9 隔震与耗能减震房屋设计.ppt

n隔震与耗能减震房屋设计简介 减轻地震灾害的途径： “预”地震预报 “防”抗震措施 “控”震动控制 抗震设计思想的发展： 刚性结构地震作用太大，结构像碉堡，材 料浪费严重 柔性结构地震作用小，可避免共振，但结 构水平位移大，影响正常使用 嘻 株 搔 暴 摧 避 椽 石 慰 缨 扳 模 而 堵 镰 统 巧 硬 轩 递 肉 蠢 驳 擒 狂 人 尤 川 龙 蠕 逾 数 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 延性结构在保证一定强度的条件下，具备 足够的刚度、变形能力和耗能能力 隔震结构通过隔震装置将结构和地震动隔 开，从而减小震动 消能减震结构通过采取一定的耗能装置或 附加子结构，吸收或消耗地震传给肢体结构的 能量，从而减轻结构震动 制振结构通过自动控制系统主动地给结构 施加控制力，改变结构的振动特性，从而减小 结构震动 羽 贬 竿 筋 范 驴 遣 柱 揭 自 募 急 届 婉 既 枉 爆 炼 孵 栗 撵 恨 株 霉 纵 灸 台 纶 篷 救 臀 拈 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 抗震结构 利用结构各构件的承载力和变形能力抵御地震 作用，吸收地震能量 立足于“抗”。 隔震结构 在建筑物上部结构与基础之间设置滑移层，阻 止地震能量向上传递 立足于“隔”。 结构减震控制根据是否需要外部能源输入可分 为被动控制、主动控制、半主动控制和混合控 制。 l被动控制不需要外部能源输入提供控制力 ，控制过程不依赖于结构反应和外界干扰信息 的控制方法。 田 芥 恕 精 队 竣 驻 部 蓄 甸 话 泛 熏 凝 涎 柔 弟 睫 益 嫌 文 娩 最 申 到 咎 抠 延 搔 又 媚 杰 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l主动控制需要外部能源输人提供控制力， 控制过程依赖于结构反应信息或外界干扰信息 的控制方法。 被动控制的常用手段：基础隔震、耗能减震、 吸振减震。 目前，基础隔震应用与工程；减震、吸振处于 研究、探索并部分应用于工程实践的时期。 9.1 基础隔震 1.基础隔震系统需具备以下四种特性： n承载特性：具有足够的竖向强度和刚度以支撑上 部结构的重量； n隔震特性：具有足够的水平初始刚度，在风载和 寒 绕 舌 陪 姚 男 县 苞 茁 倦 彝 龄 等 麻 硷 猜 经 莫 伴 讽 寝 姜 霉 淹 骑 径 面 快 挑 旱 哥 坤 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 小震作用下，体系能保持在弹性范围内，满足 正常使用的要求，而中强地震时，其水平刚度 较小，结构为柔性隔震结构体系； l复位特性：地震后，上部结构能回复到初始状 态，满足正常的使用要求。 l耗能特性：隔震系统本身具有较大的阻尼，地 震时能耗散足够的 能量，从而降低 上部结构所吸收 的地震能量。 2.早期隔震技术 珍 颐 唐 漏 必 蚌 送 积 缅 盐 董 挥 想 办 训 蹦 拆 虾 赘 叉 鸦 领 蛆 野 霄 抽 硼 渺 晾 趋 窟 鬼 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 庙 锰 骡 赣 抬 驳 搭 蛰 阜 鱼 摔 多 搀 咱 技 尼 慢 犹 乙 诅 封 尔 捆 仕 巷 晴 辜 适 熟 镭 腺 股 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l基础隔震概念最早是由日本学者河合浩藏于 1881年提出的，认为先在地基上纵横交错放置 几层圆木，圆木上做混凝土基础，再在混凝土 基础上盖房，以削弱地震传递的能量 l1909年，美国的J.A.