1、本章教學(xué)目標(biāo)與要求 了解結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)的基本概念 了解基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)原理和方法 了解消能減震設(shè)計(jì)原理和方法 導(dǎo)入案例導(dǎo)入案例 北京故宮博物院是明成祖永樂帝從北京故宮博物院是明成祖永樂帝從1406年起歷時(shí)年起歷時(shí)14年建造的一座皇城，城內(nèi)數(shù)百個(gè)大小不同的建筑物排列成年建造的一座皇城，城內(nèi)數(shù)百個(gè)大小不同的建筑物排列成一個(gè)巨大的建筑群。這座現(xiàn)存的中世紀(jì)木結(jié)構(gòu)建筑群雖然一個(gè)巨大的建筑群。這座現(xiàn)存的中世紀(jì)木結(jié)構(gòu)建筑群雖然在地震區(qū)內(nèi)，但受到的地震災(zāi)害卻很少。在地震區(qū)內(nèi)，但受到的地震災(zāi)害卻很少。為什么呢？為什么呢？在在1975年開始的故宮設(shè)備配管工程中，從中樞部位地下年開始的故宮設(shè)備配管工程中，從中樞部位地

2、下5-6m處挖掘出處挖掘出略帶粘性的物質(zhì)略帶粘性的物質(zhì)，檢查結(jié)果是一層，檢查結(jié)果是一層煮過的糯煮過的糯米拌石灰米拌石灰。 故宮的主要建筑都建在大理石高臺(tái)之上，下面有這樣故宮的主要建筑都建在大理石高臺(tái)之上，下面有這樣一層柔軟的糯米層，就能夠在一定程度上把建筑物與地震一層柔軟的糯米層，就能夠在一定程度上把建筑物與地震隔離開來，使建筑物免遭震害。隔離開來，使建筑物免遭震害。8.18.1概概 述述 在抗震設(shè)計(jì)的早期，人們?cè)噲D將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為“剛性結(jié)構(gòu)體系”，要求其不發(fā)生強(qiáng)度破壞。但該種結(jié)構(gòu)體系不經(jīng)濟(jì)，且較難實(shí)現(xiàn)；人們還設(shè)想了“柔性結(jié)構(gòu)體系”，即通過減小結(jié)構(gòu)的剛性來避免結(jié)構(gòu)與地面運(yùn)動(dòng)發(fā)生共振，從而減小

3、地震作用。但該種結(jié)構(gòu)體系層間位移較大，在很多情況下不能滿足設(shè)計(jì)和使用要求。 震害表明，將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為“延性結(jié)構(gòu)體系延性結(jié)構(gòu)體系”是適宜的，對(duì)抗震是有利的。剛性結(jié)構(gòu)剛性結(jié)構(gòu)柔性結(jié)構(gòu)柔性結(jié)構(gòu)延性結(jié)構(gòu)延性結(jié)構(gòu) 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（如隔震墊等），或某種機(jī)構(gòu)（如消能支撐；消能剪力墻；消能節(jié)點(diǎn)；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），以改變或調(diào)整結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性或動(dòng)力作用。 工程結(jié)構(gòu)減震控制按技術(shù)方法分類：隔震技術(shù)； 質(zhì)量調(diào)諧減震技術(shù)； 消能減震技術(shù)； 主動(dòng)控制技術(shù)； 混合控制技術(shù)工程結(jié)構(gòu)減震控制隔震技術(shù)消能減震技術(shù)被動(dòng)調(diào)諧減震技術(shù)主動(dòng)控制

4、技術(shù)混合控制技術(shù)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器調(diào)諧質(zhì)量阻尼器” TMD （Tuned Mass Damper）調(diào)諧液體阻尼器調(diào)諧液體阻尼器”TLD（Tuned Liquid Damper） 作動(dòng)器拖動(dòng)附加質(zhì)量阻作動(dòng)器拖動(dòng)附加質(zhì)量阻尼器尼器AMD (Active Mass Damper) TMD被動(dòng)控制體系被動(dòng)控制體系 AMD主動(dòng)控制體系主動(dòng)控制體系 隔震結(jié)構(gòu)體系隔震結(jié)構(gòu)體系消能減震體系消能減震體系 8.2 基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)原理及方法基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)原理及方法8.2.1 基礎(chǔ)隔震原理基礎(chǔ)隔震原理 結(jié)構(gòu)隔震是工程結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)之一。基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)的基本結(jié)構(gòu)隔震是工程結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)之一。基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)的基本思想是在結(jié)構(gòu)物地

