6.結(jié)構(gòu)隔震、消消能減震設(shè)計(jì)計(jì)6.1概述抗震設(shè)計(jì)：依靠結(jié)構(gòu)的強(qiáng)強(qiáng)度、剛度和和延性來(lái)抵御御地震作用立足于“抗””，是一種消消極設(shè)計(jì)方法法傳統(tǒng)抗震方法法存在的問(wèn)題題：（1）結(jié)構(gòu)的安全全性難以保證證傳統(tǒng)抗震方法法以既定的““設(shè)防烈度””作為設(shè)計(jì)依依據(jù)，由于地地震的隨機(jī)性性，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)的破損程度度及倒塌的可可能性難以控控制，當(dāng)發(fā)生生突發(fā)性超烈烈度地震時(shí)，，房屋可能會(huì)會(huì)嚴(yán)重破壞。。6.1概述（2）建筑費(fèi)用和和成本大幅度度增加傳統(tǒng)方法是在在設(shè)計(jì)時(shí)提高高材料強(qiáng)度、、加大構(gòu)件（（結(jié)構(gòu)）剛度度，其結(jié)果是是斷面越大，，剛度越大，，使用面積減減少，建筑物物自重增大，，地震作用亦亦隨之增大。。（3）適用范圍受受到限制傳統(tǒng)抗震方法法采用的是延延性結(jié)構(gòu)體系系，允許結(jié)構(gòu)構(gòu)部件在強(qiáng)震震時(shí)發(fā)生比較較大的塑性變變形，以消耗耗地震能量，，減輕地震反反應(yīng)，這種方方法對(duì)于某些些不容許在地地震中出現(xiàn)破破壞的結(jié)構(gòu)、、或內(nèi)部有貴貴重裝飾、重重要設(shè)備儀器器的結(jié)構(gòu)是不不適用的。6.1概述（4）施工難度大大結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)節(jié)點(diǎn)的鋼筋配配置過(guò)密，9度區(qū)甚至無(wú)法法排布。（5）建筑物的高高度受到限制制等。為克服傳統(tǒng)抗抗震方法的缺缺陷，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制制技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)“結(jié)構(gòu)構(gòu)控制”）逐逐漸發(fā)展起來(lái)來(lái)。結(jié)構(gòu)控制的概概念：通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)施加控制機(jī)機(jī)構(gòu)，由控制制機(jī)構(gòu)與結(jié)構(gòu)構(gòu)共同承受振振動(dòng)作用，以以調(diào)諧和減輕輕結(jié)構(gòu)的振動(dòng)動(dòng)反應(yīng)，使它它在外界干擾擾作用下的各各項(xiàng)反應(yīng)值被被控制在允許許范圍內(nèi)。6.1概述結(jié)構(gòu)控制的概念：在工工程結(jié)構(gòu)的特定部位裝設(shè)某種裝置（如隔震墊等等）、或某種機(jī)構(gòu)（如消能支撐撐、消能剪力力墻、消能節(jié)節(jié)點(diǎn)、消能器器等）、或某種子結(jié)構(gòu)（如調(diào)頻質(zhì)量量等）、或施加外力（外部能量輸輸入）、或調(diào)調(diào)整結(jié)構(gòu)的動(dòng)動(dòng)力特性，使使工程結(jié)構(gòu)在在地震（或風(fēng)風(fēng)）的作用下下，其結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反反應(yīng)（加速度、速速度、位移））得到合理的控控制，從而確保結(jié)結(jié)構(gòu)本身及結(jié)結(jié)構(gòu)中的人、、儀器設(shè)備、、裝修等的安安全或處于正正常的使用狀狀態(tài)。結(jié)構(gòu)控制技術(shù)術(shù)按控制措施施實(shí)施的方式式不同，一般般分為被動(dòng)控制（PassiveControl）、主動(dòng)控制（ActiveControl）、半主動(dòng)控制（Semi—ActiveControl）和混合控制（HybridControl）四類(lèi)。