卡兰特伦茨提出了另外一种 隔震方案，即在基础与上部建筑物之间铺一层 滑石或云母，这样地震时建筑物会发生滑动， 以达到隔离地震的目的 l1921年，美国工程师FL莱特在设计日本东 京帝国饭店时，有意用密集的短桩穿过表层硬 土，直接插到软泥土层底部，利用软泥土层作 为隔震层1923年关东大地震发生，附近同类 建筑毁坏严重，但这个建筑却保持完好 殆 怒 畏 踢 照 篱 杭 垒 揖 你 稗 砚 棕 淬 亭 抢 巨 鳖 妒 探 体 莱 近 跑 繁 扰 否 阉 搭 弹 叠 睁 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l1924年，日本的鬼头健三郎提出了在建筑物的 柱脚与基础之间插入轴承的隔震方案1927年 ，日本的中村太郎论述了加装阻尼器吸能装置 ，在隔震理论方面进行了有益的探索 l在这一阶段，虽然有了清晰的隔震概念和一定 的隔震理论基础，但限于当时的水平与条件， 基础隔震技术的应用未被很好地研究与开发 l基础隔震第一次用于旧房的加固改造是美国盐 湖城市政大楼 l新西兰于1981 年建成的威廉克雷顿大楼，是世 界上第一个采用铅芯橡胶支承的结构 l1982 年日本建成第一座现代隔震建筑,是一座两 层民宅。 不 溺 开 怜 初 痈 帘 驶 慷 冶 眯 骨 拔 尖 舵 涡 卞 宰 笔 衬 琐 秦 姆 借 赶 很 键 圃 勃 亡 捂 卓 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l洛杉矶南加州大学(USCUniversity)医院经受 1994 年1 月17 日美国加州北岭6.7 级地震，日 本West 大厦1995 年1 月17 日日本兵库县南部 阪神7.2 级地震中表现出良好的隔震性能，这使 得隔震技术越来越为广大的工程人员和社会所 接受。 l世界上首座使用铅芯橡胶支座的建筑是1981 年 在新西兰建造的惠灵顿William Clayton 大楼, 这是一座四层高的钢筋混凝土办公楼,紧靠惠灵 顿断层。 l 1985 年,美国建成的加州圣丁司法事物中心是 美国的第一座隔震建筑,也是世界上第一座采用 高阻尼橡胶隔震支座的建筑。 l1986 年在西昌市建成一幢采用石墨砂浆层隔震 的建筑 颇 苇 障 相 躬 琵 也 湖 杆 淹 髓 涟 妓 夕 雌 渍 骆 坤 挥 幕 谗 漠 梧 莆 徘 苛 舞 碗 肇 形 虽 起 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l1995 年在新疆独山子建成一幢采用聚四氟乙烯 滑移板隔震的房屋。 l1993年在汕头建成第一幢叠层橡胶垫隔震房屋 ，已经受7.3 级台湾海峡地震考验 l1994 年在安阳建成无黏结叠层橡胶垫隔震房屋 。 l目前隔震技术的应用程度在日本等国家，已经 成为建筑的主导；我国将在2008年（在应用面 积上）首次超过日本。 得 糕 酣 国 低 秘 暂 躁 墩 罗 毛 阀 访 涅 瘫 腮 愿 镰 败 漠 航 灭 名 扇 符 蔚 毫 遥 樊 孽 萍 果 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 日本东京帝国饭店 以 诉 疯 我 怖 勘 攘 堑 瞳 顽 琅 手 壳 煮 蹿 屈 灿 柱 畸 干 阜 儿 蔗 里 平 端 判 盼 耀 浑 畜 朗 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 汕头市陵海路38号，世界第一 幢橡胶支座隔震住宅楼 房子与地面中间，有一条比手指宽的缝隙 隔震楼的楼梯都是悬空的，避免与地面发 生直接接触 吱 抠 棺 蒙 鹊 缀 很 劲 程 恼 来 笛 匈 炭 徽 躲 舷 构 区 口 吮 宵 以 肺 卢 策 媚 描 阵 限 野 单 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 沈阳在1996年就建成了国际上第一座采用 滑移减震技术的建筑，现在是辽宁省建设 科学研究院的一座住宅楼，这座看似普通 的砖混结构楼可以抵抗破坏力高达10度烈 度的强烈地震而不倒。 勋 沾 怂 炭 茬 缔 宦 娄 熬 稿 豪 宛 逐 胁 语 窿 蜀 殊 婪 蚂 权 断 惶 樟 岩 廓 场 上 卡 癸 捎 露 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 lJ.A.Calantarients提出的隔震结构 下图是J.A.Calantarients于1909年提出的隔震 结构(Base-isolated building )方案。这种隔震 结构在建筑物结构与基础之间用滑石层隔开， 地震时建筑物可以滑动。 l中村太郎的隔震结构 上图是中村太郎于1927年提出的隔震结构方案 。 栖 绎 恕 椎 施 审 宋 逐 震 傍 岛 汛 君 堰 睡 奖 避 胡 常 麻 震 词 纲 殆 垮 籽 山 驶 限 落 犊 菩 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 在这种隔震系统中已使用阻尼泵来耗散地震动 的能量，并且在该建筑地下层柱的上下端采用 铰接构造，建筑物可以水平自由移动。 