1、1广东工业大学建设学院 韦爱凤2l传统的抗震设计方法：传统的抗震设计方法：“小震不坏，中震可修，小震不坏，中震可修，大震不倒大震不倒” 结构进入弹塑性状态结构进入弹塑性状态l常规做法常规做法 加大构件截面，提高结构刚度加大构件截面，提高结构刚度l存在问题：存在问题：l 发生突发性的超过设防烈度地发生突发性的超过设防烈度地震震 建筑物内部重要的设备、仪器、建筑物内部重要的设备、仪器、计算机网络、急救指挥系统、通讯系统、医院计算机网络、急救指挥系统、通讯系统、医院医疗设备对建筑物的抗震性能有更高要求医疗设备对建筑物的抗震性能有更高要求 以以“抗抗”为主，构件断面越大，为主，构件断面越大，结构刚度越
2、大，地震作用也越大结构刚度越大，地震作用也越大. 高强轻质材料的应用高强轻质材料的应用3l4.1.1 结构控制的减震机理结构控制的减震机理l结构减震控制结构减震控制通过改变或调整结构的动力特性通过改变或调整结构的动力特性或动力作用或动力作用 l 在建筑结构的特定部位在建筑结构的特定部位装设某种装置（如隔震支座），装设某种装置（如隔震支座）， 装设某种机构（如消能支撑、消能剪力墙、消能节点，装设某种机构（如消能支撑、消能剪力墙、消能节点，消能器等）消能器等）装设某种子结构（如调频质量等）装设某种子结构（如调频质量等）施加外力（外部能量输入）施加外力（外部能量输入）l使结构的动力反应（加速度、速度
3、、位移）明显减使结构的动力反应（加速度、速度、位移）明显减少，并得到合理的控制少，并得到合理的控制l确保结构本身及结构中的人、仪器、设备、装潢等确保结构本身及结构中的人、仪器、设备、装潢等的安全和处于正常的使用环境状态的安全和处于正常的使用环境状态4l一般结构的动力方程式：一般结构的动力方程式：) 1 . 4()(gsssxmtFKxxcxm )2 . 4(xxxxxxsss 5l第一种分类第一种分类 按技术方法分按技术方法分l第二种分类第二种分类 按是否有外部能源输入分按是否有外部能源输入分l第三种分类第三种分类 按与结构频率相关性分按与结构频率相关性分6结构减震控制结构减震控制结构隔震结构
4、隔震Seismic Isolation消能减震消能减震Energy Dissipation质量调谐减震质量调谐减震TMD,TLD等等主动、半主动控制主动、半主动控制AMD,AVS,AVSD等等混合控制混合控制Hybrid Control7结构隔震结构隔震消能减震消能减震质量调谐质量调谐主动质量阻尼器主动质量阻尼器主动拉索或支撑主动拉索或支撑主动变刚度，变阻尼主动变刚度，变阻尼主动变刚度阻尼主动变刚度阻尼混合控制混合控制（部分能源（部分能源输入）输入）混合主动、被动控制混合主动、被动控制智能材料自控智能材料自控主动、半主动控制主动、半主动控制（有外部能源输入）（有外部能源输入）被动控制被动控制（
5、无外部能源输入）（无外部能源输入）结结构构减减震震控控制制89结构减震控制结构减震控制频率相关控制频率相关控制频率无关控制频率无关控制避开共振频率避开共振频率消能减震消能减震质量调谐质量调谐主动外加控制主动外加控制隔震隔震主动变刚度主动变刚度被动质量调谐被动质量调谐混合质量调谐混合质量调谐主动质量阻尼器主动质量阻尼器主动质量驱动装置主动质量驱动装置避开主动拉索系统避开主动拉索系统主动变刚度，变阻尼主动变刚度，变阻尼主动支撑系统主动支撑系统智能材料自控智能材料自控消能支撑消能支撑消能剪力墙消能剪力墙消能节点消能节点各种消能各种消能10l减震控制结构的地震反应与传统抗震结减震控制结构的地震反应与传
