浅述消能减震技术在高层建筑中的应用

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浅谈消能减震技术

浅谈消能减震技术

浅谈消能减震技术消能减震技术是一种应用于工程领域的技术手段,旨在减轻地震、爆炸、风暴等自然灾害和人为原因造成的冲击力,保护建筑和设施的完整性和耐久性。

本文将从消能减震技术的原理、应用领域以及发展前景等三个方面进行浅谈。

消能减震技术的原理主要基于能量转换和耗散。

在遭受冲击力时,消能装置通过吸收和转换能量,将冲击力转化为热能、声能和其他形式的能量,并分散和降低强度,从而达到减震的目的。

常见的消能减震技术包括弹簧阻尼器、液体阻尼器、摩擦阻尼器等。

这些技术在建筑和桥梁等工程中得到广泛应用,有效减轻了冲击力对结构物的破坏。

消能减震技术的应用领域非常广泛。

在建筑领域,消能减震技术可以用于高层建筑、地铁隧道、桥梁等结构物的抗震设计,提高抗震能力和安全性。

在核电站和石油化工厂等工业领域,消能减震技术可以提高设施的抗震能力,减少事故风险。

消能减震技术还可应用于地铁、高速铁路等交通工程,提升运输设施的安全性和舒适性。

消能减震技术的发展前景非常广阔。

随着人们对建筑和设施安全性要求的提高,消能减震技术将得到更广泛的应用。

通过减少震动和冲击力对结构物的影响,消能减震技术可以延长结构物的使用寿命,减少维护成本。

随着技术的不断进步和创新,消能减震技术的效果和性能也将不断提高,进一步推动其在工程领域的应用。

消能减震技术也面临着一些挑战和问题。

该技术的成本相对较高,导致在一些经济发展不发达地区应用较少。

消能减震技术在设计和施工过程中需要严格控制,一旦设计或施工出现问题,会导致设施的抗震性能下降。

消能减震技术的使用寿命也需要考虑,随着时间的推移,其性能可能会逐渐降低。

消能减震技术是一种能够有效减轻地震、爆炸等冲击力对结构物的破坏的技术手段。

其原理基于能量转换和耗散,应用领域广泛,并且具有良好的发展前景。

该技术也面临一些挑战和问题,需要进一步研究和改进。

随着人们对建筑和设施安全性要求的不断提高,相信消能减震技术在未来会有更广泛的应用。

高层建筑结构中的减震、隔震设计应用分析

高层建筑结构中的减震、隔震设计应用分析

高层建筑结构中的减震、隔震设计应用分析摘要:现阶段,我国的建筑结构设计以隔震和消能减震为主,与此同时,相关统计结果显示,隔震和消能减震在建筑结构设计抵抗地震措施中所占的比重正在逐年的增加。

目前已经逐步通过了各种结构形式来增强建筑的隔震减震效果,隔震减震结构是一种能够通过建筑物内部相关结构吸收地震过程中所产生巨大能量的构造物。

基于此,本文主要对高层建筑结构中的减震、隔震设计应用进行分析探讨。

关键词:高层建筑结构;减震、隔震设计;应用分析1前言在高层建筑建设过程中,能否充分的考虑到建筑本身的抗震问题,并且能够使用有效的措施来使其能够在长时间内抵抗一定强度的地震,是当前高层建筑工程中的重点研究项目之一,这对于建筑结构的安全性和稳定性有着十分重要的影响,因此,针对建筑结构设计隔震和消能减震措施进行研究与探讨是至关重要的,以至于我们基于问题的本质,尽可能的避免建筑受到破坏。

2隔震技术从理论到实践的发展过程与现状上世纪末,有专家学者设想在建筑物上部结构和基础之间设滑移层作为隔离装置,阻止地震能量向上传递。

早期的隔震建筑还有南斯拉夫的贝斯特洛奇小学、新西兰的威廉•惠灵顿大楼等。

美国与日本的有些隔震建筑也分别在洛杉矶北岭的6.8级地震和日本阪神的7.2级地震中经受了考验。

从上世纪60年代我国开始对隔震理论的研究进行关注,目前已取得了很多经验和成果。

目前我国隔震建筑已在多个省市自治区应用,隔震房屋已设计和建成的数量仅次于日本,其中较有代表性的有:北京通惠家园住宅区隔震住宅楼;全国第一座隔震公路桥梁——石家庄石津渠桥(3孔,各14m);汕头全国第一幢隔震住宅楼,被联合国评价为“世界隔震技术发展的第三个里程碑”;全国第一座铁路隔震桥梁——新疆布谷孜大桥(9孔,各32m)等。

