结构隔震与消能减震设计的基础知识59页PPT

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2.滚动隔震
滚动隔震主要有滚轴隔震和滚珠隔震两种。
在基础与上部结构之间设 置上、下两层彼此垂直的 滚轴，滚轴在椭圆形的沟 槽内滚动，因而该装置具 有自己复位的能力。
双排滚轴隔震装置 1一上部滚轴群;2一下部滚轴群;3一呈弧形沟槽的中间板;4-钢制连接件;
5-销子;6一底盘;7一盖板;8一盖板向下突壁;9一散粒物
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8.3.3吸振减震原理
吸振是通过附加子结构使主结构的能量向子结构转 移的减震方式。
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8.3.4 吸振减震装置
1.调频质量阻尼器(TMD )
这种装置通常做成可滑动的质量块，可以安装在高耸结构或高层建筑的顶部 比较适合于阻尼比较小的钢结构或桥梁结构的风振控制，对于阻尼比较大的混凝 土高层建筑结构的振动控制尤其是地震反应控制，效果往往不太明显。 2.调谐液体阻尼器(TLD)
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。
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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
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。

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隔震层以下结构设计
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隔震层以下结构设计
• 《抗规》12.2.9 ： • 1、隔震层支墩、支柱及相连构件，应采用隔震结构罕遇地震下隔震
支座底部的竖向力、水平力和力矩进行承载力验算。 • 2、隔震层以下的结构（包括地下室和隔震塔楼下的底盘）中直接支
承隔震层以上结构的相关构件，应满足嵌固的刚度比和隔震后设防地 震的抗震承载力要求，并按罕遇地震进行抗剪承载力验算。隔震层以 下地面以上的结构在罕遇地震下的层间位移角限值应满足表12.2.9要 求。
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查看隔震支座应力
• 为了得到隔震支座 的应力，必须在隔 震参数中正确输入 隔震支座的面积， 如果在参数中没有 输入隔震支座的面 积，隔震支座应力 菜单输出的结果将 是0
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查看隔震支座位移
• 使用“隔震支座位移 ”菜单查看各个隔震 支座位移；
• 按照《抗规》12.2.3隔 震支座在表12.2.3所列 的压应力下的极限水 平变位的限值要求。
14482.121 17916.424 21359.904 22776.092
隔震FNA时程法剪力 2020.284 3478.296 4086.388 4315.748 3139.032
剪力比 0.24 0.24 0.23
-
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对非隔震模型输入β/ψ的反应谱法计算
• 在非隔震模型中输入β/ψ并进行反 应谱法计算，得到上部结构的最 终配筋结果；
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隔震层支墩、支柱的计算
• 取隔震支座验算结果的各 组合下支座内力（轴力u1 ，剪力u2、u3）值；
• 弯矩可按轴力与水平位移 乘积取值，取较大值；
• 以上轴力、剪力、弯矩可 用于支柱的设计内力；
• 支柱设计可采用此内力用 工具箱手核。

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15、我就像一个厨师，喜欢品尝食物。如果不好吃，我就不要它。2021年8月下午8时8分21.8.1620:08August 16, 2021
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16、我总是站在顾客的角度看待即将推出的产品或服务，因为我就是顾客。2021年8月16日星期一8时8分22秒20:08:2216 August 2021
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17、利人为利已的根基，市场营销上老是为自己着想，而不顾及到他人，他人也不会顾及你。下午8时8分22秒下午8时8分20:08:2221.8.16
液压质量控制装置—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。
粘弹性耗能装置—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。
粘滞耗能装置—由缸体、活塞、和液体构成，活塞在缸体内往复 运动，粘滞液体从一端流向另一端产生阻尼力，阻碍结构的振动。
提出的隔震结构(Base-isolated building )方案。这种隔震结构在建筑
物结构与基础之间用滑石层隔开，地震 时建筑物可以滑动。
中村太郎的隔震结构 右图是中村太郎于1927年提出的隔震结
构方案。在这种隔震系统中已使用阻尼泵来 耗散地震动的能量，并且在该建筑地下层柱 的上下端采用铰接构造，建筑物可以水平自 由移动。
中南加州大学医院（隔震结构） 橄榄景医院（抗震结构）
中南加州大学医院
地下一层，地上7层，建筑面积：33000平方米；占地：4100平米； 最高高度：36。0m；铅芯多层橡胶隔震器68个，多层橡胶隔震器81个。
中南加州大学医院在这次地震及其其后的余震中，6-8英尺高的花瓶 等没有一个掉下来，建筑物内的各种机器等均未损坏，医院功能得到维 持，成为防灾中心，起到十分重要的作用。

