：（1）結(jié)構(gòu)的安全性難以保證傳統(tǒng)抗震方法以既定的“設(shè)防烈度”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，房屋可能會嚴重破壞。6.結(jié)構(gòu)隔震、消能減震設(shè)計6.1概述16.1概述（2）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（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，地震作用亦隨之增大。（3）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。6.1概述（2）建筑費用和成本大幅度增加26.1概述（4）施工難度大結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點的鋼筋配置過密，9度區(qū)甚至無法排布。（5）建筑物的高度受到限制等。為克服傳統(tǒng)抗震方法的缺陷，結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)（簡稱“結(jié)構(gòu)控制”）逐漸發(fā)展起來。結(jié)構(gòu)控制的概念：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)。

6.1概述（4）施工難度大36.1概述結(jié)構(gòu)控制的概念：在工程結(jié)構(gòu)的特定部位裝設(shè)某種裝置（如隔震墊等）、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(fēng)）的作用下，其結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)（加速度、速度、位移）得到合理的控制，從而確保結(jié)構(gòu)本身及結(jié)構(gòu)中的人、儀器設(shè)備、裝修等的安全或處于正常的使用狀態(tài)。結(jié)構(gòu)控制技術(shù)按控制措施實施的方式不同，一般分為被動控制（PassiveControl）、主動控制（ActiveControl）、半主動控制（Semi—ActiveControl）和混合控制（HybridControl）四類。6.1概述結(jié)構(gòu)控制的概念：在工程結(jié)構(gòu)的特定部位裝設(shè)某種裝置（46.1概述（1）被動控制（PassiveControl）①隔震：在建筑物適當(dāng)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(dāng)?shù)淖枘?，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。6.1概述（1）被動控制（PassiveControl）56.1概述②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，設(shè)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(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)。6.1概述②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，66.1概述③結(jié)構(gòu)附加裝置控制：在結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置安放耗能減振裝置，以達到耗能減振的目的。

主要有：各種耗能支撐、預(yù)應(yīng)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)頻液體阻尼器（TLD）、粘滯流體阻尼器和粘彈性阻尼器等等。6.1概述③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76.1概述（2）主動控制（ActiveControl）指有外加能源的控制，其工作原理為：6.1概述（2）主動控制（ActiveControl）86.1概述常見的類型有：主動調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(ActiveTunedMassDamper,簡稱AMD)；主動支撐系統(tǒng)（ActiveBrace）；主動拉索控制器（ActiveTendon）；主動空氣擋風(fēng)板控制器（ActiveAerodynamicAppendayes）等。6.1概述常見的類型有：96.1概述（3）混合控制（HybridControl）

混合控制是將主動控制與被動控制同時施加在同一結(jié)構(gòu)上的結(jié)構(gòu)振動控制形式。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(jié)構(gòu)的控制。6.1概述（3）混合控制（HybridControl）106.1概述

另一種是并列組合方式，即兩種控制各自獨立工作，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：AMD與TMD相組合，AMD與TLD相組合，主動控制與基礎(chǔ)隔震相組合，主動控制與耗能減振相組合，HMS（液壓－質(zhì)量振動控制系統(tǒng)）與AMD相組合等。6.1概述另一種是并列組合方式，即兩種控制各自獨立工作，對116.1概述