3建筑结构中减震措施将建筑物的阻尼依据建筑物之外的部件来加大是减震措施的原理,进而将地震传递给建筑物结构的能量尽可能的消耗掉,防止建筑物因为地震遭受破坏。

试论隔震和消能减震在建筑工程结构设计中的应用

试论隔震和消能减震在建筑工程结构设计中的应用

建筑与工程Һ㊀试论隔震和消能减震在建筑工程结构设计中的应用马㊀斌摘㊀要:现代建筑结构抗震措施通常应用积极隔震㊁消能减震㊂无论积极隔震还是消能隔震,就是采取在基底和结构之间设置减振器或减振材料㊂隔震和消能减震技术在建筑工程结构设计中应用,需要经过计算,进行多方案比较选择最佳方案㊂关键词:隔震;消能减震;传统抗震;建筑工程结构设计;应用一㊁隔震与消能减震的原理及其方法(一)隔震与消能减震原理的分析隔震与减震的基本原理是在建筑结构构件之间或建筑物与基础之间设置隔震与减震装置,通过隔震与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㊂(二)隔震与消能减震的方法1.吸能减震吸能减震是通过附加子结构,使结构的震动发生位移,即使结构的振动能量在原结构与子结构之间重新分配,从而达到减小结构震动的目的㊂目前,工程结构应用的吸震减震装置主要有调谐质量阻尼器(以下简称 TMD ),调液(柱)阻尼器(以下简称 TLD 或 TLCD )悬吊质量摆阻尼器(以下简称 SMPD )和质量放大器㊂屋面上的水箱也起到一定的减震效果,相当于TMD㊂2.黏弹性阻尼结构黏弹性阻尼结构的风洞试验㊁地震模拟振动台试验及大量的结构分析表明,在结构中安装黏弹性阻尼器可减小风振反应和地震反应40% 80%,可确保主体结构在强风和强震中的安全性,并使结构在强风作用下,结构的舒适度控制在规定的范围内㊂3.金属阻尼器是在框架中加屈曲约束支撑,在常规荷载下,起到支撑的作用,而在地震作用下,金属支撑通过塑性变形来消耗地震的能量,从而起到保护主体结构的作用㊂这在抗震加固的工程中得到广泛的应用㊂拟建的首都规划大厦设置了柱间 人 字型支撑,大大减小了地震力的影响㊂二㊁建筑结构的传统抗震方法分析地震具有不可预测性及危害性大等特征㊂过去为了抵御地震灾害,通常的建筑工程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㊁柱㊁墙㊁节点等)在地震时,进入非弹性状态,并且具有较大的延性,以消耗地震能量,减轻地震反映,使结构物 裂而不倒 ㊂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入非弹性状态,对某些重要的结构物是不容许的(纪念性建筑㊁装饰昂贵的现代化建筑㊁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,其破坏程度难以控制;最后,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 ㊂三㊁隔震和消能减震在建筑工程结构设计中的应用分析(一)建筑地基采用特殊材料进行隔震地基是建筑物与地震接触的最直接的地带,也是地震的最直接作用区,所以对于地基的隔震设置是达到效果的最直接快速的手段㊂所谓建筑物地基隔震,主要是对建筑物的基础部分进行特殊处理,通过铺设的垫层来削弱地震时的地震波,从而减少地震对建筑物的损害,这种方法是一种历史最悠久的隔震方法,原理在于使地震的力量经过中介被消耗和削弱,达到保护建筑物的目的㊂随着科学技术的发展,近年来,国际上的科研人员和专家在这方面的研究已经取得了突破性进展,经过反复的试验和研究他们发现,以沥青为原料研究出的一种特殊材料设置的隔震层效果最好,所以这种材料将广泛地应用于以后的建筑物的隔震层㊂(二)建筑基础设置隔震装置减震的应用分析基础设置隔震装置减震主要是在建筑物的基础与上部建筑之间设置特殊装置,它与地基隔震的最主要区别就在于隔震层的位置的变化,这种隔震层位置的改变可以减少地震向上传递,最高可减少地震对建筑物传递能量的2/3,这种隔震装置是一种非常传统的防震方法,因其历史悠久且效果优良,所以直到今天,仍被许多工程沿用㊂但是,这种措施的缺陷是不适用于高层建筑,因为在高层建筑设置这种装置会延长建筑结构自身的自振周期,起不到减小地震对建筑物损害的目的,反而增加了建筑物的自重,对隔震造成不利的影响㊂在进行建筑基础的隔震装置的设置时,通常采用的办法有:摩擦滑移隔震㊁黏弹性隔震等几种,设置的装置也比较灵活,不局限于建筑材料,其他材料有橡胶垫㊁混合隔震装置等也可用于做隔震层,可根据建筑物的具体情况进行选择㊂(三)建筑物结构悬挂隔震的应用分析悬挂隔震是将建筑物的大部分或者整个结构悬挂起来,也就是通常所说的悬挂结构,这样,当地震来临时,地震的能量不会传递给悬挂起来的结构,从而达到减小地震损害的目的㊂这种隔震方式最常见于大型钢结构,大型钢结构总是采用钢结构悬挂体系,以此隔震㊂这种结构对于设计师的设计要求比较高,因为要将结构的主体框架和子框架的结合做到完美的结合,才能保证在地震来临时,子结构不受干扰㊂因为它的作用原理是,当地震来临时,主框架会随着地壳运动发生摇摆,但是子框架和主框架之间是能够活动的索链和吊杆,地震的能量到达这个部位的时候就会削弱,不至于传递到子结构产生惯性力,这种结构的优点是防震效果好,可以有效地阻断地震力对于建筑物的伤害,但是缺点是工程造价高,一般的住宅建筑不宜使用,因为大量的钢结构会大大增加建筑的成本㊂四㊁结语综上所述,隔震与消能抗震同传统抗震体系相比,更加有效㊁安全㊁适用㊁可靠,并且可以降低造价,在突发性的地震中不破坏㊁不倒塌,既保护建筑结构本身,又保护建筑物内部设备及人员安全,经济适用,将成为建筑抗震的主体,在建筑工程结构设计中得到广泛应用㊂参考文献:[1]张晓鹏.民用建筑抗震施工构造及防护措施探析[J].现代商贸工业,2017(22).作者简介:马斌,青海省建筑勘察设计研究院股份有限公司㊂941。