6、统抗震结构的地震反应的比值大约为：构的地震反应的比值大约为：l隔震结构隔震结构 850l消能结构消能结构 4060lTMD被动控制结构被动控制结构 4060l主动或半主动控制结构主动或半主动控制结构 105011新旧抗震抗风体系相对比新旧抗震抗风体系相对比结构控制体系优越性结构控制体系优越性传统体系传统体系结构控制体系结构控制体系抗震概念及抗震概念及途径途径“硬抗硬抗”地震或风；加地震或风；加强结构；加粗断面强结构；加粗断面“以柔克刚以柔克刚”新概新概念；调整结构动力念；调整结构动力特性；隔震、消能特性；隔震、消能或控制或控制有效减震；经济；建有效减震；经济；建筑设计不受太多限制；筑设计不受太
7、多限制；检测修复方便检测修复方便设计依据设计依据按预定设防烈度按预定设防烈度考虑突发性超烈度考虑突发性超烈度大地震大地震确保安全确保安全保护对象保护对象只保护结构本身只保护结构本身既保护结构，也保既保护结构，也保护结构内部设备、护结构内部设备、仪器、装修等仪器、装修等满足现代社会要求满足现代社会要求适用范围适用范围新设计的结构物新设计的结构物新结构物、旧结构新结构物、旧结构物的耐震改良；一物的耐震改良；一般建筑、重要建筑、般建筑、重要建筑、仪器设备仪器设备适用范围广适用范围广12名称名称应用范围应用范围技术成熟性技术成熟性隔震隔震结构水平刚度较大的，或高宽结构水平刚度较大的，或高宽比较小的多层
8、、高层建筑，或比较小的多层、高层建筑，或要求地震中确保安全的建筑物、要求地震中确保安全的建筑物、桥梁、设备、仪器等桥梁、设备、仪器等安全可靠，明显有效减震，安全可靠，明显有效减震，技术很成熟技术很成熟消能减震消能减震结构水平刚度较小的，或高宽结构水平刚度较小的，或高宽比较大的多层、高层建筑，塔比较大的多层、高层建筑，塔架，管线等架，管线等安全可靠，明显有效减震，安全可靠，明显有效减震，技术成熟技术成熟质量调频质量调频（TMD等）等）主振型较为明显和稳定的多层、主振型较为明显和稳定的多层、高层、超高层建筑，塔架，大高层、超高层建筑，塔架，大跨度桥梁等跨度桥梁等视情况不同，可有效减震，视情况不同，
9、可有效减震，技术基本成熟技术基本成熟半主动控制半主动控制（AVS,AVSD）对抗震抗风要求较高的高层、对抗震抗风要求较高的高层、超高层建筑，塔架等超高层建筑，塔架等有效减震，较为经济简易，有效减震，较为经济简易，技术尚未十分成熟技术尚未十分成熟主动控制主动控制（AMD等）等）对抗震抗风要求较高的高层、对抗震抗风要求较高的高层、超高层建筑，塔架等超高层建筑，塔架等有效减震，较为昂贵复杂，有效减震，较为昂贵复杂，技术尚未成熟技术尚未成熟13l4.2.1结构隔震体系的基本特性结构隔震体系的基本特性l结构隔震体系结构隔震体系结构物底部（或某层结构物底部（或某层间部位）设置隔震装置而形成的结构体间部位）
10、设置隔震装置而形成的结构体系系1415l1.承载特性承载特性l 隔震装置隔震装置 竖向承载能力竖向承载能力l2.隔震特性隔震特性l 隔震装置隔震装置 可变的水平刚度特性可变的水平刚度特性强风或微小地震强风或微小地震 具有足够的刚度具有足够的刚度中强地震中强地震 变柔变柔l3.复位特性复位特性l 隔震装置隔震装置 水平弹性恢复力水平弹性恢复力l4.阻尼消能特性阻尼消能特性l 隔震装置隔震装置 足够的阻尼足够的阻尼隔震体系必须满足的四个基本特性隔震体系必须满足的四个基本特性16l1.结构隔震动力分析模型结构隔震动力分析模型17l结构体系动力微分方程式：结构体系动力微分方程式：l隔震结构体系的固有频