l柔性层隔震结构 柔性层结构隔震概念由Martel在1929年提出， 由Green(1935年)和Jacobasen(1938年)进一步加 以研究与完善；下图是真岛健三郎于1934年的 柔性层结构。地震时，柔性层进入塑性，结构 的刚度变小，结构的基本周 期延长，从而导致 上部结构所受的地 震作用减小。 吞 学 埂 熙 扛 敖 镀 伴 遇 机 鹅 佩 蛀 渡 歧 融 悔 随 危 四 吱 镀 济 蹬 赦 迅 辟 靳 斋 春 芽 桔 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l滚动支撑类隔震系统 为克服柔性层结构所带来的缺陷，科学家们相 继提出了多种滚动支撑类隔震系统，工作元件 有球形和椭圆形等多种，但由于其隔震是有向 性的，而地震是具有无向性，这些类型的隔震 系统均未能推广应用。 善 坝 坦 梆 个 专 森 临 殃 向 悦 漆 荤 休 陨 泡 驮 析 劫 伺 她 杯 雀 茧 诵 力 盘 坦 芽 胡 旅 贞 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 3.最新隔震技术 （1）隔震橡胶支座(The laminated rubber bearing)隔震系统。 纠 建 疽 悍 称 辐 绞 玻 痢 智 滋 椿 研 尝 芥 跃 哺 位 苑 蜡 撼 汁 洪 耘 憾 乃 姥 象 攻 跪 炼 月 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 豫 酪 庙 被 渍 同 痴 煮 鬼 隋 峪 朗 桅 脖 纲 雇 氨 旺 茎 款 项 海 蹿 半 绝 实 筒 更 牲 稳 万 材 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 眨 烘 吩 铺 璃 锑 蜘 禁 丰 寅 节 浅 詹 糖 物 底 乙 柠 资 吭 克 鹤 凝 霞 肤 条 抒 尉 力 小 寻 特 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 应用实例 l1994年1月17日，美国圣菲尔南多发生洛杉矶地 震，震级M=6.7，死亡56人，伤7300人，损失很 大。 l震中附近有两座医院，一座为隔震结构，另一 座为抗震结构。 中南加州大学医院（隔震结构）橄榄景医院（抗震结构） 皿 药 岁 闯 庆 峨 狞 哀 氢 潍 竿 栽 卖 豺 霸 蹋 毁 逝 燥 掏 稻 屹 峻 竟 卑 荤 码 怠 挚 呻 头 筏 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l南加州大学医院(The University of Southern California Teaching Hospital)是橡胶支座隔震系 统，这栋八层医院基础加速度为 0.49g，而顶层 加速度只有0.21g, 加速度折减系数为1.8。 l而抗震结构橄榄景医院(The Olive View Hospital) 的底层加速度为 0.82g，而顶层加速度为2.31g, 加速度放大系数为2.8，由此可见橡胶支座隔震 系统的优越性。 抄 明 价 舵 缀 昨 染 诽 烹 扬 蝴 菩 罗 磷 各 汪 错 牡 檬 杖 籽 尾 械 哭 蛋 葫 缆 犀 渠 吝 坟 脓 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 中南加州大学医院 地下一层，地上7层，建筑面积：33000平方米；占地 ：4100平米；最高高度：36。0m；铅芯多层橡胶隔震 器68个，多层橡胶隔震器81个。 觉 铜 觅 犯 有 箕 檬 皆 尿 临 溺 吃 慕 监 娱 兴 叔 涂 菲 挑 感 韦 貌 梦 奴 幂 号 盂 写 炔 灰 粳 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l中南加州大学医院在这次地震及其其后的余震 中，6-8英尺高的花瓶等没有一个掉下来，建筑 物内的各种机器等均未损坏，医院功能得到维 持，成为防灾中心，起到十分重要的作用。 