結(jié)構(gòu)消能減震建筑的特點：1.消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，除消能部件和相關(guān)部件外，結(jié)構(gòu)設(shè)計仍可按照《規(guī)范》對相應(yīng)結(jié)構(gòu)類型的要求執(zhí)行。6.1概述結(jié)構(gòu)消能減震建筑的特點：126.1概述消能減震技術(shù)的優(yōu)越性：1、安全性：消能構(gòu)件或消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)和構(gòu)件免遭破壞，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40%—60%。2、經(jīng)濟性：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(shù)合理性：結(jié)構(gòu)越高、越柔，消能減震效果越顯著6.1概述消能減震技術(shù)的優(yōu)越性：136.2結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計結(jié)構(gòu)隔震主要有基底隔震和懸掛隔震兩種6.2.1基底隔震原理在結(jié)構(gòu)物底部與基礎(chǔ)頂面之間設(shè)置隔震消能裝置，使之與固結(jié)于地基中的基礎(chǔ)頂面分開，限制地震動向結(jié)構(gòu)物傳遞。6.2結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計結(jié)構(gòu)隔震主要有基底隔震和懸掛隔震兩種146.2.1基底隔震原理為達到明顯減震效果，通?；A(chǔ)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(jié)構(gòu)的重量；(2)隔震特性：具有足夠的水平初始剛度，在風(fēng)載和小震作用下，體系能保持在彈性范圍內(nèi)，滿足正常使用的要求，而中強地震時，其水平剛度較小，結(jié)構(gòu)為柔性隔震結(jié)構(gòu)體系；(3)復(fù)位特性：地震后，上部結(jié)構(gòu)能回復(fù)到初始狀態(tài)，滿足正常的使用要求。6.2.1基底隔震原理為達到明顯減震效果，通常基礎(chǔ)隔震系統(tǒng)需156.2.1基底隔震原理(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(jié)構(gòu)所吸收的地震能量。

基底隔震的適用范圍：高度不超過40m，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)6.2.1基底隔震原理(4)耗能特性：隔震系統(tǒng)本身具有較大的166.2.2基礎(chǔ)隔震裝置隔震裝置由隔震器、阻尼器和復(fù)位裝置組成隔震器的作用：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，抑制結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的過大位移復(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)相同的安全性目前應(yīng)用最多的隔震裝置為隔震橡膠支座6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置隔震裝置由隔震器、阻尼器和復(fù)位裝置組176.2.2基礎(chǔ)隔震裝置

隔震橡膠支座包括天然夾層橡膠支座、鉛芯橡膠支座，高阻尼橡膠支座等。天然夾層隔震橡膠支座

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豎向變形小，而水平剛度較小，且線性性能好。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。6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置隔震橡膠支座包括天然夾層橡膠186.2.2基礎(chǔ)隔震裝置

鉛芯隔震橡膠支座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、美國、意大利等國家都得到了較大的發(fā)展與應(yīng)用。

因為鉛芯橡膠支座不但具有較理想的豎向剛度，而且本身具有消耗地震能量的能力，故鉛芯橡膠支座在結(jié)構(gòu)使用中受到廣泛歡迎。

6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置鉛芯隔震橡膠支座因為鉛芯196.2.2基礎(chǔ)隔震裝置6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置206.2.2基礎(chǔ)隔震裝置

下圖分別是世界上第一棟采用鉛芯橡膠支座隔震的建筑(TheWilliamClaytonBuilding,NewZealand)和世界上使用鉛芯橡膠支座中基底面積最大的建筑(日本)。

6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置下圖分別是世界上第一棟采用鉛216.2.2基礎(chǔ)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)生了地震。6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置日本1997年度評定的隔震建筑中，采226.2.2基礎(chǔ)隔震裝置

1994年1月17日，美國圣菲爾南多發(fā)生洛杉磯地震，震級M=6.7，死亡56人，傷7300人，損失很大。震中附近有兩座醫(yī)院，一座為隔震結(jié)構(gòu)，另一座為抗震結(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（抗震結(jié)構(gòu)）6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置1994年1月17日，美國圣236.2.2基礎(chǔ)隔震裝置

中南加州大學(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(chǔ)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)的各種機器均未損壞，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。6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置中南加州大學(xué)醫(yī)院是橡膠支座隔震246.2.2基礎(chǔ)隔震裝置橄欖景醫(yī)院為抗震結(jié)構(gòu)，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(shè)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。6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置橄欖景醫(yī)院為抗震結(jié)構(gòu)，其256.2.3懸掛隔震實例