11、率隔震结构体系的固有频率n、阻尼比阻尼比:)3 . 4(ggsssKxxcKxxcxm nnmcmK2;)4 . 4(2222gngnsnsnsxxxxx 18l设地面的场地特征频率为设地面的场地特征频率为，地面地震加地面地震加速度反应为速度反应为 ，由式（，由式（4.4）可求出可求出l定义定义 为隔震结构为隔震结构“加速度反应加速度反应l衰减比衰减比”tigex sx agsRxx )6 . 4(21)2(12222nnngsaxxR 19l当已知：当已知： 隔震结构体系要求的隔震结构体系要求的“加速度反应衰加速度反应衰减比减比”Ra场地特征频率与隔震装置的固有频率场地特征频率与隔震装置的固
12、有频率之比之比l求得隔震层所要求的阻尼比求得隔震层所要求的阻尼比)7 . 4(111212222ananRRn2021l（1）当）当 时，时，Ra1结构体系为传统抗震结构体系，结构结构体系为传统抗震结构体系，结构的地震反应被放大；的地震反应被放大；l（3）当）当 时，时，Ra1传统抗震结构与场地共振传统抗震结构与场地共振4142. 1nn4142. 1n0 . 1n22l一般场地的特征周期一般场地的特征周期Tg0.250.90s，特特征频率征频率1.14.0Hzl一般的多层房屋，结构的自振周期一般的多层房屋，结构的自振周期Tn0.21.2s, 自振频率自振频率n 0.85.0Hzl采用夹层橡胶
13、隔震支座的隔震结构，能使采用夹层橡胶隔震支座的隔震结构，能使结构的自振周期延长至结构的自振周期延长至Tn25s, 自振频自振频率率n 0.20.5Hz，一般能满足一般能满足 的要求。的要求。4142. 1n234.2.3结构隔震的优越性及应用范围结构隔震的优越性及应用范围l1.结构隔震的优越性：结构隔震的优越性：l（1）明显有效地减轻结构的地震反应）明显有效地减轻结构的地震反应试验结果试验结果 强震记录强震记录 加速度加速度1/21/12l(2)确保安全确保安全上部结构层间位移小，加速度反应小，弹性上部结构层间位移小，加速度反应小，弹性状态状态l（3）房屋造价增加少）房屋造价增加少上部结构造价
14、减小，隔震装置增加造价（上部结构造价减小，隔震装置增加造价（5），总造价增加不多，对高烈度地区总造），总造价增加不多，对高烈度地区总造价降低。价降低。24l（4）抗震措施简单明了）抗震措施简单明了主要是隔震层的设计主要是隔震层的设计l（5）震后无须修复）震后无须修复建筑物不损坏，只要检查隔震装置建筑物不损坏，只要检查隔震装置l（6）上部结构的建筑设计限制较小）上部结构的建筑设计限制较小超高砌体房屋，大开间灵活单元多层住宅房超高砌体房屋，大开间灵活单元多层住宅房屋，不规则建筑结构物屋，不规则建筑结构物25l 隔震与消能减震设计，应主要应用于使隔震与消能减震设计，应主要应用于使用功能有特殊要求的建
15、筑及抗震设防烈用功能有特殊要求的建筑及抗震设防烈度为度为8、9度的建筑。度的建筑。 l（1）要求确保地震时人们生命安全的建）要求确保地震时人们生命安全的建筑物或构筑物筑物或构筑物l（2）地震区重要的生命线工程）地震区重要的生命线工程l（3）较重要的建筑结构物）较重要的建筑结构物l（4）内部有重要的设备仪器的建筑结构）内部有重要的设备仪器的建筑结构物物l（5）桥梁、架空输水渠等重要结构）桥梁、架空输水渠等重要结构26l（6）重要历史文物、重要艺术珍品、需）重要历史文物、重要艺术珍品、需确保地震中得到保护的各种中珍贵物品确保地震中得到保护的各种中珍贵物品等的局部隔震等的局部隔震l（7）重要设备、仪