6.1概述（1）被動(dòng)控制（（PassiveControl）①隔震：在建筑物適當(dāng)當(dāng)部位設(shè)置隔隔震裝置，切切斷或削弱地地面運(yùn)動(dòng)向上上部結(jié)構(gòu)的傳傳遞，并提供供適當(dāng)?shù)淖枘崮?，從而使上上部結(jié)構(gòu)的地地震作用大大大降低，耗能能能力加強(qiáng)。。如疊疊層橡膠墊支支座、高阻尼尼橡膠墊支座座、滑移隔震震支座和混合合隔震裝置等等。6.1概述②結(jié)結(jié)構(gòu)自自控：通過(guò)過(guò)在結(jié)結(jié)構(gòu)中中優(yōu)選選耗能能材料料和耗耗能桿桿件，，設(shè)置置多道道抗震震防線(xiàn)線(xiàn)達(dá)到到耗能能減振振的目目的。。常見(jiàn)的的有：：豎向通通縫SW（剪力力墻））、周周邊縫縫SW、雙功能能連梁梁、帶帶抗震震連梁梁的SW、頂層為為剛性性連梁梁的SW、偏交交支撐撐、梁端設(shè)設(shè)塑性性鉸的的框架架、懸懸掛式式結(jié)構(gòu)構(gòu)、底層設(shè)設(shè)消能能縫的的磚混混結(jié)構(gòu)構(gòu)。6.1概述③結(jié)結(jié)構(gòu)附附加裝裝置控控制：在結(jié)結(jié)構(gòu)的的適當(dāng)當(dāng)位置置安放放耗能能減振振裝置置，以以達(dá)到到耗能能減振振的目目的。。主要有有：各種耗耗能支支撐、、預(yù)應(yīng)應(yīng)力摩摩擦墻墻、金屬阻阻尼器器、摩摩擦阻阻尼器器、調(diào)頻質(zhì)質(zhì)量阻阻尼器器（TMD）、調(diào)頻液液體阻阻尼器器（TLD）、粘滯流流體阻阻尼器器和粘粘彈性性阻尼尼器等等等。。6.1概述（2）主動(dòng)動(dòng)控制制（ActiveControl）指有外外加能能源的的控制制，其其工作作原理理為：：6.1概述常見(jiàn)的的類(lèi)型型有：：主動(dòng)調(diào)調(diào)頻質(zhì)質(zhì)量阻阻尼器器(ActiveTunedMassDamper,簡(jiǎn)稱(chēng)AMD)；主動(dòng)支支撐系系統(tǒng)（（ActiveBrace）；主動(dòng)拉拉索控控制器器（ActiveTendon）；主動(dòng)空空氣擋擋風(fēng)板板控制制器（（ActiveAerodynamicAppendayes）等。。6.1概述（3）混合合控制制（HybridControl）混合控控制是是將主動(dòng)控控制與被動(dòng)控控制同時(shí)施施加在在同一一結(jié)構(gòu)構(gòu)上的的結(jié)構(gòu)構(gòu)振動(dòng)動(dòng)控制制形式式。從其元元素所所起作作用的的相對(duì)對(duì)大小小來(lái)看看，有有兩種種組合合方式式：一種是是主從從組合合方式式，即以以某一一控制制為主主控制制部件件，其其他部部件通通過(guò)主主要部部件實(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)的控控制。。6.1概述另一種種是并并列組組合方方式，即兩兩種控控制各各自獨(dú)獨(dú)立工工作，，對(duì)結(jié)結(jié)構(gòu)實(shí)實(shí)施校校正作作用。目前，，較為為典型型的幾幾種混混合控控制裝裝置有有：AMD與TMD相組合合，AMD與TLD相組合合，主動(dòng)控控制與與基礎(chǔ)礎(chǔ)隔震震相組組合，，主動(dòng)控控制與與耗能能減振振相組組合，，HMS（液壓壓－質(zhì)質(zhì)量振振動(dòng)控控制系系統(tǒng)））與AMD相組合合等。6.1概述結(jié)構(gòu)消消能減減震建建筑的的特點(diǎn)點(diǎn)：1.消能減減震裝裝置可可同時(shí)時(shí)減少少結(jié)構(gòu)構(gòu)的水水平和和豎向向的地地震作作用，，適用用范圍圍較廣廣，結(jié)結(jié)構(gòu)類(lèi)類(lèi)型和和高度度均不不受限限制；；2.消能減減震裝裝置應(yīng)應(yīng)使結(jié)結(jié)構(gòu)具具有足足夠的的附加加阻尼尼，以以滿(mǎn)足足罕遇遇地震震下預(yù)預(yù)期的的結(jié)構(gòu)構(gòu)位移移要求求；3.