９隔震與耗能減震房屋設(shè)計(jì)·本章要點(diǎn)

■了解：隔震與耗能減震的概念與原理；隔震與耗能減震的設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)方法；隔震結(jié)構(gòu)的有關(guān)構(gòu)造措施；隔震裝置與耗能器的類型與特點(diǎn)1９.１概述傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震是通過增強(qiáng)結(jié)構(gòu)本身的抗震性能（強(qiáng)度、剛度、延性）來抵御地震作用的，即由結(jié)構(gòu)本身儲(chǔ)存和消耗地震能量，這是被動(dòng)消極的抗震對(duì)策。合理有效的抗震途徑是對(duì)結(jié)構(gòu)施加控制裝置（系統(tǒng)），由控制裝置與結(jié)構(gòu)共同承受地震作用，即共同儲(chǔ)存和耗散地震能量，以調(diào)協(xié)和減輕結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。這種結(jié)構(gòu)抗震途徑稱為結(jié)構(gòu)減震控制。結(jié)構(gòu)減震控制根據(jù)是否需要外部能源輸入可分為被動(dòng)控制、主動(dòng)控制、半主動(dòng)控制和混合控制。（１）被動(dòng)控制不需要外部能源輸入提供控制力，控制過程不依賴于結(jié)構(gòu)反應(yīng)和外界干擾信息的控制方法。（2）主動(dòng)控制需要外部能源輸人提供控制力，控制過程依賴于結(jié)構(gòu)反應(yīng)信息或外界干擾信息的控制方法。主動(dòng)控制系統(tǒng)由傳感器、運(yùn)算器和施力作動(dòng)器3部分組成。主動(dòng)控制是將現(xiàn)代控制理論和自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)抗震的高新技術(shù)。2９.１概述(3）半自動(dòng)控制不需要外部能源輸人直接提供控制力，控制過程依賴于結(jié)構(gòu)反應(yīng)信息或外界干擾信息的控制方法。(4）混合控制不同控制方式相結(jié)合的控制方法。3９.２隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.2.1結(jié)構(gòu)隔震的原理與隔展結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)l.結(jié)構(gòu)隔震的概念與原理（１）結(jié)構(gòu)隔震的概念房屋基礎(chǔ)隔震：在建筑物基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震裝置（或系統(tǒng)）形成隔震層，把房屋結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)隔離開來，利用隔震裝置來隔離或耗散地震能量以避免或減少地震能量向上部結(jié)構(gòu)傳輸，以減少建筑物的地震反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)地震時(shí)建筑物只發(fā)生輕微運(yùn)動(dòng)和變形，從而使建筑物在地震作用下不損壞或倒塌。4９.２隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隔震系統(tǒng)一般由隔震器、阻尼器等所構(gòu)成，它具有豎向剛度大、水平剛度小，能提供較大阻尼的特點(diǎn)。（２）結(jié)構(gòu)隔震的原理基礎(chǔ)隔震的原理就是通過設(shè)置隔震裝置系統(tǒng)形成隔震層，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的周期，適當(dāng)增加結(jié)構(gòu)的阻尼，使結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng)大大減少，同時(shí)使結(jié)構(gòu)的位移集中于隔震層，上部結(jié)構(gòu)像剛體一樣，自身相對(duì)位移很小，結(jié)構(gòu)基本上處于彈性工作狀態(tài)，從而建筑物不產(chǎn)生破壞或倒塌。2.隔震結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)①提高了地震時(shí)結(jié)構(gòu)的安全性；②上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加靈活，抗震措施簡(jiǎn)單明了；③防止內(nèi)部物品的振動(dòng)、移動(dòng)、翻倒，減少了次生災(zāi)害；④防止非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞；⑤抑制了振動(dòng)時(shí)的不舒適感，提高了安全感和居住性；5９.２隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)⑥可以保持機(jī)械、儀表、器具的功能；⑦震后無需修復(fù)，具有明顯的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益；⑧經(jīng)合理設(shè)計(jì)，可以降低工程造價(jià)。(a）傳統(tǒng)抗震房屋、強(qiáng)烈晃動(dòng)；(b）隔震房屋、輕微晃動(dòng)；6９.２隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.隔震結(jié)構(gòu)適用范圍①醫(yī)院、銀行、保險(xiǎn)、通訊、警察、消防、電力等重要建筑；②首腦機(jī)關(guān)、指揮中心以及放置貴重設(shè)備、物品的房屋；③圖書館和紀(jì)念性建筑；④一般工業(yè)與民用建筑。