建筑结构减振技术在高层建筑中的应用研究

建筑结构减振技术在高层建筑中的应用研究

建筑结构减振技术在高层建筑中的应用研究近年来,随着城市化进程的加速和人们对生活品质的追求,高层建筑在各大城市如雨后春笋般涌现。

然而,高层建筑所面临的一个重要问题是结构振动,这不仅可能降低建筑物的使用寿命,还可能对周边地区造成不良影响。

为了解决这一问题,建筑结构减振技术被广泛应用于高层建筑中。

本文将探讨建筑结构减振技术在高层建筑领域的研究和应用。

建筑结构减振技术根据减振原理的不同可以分为主动减振和被动减振两类。

主动减振技术通过增加结构的能量耗散能力来减小结构振动,而被动减振技术则依靠对结构进行钳制来消耗振动能量。

主动减振技术中最常见的方法是利用液压阻尼器。

液压阻尼器可以通过控制液体的流速和压力来改变阻尼力的大小,从而减小结构振动。

该技术的优点是可以根据结构的振动情况进行实时调整,具有较好的适应性。

然而,液压阻尼器需要复杂的液压系统和动力设备来维持其工作,造价较高,维护成本也较大。

被动减振技术中的一种常见方法是利用质量阻尼器。

质量阻尼器通常由质量球体和连接球体的剪切变形材料组成。

当结构振动时,质量球体的惯性力将导致剪切变形材料的变形,从而通过吸收振动能量来减小结构的振动。

质量阻尼器具有结构简单、可靠性高等优点,被广泛应用于高层建筑中。

然而,质量阻尼器的减振效果受到其质量、剪切变形材料的性能和部署位置等因素的影响,需要仔细设计和优化。

除了主动减振和被动减振技术,还有一些创新的减振技术被应用于高层建筑中。

例如,利用形状记忆合金材料可以制造出具有自适应减振性能的结构材料。

形状记忆合金材料可以根据外界环境的变化自发地改变其形状和刚度,从而改善结构的抗震性能。

此外,利用流体结构相互作用技术和电磁力调控技术也可以实现对结构振动的减小。

这些创新技术的应用为高层建筑的结构减振提供了新的思路和方法。

建筑结构减振技术的研究和应用不仅需要考虑技术性能,还需要综合考虑经济性、可靠性和美观性等因素。

如何在保证结构安全的前提下降低减振系统的成本和对建筑外观的影响是目前研究的热点之一。

浅谈高层建筑结构加强层耗能减震技术的设计研究

浅谈高层建筑结构加强层耗能减震技术的设计研究

浅谈高层建筑结构加强层耗能减震技术的设计研究摘要:随着城市居住人口的增多,导致其土地面积逐渐缩小,为了节约更多的土地资源,同时满足人们的居住需求,高层建筑逐渐兴起并且成为城市建筑中的主要群落。

虽然高层建筑一定程度上解决了人们的居住问题,但是这种建筑由于高度比一般建筑高,建筑的结构以及建筑质量成为人们关注的重点问题。

一旦遇到突发的地震或者是自然灾害的侵袭,建筑结构的牢固性将会成为人们生命安全的决定性因素。

本文就某高层建筑为背景,分析了粘滞阻尼器在伸臂桁架中的应用情况下,并且进一步分析了粘滞阻尼器在地震作用下的减振效果。

关键词:高层建筑;结构;加强层;耗能减震;技术随着高层建筑的发展,建筑结构体系更为复杂化,现有的建筑结构体系已经不能够满足高层建筑中结构抗震和风振控制的要求,需要采用新型的技术满足高层建筑发展中各种功能的需要。