“雞腿建筑”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，它們也注定要被結(jié)構(gòu)師否定，尤其是在地震危險性較高的地區(qū)。香港人自以為占了塊風(fēng)水寶地，永遠不會地震，確實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)師決定的，還有追求經(jīng)濟利益的業(yè)主。底部沿街樓層對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)師的工作就是盡量滿足這種商業(yè)需求。

6.2.3懸掛隔震實例“雞腿建筑”最初的希望將地面空間26在香港擁擠的高樓大廈中，NormanFoster設(shè)計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Foster本人的理想使然，還是業(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)，代替了雞腿建筑，實現(xiàn)了柯布的早期理想。6.2.3懸掛隔震實例在香港擁擠的高樓大廈中，NormanFost27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)賦予了更充分的結(jié)構(gòu)抗震的合理性，建筑理想的實現(xiàn)多么依賴于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)的進步。

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筋混凝土懸掛隔震示范建筑，如下頁的小圖所示。6.2.3懸掛隔震實例和田先生則以自己敏銳的抗震思維，通過將隔震和懸掛合二286.2.3懸掛隔震實例6.2.3懸掛隔震實例29

底層只有一個核心筒，三層的使用空間通過高強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。它的結(jié)構(gòu)體系非常明確。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，將二者在地震中出現(xiàn)相對變形時，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，以柔克剛，以不變應(yīng)萬變。6.2.3懸掛隔震實例底層只有一個核心筒，三層的使用空間通過高6.2.3306.3結(jié)構(gòu)消能減震6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類結(jié)構(gòu)消能減振體系由主體結(jié)構(gòu)和消能部件（消能裝置和連接件）組成，可以按照消能部件的不同“構(gòu)件型式”分為以下類型：（1）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。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6.3結(jié)構(gòu)消能減震6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類316.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類326.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類（2）消能剪力墻：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。

消能剪力墻的形式主要有：6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類（2）消能剪力墻：可以代替一336.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類（3）消能節(jié)點：在結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點或梁節(jié)點處安裝消能裝置。當(dāng)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，消能裝置即可以發(fā)揮消能減震作用。6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類（3）消能節(jié)點：在結(jié)構(gòu)的梁柱346.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類（4）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)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)生相對變形時，消能裝置即可以發(fā)揮消能減震作用6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類（4）消能聯(lián)接：在結(jié)構(gòu)的縫隙356.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類（5）消能支承或懸吊構(gòu)件：對于某些線結(jié)構(gòu)（如管道、線路，橋梁的懸索、斜拉索的連接處等），設(shè)置各種支承或者懸吊消能裝置，當(dāng)線結(jié)構(gòu)發(fā)生振（震）動時，支承或者懸吊構(gòu)件即發(fā)生消能減震作用。6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類（5）消能支承或懸吊構(gòu)件：對366.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系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(jié)構(gòu)共同工作的粘滯流體阻尼器的導(dǎo)桿受力，推動活塞運動，活塞兩邊的高粘性阻尼介質(zhì)產(chǎn)生壓力差，使阻尼介質(zhì)通過阻尼孔，產(chǎn)生阻尼力。6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類目前最常見的消能器為376.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類386.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類阻尼器的構(gòu)造6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類阻尼器的構(gòu)造396.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類1、主缸2、副缸3、導(dǎo)桿4、活塞5、阻尼材料（硅油或液壓油）6、阻尼孔

6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類1、主缸2、副缸406.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類

阻尼器的試驗裝置6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類阻尼器的試驗裝置416.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類

阻尼器的試驗裝置6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類阻尼器的試驗裝置426.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類

粘彈性消能器通常由鋼板和固體粘彈性材料交替疊合而成。

其原理是通過粘彈性材料的往復(fù)剪切變形來耗散能量。6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類粘彈性消能器通常由鋼板43