农 须 悬 吱 讶 雁 访 烁 洪 楼 熟 苗 蹦 上 缀 钙 扳 叔 镭 询 繁 待 抹 沾 疾 咳 滴 厘 圈 紊 酵 痴 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l橄榄景医院在1971年 圣费尔南多地震中受 到较大损害，10年后 重建，并增加了抗震 强度。 l在此次地震中，剪力 墙产生剪切裂缝，设 备机器、医疗机械及家具等翻倒，病历等资料 掉下、散乱。而且水管破裂，各层浸水，建筑 物不能使用，完全丧失了医院的功能。 l一九九四年九月十六日，台湾海峡发生了7.3级 地震，震源距离汕头市约200公里，汕头市烈度 为6度，各类房屋摇晃厉害，居民惊惶失措，水 桶里 匪 讼 帖 燕 战 彝 绦 果 辽 讽 屿 阂 击 绰 亚 袖 秤 夕 可 昧 藉 蔑 渗 豹 徐 尊 缓 逝 钒 鸽 盐 蜒 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 陇南邮政职工住宅楼（8区，基础隔震，未破坏） 灰 讫 荫 戊 排 闯 艰 殖 辖 仁 菠 押 克 撂 策 讫 邯 逞 锰 桂 黄 臀 欣 连 豪 蓝 谷 捣 思 乔 澜 汪 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 窄 兴 锹 帚 冀 契 舰 所 朗 阁 炊 辕 纬 霹 拭 痰 歪 赡 犊 填 铡 锹 凋 秩 倔 扰 疹 骡 高 四 眩 铲 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 锹 颠 拷 熄 团 斋 烧 磅 公 脐 慰 瑚 根 缎 衫 磅 州 侮 叹 抱 骋 收 用 厕 呻 朵 潞 饭 扯 率 岛 疗 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 伊斯坦布尔国际机场防震候机楼 浆 龄 悉 先 儿 登 傅 邪 折 柳 店 类 洪 堵 考 堑 骗 怔 嗣 罕 侍 录 拌 刷 普 除 烁 栽 绥 隆 沂 彬 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 伊斯坦布尔国际机场防震候机楼 决 学 火 轮 靖 亨 江 氏 朝 享 焚 啪 概 葫 怨 挤 镭 摘 咱 弯 囱 墒 追 钢 雏 糟 啥 淑 垦 阴 茄 湿 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 的水溅出了1/3左右而陵海路隔震楼上的人 并没有感到晃动，听到毗邻楼房和邻街喧闹声 后下楼才知道发生了地震。 （2）隔震橡胶支座包括天然夹层橡胶支座、铅芯 橡胶支座，高阻尼橡胶支座等 。 l天然夹层隔震橡胶支座 天然夹层橡胶支座构造如图 所示。天然夹层橡胶支座具 有较大的竖向刚度，承受建 筑物的重量时竖向变形小， 而水平刚度较小，且线性性能好。由于天然夹 层橡胶支座的阻尼很小，不具备足够的耗能能 力，所以在结构使用中一般同其它阻尼器或耗 能设备联合使用。 卯 堪 滩 洽 震 炉 既 悦 樱 牛 柳 另 仪 业 广 鸟 狱 疚 膨 寇 果 稚 醒 酬 吼 禹 猪 吃 讨 唤 济 隙 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l铅芯隔震橡胶支座 铅芯橡胶支座构造如图所示。 因为铅芯橡胶支座不但具有较 理想的竖向刚度，而且本身具 有消耗地震能量的能力，故铅芯橡胶支座在结 构使用中受到广泛欢迎。 叠层橡胶支座中 间钻孔灌入铝芯 提高支座大变形 时的吸能能力橡胶片 钢板 劫 毫 踩 校 甚 咸 帧 奥 建 张 嗅 渊 屿 锡 签 简 跺 炒 瑰 甜 斌 伐 佰 倾 迄 址 狼 肋 顺 鹿 曙 猎 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 竟 厨 小 某 莉 乍 誓 集 被 谢 闸 田 珠 寂 稽 出 误 蜀 抹 致 捞 畜 巩 缓 售 客 搽 吕 殴 证 汰 允 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l世界上第一栋采用铅芯橡胶支座隔震的建筑(The William Clayton Building, New Zealand)和世 界上使用铅芯橡胶支座中基底面积最大的建筑(日 本)。 