5、面以上部分的底部設(shè)置隔震層，使之與固結(jié)于地思想是在結(jié)構(gòu)物地面以上部分的底部設(shè)置隔震層，使之與固結(jié)于地基中的基礎(chǔ)頂面分離開，從而限制地震動(dòng)向結(jié)構(gòu)的傳遞基中的基礎(chǔ)頂面分離開，從而限制地震動(dòng)向結(jié)構(gòu)的傳遞 隔震層上部結(jié)構(gòu)下部結(jié)構(gòu)位 移反應(yīng)ABCT0T1周期（s）小阻尼大阻尼加速度反應(yīng)ABCT0T1周期（s）小阻尼大阻尼隔震前結(jié)構(gòu)周期隔震前結(jié)構(gòu)周期隔震結(jié)構(gòu)周期隔震結(jié)構(gòu)周期結(jié)構(gòu)隔震體系主要適用于下列工程結(jié)構(gòu)隔震體系主要適用于下列工程:(1)地震區(qū)的民用建筑，例如住宅、辦公室、教學(xué)樓、地震區(qū)的民用建筑，例如住宅、辦公室、教學(xué)樓、 宿舍樓、劇院、旅館、大商場等。宿舍樓、劇院、旅館、大商場等。(2)地震區(qū)的生命

6、線工程，例如地震區(qū)的生命線工程，例如:醫(yī)院、急救中心、指揮中醫(yī)院、急救中心、指揮中 心、水廠、電廠、糧食加工廠、通信中心、交通樞紐、心、水廠、電廠、糧食加工廠、通信中心、交通樞紐、 機(jī)場等。機(jī)場等。(3)地震區(qū)的重要建筑結(jié)構(gòu)物，例如地震區(qū)的重要建筑結(jié)構(gòu)物，例如:重要?dú)v史性建筑、博重要?dú)v史性建筑、博 物館、重要紀(jì)念性建筑物、文物或檔案館、重要圖書物館、重要紀(jì)念性建筑物、文物或檔案館、重要圖書資資 料館、法院、監(jiān)獄、危險(xiǎn)品倉庫、有核輻射裝置等。料館、法院、監(jiān)獄、危險(xiǎn)品倉庫、有核輻射裝置等。 (4)內(nèi)部有重要儀器設(shè)備的建筑結(jié)構(gòu)物，例如，計(jì)算機(jī)中內(nèi)部有重要儀器設(shè)備的建筑結(jié)構(gòu)物，例如，計(jì)算機(jī)中 心、精密

7、儀器中心、實(shí)驗(yàn)中心、檢測中心等。心、精密儀器中心、實(shí)驗(yàn)中心、檢測中心等。(5)橋梁、架空輸水渠、雷達(dá)站、天文臺(tái)等重要結(jié)構(gòu)物。橋梁、架空輸水渠、雷達(dá)站、天文臺(tái)等重要結(jié)構(gòu)物。8.2.2常用隔震方法常用隔震方法 1.橡膠墊隔震橡膠墊隔震 夾層橡膠墊是最常見的隔震裝置，基本構(gòu)造如圖夾層橡膠墊是最常見的隔震裝置，基本構(gòu)造如圖8.12所示，由所示，由薄橡膠片與鋼板分層交替疊合，經(jīng)高溫硫化粘結(jié)而成。薄鋼板可限薄橡膠片與鋼板分層交替疊合，經(jīng)高溫硫化粘結(jié)而成。薄鋼板可限制橡膠片的橫向變形，但對(duì)橡膠片的剪切變形影響很小，因此，支制橡膠片的橫向變形，但對(duì)橡膠片的剪切變形影響很小，因此，支座的豎向剛度很大，而水平剛度