由于消消能減減震結(jié)結(jié)構(gòu)不不改變變結(jié)構(gòu)構(gòu)的基基本型型式，，除消消能部部件和和相關(guān)關(guān)部件件外，，結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)仍可可按照照《規(guī)范》對(duì)相應(yīng)應(yīng)結(jié)構(gòu)構(gòu)類(lèi)型型的要要求執(zhí)執(zhí)行。。6.1概述消能減減震技技術(shù)的的優(yōu)越越性：：1、安全全性：：消能構(gòu)構(gòu)件或或消能能裝置置在強(qiáng)強(qiáng)震中中能率率先消消耗的的地震震能量量，迅迅速衰衰減結(jié)結(jié)構(gòu)的的地震震反應(yīng)應(yīng)并保保護(hù)主主體結(jié)結(jié)構(gòu)和和構(gòu)件件免遭遭破壞壞，確確保結(jié)結(jié)構(gòu)的的安全全。消能減減震結(jié)結(jié)構(gòu)的的地震震反應(yīng)應(yīng)比傳傳統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)降降低40%—60%。2、經(jīng)經(jīng)濟(jì)性性：消能減減震結(jié)結(jié)構(gòu)可可以減減少剪剪力墻墻的設(shè)設(shè)置，，減少少結(jié)構(gòu)構(gòu)斷面面和配配筋，，可節(jié)節(jié)約造造價(jià)5%——10%。若用用于舊舊建筑筑物的的抗震震加固固，則則可節(jié)節(jié)約造造價(jià)10%—60%。3、技術(shù)術(shù)合理理性：：結(jié)構(gòu)越越高、、越柔柔，消消能減減震效效果越越顯著著6.2結(jié)構(gòu)隔隔震設(shè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)隔隔震主主要有有基底隔隔震和懸掛隔隔震兩種6.2.1基底隔隔震原原理在結(jié)構(gòu)構(gòu)物底底部與與基礎(chǔ)礎(chǔ)頂面之之間設(shè)設(shè)置隔隔震消消能裝置置，使使之與與固結(jié)結(jié)于地基基中的的基礎(chǔ)礎(chǔ)頂面面分開(kāi)，，限制制地震震動(dòng)向向結(jié)構(gòu)物物傳遞遞。6.2.1基底隔隔震原原理為達(dá)到到明顯顯減震震效果果，通通常基礎(chǔ)隔隔震系系統(tǒng)需需具備備以下下四種種特性性：(1)承載特特性：具有有足夠夠的豎豎向強(qiáng)強(qiáng)度和和剛度度以支支撐上上部結(jié)結(jié)構(gòu)的的重量量；(2)隔震特特性：：具有足足夠的的水平平初始始剛度度，在在風(fēng)載載和小小震作作用下下，體體系能能保持持在彈彈性范范圍內(nèi)內(nèi)，滿(mǎn)滿(mǎn)足正正常使使用的的要求求，而而中強(qiáng)強(qiáng)地震震時(shí)，，其水水平剛剛度較較小，，結(jié)構(gòu)構(gòu)為柔柔性隔隔震結(jié)結(jié)構(gòu)體體系；；(3)復(fù)位特特性：：地震后后，上上部結(jié)結(jié)構(gòu)能能回復(fù)復(fù)到初初始狀狀態(tài)，，滿(mǎn)足足正常常的使使用要要求。。6.2.1基底隔隔震原原理(4)耗能特特性：：隔震系系統(tǒng)本本身具具有較較大的的阻尼尼，地地震時(shí)時(shí)能耗耗散足足夠的的能量量，從從而降降低上上部結(jié)結(jié)構(gòu)所所吸收收的地地震能能量。?；赘舾粽鸬牡倪m用用范圍圍：高度不不超過(guò)過(guò)40m，以剪剪切變變形為為主且且質(zhì)量量和剛剛度沿沿高度度分布布比較較均勻勻的多多層和和中高高層結(jié)結(jié)構(gòu)6.2.2基礎(chǔ)隔隔震裝裝置隔震裝裝置由由隔震器器、阻阻尼器器和復(fù)復(fù)位裝裝置組成隔震器器的作作用：支承承上部部結(jié)構(gòu)構(gòu)全部部質(zhì)量量，延延長(zhǎng)結(jié)結(jié)構(gòu)自自振周周期，，同時(shí)時(shí)具有有經(jīng)歷歷較大大變形形的能能力阻尼器器的作作用：：消耗地地震能能量，，抑制制結(jié)構(gòu)構(gòu)可能能發(fā)生生的過(guò)過(guò)大位位移復(fù)位裝裝置的的作用用：提高隔隔震系系統(tǒng)早早期剛剛度使使結(jié)構(gòu)構(gòu)在微微震或或風(fēng)載載作用用下，，能夠夠具有有和普普通結(jié)結(jié)構(gòu)相相同的的安全全性目前應(yīng)應(yīng)用最最多的的隔震震裝置置為隔震橡橡膠支支座6.2.2基礎(chǔ)隔隔震裝裝置隔震橡橡膠支支座包包括天然夾夾層橡橡膠支支座、鉛芯橡橡膠支支座，高阻尼尼橡膠膠支座座等。