16、器、雷达站、天文台）重要设备、仪器、雷达站、天文台等需确保地震中得到保护的各种重要装等需确保地震中得到保护的各种重要装备或构筑物的局部隔震备或构筑物的局部隔震l（8）建筑物、结构物内部需特别进行局）建筑物、结构物内部需特别进行局部保护的楼层，可设局部隔震区部保护的楼层，可设局部隔震区l（9）已有的建筑物、结构物或设备、仪）已有的建筑物、结构物或设备、仪器、设施等不符合抗震要求者，可采用器、设施等不符合抗震要求者，可采用隔震技术进行隔震加固改良，使其能确隔震技术进行隔震加固改良，使其能确保强地震中的安全保强地震中的安全。2728l竖向承载能力大竖向承载能力大l隔震效果明显、稳定隔震效果明显、稳定
17、l具有稳定的弹性复位功能具有稳定的弹性复位功能l构造简单，安装方便构造简单，安装方便l耐久性较好耐久性较好l可安装在不同的标高位置，且受建筑物可安装在不同的标高位置，且受建筑物的地基不均匀沉降的影响不十分敏感的地基不均匀沉降的影响不十分敏感29按按“隔震装置隔震装置”分分夹层橡胶支座夹层橡胶支座摩擦滑移隔震层摩擦滑移隔震层滚动隔震层滚动隔震层支承式摆动隔震支承式摆动隔震混合隔震装置混合隔震装置30按按“隔震层位置隔震层位置”分分基础隔震基础隔震层间隔震层间隔震桥梁桥墩顶隔震桥梁桥墩顶隔震屋架或网架支座隔震屋架或网架支座隔震房屋内部隔震房屋内部隔震313233结构隔震控制目标的确定结构隔震控制目
18、标的确定 依据：设防烈度及场地条件依据：设防烈度及场地条件 工程结构重要性工程结构重要性 确定：结构地震作用（降低幅度）确定：结构地震作用（降低幅度） 结构加速度反应容许值结构加速度反应容许值常规结构设计常规结构设计 结构体系和布置结构体系和布置 结构构件（断面、结构构件（断面、配筋配筋等）等） 结构荷载（恒载，使用荷载，环境干扰荷载，地震，风等）结构荷载（恒载，使用荷载，环境干扰荷载，地震，风等） 结构内力（轴力，剪力，弯矩）结构内力（轴力，剪力，弯矩） 地基基础设计地基基础设计 结构倾覆稳定计算结构倾覆稳定计算隔震装置选用隔震装置选用 隔震装置性能：承载力，刚度，阻尼，变形能力等隔震装置性
19、能：承载力，刚度，阻尼，变形能力等 隔震装置确定：类型，布置，数量隔震装置确定：类型，布置，数量34结构隔震作用计算结构隔震作用计算 结构地震作用，减震系数（层间剪力比值）结构地震作用，减震系数（层间剪力比值） 结构地震加速度反应结构地震加速度反应 上部结构抗倾覆，抗风验算上部结构抗倾覆，抗风验算隔震结构抗震验算隔震结构抗震验算 上部结构强度，变形验算上部结构强度，变形验算 下部结构强度，变形验算下部结构强度，变形验算 隔震层最大位移验算隔震层最大位移验算隔震建筑构造设计隔震建筑构造设计 连接点设计连接点设计 隔离缝构造处理隔离缝构造处理 楼梯及各种建筑构造节点楼梯及各种建筑构造节点 管线柔性
20、处理管线柔性处理结构隔震体系动力参数确定结构隔震体系动力参数确定 设计计算模型设计计算模型 隔震层刚度，阻尼比隔震层刚度，阻尼比 隔震体系振型自振周期隔震体系振型自振周期 输入地震波输入地震波35l隔震设计应根据预期的水平向减震系数和位移隔震设计应根据预期的水平向减震系数和位移控制要求，选择适当的隔震支座控制要求，选择适当的隔震支座(含阻尼器含阻尼器)及及为抵抗地基微震动与风荷载提供初刚度的部件为抵抗地基微震动与风荷载提供初刚度的部件组成结构的隔震层。组成结构的隔震层。l 隔震支座应进行竖向承载力的验算和罕遇地隔震支座应进行竖向承载力的验算和罕遇地震下水平位移的验算。震下水平位移的验算。l 隔