8、卻很小。座的豎向剛度很大，而水平剛度卻很小。 ds立面圖斷面圖保護(hù)橡膠中間鋼板橡膠層翼緣直徑D橡膠板鉛芯 鋼板增大阻尼增大阻尼2.滑移隔震滑移隔震 這種隔震方法是在房屋基礎(chǔ)頂面設(shè)置滑移層。風(fēng)載或這種隔震方法是在房屋基礎(chǔ)頂面設(shè)置滑移層。風(fēng)載或小地震時(shí)，靜摩擦力使結(jié)構(gòu)固結(jié)于基礎(chǔ)之上，大震時(shí)，靜小地震時(shí)，靜摩擦力使結(jié)構(gòu)固結(jié)于基礎(chǔ)之上，大震時(shí)，靜摩擦力被克服，結(jié)構(gòu)水平滑動(dòng)，地震作用減小，滑移層間摩擦力被克服，結(jié)構(gòu)水平滑動(dòng)，地震作用減小，滑移層間摩擦阻尼同時(shí)消耗地震能量。為控制滑移層間的摩擦力以摩擦阻尼同時(shí)消耗地震能量。為控制滑移層間的摩擦力以滿足隔震要求，通常采用的滑移層材料為鋼摩擦滑板、石滿足隔震要

9、求，通常采用的滑移層材料為鋼摩擦滑板、石墨、砂料、涂層墊層及聚四氟乙烯等墨、砂料、涂層墊層及聚四氟乙烯等 上部結(jié)構(gòu)底板及基礎(chǔ)上圈梁基礎(chǔ)下圈梁滑移隔震裝置圓錐棒限位阻尼器3.滾珠及滾軸隔震滾珠及滾軸隔震 用高強(qiáng)合金制成的滾珠或滾軸涂以防銹或潤滑涂層后置于上部用高強(qiáng)合金制成的滾珠或滾軸涂以防銹或潤滑涂層后置于上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間，地震作用下，滾珠或滾軸滾動(dòng)而達(dá)到隔震目的。結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間，地震作用下，滾珠或滾軸滾動(dòng)而達(dá)到隔震目的。滾珠隔震可以將滾珠做成圓形置于平板或凹板上，也可將滾珠做成滾珠隔震可以將滾珠做成圓形置于平板或凹板上，也可將滾珠做成橢圓形以形成恢復(fù)力；而滾軸隔震通常做成上、下兩層彼此垂直的

10、橢圓形以形成恢復(fù)力；而滾軸隔震通常做成上、下兩層彼此垂直的滾軸，以保證能在兩個(gè)方向上滑動(dòng)。滾珠或滾軸能把地面運(yùn)動(dòng)幾乎滾軸，以保證能在兩個(gè)方向上滑動(dòng)。滾珠或滾軸能把地面運(yùn)動(dòng)幾乎全部隔開，具有明顯的隔震效果全部隔開，具有明顯的隔震效果U 型 軟 鋼 板滾 珠 或 滾 軸8.2.3 基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)隔震設(shè)計(jì)提出了對(duì)隔震設(shè)計(jì)提出了分部設(shè)計(jì)法分部設(shè)計(jì)法和和水平減震系水平減震系數(shù)數(shù)的概念。分部設(shè)計(jì)方法是把整個(gè)基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)體系分成的概念。分部設(shè)計(jì)方法是把整個(gè)基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)體系分成上部結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)(隔震層以上結(jié)構(gòu)隔震層以上結(jié)構(gòu))、隔震層隔震層、隔震層以下結(jié)構(gòu)隔震

11、層以下結(jié)構(gòu)和和基礎(chǔ)基礎(chǔ)四部分，分別四部分，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。進(jìn)行設(shè)計(jì)。 7 . 0/)(maxiigiiQQ/水平減震系數(shù)水平減震系數(shù)表表12.2.7 隔震層以上結(jié)構(gòu)抗震措施要求與水平向減震系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系隔震層以上結(jié)構(gòu)抗震措施要求與水平向減震系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系水平向減震系數(shù)水平向減震系數(shù) 0.45 0.45設(shè)防烈度設(shè)防烈度(設(shè)計(jì)基本加速度設(shè)計(jì)基本加速度)9 (0.40g) 9(0.40g) 8(0.20g)8 (0.30g) 8(0.30g) 7(0.15g)8 (0.20g) 8(0.20g) 7(0.10g)7 (0.15g) 7(0.15g) 7(0.10g)7 (0.10g) 7(0.10g)