天然夾夾層隔隔震橡橡膠支支座天然夾夾層橡橡膠支支座具具有較較大的的豎向向剛度度，承承受建建筑物物的重重量時(shí)時(shí)豎向向變形形小，，而水水平剛剛度較較小，，且線(xiàn)線(xiàn)性性性能好好。由于天天然夾夾層橡橡膠支支座的的阻尼尼很小小，不不具備備足夠夠的耗耗能能能力，，所以以在結(jié)結(jié)構(gòu)使使用中中一般般同其其它阻阻尼器器或耗耗能設(shè)設(shè)備聯(lián)聯(lián)合使使用。。6.2.2基礎(chǔ)隔隔震裝裝置鉛芯隔隔震橡橡膠支支座鉛芯隔隔震橡橡膠支支座由由新西西蘭的的ROBINSON及其公公司最最早研研制開(kāi)開(kāi)發(fā)，，以后后在中中國(guó)、、日本本、美美國(guó)、、意大大利等等國(guó)家家都得得到了了較大大的發(fā)發(fā)展與與應(yīng)用用。因?yàn)殂U鉛芯橡橡膠支支座不不但具具有較較理想想的豎豎向剛剛度，，而且且本身身具有有消耗耗地震震能量量的能能力，，故鉛鉛芯橡橡膠支支座在在結(jié)構(gòu)構(gòu)使用用中受受到廣廣泛歡歡迎。。6.2.2基礎(chǔ)隔隔震裝裝置6.2.2基礎(chǔ)隔隔震裝裝置下圖分分別是是世界界上第第一棟棟采用用鉛芯橡橡膠支支座隔隔震的建筑筑(TheWilliamClaytonBuilding,NewZealand)和世界界上使使用鉛鉛芯橡橡膠支支座中中基底底面積積最大大的建建筑(日本)。6.2.2基礎(chǔ)隔隔震裝裝置日本1997年度評(píng)評(píng)定的的隔震震建筑筑中，，采用用鉛芯芯橡膠膠支座座隔震震房屋屋占總總數(shù)的的40%；美國(guó)在在1985年以后后興建建的隔隔震房房屋中中，完完全或或部分分采用用鉛芯芯橡膠膠支座座的隔隔震房房屋占占總數(shù)數(shù)的60.7%；我國(guó)在在已建建成的的隔震震房屋屋中，，完全全或部部分采采用鉛鉛芯橡橡膠支支座的的隔震震房屋屋占總總數(shù)的的60%。1994年9月16日，臺(tái)灣灣海峽發(fā)發(fā)生了7.3級(jí)地震，，震源距距離汕頭頭市約200公里，汕汕頭市烈烈度為6度，各類(lèi)類(lèi)房屋搖搖晃厲害害，居民民驚惶失失措，水桶里的的水濺出出了1/3左右……而陵海路路隔震樓樓上的人人并沒(méi)有有感到晃晃動(dòng)，聽(tīng)聽(tīng)到毗鄰鄰樓房和和鄰街喧喧鬧聲后后下樓才知知道發(fā)生生了地震震。6.2.2基礎(chǔ)隔震震裝置1994年1月17日，美國(guó)國(guó)圣菲爾爾南多發(fā)發(fā)生洛杉杉磯地震震，震級(jí)級(jí)M=6.7，死亡56人，傷7300人，損失失很大。。震中附近近有兩座座醫(yī)院，，一座為為隔震結(jié)構(gòu)構(gòu)，另一座為為抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)。中南加州州大學(xué)醫(yī)醫(yī)院（隔隔震結(jié)構(gòu)構(gòu)）橄欖景醫(yī)醫(yī)院（抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)）6.2.2基礎(chǔ)隔震震裝置中南加州大大學(xué)醫(yī)院院是橡膠膠支座隔隔震系統(tǒng)。地地下一層層，地上上7層，建筑筑面積：33000平方米；；最高高高度：36.0m；鉛芯多層層橡膠隔隔震器68個(gè)，多層橡膠膠隔震器器81個(gè)。地震時(shí)，，這棟八八層醫(yī)院院基礎(chǔ)加加速度為0.49g，而頂層層加速度度只有0.21g,加速度折折減系數(shù)數(shù)為0.43。在這次地地震及其其其后的的余震中中，建筑筑物內(nèi)的的各種機(jī)機(jī)器均未損壞，，醫(yī)院功功能得到到維持，，成為防防災(zāi)中心心，起到到十分重要的作作用。