6.3.2結(jié)構(gòu)消能減震設(shè)計的應(yīng)用西安長慶石油勘探局科研樓主體為一個29層的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高度為105.5米。頂部微波發(fā)射塔高44.5米，其中桅桿高17.5米。微波發(fā)射塔塔身為一個四邊形空間桁架體系，寬度為2米。塔柱為Φ140X6鋼管，橫桿為Φ83X4.5鋼管，斜腹桿為Φ95X5鋼管。桅桿為Φ400X16鋼管。微波發(fā)射塔與主體采用鉸接連接?？紤]到微波發(fā)射塔在大風(fēng)和強震作用下的動力響應(yīng)較大，故本工程采用粘滯流體阻尼器對該塔進行振動控制以減小其動力響應(yīng)，并滿足使用要求。6.3.2結(jié)構(gòu)消能減震設(shè)計的應(yīng)用西安長慶石油勘探局科研樓主446.3.2結(jié)構(gòu)消能減震設(shè)計的應(yīng)用本工程在微波發(fā)射塔標高129.5m和121.5m之間斜向設(shè)置了12個阻尼器；在111.5m平面水平設(shè)置了8個阻尼器。設(shè)置了粘滯流體阻尼器之后，在風(fēng)荷載作用下，塔頂點最大位移（相對于主樓頂部）下降了53.5%，在地震作用下，塔頂點最大位移（相對于主樓頂部）降了62.5%。6.3.2結(jié)構(gòu)消能減震設(shè)計的應(yīng)用本工程在微波發(fā)射塔標高129456.結(jié)構(gòu)隔震、消能減震設(shè)計6.1概述抗震設(shè)計：依靠結(jié)構(gòu)的強度、剛度和延性來抵御地震作用立足于“抗”，是一種消極設(shè)計方法傳統(tǒng)抗震方法存在的問題：（1）結(jié)構(gòu)的安全性難以保證傳統(tǒng)抗震方法以既定的“設(shè)防烈度”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，房屋可能會嚴重破壞。6.結(jié)構(gòu)隔震、消能減震設(shè)計6.1概述466.1概述（2）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（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，地震作用亦隨之增大。（3）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。6.1概述（2）建筑費用和成本大幅度增加476.1概述（4）施工難度大結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點的鋼筋配置過密，9度區(qū)甚至無法排布。（5）建筑物的高度受到限制等。為克服傳統(tǒng)抗震方法的缺陷，結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)（簡稱“結(jié)構(gòu)控制”）逐漸發(fā)展起來。結(jié)構(gòu)控制的概念：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)。

6.1概述（4）施工難度大486.1概述結(jié)構(gòu)控制的概念：在工程結(jié)構(gòu)的特定部位裝設(shè)某種裝置（如隔震墊等）、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(fēng)）的作用下，其結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)（加速度、速度、位移）得到合理的控制，從而確保結(jié)構(gòu)本身及結(jié)構(gòu)中的人、儀器設(shè)備、裝修等的安全或處于正常的使用狀態(tài)。結(jié)構(gòu)控制技術(shù)按控制措施實施的方式不同，一般分為被動控制（PassiveControl）、主動控制（ActiveControl）、半主動控制（Semi—ActiveControl）和混合控制（HybridControl）四類。6.1概述結(jié)構(gòu)控制的概念：在工程結(jié)構(gòu)的特定部位裝設(shè)某種裝置（496.1概述（1）被動控制（PassiveControl）①隔震：在建筑物適當(dāng)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(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。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。6.1概述（1）被動控制（PassiveControl）506.1概述②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，設(shè)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(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)。6.1概述②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，516.1概述③結(jié)構(gòu)附加裝置控制：在結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置安放耗能減振裝置，以達到耗能減振的目的。

