消能减震结构设计方法的比较研究.pdf

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1、2012年12月薯村自爱商规划与设计【文章编号】1673—0038(2012)36—0043—02能减震结构设计方法的比较研究彭文蔚(广东省建筑设计研究院510010)摘要：近几年来，随着科技的不断发达，消能减震技术在各个领域的应用也越来越广泛，许多地方都对消能减震结构设计、施工做出了规范，我国现行《建筑抗震设计规范》中也增加了消能减震设计的规定，但是该规范是在吸收国内外比较成熟的研究成果基础上，列出了一些关于消能减震设计的原则性条文，很难为一般的结构工程师掌握并运用于实际的工程实践中。本文主要分析几种消能减震结构设计方法。关键词：结构减

2、震；效能减震；结构设计；抗震1消能减震结构设计结构抗震是利用结构自身的抗震性能(强度、刚度、延性)抵御地震作用，被动消极的抗震对策。结构减震控制是对结构施加控制装置(系统)，由控制装置和结构共同承受地震作用，以调谐和减轻结构地震反应。在建筑物基础与上部结构之间设计设置消能减震装置(系统)形成消能减震层，把房屋结构与基础隔离开来，利用消能减震装置来隔离或耗散地震能量，以避免或减少地震能力向上部结构传递，减少建筑物的地震反应。为达到明显减震效果，通常基础消能减震系统需具备以下四种特性：①承载特性：具有足够的竖向强度和刚度以支撑上部结构的重量；

3、②消能减震特性：具有足够的水平初始刚度，在风载和小震作用下，体系能保持在弹性范围内，满足正常使用的要求，而中强地震时，其水平刚度较小，结构为柔性消能减震结构体系；③复位特性：地震后，上部结构能回复到初始状态，满足正常的使用要求；④消能减震特性：消能减震系统本身具有较大的阻尼，地震时能耗散足够的能量，从而降低上部结构所吸收的地震能量。2消能减震基本原理延长结构基本自振周期，远离场地卓越周期，使结构基频处于地震能量高的频段之外，从而有效地降低建筑物的地震反应。适度增大橡胶支座的阻尼，以更多地吸收传入结构的地震能量，抑制地震波中长周期成分可能给

4、建筑物带来的大变形。消能减震系统一般由消能减震器、阻尼器、微震与风振控制装置组成。消能减震器：竖向支撑建筑物的白重与竖向活荷载，水平方向有弹性，一定水平刚度，延长建筑物的自振周期，降低建筑物的地震反应。阻尼器：吸收、耗散地震能力，抑制结构产生较大位移反应。微震与风振控制装置：增加消能减震系统的初始刚度，使建筑物在风荷载或轻微地震作用下保持稳定。3消能减震结构在结构中的某些部位设置消能装置，通过消能装置耗散或吸收地震能量，从而减小主体结构地震反应。消能装置有：调频质量阻尼装置一由质量、弹性元件和阻尼器构成的振动系统，将其安装在结构上，结构振

5、动时引起该系统的共振，由此产生的惯性力反作用于结构，起到减小结构振动反应的作用。调频液体阻尼装置一由具有一定形状的盛液容器构成，液体晃动时，液体对容器箱壁产生动压力，同时液体晃动产生阻尼吸收一部分能量。液压质量控制装置一由液压缸、活塞、管路和质量块构成，当结构由地面运动产生振动时，油缸的活塞推动管路中的液体，使液体和质量随之振动。结构的一部分振动能量传递给了该系统。粘弹性消能减震装置一由粘弹性材料和约束钢板构成，通过夹在钢板之间的粘弹性材料发生剪切变形而耗散能量。粘滞消能减震装置一由缸体、活塞、和液体构成，活塞在缸体内往复运动，粘滞液体从

6、一端流向另一端产生阻尼力，阻碍结构的振动。1972年建成的110层纽约世贸大厦共安装了1万个粘弹性消能减震装置；西雅图76层哥伦比亚大厦安装了260个粘弹性消能减震装置；1988年北京饭店和北京火车站在抗震加固中，分别采用了法国和美国生产的粘弹性消能减震装置。摩擦消能减震装置一由摩擦元件构成，这些元件相互滑动产生摩擦力，从而耗散结构的部分振动能量。金属消能减震装置一由金属材料制成的消能减震装置，其消能减震机理是通过金属元件的弹塑性变形来消能减震。结构消能技术是在结构物某些部位(如支撑、剪力墙、节点、连接缝或连接件、楼层空间、相邻建筑间、主

7、附结构间等)设置消能减震(阻尼)装置(或元件)，通过消能减震(阻尼)装置产生摩擦，弯曲(或剪切、扭转)弹肖，VI规划与设计建两目蓑晦2012年12月切、扭转)弹塑(或粘弹)性滞回变形消能减震来耗散或吸收地震输入结构中的能量，以减小主体结构地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，达到减震控震的目的。装有消能减震(阻尼)装置的结构称为消能减震结构。在消能减震结构中，由于最大变形和构件的滞回消能减震较之传统抗震结构的最大变形和滞回消能减震大大减少，因此结构的损伤大大减少。消能减震结构具有减震机理明确，减震效果显著，安全可靠，经济合理，技术先进，适

8、用范围广等特点。目前，已被成功用于工程结构的减震控制中。4消能减震装置的类型与性能消能减震装置的种类很多，根据消能减震机制的不同可分为摩擦消能减震器。钢弹塑性消能减震器、铅挤压阻尼器、粘弹性阻