21、震层以上结构的水平地震作用应根据水平隔震层以上结构的水平地震作用应根据水平向减震系数确定；其竖向地震作用标准值，向减震系数确定；其竖向地震作用标准值，8度和度和9度时分别不应小于隔震层以上结构总重度时分别不应小于隔震层以上结构总重力荷载代表值的力荷载代表值的20和和40。 36l（1）水平地震作用的计算方法）水平地震作用的计算方法l 等效侧力法（相当于底部剪力法）等效侧力法（相当于底部剪力法）l 时程分析法时程分析法l满足下列条件的隔震房屋，可用等效侧力法：满足下列条件的隔震房屋，可用等效侧力法：非隔震时，结构基本周期小于非隔震时，结构基本周期小于1.0s(刚度大）刚度大）体型基本规则，且抗震
22、计算符合采用底部剪体型基本规则，且抗震计算符合采用底部剪力法的结构力法的结构建筑场地为建筑场地为、类，并选用稳定性好类，并选用稳定性好的基础类型的基础类型水平荷载标准值（除地震作用外）产生的总水平荷载标准值（除地震作用外）产生的总水平力，不超过水平力，不超过0.1G隔震层设置在结构第一层以下的部位隔震层设置在结构第一层以下的部位l其他情况，除采用等效侧力法计算外，尚应采其他情况，除采用等效侧力法计算外，尚应采用时程分析法计算用时程分析法计算37l（2）关于地震作用计算的规定关于地震作用计算的规定l水平地震作用沿高度可采用矩形分布水平地震作用沿高度可采用矩形分布l水平地震影响系数的最大值水平向减
23、水平地震影响系数的最大值水平向减震系数震系数* *maxmaxl水平向减震系数应根据结构隔震与非隔水平向减震系数应根据结构隔震与非隔震两种情况下各层层间剪力的最大比值震两种情况下各层层间剪力的最大比值确定确定l表表4.3 4.3 确定水平向减震系数的比值划分确定水平向减震系数的比值划分 层间剪力最大层间剪力最大比值比值0.530.350.260.18水平减震系数水平减震系数0.750.500.380.2538l 9度时和度时和8度且水平向减震系数为度且水平向减震系数为0.25时，隔震层以上的结构应进行竖向地震时，隔震层以上的结构应进行竖向地震作用的计算；作用的计算；l 8度且水平向减震系数不大
24、于度且水平向减震系数不大于0.5时，宜时，宜进行竖向地震作用的计算。进行竖向地震作用的计算。l 隔震层以上结构竖向地震作用标准值隔震层以上结构竖向地震作用标准值计算时，各楼层可视为质点，计算竖向计算时，各楼层可视为质点，计算竖向地震作用标准值沿高度的分布。地震作用标准值沿高度的分布。 l 采用本地区的设防烈度采用本地区的设防烈度39l隔震层以下结构隔震层以下结构(包括地下室包括地下室)的地震作的地震作用和抗震验算，应采用罕遇地震下隔震用和抗震验算，应采用罕遇地震下隔震支座底部的竖向力、水平力和偏心矩进支座底部的竖向力、水平力和偏心矩进行计算行计算 40l 隔震支座水平动刚度和等效粘滞阻尼隔震支
25、座水平动刚度和等效粘滞阻尼比由试验确定比由试验确定l对多遇地震验算对多遇地震验算宜采用水平加载频率为宜采用水平加载频率为0.3Hz且隔震支座剪且隔震支座剪切变形为切变形为50的水平刚度和等效粘滞阻尼比的水平刚度和等效粘滞阻尼比l对罕遇地震验算，对罕遇地震验算，直径小于直径小于600mm的隔震支座宜采用水平加的隔震支座宜采用水平加载频率为载频率为0.1Hz且隔震支座剪切变形不小于且隔震支座剪切变形不小于250时的水平动刚度和等效粘滞阻尼比时的水平动刚度和等效粘滞阻尼比直径不小于直径不小于600mm的隔震支座可采用水平的隔震支座可采用水平加载频率为加载频率为0.2Hz且隔震支座剪切变形为且隔震支座
