建筑隔振与消能减震的分析研究

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1、建筑隔张凤．振与消能减震的分析研究琚宏昌，杨宝洞，张贝宜，李远心(广西工学院，广西柳州545006)摘要：地震造成的破坏给人类留下的烙印是深刻的。而我们结构工程师们一直没有停止过对建筑物抗震的研究。建造抗强烈地震的建筑物和构筑物成为建筑工程领域重要的课题。为了抵御地震灾害，通常的建筑结构设计采用的是抗震设计，强调的是“抗”。本文通过对地震作用所造成的危害的研究，分析传统抗震方法的不足，通过对隔震及减震原理的分析，重点阐述几种隔震减震方法。并在实际工程中得到充分应证，为实际建筑结构的隔震及减震分析提供了参考。关键词：建筑；隔震；消能减震；振动控制中图分类号：

2、TU311．3文献标识码：B文章编号：1672—4011(2012)06—0059—03O前言建筑物除了承受竖向荷载外，还要承担风和地震水平荷载的作用，建筑物越高，这个水平荷载效应就越明显。我国41％的国土、50％以上的城市位于地震烈度7度以上的地区，面临的地震灾害形势非常严峻。地震是人类面临的最严重的突发性的自然灾害之一，对人类社会造成很大的危害：1976年唐山发生的7．8级强烈地震，倾刻间，百余万人口工业城市被夷为平地，造成24．2万人死亡，16．4万余人重伤。自1900年有记录以来，我国死于地震的人数达55万之多，占全球地震死亡人数的53％。1995

3、年，日本阪神地震中经济损失超过1000亿美元。随着经济的高速发展，城市化使人口和财富高度密集，强烈地震造成的伤亡和损失将越来越大，地震后的修复和城市的复兴就越有难度，对国家经济发展和社会稳定的冲击也将更为剧烈。1传统抗震方法与不足地震造成的破坏给人类留下的烙印是深刻的。而我们结构工程师们一直没有停止过对建筑物抗震的研究。建造抗强烈地震的建筑物和构筑物成为建筑工程领域重要的课题。为了抵御地震灾害，通常的建筑结构设计采用的是抗震设计，强调的是“抗”，即采用“延性结构体系”适当控制结构物的刚度，但容许结构构件(如梁、柱、墙、节点等等)在地震时，进人非弹性状态，并

4、且具有较大的延性，以消耗地震能量，减轻地震反映，使结构物“裂而不倒”⋯。这种体系在很多情况下是有效的，但也存在很多局限性：首先，由于结构物的承重构件在地震时进人非弹性状态，对某些重要的结构物是不容许的(纪念性建筑、装饰昂贵的现代化建筑、原子能发电站等)；其次，对于一般性建筑，当遭遇超过设防烈度地震时，由于主体结构已发生严重非弹性变形，在地震后难以修复或在强地震中严重破坏，甚至倒塌，作者简介：张风(1988一)，女，在读研究生，广西工学院。其破坏程度难以控制；再次，随着地震强度的增大，结构的断面和配筋都相应增大，造成经济的“浪费”。随着利技高速发展和节能环保

5、为主题的今天，对各种建筑物和构-。物的抗震减震要求越来越高，使“延性结构体系”的应用日益受到限制，传统的抗震结构体系和理论越来越难以满足要求，而由于隔震、消能和各种减震控制体系具有传统抗震体系所难以比拟的优越性，在未来的建筑结构中将得到越来越广泛的应用。．．-—◆弓地堤葫基础隔震结构图1地震动示意图2隔震、消能减震2．1减振与隔振的概念减振是工程上防止振动危害的主要手段。减振可分为主动减振和被动减振。主动减振是在设计时就考虑消除振源或减小振源的能量或频率，在精密仪器、航空航天设备、大型汽轮发电机组及高速旋转机械中应用较多，但费用昂贵，普通工程机械中应用较少

6、，被动减振有隔振和吸振等。隔振又可分为主动隔振和被动隔振2．2隔震与消能减震原理隔振、减震控制的基本原理是在结构构件之间或建筑物与基础之间设置隔震、减震装置，通过隔震、减震装置的耗能特性，减小振动能量向周围环境的传递，达到减小振动对周围环境影响的目的。下面以基础隔震体系为例，说明减震的基本原理拉1。如图1所示，图l中xg为地面竖向位移；硒为上部结构竖向位移；Ds为上部结构与地面之间的相对位移；M为上部结构质量；K为隔震装置的竖向刚度；C为隔震装置的阻尼。根据图l，可以得出振动下结构体系的运动方程：Mxs+Cxs+Kxs=Cxg+Kxg(1)／T-r定义隔震

7、结构的固有频率W。。√蔷，阻尼比f2五蒜，则(1)式可表达为：算s+2fW。XS+埘2。xs=2Z'Wnxg+埘2．xg(2)式中，茗g，xg，xg为地面竖向加速度、速度和位移；xs，茹8，!!i星!基矍壑塑丝丝墨羔篓丝!呈丝丝篓!堑莲星叁算s为上部结构竖向加速度、速度和位移。为求结构体系的加速度XS，引入动力反映转换函数H(w)，地面的场地频率为W，地面振动加速度xg=e“，则结构加速度为算s=H(W)eiwt，经过整理，动力反应转换函数为：m，毫=√F击静笔丽㈥转换函数H(W)的物理意义为振动时隔震结构加速度与地面加速度的比值。它表明隔震结构对地面振动

8、加速度的衰减效果。定义R。为隔震结构的加速度反应衰减比：吣，毫=√