主要有：各種耗能支撐、預(yù)應(yīng)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)頻液體阻尼器（TLD）、粘滯流體阻尼器和粘彈性阻尼器等等。6.1概述③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526.1概述（2）主動控制（ActiveControl）指有外加能源的控制，其工作原理為：6.1概述（2）主動控制（ActiveControl）536.1概述常見的類型有：主動調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(ActiveTunedMassDamper,簡稱AMD)；主動支撐系統(tǒng)（ActiveBrace）；主動拉索控制器（ActiveTendon）；主動空氣擋風(fēng)板控制器（ActiveAerodynamicAppendayes）等。6.1概述常見的類型有：546.1概述（3）混合控制（HybridControl）

混合控制是將主動控制與被動控制同時施加在同一結(jié)構(gòu)上的結(jié)構(gòu)振動控制形式。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(jié)構(gòu)的控制。6.1概述（3）混合控制（HybridControl）556.1概述

另一種是并列組合方式，即兩種控制各自獨立工作，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：AMD與TMD相組合，AMD與TLD相組合，主動控制與基礎(chǔ)隔震相組合，主動控制與耗能減振相組合，HMS（液壓－質(zhì)量振動控制系統(tǒng)）與AMD相組合等。6.1概述另一種是并列組合方式，即兩種控制各自獨立工作，對566.1概述

結(jié)構(gòu)消能減震建筑的特點：1.消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，除消能部件和相關(guān)部件外，結(jié)構(gòu)設(shè)計仍可按照《規(guī)范》對相應(yīng)結(jié)構(gòu)類型的要求執(zhí)行。6.1概述結(jié)構(gòu)消能減震建筑的特點：576.1概述消能減震技術(shù)的優(yōu)越性：1、安全性：消能構(gòu)件或消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)和構(gòu)件免遭破壞，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40%—60%。2、經(jīng)濟性：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(shù)合理性：結(jié)構(gòu)越高、越柔，消能減震效果越顯著6.1概述消能減震技術(shù)的優(yōu)越性：586.2結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計結(jié)構(gòu)隔震主要有基底隔震和懸掛隔震兩種6.2.1基底隔震原理在結(jié)構(gòu)物底部與基礎(chǔ)頂面之間設(shè)置隔震消能裝置，使之與固結(jié)于地基中的基礎(chǔ)頂面分開，限制地震動向結(jié)構(gòu)物傳遞。6.2結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計結(jié)構(gòu)隔震主要有基底隔震和懸掛隔震兩種596.2.1基底隔震原理為達到明顯減震效果，通?；A(chǔ)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(jié)構(gòu)的重量；(2)隔震特性：具有足夠的水平初始剛度，在風(fēng)載和小震作用下，體系能保持在彈性范圍內(nèi)，滿足正常使用的要求，而中強地震時，其水平剛度較小，結(jié)構(gòu)為柔性隔震結(jié)構(gòu)體系；(3)復(fù)位特性：地震后，上部結(jié)構(gòu)能回復(fù)到初始狀態(tài)，滿足正常的使用要求。6.2.1基底隔震原理為達到明顯減震效果，通?；A(chǔ)隔震系統(tǒng)需606.2.1基底隔震原理(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(jié)構(gòu)所吸收的地震能量。

基底隔震的適用范圍：高度不超過40m，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)6.2.1基底隔震原理(4)耗能特性：隔震系統(tǒng)本身具有較大的616.2.2基礎(chǔ)隔震裝置隔震裝置由隔震器、阻尼器和復(fù)位裝置組成隔震器的作用：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，抑制結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的過大位移復(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)相同的安全性目前應(yīng)用最多的隔震裝置為隔震橡膠支座6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置隔震裝置由隔震器、阻尼器和復(fù)位裝置組626.2.2基礎(chǔ)隔震裝置

隔震橡膠支座包括天然夾層橡膠支座、鉛芯橡膠支座，高阻尼橡膠支座等。天然夾層隔震橡膠支座

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豎向變形小，而水平剛度較小，且線性性能好。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。6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置隔震橡膠支座包括天然夾層橡膠636.2.2基礎(chǔ)隔震裝置