26、剪切变形为100时的水平动刚度和等效粘滞阻尼比时的水平动刚度和等效粘滞阻尼比 41l隔震房屋的基本周期隔震房屋的基本周期l式中式中 T1 隔震体系的基本周期；隔震体系的基本周期；l G 隔震层以上结构的重力荷载隔震层以上结构的重力荷载代表值；代表值；l K 隔震层的水平动刚度；隔震层的水平动刚度；l g 重力加速度。重力加速度。 gKGT2142l KKj (4-9)lK隔震层水平动刚度；隔震层水平动刚度；lKjj隔震支座隔震支座(含阻尼器含阻尼器)由试验确定的水平动由试验确定的水平动刚度，当试验发现动刚度与加载频率有关时，刚度，当试验发现动刚度与加载频率有关时，宜取相应于隔震体系基本自振周期
27、的动刚度值宜取相应于隔震体系基本自振周期的动刚度值 l eqKjjK (4-10)l eq隔震层等效粘滞阻尼比；隔震层等效粘滞阻尼比；lj j隔震支座由试验确定的等效粘滞阻尼比，隔震支座由试验确定的等效粘滞阻尼比，单独设置的阻尼器时，应包括该阻尼器的相应单独设置的阻尼器时，应包括该阻尼器的相应阻尼比；阻尼比； 43lVik层间剪力标准值；层间剪力标准值；Fjk作用于质点作用于质点j的水平地震作用标准值；的水平地震作用标准值；)11. 4(), 1(niFVnijjkik44lu隔震层水平位移；隔震层水平位移；FEK上部结构底上部结构底部总剪力标准值；部总剪力标准值； s 近场系数近场系数s)1
28、2. 4(KFuEKs甲乙甲乙类建类建筑筑距发震断距发震断层距离层距离（Km)551010s1.51.21.0丙类建筑丙类建筑s1.045l要考虑扭转影响要考虑扭转影响 l 采用有效的抗扭措施或扭转周期小于平采用有效的抗扭措施或扭转周期小于平动周期的动周期的70时，扭转影响系数可取时，扭转影响系数可取1.1546l（1）隔震支座的受压承载力设计值）隔震支座的受压承载力设计值l形状系数形状系数l当形状系数当形状系数 S1=15, S2=5时时甲类建筑甲类建筑 =10 MPa乙类建筑乙类建筑 =12MPa丙类建筑丙类建筑 =15 MPa (d300mm, S2=4,降低降低20， 4S2=3,降低
29、降低40rrtdStddS2101447l（2）隔震层的连接部位）隔震层的连接部位 按罕遇地震作按罕遇地震作用进行强度验算用进行强度验算l（3）抗风装置）抗风装置 验算验算lVRw抗风装置的水平承载力设计值抗风装置的水平承载力设计值lVwk风荷载作用下隔震层的水平剪力标风荷载作用下隔震层的水平剪力标准值准值lrw=1.4)13. 4(RwwkwVVr48l(4)隔震支座在罕遇地震作用下的最大水隔震支座在罕遇地震作用下的最大水平位移应满足：平位移应满足：lUmax罕遇地震作用罕遇地震作用 扭转影响扭转影响 隔震支隔震支座座 最大位移最大位移ld隔震支座隔震支座 直径直径ltr隔震支座隔震支座 橡
30、胶层橡胶层 总厚度总厚度)15. 4(3)14. 4(55. 0maxmaxrtudu49l（1）与上部结构、下部结构可靠连接）与上部结构、下部结构可靠连接l（2）与上部结构、下部结构之间的连接）与上部结构、下部结构之间的连接螺栓和锚固钢筋验算螺栓和锚固钢筋验算 考虑：考虑：罕遇地震作用罕遇地震作用水平剪力、竖向力、偏心距水平剪力、竖向力、偏心距l锚固钢筋的锚固长度锚固钢筋的锚固长度 20d =250mm5051l(3)形状系数的要求形状系数的要求l一般一般 S1=15 S2=5ld橡胶的有效直径；橡胶的有效直径；d0橡胶支座中间开孔橡胶支座中间开孔的直径；的直径；a矩形截面橡胶支座的长边尺寸