而耗能减振技术是一种具有良好性能,并且经济、有效的建筑施工技术,满足高层建筑施工的各种功能需要,在现代建筑结构中的应用能够很好地促进高层建筑结构的巩固和发展。

一、耗能减振技术的设计原理耗能减振技术属于一种结构被动控制措施,这种技术中主要采用的是结构振动控制技术,对建筑的结构施加控制系统,与建筑结构共同发挥作用来减轻主体结构的地震反应,是一种有效的抗震途径。

耗能减振结构中一般使用的装置是阻尼器,阻尼器的种类相对较多,文章主要就粘滞阻尼器抗震加固工程中的设计进行分析。

粘滞阻尼器是根据流体运动,特别是流体通过节流孔产生的粘滞阻力原理而制成的,这种阻尼器是一种刚度与速度相关的阻尼器。

在高层建筑中的应用能够减轻地震对建筑结构带来的伤害,阻尼器能够最大程度的吸收和消耗地震给建筑造成的冲击力,从而缓解了地震对建筑结构的破坏。

二、高层建筑结构中耗能减振技术的设计(一)工程的具体概况分析案例选择了某区域的一高层建筑作为工程背景,进而研究粘滞阻尼器在高层建筑结构抗震设计中的具体应用。

该高层建筑结构所处的地区抗震防裂度为8度,建筑结构高度为260米,该建筑主要分为55个楼层,其中地下建筑有4层,地上建筑有51层,建筑的结构体系主要采用了不同框架组合的结构体系,其中包括组合结构外框架、钢筋混凝土核心架构以及伸臂环带桁架结构体系,沿着建筑的纵向在建筑中三个不同的楼层设置了环带桁架,并且又在其中的两个楼层中设置了伸臂桁架。

浅析消能减震技术在建筑工程中的具体应用

浅析消能减震技术在建筑工程中的具体应用

浅析消能减震技术在建筑工程中的具体应用摘要:近年来,随着社会经济水平的快速发展,抗震设防分类标准也在不断的更新与提高。

传统方式的抗震设计不断进行优化,各种隔震手段、消能减震性能越来越多。

而消能减震作为工程减震控制技术中的一种被动控制技术,通过将建筑的一些非承重构件设计为消能构件或通过布置消能装置,在地震来临时,通过变形提供给结构较大的阻尼,消耗或者吸收地震时带来的能量,衰减地震反应,从而确保结构的安全。

关键词:建筑结构;消能减震;阻尼器前言消能减震技术属于一种结构被动控制措施,采取结构振动控制技术,对结构施加控制机构或系统,与结构内身共同发挥作用,以减轻主体结构的地震反应,是一种合理有效的抗震途径。

根据统计显示,采用消能减震体系后,地震反应比传统方式降低约40~60%,但造价却比传统方式节约5%~10%,同时,技术更为合理,维修较为方便,在结构越高,刚度越柔时其效果越为显著。

