建筑抗震与设防-第八章减震隔震

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1、第8章隔震、减震与结构控制初步§8.1结构抗震设计思想的演化与发展§8.2隔震原理与方法§8.3减震原理与方法§8.4结构主动控制初步刚性结构体系：结构地震反应接近地面地震运动，一般不发生结构强度破坏但浪费材料。柔性结构，通过大大减少结构物的刚性来避免结构与地面运动发生类共振，从而减轻地震力。但是，这种结构体系在地震动作用下结构位移过大，在较小的地震时即可能影响结构的正常使用延性结构通体系过适当控制结构物的刚度与强度，使结构构件在强烈地震时进人非弹性状态后仍具有较大的延性，从而可以通过塑性变形消耗地震能量，使结构物至少保证“坏而不倒”，在现代抗震设计中，实现延性结构体系

2、的设计是工程师所追求的抗震基本目标。8.1结构抗震设计思想的演化与发展然而，延性结构体系的结构，仍然是处于被动地抵御地震作用的地位。对于一般性建筑物，当遭遇相当基本烈度的地震袭击时，结构即可能进人非弹性破坏状态，从而导致建筑物装修与内部设备的破坏，造成巨大的经济损失。对于某些生命线工程(如电力、通讯部门的核心建筑)，结构及内部设备的破坏可以导致生命线网络的瘫痪，所造成的损失更是难以估量。所以，随着现代化社会的发展，各种昂贵设备在建筑物内部配置的增加，延性结构体系的应用也有了一定的局限性。面对新的社会要求，各国地震工程学家一直在寻求新的结构抗震设计途径。隔震是通过某种隔离装置

3、，将地震动与结构隔开，以达到减小结构振动的目的。隔震方法主要有基底隔震和悬挂隔震等类型。减震是通过采用一定的耗能装置或附加子结构，吸收或消耗地震传递给主体结构的能量，从而减轻结构的振动。减震方法主要有耗能减震、吸振减震等类型。狭义的制振技术又称结构主动控制。它是通过自动控制系统主动地给结构施加控制力，以期达到减小结构振动的目的。目前，结构隔震技术已基本进人实用阶段，而对于减震与制振技术，则正处于研究、探索、部分应用于工程实践的时期。8.2.1隔震原理与分析模型8.2.2常用隔震装置8.2隔震原理与方法8.2.1隔震原理与分析模型基底隔震的基本思想是在结构物地面以上部分的底部

4、设置隔震层，使之与固结于地基中的基础顶面分离开，从而限制地震动向结构物的传递。大量试验研究工作表明:合理的结构隔震设计，一般可使结构的水平地震加速度反应降低60%左右，从而可以有效地减轻结构的地震破坏，提高结构物的地震安全性。隔震层通常具有较大的阻尼，从而使结构所受地震作用较非隔震结构有较大的衰减。隔震层具有很小的侧移刚度，从而大大延长了结构物的周期，因而，结构加速度反应得到进一步降低。与此同时，结构位移反应在一定程度上有所增加。在进行基底隔震结构设计时应注意:（1）在满足必要的竖向承载力前提下，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优势周期范围;(2

5、)保证在风作用下结构不致有太大的位移。为此，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。隔震建筑系统的动力分析模型可根据具体情况选用单质点模型、多质点模型，甚至空间分析模型。当上部结构侧移刚度远大于隔震层的水平刚度时，可以近似认为上部结构是一个刚体，从而将隔震结构简化为单质点模型进行分析。当要求分析上部结构的细部地震反应时，可以采用多质点模型或空间分析模型。这些模型可视为在常规结构分析模型底部加人隔震层简化模型的结果。例如，对于多质点模型，隔震层可用一个水平刚度为Kh，阻尼系数为C的结构层简化为：隔震结构计算简图这样，就可以采用时程分析

6、方法进行隔震结构系统的地震反应分析。也可以采用反应谱方法进行隔震结构的地震反应分析，但这时采用的反应谱应是经过阻尼比调整后的反应谱曲线。采用隔震装置的隔震结构，可以有效减低隔震层以上结构的水平地震作用。我国抗震规范采用水平向减震系数的概念来反映这一特点，且规定水平地震作用沿高度采用矩形分布，水平向地震影响系数最大值采用非隔震结构水平地震影响系数最大值与水平向减震系数的乘积。而水平向减震系数可根据结构隔震与非隔震两种情况下层间剪力的最大比值按表8-1确定。水平向减震系数不宜低于0.25，且隔震后结构的总水平地震作用不得低于非隔震结构在6度设防时的总水平地震作用。层间剪力最大比

7、值与水平向减震系数的对应关系层间剪力最大比值0.530.350.260.18水平向减震系数0.750.500.380.258.2.2常用隔震装置1.橡胶支座隔震橡胶支座是最常见的隔震装置。常见的橡胶支座分为钢板叠层橡胶支铅芯橡胶支座、石墨橡胶支座等类型。钢板叠层橡胶支座由橡胶片和薄钢板叠合而成。叠层橡胶支座铅芯橡胶支座1一橡胶;2一铅芯;3-钢片通常使用的橡胶支座，水平刚度是竖向刚度的1%左右，且具有显著的非线性变形特征。当小变形时，其刚度很大，这对建筑结构的抗风性能有利。当大变形时，橡胶的剪切刚度可下降至初始刚度