31、；矩形截面橡胶支座的长边尺寸；b矩形截面橡胶支座的短边尺寸；矩形截面橡胶支座的短边尺寸；tr!每一每一橡胶层的厚度；橡胶层的厚度；tr橡胶层的总厚度；橡胶层的总厚度；)17. 4()(2)16. 4(411101rrtbaabStddS)19. 4()18. 4(22rrtbStdS52l4.3.1 结构消能减震体系的基本特征结构消能减震体系的基本特征l 设置消能器设置消能器 控制预期的结构变形，在控制预期的结构变形，在罕遇地震下罕遇地震下 不发生严重破坏不发生严重破坏53l减震特性减震特性 消耗能量消耗能量传统体系传统体系 构件破坏构件破坏消能体系消能体系 消能构件（非承重构件）消能构件（非
32、承重构件）lER结构物地震反应的能量；结构物地震反应的能量；lED结构阻尼消耗的能量结构阻尼消耗的能量(5%)； lES构件损坏消耗的能量；构件损坏消耗的能量；l EA消能装置消耗的能量；消能装置消耗的能量；)21. 4()20. 4(ASDRinSDRinEEEEEEEEE54消能减震体系减震原理示意图消能减震体系减震原理示意图55l（1）同时减少水平和竖向地震作用，适）同时减少水平和竖向地震作用，适应范围广，结构类型和高度不受限制应范围广，结构类型和高度不受限制l（2）消能装置应使结构具有足够的附加）消能装置应使结构具有足够的附加阻尼阻尼l（3）消能装置不改变结构的基本形式，）消能装置不改
33、变结构的基本形式，增加了消能部件和相关部件增加了消能部件和相关部件 结构设计要结构设计要求不变求不变56l消能装置消能装置 提供阻尼提供阻尼 消耗能量消耗能量 减减小地震反应小地震反应57l优越性：优越性：l（1）安全性）安全性 结构地震反应减少结构地震反应减少4060，主体结构及构件免遭破坏主体结构及构件免遭破坏l（2）经济性）经济性 l 传统抗震结构传统抗震结构 硬抗硬抗l 消能减震结构消能减震结构 “柔性消能柔性消能” l 减少剪力墙的设置，减小构造断面，减少配减少剪力墙的设置，减小构造断面，减少配筋，安全性反而提高筋，安全性反而提高l（3）技术合理性）技术合理性l 刚度大刚度大 地震作
34、用大地震作用大 结构刚度大结构刚度大58l应用范围：应用范围：l 层数越多，跨度越大，变形越大，消能层数越多，跨度越大，变形越大，消能减震效果越明显减震效果越明显l（1）高层、超高层建筑）高层、超高层建筑l（2）高柔结构，高耸塔架）高柔结构，高耸塔架l（3）大跨度桥梁）大跨度桥梁l（4）柔性管道，管线（生命线工程）柔性管道，管线（生命线工程）l（5）旧有高柔建筑或结构物的抗震（抗）旧有高柔建筑或结构物的抗震（抗风）性能的改善提高风）性能的改善提高59按按消消能能装装置置性性能能分分其他类型其他类型速度相关型速度相关型位移相关型位移相关型粘滞型：油阻尼器，液态阻尼器粘滞型：油阻尼器，液态阻尼器粘
35、弹型：粘弹性材料粘弹型：粘弹性材料金属屈服型：软钢，铅金属屈服型：软钢，铅摩擦阻尼装置摩擦阻尼装置铅橡胶阻尼器铅橡胶阻尼器形状记忆合金形状记忆合金60按构件形式分按构件形式分消能支撑消能支撑消能剪力墙消能剪力墙消能节点消能节点消能连接消能连接消能支承或悬吊构件消能支承或悬吊构件614.3.5 结构消能减震房屋设计计算要点结构消能减震房屋设计计算要点l1.设计步骤：设计步骤：l（1）计算未采用消能减震结构的位移，）计算未采用消能减震结构的位移，预计结构的控制位移预计结构的控制位移l（2）计算附加阻尼）计算附加阻尼l（3）选择消能装置，确定其数量、布置）选择消能装置，确定其数量、布置和提供的阻尼大