一、建筑结构消能减震的形式建筑结构在进行消能减震时主要是根据消能减震设备或部件来区分其形式。

第一种形式是支撑部件和消能器共同负责消能减震工作,其中应用比较广泛的为单斜杠式支撑、交叉式支撑等。

第二种是在楼层之间的支架内安装消能减震设备,一般采用的人字形或V字形两种结构。

第三种是在建筑墙体上设计消能减震缝,并利用各种消能材料进行填充,增加墙体本身的粘弹性和粘滞性。

第四种主要是在建筑结构的梁柱各节点位置安装消能减震设备,形成点状分布的消能网络,提高建筑整体的抗震效果,这一技术在楼体主体与相邻楼体间的减震设计中应用广泛。

二、结构减震的基本原理减震的思路是根据结构的地震反应,通过自动控制或者执行系统,主动的对结构施加一定的控制力,达到减小地震对结构的负面影响。

从控制理论上看结构减震的方式主要有两种:一是被动控制技术,此种方法没有外部能源的供给,也称之为无源控制技术。

主要包括了隔震与减震两种。

主动控制技术则是为系统提供能源供给,也是一种有源减震技术。

浅谈消能减震技术

浅谈消能减震技术

浅谈消能减震技术
消能减震技术是一种应用于建筑、工程、交通运输等领域的技术,能够减轻震动对结
构物或设备的影响,保护人们的生命财产安全。

本文将从消能减震技术的原理、应用领域
和发展前景三个方面进行浅谈。

消能减震技术的原理是利用减震器将结构物接受的振动能量吸收或转换成其他形式的
能量,从而降低地震等外力带来的冲击和振动。

减震器主要有摆式减震器、摇摆梁式减震器、弹簧减震器和液体减震器等。

摆式减震器是最常见的一种,其通过一个重锤与主结构
相连接,在地震时产生相反方向的摇摆,达到消减震动能量的效果。

消能减震技术广泛应用于建筑领域。

在高层建筑中,消能减震技术可以显著减少建筑
物的振动幅度,提高建筑结构的稳定性和安全性。

消能减震技术还可以应用于桥梁、隧道
和地铁等交通建设中,有效减少地震、车辆通行和风力等带来的振动对结构的影响。

消能
减震技术还可用于抗震设备、机械设备和电子设备等方面,使其能够更好地抵抗外力冲击,延长使用寿命。

消能减震技术的发展前景非常广阔。

随着人们对住房和建筑结构安全的要求越来越高,消能减震技术在建筑领域的应用将越来越广泛。

特别是在地震频发的地区,消能减震技术
已经成为一种必备的抗震手段。

随着科技的不断进步和研究的深入,消能减震技术还有望
在其他领域实现更大的突破和应用,如航空航天、能源、环境保护等方面。

简述消能减震技术特点及其适用范围

简述消能减震技术特点及其适用范围

简述消能减震技术特点及其适用范围消能减震技术是一种通过减少震动能量传递和降低震动传递效应的技术。

它通过改变结构系统的固有频率和阻尼特性,从而降低震动对结构和设备的影响,提高其抗震能力和安全性。

消能减震技术的特点主要有以下几个方面:1. 高效能消能:消能减震技术能够将地震或其他外界震动能量转化为其他形式的能量,从而减少震动对结构的影响。

通过吸收、转移和耗散震动能量,减少结构的应力和变形,从而降低震动对结构的破坏程度。

2. 灵活可控:消能减震技术具有较高的可调性和可控性。

可以通过调整结构系统的参数,如阻尼系数、刚度等,来实现对结构的减震效果进行调节。

根据不同的需求和实际情况,可以设计不同类型的减震装置,以满足不同结构的减震要求。

3. 经济节能:消能减震技术能够有效降低结构的抗震设计要求,减少结构的材料和施工成本。

同时,减少结构的震动响应,降低了结构的能量耗散,提高了结构的动态性能,从而减少了结构的能量消耗,实现了能源的节约和环境的保护。

4. 适用范围广:消能减震技术适用于各种类型的结构,包括建筑、桥梁、塔楼、石油钻井平台等。

它可以应用于新建结构的设计和建设,也可以通过改造和加固的方式应用于现有结构。

无论是小型建筑物还是大型工程,都可以利用消能减震技术来提高其抗震能力和安全性。

消能减震技术的适用范围主要包括以下几个方面:1. 高层建筑:在高层建筑中,消能减震技术可以有效降低地震对建筑物的影响,提高其抗震性能。

通过在建筑物的底部或中部设置减震装置,可以减少地震引起的位移和加速度,保护建筑物的完整性和稳定性。

2. 桥梁工程:桥梁是地震灾害中易受损的结构之一。

消能减震技术可以有效控制桥梁的动态响应,降低地震对桥梁的影响。

通过在桥梁的支座或桥墩上设置减震装置,可以有效减少桥梁的震动幅度和变形。

3. 石油钻井平台:石油钻井平台通常位于海上或海底,容易受到地震和海浪的影响。

消能减震技术可以在石油钻井平台上设置减震装置,降低地震和海浪对平台的影响,提高平台的稳定性和安全性。

消能减震技术在建筑结构工程中应用

消能减震技术在建筑结构工程中应用

消能减震技术在建筑结构工程中应用摘要:在现代传统的抗震工艺中拥有诸多方法,其中最传统的就是房屋得上部结构和它的基础牢十分结实地连在一起,当地震来临时,地面引起的运动能量能够通过在地上实施的基础输送到房屋结构中,从而导致房屋结构产生振动和变形的现象乃至倒塌。

关键词:消能减震技术;结构抗震加固改造;应用引言消能减震加固原理:消能减震加固,是通过在原结构设置阻尼器等减震装置来实现抗震目标的方法。

结构消能减震加固,即是在结构物的某些部位设置消能装置,通过消能装置产生摩擦、弯曲(或剪切、扭转)、弹塑(或粘弹)性滞回变形来耗散或吸收地震输入结构中的能量,以减少主体结构的地震反应。

1消能减震装置的主要类型第一,速度相关型。

这一类型的消能减震装置常见的有黏滞以及黏弹性阻尼器这两种。

对于黏弹性阻尼器而言,其具有很强的被动减震控制效果,主要是借助黏弹性材料自身带有的滞回耗能特点,为结构提供额外的阻尼与刚度,从而降低建筑结构发出的动力反应,以此实现减震。

至于黏滞阻尼器则是依据流体运动,主要原理依据是流体在穿过节流孔时会生成一定的黏滞阻力,也属于一种刚度型阻尼器。

第二,位移相关型。

摩擦与金属阻尼器则是这一类型消能减震装置的代表。

特别是针对地震传输给建筑结构的能量,通过金属材料发生的塑性形变能够最有效将能量削弱,基于地震作用的影响下,金属阻尼器会比建筑梁柱的功能结构构件更早地实现塑性,因为其具备出色的滞回性能,因此能够将地震能量的发部分耗散掉,以此发挥出消能减震的作用。