12、 6(0.05g)8.2.3 基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.動(dòng)力分析模型動(dòng)力分析模型 隔震建筑系統(tǒng)的動(dòng)力分析模型可根據(jù)具體情況選用單質(zhì)點(diǎn)模型、多質(zhì)點(diǎn)模型，甚至空間分析模型。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)側(cè)移剛度遠(yuǎn)大于隔震層的水平剛度時(shí)，可以近似認(rèn)為上部結(jié)構(gòu)是一個(gè)剛體，從而將隔震結(jié)構(gòu)簡化為單質(zhì)點(diǎn)模型進(jìn)行分析，其動(dòng)力平衡方程形式為ghxMxKxCxM niihKK1mnmn-1m2m1khzeq圖8.16隔震結(jié)構(gòu) 計(jì)算簡圖hniiieqKK18.2.3 基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水減震系數(shù)水減震系數(shù)2.隔震層上部結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算隔震層上部結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算 隔震層上部結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算可采用底部剪力法或時(shí)程分析法。

13、隔震層上部結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算可采用底部剪力法或時(shí)程分析法。采用時(shí)程分析法計(jì)算時(shí)，計(jì)算簡圖可采用圖采用時(shí)程分析法計(jì)算時(shí)，計(jì)算簡圖可采用圖8.16所示的剪切型結(jié)構(gòu)所示的剪切型結(jié)構(gòu)模型。模型。 采用底部剪力法時(shí)，隔震層以上結(jié)構(gòu)的水平地震作用，沿高度采用底部剪力法時(shí)，隔震層以上結(jié)構(gòu)的水平地震作用，沿高度可采用矩形分布，但應(yīng)對(duì)反應(yīng)譜曲線的水平地震影響系數(shù)最大值進(jìn)可采用矩形分布，但應(yīng)對(duì)反應(yīng)譜曲線的水平地震影響系數(shù)最大值進(jìn)行折減，即乘以行折減，即乘以“水平向減震系數(shù)水平向減震系數(shù)”。3.隔震層的設(shè)計(jì)與計(jì)算隔震層的設(shè)計(jì)與計(jì)算(1)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 隔震支座應(yīng)進(jìn)行豎向承載力的驗(yàn)算和罕遇地震下水平位移的 驗(yàn)算。 (2

14、)橡膠隔震支座平均壓應(yīng)力限值和拉應(yīng)力橡膠隔震支座平均壓應(yīng)力限值和拉應(yīng)力 規(guī)定橡膠隔震支座在永久荷載和可變荷載作用下組合的豎向平規(guī)定橡膠隔震支座在永久荷載和可變荷載作用下組合的豎向平 均壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值，不應(yīng)超過表均壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值，不應(yīng)超過表8-2的規(guī)定，且在罕遇地震作用下的規(guī)定，且在罕遇地震作用下 不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力。不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力。8.2.3 基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (3) 隔震支座在罕遇地震作用下的水平位移驗(yàn)算。隔震支座在罕遇地震作用下的水平位移驗(yàn)算。 罕遇地震下的隔震層剛度中心水平位移宜采用時(shí)程分析法計(jì)算，罕遇地震下的隔震層剛度中心水平位移宜采用時(shí)程分析法計(jì)算，對(duì)砌體結(jié)構(gòu)及與其基本周期相

15、當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，可按簡化式計(jì)算。對(duì)砌體結(jié)構(gòu)及與其基本周期相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，可按簡化式計(jì)算。 4.基礎(chǔ)及隔震層以下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及隔震層以下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)不考慮隔震產(chǎn)生的減震效應(yīng)，按原設(shè)防烈度進(jìn)行抗基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)不考慮隔震產(chǎn)生的減震效應(yīng)，按原設(shè)防烈度進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。當(dāng)隔震層以下有墻、柱等結(jié)構(gòu)時(shí)，其地震作用和抗震驗(yàn)算，震設(shè)計(jì)。當(dāng)隔震層以下有墻、柱等結(jié)構(gòu)時(shí)，其地震作用和抗震驗(yàn)算，應(yīng)應(yīng)釆釆用罕遇地震下用罕遇地震下隔震支座底部的豎向力隔震支座底部的豎向力、水平力和力矩水平力和力矩進(jìn)行計(jì)算。進(jìn)行計(jì)算。5.豎向地震作用的計(jì)算豎向地震作用的計(jì)算 由于目前的橡膠隔震支座對(duì)豎向地震由于目前的橡膠隔震支座對(duì)豎向地震幾乎沒有減