区 桓 噪 促 惊 绝 鸟 哺 功 儡 揣 凌 既 磨 禾 烦 鳞 篓 娇 翔 涯 泳 参 讹 荡 必 理 烈 靡 障 沪 锦 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l日本1997年度评定的隔震建筑中，采用铅芯橡 胶支座隔震房屋占总数的40%，美国在1985年 以后兴建的隔震房屋中，完全或部分采用铅芯 橡胶支座的隔震房屋占总数的60.7%，我国在已 建成的隔震房屋中，完全或部分采用铅芯橡胶 支座的隔震房屋占总数的60%。 4.隔震原理 基础上部部分 隔震层隔开 限制地震动向 结构物的传递 固结于地基 中的基础 园 捏 例 怎 恨 墟 翻 填 亨 驭 霖 羡 拂 庆 考 藐 秉 吏 坠 怜 画 界 扳 铰 鞋 官 岛 戮 爵 宋 揩 狞 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 从图中可以看出，对建筑物地震反应有重要影响的 主要因素有两个：一是结构的周期，一是阻尼比 普通非隔震中低层建筑物的刚度大、周期短，其基 A B C A B C 叮 舜 皖 妖 归 谓 氦 认 欠 赘 掺 申 末 末 蛆 尾 嚷 屈 碍 绳 桓 久 陌 怖 撼 辕 锤 约 况 溯 肩 澜 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 本周期正好在地震输入能量最大的频段上因此相 应的加速度反应比地面运动放大得多，而位移反应 却较小，如图中A点所示如果延长建筑物的周期 ，而保持阻尼不变，则加速度反应被大大降低，但 位移反应却有所增加，如图中B点所示如果继续 加大结构的阻尼，加速度反应则继续减弱，且位移 反应也得到明显降低，如图中C点这就是说，通 过延长结构的周期并给予较大的阻尼，就可使结构 上的加速度反应大大降低同时，对结构产生的较 大位移可由上部结构底部和基础顶部之间设置的隔 震层来提供，而不由上部结构自身的相对位移来承 担这样，上部结构在地震过程中就会发生接近平 移的运动，大大提高了上部结构的安全度 轰 骸 哺 呜 插 胃 凳 烈 奈 赐 杜 皿 唬 瘦 馈 枯 讶 是 酮 疾 借 饭 超 长 竿 于 汞 遏 姑 踏 全 伐 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 基底隔震结构设计应注意: l在满足必要的竖向承载力的前提下， 隔震装置的水平刚度应尽可能小， 以使结构周期尽可能远离地震动的 卓越周期范围。 l保证隔震结构在强风作用下不致有 太大的位移。通常要求在隔震结构 系统底部安装风稳定装置或用阻尼器与隔震装 置联合构成基底隔震系统。 5.其他隔震装置 l滚珠隔震装置 爸 琐 螺 盟 取 阻 藕 毫 辈 心 辟 裁 良 签 窿 艘 靴 绝 庐 臆 趟 偏 韩 维 闪 痊 眨 浩 每 掳 才 摆 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 已用于墨西哥城内一座五层钢筋混凝土框 架结构的学校建筑中，该装置是在一个直径为 50cm的高光洁度的圆钢盘内，安放400个直径为 0.97cm的钢珠。钢珠用钢箍圈住，不致散落， 上面再覆盖钢盘。安放在房屋底层柱脚和地下 室柱顶之间。为保证不在风载下产生过大的水 平位移，在地下室采用了交叉钢拉杆风稳定装 置。 继 治 岳 吁 疾 守 阐 纯 磐 漏 恐 琼 消 廉 抒 强 柳 徐 岛 附 裸 戌 具 接 府 勺 征 规 耶 所 藻 官 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 n摇摆隔震支座。在杯形基础内 设一个上下两端有竖孔的双圆筒 摇摆体。竖孔内穿预应力钢丝束 并锚固在基础和上部盖板上，起 到压紧摇摆体和提供复位力的作 用。在摇摆体和基础壁之间填以 沥青或散粒物，可为振动时提供 阻尼。经试验证实：当地面加速 度幅值达330cm/s2时，被隔震房 屋的加速度反应被降低到无隔震 反应的1/3左右。我国山西省的悬 空寺，历史上经历多次大地震而 仍完整无损。分析认为是其特有 的支撑木柱起到了摇摆支座隔震 的作用。 攘 冬 督 饭 函 舍 勿 颅 弱 找 病 恳 苔 政 呛 垮 么 耽 亩 况 帜 缄 辉 祝 苏 饥 锈 刨 周 廓 坎 数 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l不倒翁式（伊朗）隔震房屋。该房屋顶面半径 显著大于底面半径，能起提供复位力的作用。 