而对于摩擦阻尼器而言,则是记住消能装置内部各固体间发生的相对滑动将地震能量耗散。

因此其滞回圈与矩形十分相似,所以其库仑特性以及耗能性十分明显,具有十分广阔的应用空间。

第三,其他类型。

例如:MR流体阻尼器、调谐质量阻尼器以及电流变流体阻尼器等等。

2消能减震技术在民用建筑设计中的具体应用2.1建筑结构振动控制技术的应用在民用建筑设计中,建筑结构振动控制技术主要指的是主动与半主动控制技术,该种技术需要不同学科、不同专业的理论与技术支撑,如其开发出的接受与感性装置必须结合控制专业的技术,在控制专业相关理论与技术的支持下,方能有效实施,确保建筑安全;此外,该项新型消能减震技术在民用建筑设计中的有效应用,还需与传统的技术手段有机结合,方可充分发挥出它的功能作用,避免建筑受到地震灾害的影响。

减震减振技术在建筑结构中的应用

减震减振技术在建筑结构中的应用

减震减振技术在建筑结构中的应用减震减振技术是一种应用于建筑结构中的创新技术,通过这种技术,可以有效地减少建筑物在地震等自然灾害或风力作用下的受力情况,从而降低建筑物的倒塌风险,保障人们的生命财产安全。

在本文中,我们将探讨减震减振技术在建筑结构中的应用,以及这种技术对建筑行业的深远影响。

一、减震减振技术的基本原理在介绍减震减振技术在建筑结构中的应用之前,我们需要了解一些基本的原理。

减震减振技术是通过改变建筑物的结构或在建筑物中增加一些装置,来吸收、减轻地震或风力的作用力,从而防止建筑物发生破坏。

具体而言,减震减振技术主要包括以下几种:1.减震体系:可分为摄动减震和摩擦减震两种方式,直接作用于下部建筑结构。

2.缓冲体系:分为热塑性聚合物、液体等。

3.被动控制体系:通过添加可控制钢筋等,使减振器因跨度和荷载变化而自动调整。

二、减震减振技术在建筑结构中的应用减震减振技术在建筑结构中的应用可以追溯到上个世纪中叶,随着科学技术的发展和实践的积累,这种技术在建筑行业中得到了广泛的应用。

在强烈地震、风灾等自然灾害中,减震减振技术可以使建筑物在受到外力作用时保持稳定,并降低建筑物的倒塌风险。

具体而言,减震减振技术在建筑结构中的应用主要包括以下几个方面:1.高层建筑中的应用高层建筑是城市中最显眼的建筑,在建筑结构中的减震减振技术应用对于保障高层建筑安全至关重要。

目前,常用的减震减振技术主要有摇摆阻尼器、高阻尼装置、被动控制混凝土框架等。

这些技术通过调整建筑的结构和重心,改变地震或风力的作用力,从而降低建筑物的受力情况。

2.桥梁中的应用桥梁是人类交通运输中的关键组成部分,对于保障公共安全至关重要。

减震减振技术在桥梁中的应用主要包括加荷状橡胶减震器、形状记忆合金减震器、压缩能量储存器等。

这些技术可以有效地减轻桥梁在风力或地震等自然灾害中的受力情况,从而提高桥梁的安全性。

3.地铁隧道中的应用地铁隧道是城市中重要的交通运输方式,但由于地下隧道的环境复杂,其建筑安全要求极高。

探讨减隔震技术在高层建筑基础方面的应用

探讨减隔震技术在高层建筑基础方面的应用

探讨减隔震技术在高层建筑基础方面的应用摘要:随着社会的进步,我国的建筑行业也获得了巨大的发展,建筑结构越来越多样化,建筑规模越来越大,建筑数量越来越多。

而在高层建筑的基础建设方面,减震效果以及抗震效果被人们广泛的关注。

基于此,本文重点针对减隔震技术在高层建筑基础方面的应用进行了详细的分析,以供参考。

关键词:减震技术;隔震技术;高层建筑;应用在高层建筑的基础施工建设过程中,为了提升建筑的抗震能力,传统的施工工艺会通过建筑结构的承载能力以及变形能力来保证地震能量的消耗,提升高层建筑的抗震效果。

但是这种抗震工艺相对被动,忽略了地震灾害发生的不可预测性,很容易造成高层建筑设计结构的误差,出现严重的人员伤亡以及经济损失。

所以,必须要加强减隔震技术在高层建筑基础方面的应用。

一、减震技术在高层建筑基础方面的应用近几年来,结构减震技术已经被广泛的应用到高层建筑基础方面。

将非承重构建作为能耗元件,通过能耗元件之间的摩擦和剪切变形来实现地震能量的消耗,从而降低地震灾害对高层建筑的影响,提升高层建筑的抗震性能以及减震性能,保证高层建筑的稳定性以及安全性。