6.2.2基礎(chǔ)隔震震裝置橄欖景醫(yī)醫(yī)院為抗抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)，其底層加速速度為0.82g，而頂層層加速度為2.31g,加速度放放大系數(shù)數(shù)為2.8。在此次地地震中，，剪力墻墻產(chǎn)生剪剪切裂縫，，設(shè)備機(jī)機(jī)器、醫(yī)醫(yī)療機(jī)械械及家具等翻翻倒，病病歷等資資料掉下下、散亂。而而且水管管破裂，，各層浸浸水，建筑物不不能使用用，完全全喪失了了醫(yī)院的的功能。。10年后重建建，并增增加了抗抗震強(qiáng)度度。6.3結(jié)構(gòu)消能能減震6.3.1結(jié)構(gòu)消能能減振體體系的分分類(lèi)結(jié)構(gòu)消能能減振體體系由主體結(jié)構(gòu)構(gòu)和消能能部件（消能裝裝置和連連接件））組成，，可以按按照消能能部件的的不同““構(gòu)件型型式”分分為以下下類(lèi)型：：（1）消能支支撐：可可以代替替一般的的結(jié)構(gòu)支支撐，在在抗震和和抗風(fēng)中中發(fā)揮支支撐的水水平剛度度和消能能減振作作用。消能裝置置可以做做成方框支撐撐、圓框框支撐、、交叉支支撐、斜斜桿支撐撐、K型支撐等6.3.1結(jié)構(gòu)消能能減振體體系的分分類(lèi)6.3.1結(jié)構(gòu)消能能減振體體系的分分類(lèi)（2）消能剪剪力墻：可以代代替一般般結(jié)構(gòu)的的剪力墻墻，在抗抗震和抗抗風(fēng)中發(fā)發(fā)揮支撐撐的水平平剛度和和消能減減震作用用。消能剪力力墻的形形式主要有：：6.3.1結(jié)構(gòu)消能能減振體體系的分分類(lèi)（3）消能節(jié)節(jié)點(diǎn)：在在結(jié)構(gòu)的的梁柱節(jié)節(jié)點(diǎn)或梁梁節(jié)點(diǎn)處處安裝消消能裝置置。當(dāng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)產(chǎn)生側(cè)向向位移、、在節(jié)點(diǎn)點(diǎn)處產(chǎn)生生角度變變化或者者轉(zhuǎn)動(dòng)式式錯(cuò)動(dòng)時(shí)時(shí)，消能能裝置即即可以發(fā)發(fā)揮消能能減震作作用。6.3.1結(jié)構(gòu)消能能減振體體系的分分類(lèi)（4）消能聯(lián)聯(lián)接：在結(jié)構(gòu)的的縫隙處處或結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件之之間的聯(lián)聯(lián)結(jié)處設(shè)設(shè)置消能能裝置。。當(dāng)結(jié)構(gòu)在在縫隙或或聯(lián)結(jié)處處產(chǎn)生相相對(duì)變形形時(shí)，消消能裝置置即可以以發(fā)揮消消能減震震作用6.3.1結(jié)構(gòu)消能能減振體體系的分分類(lèi)（5）消能支支承或懸懸吊構(gòu)件件：對(duì)于某些些線(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)（如管管道、線(xiàn)線(xiàn)路，橋橋梁的懸懸索、斜斜拉索的的連接處處等），，設(shè)置各各種支承承或者懸懸吊消能能裝置，，當(dāng)線(xiàn)結(jié)結(jié)構(gòu)發(fā)生生振（震震）動(dòng)時(shí)時(shí)，支支承或者者懸吊構(gòu)構(gòu)件即發(fā)發(fā)生消能能減震作作用。6.3.1結(jié)構(gòu)消能能減振體體系的分分類(lèi)目前最常常見(jiàn)的消消能器為為粘滯（流流體）阻阻尼器和粘彈性阻阻尼器。。粘滯（流流體）阻阻尼器：基本原理理是與結(jié)結(jié)構(gòu)共同同工作的粘粘滯流體體阻尼器器的導(dǎo)桿受受力，推推動(dòng)活塞塞運(yùn)動(dòng)，活活塞兩邊邊的高粘粘性阻尼介介質(zhì)產(chǎn)生生壓力差差，使阻尼介介質(zhì)通過(guò)過(guò)阻尼孔孔，產(chǎn)生阻尼尼力。6.3.1結(jié)構(gòu)消能能減振體體系的分分類(lèi)6.3.1結(jié)構(gòu)消能能減振體體系的分分類(lèi)阻尼器的的構(gòu)造6.3.1結(jié)構(gòu)消能能減振體