Vc s1( )G 9601 .49kN
,隔震层的总刚度为53504KN/m。每个GZY400隔震支座受到水平剪力为218.22KN。
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最大加速度
m10/ .s62.8 隔震结构时程分析验算
1．分析模型
上 部 结 构
隔 震 层
地震波 ART EL CENTRO ART HACHINOHE
ART KOBE
力。根据抗震规范相应要求，丙类建筑隔震支座平均应力限制不应大于15MPa，由此 确定每个支座的直径（隔震装置平面布置图如图10.10所示，即各柱底部分别安置橡胶 支座）。
图10.10 隔震支座布置图
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1.确定轴向力 竖向地震作用
Fevk vG
柱底轴力设计值
N 1.2 (恒载 0.5 活载）1.3 竖向地震作用 53608 .25kN
图10.11 隔震结构时程分析模型 2．输入地震波
本工程8度(0.15g)设防，时程分析所用地震加速度时程曲线的最大值取为：
多遇地震1.10 m / s2
罕遇地震5.10m / s2
输入地震波如表10.7： 表10.7时程分析地震波参数
相位特性
时间间隔 (s)
EL CENTRO 1940 NS HACHINOHE 1969 EW JMA KOBE 1995 NS
Kh K j 2.092 44 92.048kN/ mm
由式(10.3)
eg
K j j 44 2.092 0.292 0.292
Kh
92.048
6
。
由式(10.1)
T1 2
G Khg
1.27S
5Tg
5 0.4 2.0s
。
2
1
0.05 eg 0.06 1.7eg

.精品课件.
3. 基础隔震技术
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3.2叠层橡胶隔震支座分类
3. 基础隔震技术
（3）高阻尼橡胶隔震支座工作原理： 在橡胶中加入黑炭，通过炭
黑与橡胶分子链的游离基产生化 学吸附与结合，形成炭黑—橡胶 凝胶结构来增加橡胶的阻尼，因 而具有吸收和耗散振动能量的功 能。
.精品课件.
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3. 基础隔震技术
2.工程隔震和减震
2.6消能减震的优点
消能减震结构体系与传统抗震结构体系相比：
（1）安全性
振动台实验表明，地震反应比传统结构降低40%~60%。
（2）经济性
可减少剪力墙的设置，减少结构断面和配筋，可节约造价
5%~10%。
（3）技术合理性
结构越高，越柔，消能减振效果越显著。
.精品课件.
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2.工程隔震和减震
只相当于传统结构加速度反应的1/3～1/10。这种减震效果
是一般传统抗震结构所望尘莫及的。从而能非常有效地保护
结构物或内部设备在强地震冲击下免遭任何毁坏。
②确保安全
在地面剧烈震动时，上部结构仍能处于正常的弹性工作
状态。这既适用于一般民用建筑结构，确保居民在强地震中
的绝对安全，也适用于某些重要结构物和重要设备。
隔震技术。
由于地震的不确定性，具有三维地震分量的三维基础隔
震是非常有必要的，常见三位复合隔震装置有：液压装置和
橡胶支座组合的三维隔震系统；叠层橡胶—碟簧三维隔震支
座；摩擦—弹簧三维复合隔震支座。
.精品课件.
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2.工程减震、隔震
2.4建筑隔震体系的优点
①明显有效地减轻结构的地震反应
由地震模拟试验结果可知：隔震体系的结构加速度反应