鉛芯隔震橡膠支座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、美國、意大利等國家都得到了較大的發(fā)展與應(yīng)用。

因為鉛芯橡膠支座不但具有較理想的豎向剛度，而且本身具有消耗地震能量的能力，故鉛芯橡膠支座在結(jié)構(gòu)使用中受到廣泛歡迎。

6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置鉛芯隔震橡膠支座因為鉛芯646.2.2基礎(chǔ)隔震裝置6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置656.2.2基礎(chǔ)隔震裝置

下圖分別是世界上第一棟采用鉛芯橡膠支座隔震的建筑(TheWilliamClaytonBuilding,NewZealand)和世界上使用鉛芯橡膠支座中基底面積最大的建筑(日本)。

6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置下圖分別是世界上第一棟采用鉛666.2.2基礎(chǔ)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)生了地震。6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置日本1997年度評定的隔震建筑中，采676.2.2基礎(chǔ)隔震裝置

1994年1月17日，美國圣菲爾南多發(fā)生洛杉磯地震，震級M=6.7，死亡56人，傷7300人，損失很大。震中附近有兩座醫(yī)院，一座為隔震結(jié)構(gòu)，另一座為抗震結(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（抗震結(jié)構(gòu)）6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置1994年1月17日，美國圣686.2.2基礎(chǔ)隔震裝置

中南加州大學(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(chǔ)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)的各種機器均未損壞，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。6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置中南加州大學(xué)醫(yī)院是橡膠支座隔震696.2.2基礎(chǔ)隔震裝置橄欖景醫(yī)院為抗震結(jié)構(gòu)，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(shè)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。6.2.2基礎(chǔ)隔震裝置橄欖景醫(yī)院為抗震結(jié)構(gòu)，其706.2.3懸掛隔震實例

“雞腿建筑”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，它們也注定要被結(jié)構(gòu)師否定，尤其是在地震危險性較高的地區(qū)。香港人自以為占了塊風(fēng)水寶地，永遠不會地震，確實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)師決定的，還有追求經(jīng)濟利益的業(yè)主。底部沿街樓層對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)師的工作就是盡量滿足這種商業(yè)需求。

6.2.3懸掛隔震實例“雞腿建筑”最初的希望將地面空間71在香港擁擠的高樓大廈中，NormanFoster設(shè)計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Foster本人的理想使然，還是業(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)，代替了雞腿建筑，實現(xiàn)了柯布的早期理想。6.2.3懸掛隔震實例在香港擁擠的高樓大廈中，NormanFost72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)賦予了更充分的結(jié)構(gòu)抗震的合理性，建筑理想的實現(xiàn)多么依賴于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)的進步。

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筋混凝土懸掛隔震示范建筑，如下頁的小圖所示。6.2.3懸掛隔震實例和田先生則以自己敏銳的抗震思維，通過將隔震和懸掛合二736.2.3懸掛隔震實例6.2.3懸掛隔震實例74

底層只有一個核心筒，三層的使用空間通過高強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。它的結(jié)構(gòu)體系非常明確。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，將二者在地震中出現(xiàn)相對變形時，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，以柔克剛，以不變應(yīng)萬變。6.2.3懸掛隔震實例底層只有一個核心筒，三層的使用空間通過高6.2.3756.3結(jié)構(gòu)消能減震6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類結(jié)構(gòu)消能減振體系由主體結(jié)構(gòu)和消能部件（消能裝置和連接件）組成，可以按照消能部件的不同“構(gòu)件型式”分為以下類型：（1）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。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6.3結(jié)構(gòu)消能減震6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類766.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類6.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類776.3.1結(jié)構(gòu)消能減振體系的分類（2）消能剪力墻：可以代替一般結(jié)構(gòu)的剪力