(一)建筑结构的阻尼参数的提升针对弹性地震,结构阻尼和周期函数发挥着十分重要的作用。

并且,地震反应与结构阻尼、与周期函数都是反比例关系。

基于此,为了保证高层建筑的抗震效果,必须要想尽一切办法提升材料的阻尼比。

而材料阻尼受到材料结构类型、地基土质以及振动性质的影响,只有选择阻尼系数较高的材料才能够保证高层建筑的抗震效果。

或者在高层建筑中利用阻尼器来吸收地震产生的能量,避免高层建筑的变形[1]。

(二)高延性建筑结构构件的引进在建立高层建筑管理机制以及材料管控体系的过程中,为了保证高层建筑的抗震效果,必须要详细分析建筑结构的能量吸收水平以及能量耗散水平。

而建筑结构对能量的吸收以及耗散主要取决于建筑结构的基础延性。

只有严格按照相关标准设置建筑的承载力参数以及变形能力,才能够保证高层建筑的抗震能力。

浅述消能减震技术在高层建筑中的应用

浅述消能减震技术在高层建筑中的应用

浅述消能减震技术在高层建筑中的应用摘要地震是一种突发性的破坏性极强的自然灾害,罕遇的大地震会给建筑物及构筑物造成极大的破坏,造成极大的人员伤亡和经济财产损失。

而我国是一个地震多发区,特大地震也时有发生,如唐山大地震和汶川大地震。

所以在建筑结构设计中如何防止地震作用下建筑物的破坏就显得尤其重要。

结构被动控制[1]中的耗能减震技术由于技术相对成熟,施工方便,减震效果明显等特点广泛用于多高层建筑抗震的设计和加固中。

本文简单论述了消能减震的原理,重点介绍了各种消能减震设备的特点及其设计方法,为消能减震的设计提供一定的参考。

1. 概述地震是一种突发性的破坏性极强的自然灾害,罕遇的大地震不仅会直接给建筑物及构筑物造成极大的破坏,同时也会造成泥石流等次生灾害的发生,造成极大的人员伤亡和经济财产损失。

而我国恰恰是一个地震多发的国家,如唐山大地震和汶川大地震都是史无前例的特大地震灾害,给人们带来了极其巨大的痛苦。

所以结构设计中的抗震设计是关系人民生命和财产的大事,必须给予高度的重视,特别是在我国的震区。

传统的结构抗震设计[2]主要致力于保证机构自身具有一定的强度、刚度和延性,以满足一定的抗震设计要求。

事实表明,在大震作用下结构主体经常会产生不可修复的损伤甚至破坏,造成的损失是巨大的,难以接受的。

这种仅靠自身性质抗震的结构在地震作用中处于被动受力状态,因此是一种消极的抗震方式。

为使结构更有效地抵抗地震作用,以隔震、减震为技术特点的技术逐渐发展起来,并且许多设备都以在现实结构特别是地震区建筑和超高层建筑中广泛的应用。

结构控制理论按是否需要外部施加能量分为主动、半主动和智能控制及被动控制。

而被动控制主要可分为隔震技术、消能减震技术和吸震减震技术。

隔震技术[3, 4]是在结构物地面以上部分的底部设置隔震层,使之与固结于地基中的抵触顶面分开,限制地震动向结构物的传递,如橡胶支座隔震和滚子隔震等。

隔震结构主要用于基本规则的低层和多层建筑;吸震技术[5, 6]是在主体系统上加附加子系统,以减少主体结构的震动,如调谐质量阻尼器TMD或调谐液体阻尼器TLD。

隔震技术在高层建筑中的应用探讨

隔震技术在高层建筑中的应用探讨

隔震技术在高层建筑中的应用探讨因地震灾害不断涌现,需要各种结构来增强建筑的隔震效果,目前隔震结构是一种能够通过建筑物内部相关结构吸收地震过程中所产生巨大能量的构造物。

建筑物的隔震技术已经在过去的规范和标准当中有了比较成熟的规定和指导。

目前的抗震设计不仅考虑到结构的动力效应,而且从刚柔结合的设计角度提出了避免隔震支座受拉的上部结构布置原则及隔震层优化设计方法,并对目前隔震支座拉应力计算方法提出了改进建议。

本文阐述了隔震技术在高层建筑中的具体应用,并强调了在高层建筑中隔震技术设计的注意事项。

标签:隔震技术;高层建筑;应用伴随着橡胶等隔震材料性能的提升和有关隔震技术理论的成熟,将高层建筑中的隔震技术推广上升到了一个新的层次上。

隔震设计可以延长整个结构体系的自振周期,达到预期防震要求。

目前隔震技术主要是利用结构本身材料强度来消耗地震能量,遭遇大地震的时候减少结构倒塌。

通过在底部设置水平柔性的隔震装置延长结构的基本自振周期,通过隔震层变形达到隔震的效果。

对于隔震技术在高层建筑中的应用,一般都是保证结构具有足够的强度、刚度和延性,从而使地震能量传递到建筑物的隔震方法进入结构设计领域。

1、隔震技术在高层建筑中的具体应用1.1构建隔振体系隔震体系主要将基础的地震能量向上部结构传递,从而利用叠层橡胶垫、夹层橡胶垫构成基础隔震体系等。

一是滑动隔震支座。

滑动隔震支座可以使震后的隔震系统恢复到原来的位置;滑动支座能减小地震对上部结构的能量传递,应用混合隔震支座来抵抗并消耗地震能量,设计的同时还具有消耗地震能量的耗能特性。