“以柔克刚”
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减震的基本原理
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。 减震立足于“消能”
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耗能减震
减
冲击减震
震
分
吸振减震
类
主动控制减震
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耗能减震
耗能减震原理：地震在结构中释放 的能量是一定的，通过在结构中增加耗 能装置，使结构一部分能量被耗能件所 耗散，耗能装置增加结构阻尼，加速结 构能量耗散。
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蝶形弹簧阻尼器
工作原理：蝶形弹簧阻尼器小 变形下会提供很大的承载力， 变形为非线性变形，通过塑性 变形耗散地震能量，蝶形弹簧 可以配合其他粘滞阻尼器一起 使用。
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记忆合金阻尼器
工作原理：记忆合金阻尼器 具有形状记忆、超弹性和阻 尼特性，在地震作用下结构 发生塑性变形，产生高阻尼 ，在普通风载作用下，结构 发生变形耗能，作用消失后 ，结构有恢复能力。
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调谐质量阻尼器
原理：通常由质量块、 线性粘滞阻尼器、弹 簧组成。结构振动时， 子结构会产生一个与 结构振动方向相反的 惯性力，子结构起到 阻尼器作用。它对抗 风效果更有效些。
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台北101大厦中的TMD
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调谐液体阻尼器
工作原理：将装满液 体的容器至于结构上 ，结构振动时，水的 震荡也能形成一个调 频质量阻尼器。
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耗能减震相关产品
耗能支撑、耗能交叉支撑、摩擦耗能支 撑、耗能偏心支撑、耗能隅撑、屈服约束支 撑（BRB）、耗能墙、带竖缝剪力墙、周边 耗能墙、水平缝摩擦墙、阻尼器剪力墙、阻 尼器等

❖ 利用结构各构件的承载力和变形能力抵御地震 作用，吸收地震能量。立足于“抗”。
被动消极的 抗震对策
利用刚性
❖ 隔震减震控制
❖ 在建筑物上部结构与基础之间设置滑移层，阻
止地震能量向上传递。立足于“隔”。
主动积极的
❖ 消能减震控制 ❖ 安装消能机构消耗地震能量，保护建筑主体。
抗震对策 利用延性
立足于“耗”。
4.2 结构的隔震
❖ 滑石隔震——英国医生Calantarients（1909年）
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4.2 结构的隔震
❖ 摆式滑动隔震（美国）（设计原理）
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4.2 结构的隔震
❖ 橡胶垫隔震器——南斯拉夫（1969年）
橡胶隔震器
玻璃体 基础
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4.2 结构的隔震
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建筑结构抗震设计
任课教师：
2013-4-12/19
本课程的主要内容
❖1.绪论 ❖2.场地、地基和基础 ❖3.地震作用和结构抗震验算 ❖4.结构隔震、消能和减震控制 ❖5.混凝土房屋结构抗震设计 ❖6.钢结构房屋的抗震设计 ❖7.多层砌体及底层框架抗震 ❖8.构筑物抗震设计 ❖9.桥梁结构抗震设计 ❖10.地下工程抗震设计
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本章的主要内容
❖ 4.1.结构的隔震、消能和减震总论 ❖ 4.2.结构隔震 ❖ 4.3.基础隔震的应用 ❖ 4.4.结构消能减震 ❖ 4.5.结构主动减震控制
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4.1 结构隔震、消能和减震控制总论
❖ 地震灾害：
❖
……
❖ 1906年旧金山地震：死亡7万余人；
提 出 的 隔 震 结 构 (Base-isolated building )方案。这种隔震结构在建筑