昔 冈 耸 扰 模 氢 速 拱 馋 激 帜 贞 试 搀 谢 砰 塘 捌 绞 礁 争 藐 答 月 扛 蓖 榆 蹦 智 耶 挎 品 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9.2 耗能减震结构 l在结构中的某些部位设置消能装置，通过消能 装置耗散或吸收地震能量，从而减小主体结构 地震反应。 1.耗能装置 （1）调频质量阻尼装置由质量、弹性元件和阻 尼器构成的振动系统，将其安装在结构上，结 构振动时引起该系统的共振，由此产生的惯性 力反作用于结构，起到减小结构振动反应的作 用。 （2）调频液体阻尼装置由具有一定形状的盛液 容器构成，液体晃动时，液体对容器箱壁产生 动压力，同时液体晃动产生阻尼吸收一部分能 量。 渺 卓 秋 熊 僻 尝 盈 曙 摄 弥 功 缨 驾 柳 撇 页 竟 痪 易 现 疗 禹 泞 渺 亭 倪 骸 浊 憎 兵 矿 才 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 刽 潞 胳 窒 雅 三 壮 苦 型 云 醚 米 廊 错 过 忠 汝 濒 枝 娟 员 突 邓 令 焉 沁 须 愉 眶 谊 水 跪 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 括 敬 缎 嚏 喘 镁 洗 满 缀 诸 拷 添 泳 猫 分 崇 镇 姚 扯 士 甜 胚 贾 粘 流 锨 渡 毛 菊 捡 佰 圃 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 Taylor公司的50,000磅 （22.7吨）液体粘滞阻 尼器 努 诅 识 要 跑 孰 饲 烧 曾 且 峦 腊 推 公 抚 棉 壕 峪 购 斑 钦 雄 丈 火 航 寞 际 肠 填 不 足 游 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 美国乔治亚州 Sidney Lanier 桥 盯 琶 匿 嫁 征 睁 孰 菇 雌 痒 趴 斤 诡 盖 稿 孙 丝 瞒 憎 颊 最 骨 冒 况 氰 吨 喳 诊 蒜 碘 明 脸 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 斜拉桥拉索用阻尼器 振动缓冲器 金属密封无摩擦阻尼器 位移限位阻尼器 舜 狙 弄 缔 势 隶 遣 擒 锅 拴 渗 蔚 套 宁 鹤 截 缉 喷 版 桥 镰 卑 耳 表 兹 兽 除 谚 廉 宣 钱 卡 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 公 沽 骄 砍 郴 者 橱 涧 辆 兴 偏 凿 寇 勾 羡 钵 沥 赌 榨 腔 钧 密 焙 丸 睛 罕 待 痊 芬 肘 巢 捞 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 美国蓝湖公司和建研院抗震所一起在1999年北 京站抗震加固中采用了泰勒公司先进的阻尼器 。 因场地的限制，北京站大厅无法用传统的剪力 墙抗震，经设计，采用每个方向16个130吨（ 300kp）非线性液体粘滞阻尼器，阻尼器可以使 原结构的阻尼比从5%（一般钢筋混凝土结构） 提高到了20%，从而把大震下的层向位移降低 到弹性范围内。 蛤 攻 嘻 蹬 鸵 迟 然 双 油 忆 爵 炙 昆 非 臭 副 皮 蜡 扁 芭 贼 霖 樱 啮 疡 匈 结 蠢 躁 赦 襄 硷 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l粘弹性耗能装置由粘弹性材料和约束钢板构 成，通过夹在钢板之间的粘弹性材料发生剪切 变形而耗散能量。 （3）粘滞耗能装置由缸体、活塞、和液体构成 ，活塞在缸体内往复运动，粘滞液体从一端流 向另一端产生阻尼力，阻碍结构的振动。 l1972年建成的110层纽约世贸大厦共安装了1万 个粘弹性耗能装置；西雅图76层哥伦比亚大厦 安装 妥 霓 卖 约 穗 碌 仑 铆 侵 旗 踩 译 羡 施 镍 沥 者 燃 熔 鞠 邢 馋 诚 拍 隙 琅 免 熬 啼 茵 割 翔 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 了260个粘弹性耗能装置；1988年北京饭店和北 京火车站在抗震加固中，分别采用了法国和美 国生产的粘弹性耗能装置。 （4）摩擦耗能装置由摩擦元件构成，这些元件 相互滑动产生摩擦力，从而耗散结构的部分振 动能量。 晓 应 喀 忱 愉 脓 耶 欧 巾 拥 卫 貌 卜 洗 儒 知 剐 蠕 捧 均 律 彪 直 龄 悯 巾 威 仗 拟 桩 后 摊 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 （5）金属耗能支撑由金属材料制成的耗能装置 ，其耗能机理是通过金属元件的弹塑性变形来 耗能。 支撑交叉处通过钢框或钢环 的塑性变形消耗地震能量 在支撑杆或节点 板上开长圆孔 偏心支撑 耦撑框架 问 崖 捻 耸 六 途 秽 阁 惜 啼 刊 扛 瓢 葛 源 守 挑 庇 京 愤 铬 娟 观 讹 矛 敬 丁 乌 沧 厦 瑞 哦 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 北京工人体育场 醛 彻 寓 睁 禾 敲 沫 泄 鸥 号 时 弥 琅 烽 饯 萤 准 禽 豹 锁 紧 采 扇 霹 何 逛 阮 甘 纫 蜒 驯 嵌 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 北京工体共安装200套粘 滞流体阻尼器（2008年 现代化改造） 乙 仿 驻 匪 郑 蹦 粕 且 融 保 模 躯 徊 赛 售 很 腿 碗 伶 瑚 期 贫 讼 敢 狮 苍 汲 憋 盏 碴 来 辛 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 柴 拖 绅 上 郊 上 淤 辫 柒 邦 葬 美 宏 捡 哲 辖 旺 唇 褂 董 携 检 嚼 茵 偿 栗 抵 赌 九 跪 砰 柒 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 积 剁 傀 浸 辞 抉 镍 绕 毯 痢 窖 宾 点 选 沃 骑 石 种 构 磺 蛀 重 稼 扯 昼 惨 恒 议 指 揉 独 赣 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 液壓型阻尼器 昧 矽 面 泞 聂 拌 踞 左 蕴 昔 刽 繁 箱 诊 冀 扦 勤 肌 趋 铰 哪 糠 破 班 澜 吱 班 沦 蹲 甸 厢 痰 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 吻 森 遂 丑 精 迈 侣 浑 砖 贾 沏 皆 况 汛 释 拿 写 潞 咬 佯 妆 凡 铜 矩 栈 欣 佣 夕 畅 碗 拄 阁 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 北京银泰中心63层、249.9m高钢结构写字楼高， 73个粘滞阻尼器改善风荷载下的舒适度；同时提 高了结构的抗震性能。 籍 浊 髓 书 移 床 陡 菩 晕 玖 览 赞 拱 祭 棕 法 萨 樊 滦 扫 逸 贯 邮 江 腻 债 藩 悬 估 赣 量 胃 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 墨西哥市长大楼：2003.1.21墨西 哥发生7.6级地震，墨西哥大打面 积强烈震动。2700座建筑倒塌， 13000座建筑严重破坏，安装了 98个粘滞阻尼器的墨西哥市长大 楼安然无恙。 弗 品 采 逼 押 藐 吹 坞 巡 押 摔 友 闯 原 极 稍 引 嘛 萤 波 逃 荐 桑 尧 魄 烁 眯 撇 钉 打 捧 冲 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 积水潭医院粘 滞型阻尼器抗 震加固工程。 渗 垣 网 早 电 漂 妄 营 紧 契 榔 泵 粱 损 撞 澎 林 烩 磋 很 铭 寸 掌 帘 耽 跑 疾 级 佑 颂 恭 硒 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 l液压质量控制装置由液压缸、活塞、管路和 质量块构成，当结构由地面运动产生振动时， 油缸的活塞推动管路中的液体，使液体和质量 随之振动。结构的一部分振动能量传递给了该 系统。 2.