36、小和提供的阻尼大小l（4）设计相应的耗能构件）设计相应的耗能构件l（5）进行整体分析，确认是否满足位移）进行整体分析，确认是否满足位移控制要求控制要求62l线性分析方法线性分析方法 当主体结构基本处于弹当主体结构基本处于弹性工作阶段时采用性工作阶段时采用 l 根据结构的变形特征和高度等，按根据结构的变形特征和高度等，按本规范的规定分别采用底部剪力法、振本规范的规定分别采用底部剪力法、振型分解反应谱法和时程分析法。其地震型分解反应谱法和时程分析法。其地震影响系数可根据消能减震结构的总阻尼影响系数可根据消能减震结构的总阻尼比按规范规定采用。比按规范规定采用。l一般情况下，宜采用一般情况下，宜采用静
37、力非线性分析静力非线性分析或或非线性时程分析方法。非线性时程分析方法。 63l消能减震结构的总刚度消能减震结构的总刚度=l 结构刚度结构刚度+消能部件有效刚度消能部件有效刚度l 消能减震结构的总阻尼比消能减震结构的总阻尼比= =l结构阻尼比结构阻尼比+ +消能部件附加给结构的有效消能部件附加给结构的有效阻尼比阻尼比 64l1. 消能部件附加的有效阻尼比消能部件附加的有效阻尼比a：l aWc(4Ws) (4.26)l la消能减震结构的附加有效阻尼比；消能减震结构的附加有效阻尼比；l Wc 所有所有消能部件消能部件在结构预期位移下往在结构预期位移下往复一周所消耗的能量；复一周所消耗的能量；l W
38、s设置消能部件的设置消能部件的结构结构在预期位移下在预期位移下的总应变能。的总应变能。 65l 2 不计及扭转影响时，消能减震结构在不计及扭转影响时，消能减震结构在其水平地震作用下的总应变能，可按下其水平地震作用下的总应变能，可按下式估算：式估算：l Ws (1/2)Fi ui (4.27)l Fi质点质点i的水平地震作用标准值；的水平地震作用标准值；l ui 质点质点i对应于水平地震作用标准值对应于水平地震作用标准值的位移。的位移。 66l3 速度线性相关型速度线性相关型消能器在水平地震作用下所消能器在水平地震作用下所消耗的能量，可按下式估算：消耗的能量，可按下式估算：l Wc(22/T1)
39、Cjcos2juj2 (4.28)l T1消能减震结构的基本自振周期；消能减震结构的基本自振周期；l Cj第第j个消能器由试验确定的线性阻尼系数；个消能器由试验确定的线性阻尼系数；l j第第j个消能器的消能方向与水平面的夹角；个消能器的消能方向与水平面的夹角；l uj第第j个消能器两端的相对水平位移。个消能器两端的相对水平位移。l 当消能器的阻尼系数和有效刚度与结构振动当消能器的阻尼系数和有效刚度与结构振动周期有关时，可取相应于消能减震结构基本自周期有关时，可取相应于消能减震结构基本自振周期的值。振周期的值。 67l 4 位移相关型、速度非线性相关型和其它类型位移相关型、速度非线性相关型和其它
40、类型消能器消能器在水平地震作用下所消耗的能量，可按在水平地震作用下所消耗的能量，可按下式估算：下式估算：l WcAj (4.29)lAj第第j个消能器的恢复力滞回环在相对水平位个消能器的恢复力滞回环在相对水平位移移uj时的面积。时的面积。l 消能器的有效刚度可取消能器的恢复力滞回消能器的有效刚度可取消能器的恢复力滞回环在相对水平位移环在相对水平位移uj时的割线刚度。时的割线刚度。l消能部件附加给结构的有效阻尼比超过消能部件附加给结构的有效阻尼比超过20时，时，宜按宜按20计算。计算。 686970717273747576l结构主动控制：l利用外部能源（计算机控制系统或智能材料）l瞬时施加控制力、瞬时改变结构的动力特性（刚度或阻尼）l迅速衰减和控制结构振动反应77lEND