16、震效果幾乎沒有減震效果，因此，因此，須在隔震建筑設(shè)計(jì)時(shí)考慮這一因素。主要是在隔震層以上結(jié)構(gòu)和隔須在隔震建筑設(shè)計(jì)時(shí)考慮這一因素。主要是在隔震層以上結(jié)構(gòu)和隔震層設(shè)計(jì)中考慮這一因素。震層設(shè)計(jì)中考慮這一因素。8.2.4 隔震結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求隔震結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求 (1) 隔震層隔震層應(yīng)提供必要的豎向承載力、側(cè)向剛度和阻尼；穿過隔震應(yīng)提供必要的豎向承載力、側(cè)向剛度和阻尼；穿過隔震 層的設(shè)備配管、配線，應(yīng)采用柔性連接或其他有效措施適應(yīng)隔層的設(shè)備配管、配線，應(yīng)采用柔性連接或其他有效措施適應(yīng)隔 震層的罕遇地震水平位移。震層的罕遇地震水平位移。 (2)隔震層以上結(jié)構(gòu)隔震層以上結(jié)構(gòu)的隔震措施的隔震措施隔震層以上結(jié)構(gòu)應(yīng)采取不

17、阻礙隔震層在罕遇地震下發(fā)生大變形； 隔震層頂部應(yīng)設(shè)置梁板式樓蓋，隔震層與上部結(jié)構(gòu)的連接，隔震層頂部梁板的剛度和承載力，宜大于一般樓面梁板的剛度和承載力；隔震墻下隔震支座的間距不宜大于2.0m；外露的預(yù)埋件應(yīng)有可靠的防銹措施。預(yù)埋件的錨固鋼筋應(yīng)與鋼板牢固連接，錨固鋼筋的錨固長度宜大于20倍錨固鋼筋直徑，且不應(yīng)小于250mm等。 8.3 8.3 消能減震設(shè)計(jì)原理及方法消能減震設(shè)計(jì)原理及方法8.3.1 消能減震原理消能減震原理 結(jié)構(gòu)消能減震技術(shù)的實(shí)質(zhì)是在結(jié)構(gòu)的某些部位設(shè)置消能裝置（或構(gòu)件），通過消能裝置（或構(gòu)件）來大量消散或吸收地震輸入結(jié)構(gòu)中的能量，有效減小主體結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。裝有消能裝置的結(jié)構(gòu)稱為

18、消能減震結(jié)構(gòu)。SDRinEEEEASDRinEEEEE傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu) 消能減震結(jié)構(gòu)消能減震結(jié)構(gòu) 消能構(gòu)件或消能裝置消耗能量結(jié)構(gòu)破壞耗能8.3.2 消能減震方法消能減震方法1.阻尼器消能減震阻尼器消能減震 阻尼器通常安裝在支撐處、框架與剪力墻的連接處、阻尼器通常安裝在支撐處、框架與剪力墻的連接處、梁柱連接處以及上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)連接處等有相對(duì)變形或相梁柱連接處以及上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)連接處等有相對(duì)變形或相對(duì)位移的地方。對(duì)位移的地方。PPP粘彈性材料鋼板1鋼板2P摩擦阻尼器摩擦阻尼器 金屬屈服型阻尼器金屬屈服型阻尼器 粘彈性阻尼器粘彈性阻尼器滯回曲線滯回曲線 12 34567FF1 油缸 2 活塞 3 阻尼孔 4 導(dǎo)桿 5 液壓油 6 油缸蓋 7 副缸 P粘滯阻尼器粘滯阻尼器滯回曲線滯回曲線2.消能部件消能部件 消能部件是由消能裝置及結(jié)構(gòu)中的支撐、墻體、梁或消能部件是由消能裝置及結(jié)構(gòu)中的支撐、墻體、梁或節(jié)點(diǎn)等構(gòu)件組成的消能減震系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)中可采用如下方節(jié)點(diǎn)等構(gòu)件組成的消能減震系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)中可采用如下方式構(gòu)成消能部件。式構(gòu)成消能部件。(a)(b)消能交叉支撐消能交叉支撐 摩擦消能支撐摩擦消能支撐 消能偏心支撐消能偏心支撐消能隅撐消能隅撐 3.消能墻減震消能墻減震消能墻實(shí)質(zhì)上是將阻尼器或消能材料用于墻體所形成的消能構(gòu)件或消能子結(jié)構(gòu)。圖.30周邊消能墻(1) 周邊消能墻。(2) 摩擦消