消能减震施工技术
传统的抗震方法是房屋上部结构和基础牢牢地连 接在一起，地震时，地面运动能量经过基础输入到房 屋结构，致使房屋结构发生振动、变形，甚至倒塌。 “消能隔震”的基本思想是使基础和上部房屋结构分 离,隔离地震能量向建筑物的输入。实现地震时地动 而建筑物基本不动，达到保证建筑物安全的目的。
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3.2 工程实例2
联邦电子科研大楼位于加拿大首都渥太华,它建于 1993年,在2003年增加了1层。这是一幢3层的混 凝土框架结构的建筑,带有1层的地下室。基于对里 边重要的科研设备装置的安全考虑,工程人员决定 采用摩擦耗能支撑对其进行加固。摩擦支撑的布置 如图11所示,在两条斜支撑的交点处共安装23个滑 移为300kN的摩擦耗能器(图12)。摩擦耗能器的 使用使整个加固工程变得很经济,而且这些阻尼器 可以吸收地震能量,保护建筑及其里面的设备。
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3、消能减震结构在工程中的应用
5.12大地震后首个消能减震加固工程(使用 粘滞阻尼器)
摩擦消能器在加固工程中的应用 粘弹性消能器在加固工程中的应用
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3.1 工程实例1
都江堰市北街小学试验外国语学校艺术大楼,为现浇钢筋混凝土框 架结构,框架层数为5层,总高度18m。按照7度抗震设防,但在5.12 特大地震中,原结构还是遭到了破坏,1层柱柱顶受损(图1),1,2层 墙体出现裂缝(图2),局部墙体破碎,局部楼梯构件受损。 通过进 行结构抗震验算,发现原结构多数梁柱不满足抗震要求,如果逐个 构件采用传统加固方法进行加大截面,将带来很大的工程量和较长 的施工工期。同时,加大柱子截面,将减小建筑的使用面积,最后通 过论证,提出采用消能减震加固技术对原结构进行抗震加固的方案。 首先加固受损柱顶,对节点区域混凝土凿面,剔除损坏部位破损的 混凝土,并用吹风机吹净混凝土表面粉尘,然后采用比原结构混凝 土强度等级高一级的C35混凝土修补料对混凝土破坏的节点进行修 补找平,再对节点采用外包钢法对节点做加固处理(图3,4)。最后, 用锚栓将钢板固定在柱子上(图5)。

S2值越大，其受压稳定性越好，受压失稳临界荷载就越 大。但是，S2越大，橡胶垫的水平刚度也越大，水平极限变 形能力将越小。 一般取 S2=3~6。
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4.2
建筑结构消能减震设计
(四)夹层橡胶垫的轴压承载力
1.定义及应用意义
指橡胶垫在无任何水平变位时的竖向承载力，它 是确保
橡胶垫在无地震时正常使用的指标，也是直接影响橡胶垫在地
3.设计取值
设计容许拉伸应力 n 2Mpa 极限拉伸应力 n 5Mpa 20
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建筑结构消能减震设计
(七)夹层橡胶垫水平刚度 1.定义及应用意义
指橡胶垫上下板面产生单位相对位移所需施加的水平力 。
Kh=Q/D
D—上下板面水平相对位移（mm）； Q—夹层橡胶垫承受的水平剪力（N）。
选择合适的水平刚度意义：
环境温度
夹层橡胶垫阻尼比随环境温度的升高而降低。
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4.2
建筑结构消能减震设计
4.阻尼比的试验测定和计算
作为提供实际工程应用的夹层橡胶垫，其阻尼值必须通过对实际 采用的橡胶产品的足尺试验进行测定计算求得。
通过夹层橡胶垫的水平剪切试验，直接测绘出在设计竖向恒载下，
水平剪切应变=100%时的水平剪切力Q与水平相对位移D的Q-D
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建筑结构消能减震设计
（三）隔震体系的优越性及应用 1.优越性 明显有效地减轻结构的地震反应 确保结构安全 降低房屋造价 抗震措施简单明了 震后无需修复 上部结构的建筑设计限制较小
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4.2
建筑结构消能减震设计
南加州大学医院（隔震结构），8层。
南加州大学医院地震记录 基础加速度为 0.49g，而顶层加速度只有0.21g。