(c）傳統(tǒng)房屋的地震反應(yīng)；(d）隔震房屋的地震反應(yīng)7９.２隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.2.2隔震系統(tǒng)的組成與類型1.隔震系統(tǒng)的組成隔震系統(tǒng)一般由隔震器、阻尼器、地基微震動(dòng)與風(fēng)反應(yīng)控制裝置等部分組成。（１）隔震器主要作用：一方面在豎向支撐建筑物的重量，另一方面在水平方向具有彈性，能提供一定的水平剛度，延長(zhǎng)建筑物的基本周期，以避開地震動(dòng)的卓越周期，降低建筑物的地震反應(yīng)，能提供較大的變形能力和自復(fù)位能力。常用的隔震器有疊層橡膠支座、螺旋彈簧支座、摩擦滑移支座等。（２）阻尼器主要作用：吸收或耗散地震能量，抑制結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的位移反應(yīng)，同時(shí)在地震終了時(shí)幫助隔震器迅速?gòu)?fù)位。常用的阻尼器有彈塑性阻尼器、粘彈性阻尼器、粘滯阻尼器、摩擦阻尼器等。8９.２隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（３）地基微震動(dòng)與風(fēng)反應(yīng)控制裝置主要作用：增加隔震系統(tǒng)的初期剛度，使建筑物在風(fēng)荷載或輕微地震作用下保持穩(wěn)定。常用的隔震系統(tǒng)主要有疊層橡膠支座隔震系統(tǒng)、摩擦滑移加阻尼器隔震系統(tǒng)、摩擦滑移擺隔震系統(tǒng)等。9.2.3隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求1.隔震結(jié)構(gòu)方案的選擇隔震建筑方案的采用，應(yīng)根據(jù)建筑抗震設(shè)防類別、設(shè)防烈度、場(chǎng)地條件、建筑結(jié)構(gòu)方案和建筑使用要求，進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性綜合比較分析后確定。2.隔震層的設(shè)置隔震層宜設(shè)置在結(jié)構(gòu)第一層以下的部位。當(dāng)隔震層位于第一層及以上時(shí)，結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)與普通隔震結(jié)構(gòu)可能有較大差異，隔震層以下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算也更復(fù)雜，需作專門研究。3.上部結(jié)構(gòu)的地震作用和抗震措施9９.２隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.2.4隔震結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算隔震結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算可采用底部剪力法和時(shí)程分析法。9.2.5隔震結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施１.隔震層的構(gòu)造要求隔震層應(yīng)由隔震支座、阻尼器和為地基微震動(dòng)與風(fēng)荷載提供初剛度的部件組成，阻尼器可與隔震支座為一體，亦可單獨(dú)設(shè)計(jì)。必要時(shí)，宜設(shè)置防風(fēng)鎖定裝置。隔震支座和阻尼器的連接構(gòu)造，應(yīng)符合有關(guān)要求。２.隔震層頂部梁板體系的構(gòu)造要求為了保證隔震層能夠整體協(xié)調(diào)工作，隔震層頂部應(yīng)設(shè)置平面內(nèi)剛度足夠大的梁板體系。隔震支座附近的梁柱受力狀態(tài)復(fù)雜，地震時(shí)還會(huì)受沖切，因此，應(yīng)考慮沖切和局部承壓，加密箍筋并根據(jù)需要配置網(wǎng)狀鋼筋。10９.２隔隔震結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)３.砌體結(jié)結(jié)構(gòu)的的構(gòu)造造要求求承重外外墻盡盡端至至門窗窗洞邊邊的最最小距距離及及圈梁梁的截截面和和配筋筋構(gòu)造造應(yīng)符符合有有關(guān)規(guī)規(guī)定。。隔震后后磚房房構(gòu)造造柱設(shè)設(shè)置要要求４.鋼筋混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)的構(gòu)構(gòu)造要要求11９.３耗耗能減減震結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)9.3.1結(jié)構(gòu)耗耗能減減震原原理與與耗能能減震震結(jié)構(gòu)構(gòu)特點(diǎn)點(diǎn)結(jié)構(gòu)耗耗能減減震：：在結(jié)結(jié)構(gòu)物物某些些部位位（如如支撐撐、剪剪力墻墻、節(jié)節(jié)點(diǎn)、、連接接縫或或連接接件、、樓層層空間間、相相鄰建建筑間間、主主附結(jié)結(jié)構(gòu)間間等））設(shè)置置耗能能（阻阻尼））裝置置（或或元件件），，通過過耗能能（阻阻尼））裝置置產(chǎn)生生摩擦擦，彎彎曲（（或剪剪切、、扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)）彈彈塑（（或粘粘彈））性滯滯回變變形耗耗能來來耗散散或吸吸收地地震輸輸人結(jié)結(jié)構(gòu)中中的能能量，，以減減小主主體結(jié)結(jié)構(gòu)地地震反反應(yīng)，，從而而避免免結(jié)構(gòu)構(gòu)產(chǎn)生生破壞壞或倒倒塌，，達(dá)到到減震震控震震的目目的。。耗能減震結(jié)結(jié)構(gòu)：裝有有耗能（阻阻尼）裝置置的結(jié)構(gòu)。。