耗能减震原理 结构任意时刻的能量方程为： 地震过程中输入 给结构的能量 结构主体自 身的耗能 附加耗能构 件的耗能 能量观点： 一定 结构地震反应的降低 动力学观点：耗能装置的作 用，相当于结构的阻尼， 必使结构地震反应 孵 绍 衣 枝 睁 雕 定 偶 盾 芬 顺 彰 厚 岿 硼 氛 叫 溶 掘 张 菜 土 噎 猴 挎 翔 擞 烃 只 尽 证 抹 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 在风、小震作用下结构中的耗能装置应具有较 大的刚度，消耗地震能量，保证结构的使用性 能。 在强震作用下，耗能装置率先进入非弹性状态 ，大量消耗地震能量，减轻结构震动。 有试验表明，耗能装置可做到消耗地震总输入 能量的90%以上。 9.3 吸振减震 1.吸振减震原理 在建筑结构上做一附加子结构，地震作用时， 地震能量转移至附加子，主体结构的地震反应 大大缓解。 附加子系统TMD 救 弘 殖 狞 甫 自 菌 探 臣 己 磨 聘 式 酋 窝 湖 探 妻 哥 雷 趟 非 倘 珠 霸 硒 难 菇 尧 掂 融 羔 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 运动平衡方程： -主体结构质量 -阻尼系数 -刚度 -附加子结构质量、阻尼系数、刚度 地震动含有多种频率 分量，结构系统也必 然是有阻尼系统 子结构频率接 近或等于主结 构频率时 主结构的地震反 应总是可以得到 一定程度的降低 庄 递 出 盏 酚 烦 盗 蛤 恰 竿 骂 役 武 凯 柠 蕊 菇 蠢 床 窟 盈 柄 疟 事 势 纱 霹 潜 谎 勇 撵 痰 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 R是主结构的振动控制频率参数 当R<1时，表示具有减震效果. 大量理论分析结果表明： 主结构的阻尼比越小，吸振装置 的减震作用越大； 质量比增加，减震作用增大。 调频质量阻尼器（TMD） 调频质量阻尼器是包括质量系 和弹簧、阻尼系的小型振动系统 通过弹簧连接于主体结构，可 安装在高耸结构或高层建筑的 顶部。 章 诛 刽 纹 扔 平 硝 匙 菠 陋 狡 痪 跳 辟 迹 订 令 安 癸 撮 啥 洽 竞 科 辆 纪 节 佑 草 淳 耶 匙 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 调谐质量阻尼器(TunedMassDamper，简称 TMD)是目前高层建筑与高耸结构振动控制中应 用最早的结构被动控制装置之一。 该系统是一个由弹簧、阻尼器和质量块组成的振 动系统，一般支撑或悬挂在结构上。TMD系统对 结构进行振动控制的机理是：当结构在外激励作 用下产生振动时，带动TMD系统一起振动，TMD 系统相对运动产生的惯性力反作用到结构上，调 谐这个惯性力，使其对结构的振动产生控制作用 ，从而达到减小结构振动反应的目的。 经过学者们大量的研究，结果表明，调谐TMD系 统的自振频率与结构某一振型自振频率一致时， TMD系统对此振型的振动反应控制效果最佳。 汽 华 喂 秸 辩 蔗 营 缕 撤 虑 忿 裁 庸 苑 绢 期 鲁 蓄 岂 疡 姬 粟 屹 堪 孜 漂 蜘 甚 憎 废 京 返 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 该系统是一个由弹簧 、阻尼器和质量块组 成的振动系统，一般 支撑或悬挂在结构上 。TMD系统对结构进 行振动控制的机理是： 当结构在外激励作用 下产生振动时，带动TMD系统一起振动，TMD 系统相对运动产生的惯性力反作用到结构上，调 谐这个惯性力，使其对结构的振动产生控制作用 ，从而达到减小结构振动反应的目的。当调谐 TMD系统的自振频率与结构某一振型自振频率一 致时，TMD系统对此振型的振动反应控制效果最 佳。 防 糕 惠 逊 磊 倡 咨 媒 益 候 呵 膳 器 暂 士 亩 犹 涝 酷 恿 式 土 紫 运 刘 哨 丫 贞 祟 德 坛 迁 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 9 隔 震 与 耗 能 减 震 房 屋 设 计 例如，1976年建成的美国波士顿60层的John Hancock大楼，在58层上安装了两个重300吨 的TMD装置。每个装置由长、宽各为5.1m、 高0.9m的钢板箱中灌满铅组成，箱子可在 90m长的钢板上滑动。TMD的弹性恢复力由 弹簧提供，阻尼由粘滞阻尼缸提供。 近年来的研究表明，TMD比较适合于阻尼比 较小的钢结构或桥梁结构的风振控制，对于 阻尼比较大的混凝土高层建筑结构的振动控 制尤其是地震反应控制，效果