在傳統(tǒng)的抗抗震結(jié)構(gòu)中中，主要依依靠結(jié)構(gòu)體體系的滯回回耗能消耗耗輸人結(jié)構(gòu)構(gòu)的地震能能量，但因因結(jié)構(gòu)構(gòu)件件在利用其其自身彈塑塑性變形消消耗地震能能量的同時(shí)時(shí)，構(gòu)件本本身將遭到到損傷甚至至破壞，某某一結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件耗能越越多，則其其破壞越嚴(yán)嚴(yán)重。在耗能減震震結(jié)構(gòu)體系系中，耗能能（阻尼））裝置或元元件在主體體結(jié)構(gòu)進(jìn)人人非彈性狀狀態(tài)前率先先進(jìn)人耗能能工作狀態(tài)態(tài)，充分發(fā)發(fā)揮耗能作作用，耗散散大量輸入入結(jié)構(gòu)體系系的地震能能量，則結(jié)結(jié)構(gòu)本身需需消耗的能能量很少，，12９.３耗能減減震結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)這意味著結(jié)結(jié)構(gòu)反應(yīng)將將大大減小小，從而有有效地保護(hù)護(hù)了主體結(jié)結(jié)構(gòu)，使其其不再受到到損傷或破破壞。耗能減震結(jié)結(jié)構(gòu)具有減減震機(jī)理明明確，減震震效果顯著著，安全可可靠，經(jīng)濟(jì)濟(jì)合理，技技術(shù)先進(jìn)，，適用范圍圍廣等特點(diǎn)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)能量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換途徑對(duì)對(duì)比(a）地震輸人人；(b）傳統(tǒng)抗震震結(jié)構(gòu)；(:）消能減震震結(jié)構(gòu)13９.３耗能減減震結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)9.3.2耗能減震裝裝置的類型型根據(jù)耗能機(jī)機(jī)制的不同同分：摩擦擦耗能器、、鋼彈塑性性耗能器、、鉛擠壓阻阻尼器、粘粘彈性阻尼尼器和粘滯滯阻尼器等等；根據(jù)耗能器器耗能的依依賴性分：：速度相關(guān)關(guān)型（如粘粘彈性阻尼尼器和粘滯滯阻尼器））和位移相相關(guān)型（如如摩擦耗能能器、鋼彈彈塑性耗能能器和鉛擠擠壓阻尼器器）等。9.3,3耗能減震結(jié)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)要求１.耗能部件的的設(shè)置耗能減震結(jié)結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)據(jù)罕遇地震震作用下的的預(yù)期結(jié)構(gòu)構(gòu)位移控制制要求，設(shè)設(shè)置適當(dāng)?shù)牡暮哪懿考哪懿坎考捎珊暮哪芷骷靶毙敝?、填填充墻、梁梁或?jié)點(diǎn)等等組成。耗能減震結(jié)結(jié)構(gòu)中的耗耗能部件應(yīng)應(yīng)沿結(jié)構(gòu)的的兩個(gè)主軸軸方向分別別設(shè)置，耗耗能部件宜宜設(shè)置在層層間變形較較大的位置置，其數(shù)量量和分布應(yīng)應(yīng)通過綜合合分析合理理確定。14９.３耗能減減震結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)２.耗能部件的的性能要求求①耗能器器應(yīng)具有足足夠的吸收收和耗散地地震能量的的能力和恰恰當(dāng)?shù)淖枘崮幔缓哪懿坎考郊咏o給結(jié)構(gòu)的有有效阻尼比比宜大于10%，超過20％時(shí)宜按20％計(jì)算。②耗能部部件應(yīng)具有有足夠的初初始剛度，，并滿足有有關(guān)要求。。③耗能器器應(yīng)具有優(yōu)優(yōu)良的耐久久性能，能能長(zhǎng)期保持持其初始性性能；④耗能器器構(gòu)造應(yīng)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單，施工工方便，易易維護(hù)；⑤耗能器器與斜支撐撐、填充墻墻、梁或節(jié)節(jié)點(diǎn)的連接接，應(yīng)符合合鋼構(gòu)件連連接或鋼與與鋼筋混凝凝土構(gòu)件連連接的構(gòu)造造要求，并并能承擔(dān)耗耗能器施加加給連接節(jié)節(jié)點(diǎn)的最大大作用力。。3.耗能器附加加給結(jié)構(gòu)的的有效阻尼尼比和有效效剛度當(dāng)采用底部部剪力法、、振型分解解反應(yīng)譜法法和靜力非非線性法時(shí)時(shí)，耗能部部件附加給給結(jié)構(gòu)的有有效阻尼比比可按下式式估算15９.３耗能減減震結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)當(dāng)耗能器的的阻尼系數(shù)數(shù)和有效剛剛度與結(jié)構(gòu)構(gòu)振動(dòng)周期期有關(guān)時(shí)，，可取相應(yīng)應(yīng)于耗能減減震結(jié)構(gòu)基基本自振周周期的值。。當(dāng)采用非線線性時(shí)程分分析法時(shí)，，耗能器附附加給結(jié)構(gòu)構(gòu)的有效阻阻尼比和有有效剛度宜宜根據(jù)耗能能器的恢復(fù)復(fù)力模型確確定。４.耗能減震結(jié)結(jié)構(gòu)體系的的抗震計(jì)算算分析耗能減震結(jié)結(jié)構(gòu)體系的的抗震計(jì)算算分析，一一般情況下下，宜采用用靜力非線線性分析或或非線性時(shí)時(shí)程分析方方法。當(dāng)耗耗能減震體體系的主要要結(jié)構(gòu)構(gòu)件件基本處于于彈性工作作階段時(shí)，，可采取