二是橡胶隔震支座。

天然橡胶支座利用高温、加压并硫化制作而成。

天然橡胶隔震支座是在天然橡胶隔震支座的中心或非中心加入铅芯制作而成的具有良好耗能能力的隔震支座。

三是高阻尼橡胶支座。

高阻尼隔震橡胶支座主要降低橡胶的存储模量等来提高橡胶阻尼性能的一种隔震装置。

四是基础隔震。

将隔震装置设置在上部和基础结构之间就是基础隔震,越往上部,建筑结构的地震反应就减小。

浅谈消能减震技术

浅谈消能减震技术

浅谈消能减震技术消能减震技术是一种通过能量吸收和转换来减轻地震对建筑物和桥梁等结构物的影响的技术。

它可以有效降低地震引起的振动幅度,保护结构的安全性,减少地震造成的损失。

本文将从工作原理、应用领域和发展前景等方面对消能减震技术进行浅谈。

消能减震技术的工作原理可以分为三个步骤:能量吸收、能量转换和能量消耗。

当地震发生时,结构物会通过一些装置(如液压缸、摩擦装置等)吸收地震能量,将其转化为其他形式的能量。

然后,这些被吸收和转换的能量会被传递到消能装置中,通过摩擦、变形等方式转化为热能,从而减轻地震的影响。

消能装置会通过散热等方式将热能释放出来,恢复到初始状态,准备应对下一次地震。

消能减震技术广泛应用于高层建筑、桥梁、核电站和航天器等领域。

在高层建筑中,消能减震技术可以有效减少地震引起的振动,提高建筑的稳定性和安全性,保护人们的生命财产安全。

在桥梁中,消能减震技术可以降低地震对桥梁的影响,减少桥梁的损坏程度,延长其使用寿命。

在核电站中,消能减震技术可以抵御强烈地震引起的震颤,确保核设施的稳定性,保障核电站的运行安全。

在航天器中,消能减震技术可以减少航天器在起飞、着陆和飞行过程中受到的震动,保护载荷的完整性和可靠性。

消能减震技术具有广阔的发展前景。

随着人们对建筑安全性、耐久性和舒适性的要求不断提高,消能减震技术将成为建筑行业的重要技术之一。

随着地震频率的增加和地震强度的增加,消能减震技术也将在地震灾害防治中发挥越来越重要的作用。

随着科技的不断进步和应用范围的不断扩大,消能减震技术也将不断创新和完善,为各个领域带来更多的机会和挑战。

建筑结构消能减震设计的应用

建筑结构消能减震设计的应用

建筑结构消能减震设计的应用摘要:建筑在我们的生活、工作等方面起着非常重要的作用,因为建筑的施工、建筑结构质量与建筑的使用寿命有着直接的相关性,决定了建筑的应用效果,希望提高建筑工程的质量,建筑结构的设计意义。

施工期间要完成建筑结构施工。

此外,在建筑结构设计中,减震设计是建筑结构设计中非常重要的一部分。

关键词:建筑隔离;能量吸收和减震设计;应用程序前言近年来,我国经济快速腾飞,建筑业在规模和体积上也都享有繁荣,对于建筑而言,隔震和耗能的设计是建筑结构设计的关键部分。

因为我国是地震多发国,今天建筑业规模不断扩大,建筑技能水平不断提高,人们对建筑工程的要求更加严格。

我国抗震隔离和吸能设计技术的改进和发展,对建筑整体质量安全具有十分重要的作用,因此,完善和创新隔震减能设计,有助于进一步推进我国新城建设,对于推动我国抗震能量隔离设计理念的创新具有十分现实的意义。

研究抗震吸收设计原理,改进抗震隔离和减震设计方法,一方面有助于我国建筑质量管理体系的有效建设。

另一方面,可以更好地推动我国城镇化的发展进程。

1隔离和能源减少方面的问题1)因为是一项新技术,理论还处于发展完善阶段,其中一些技术的适用性和安全性还需要不断研究和提高,国家在推广上也很谨慎。

设计和施工人员虽然这两项技术已逐渐得到认可,但要精通科学的使用还需要一段时间。

3)在隔离和能量吸收组件的安装中,建设投入必然增加,为此,各种抗震技术也各有劣势和优势,结构设计者需要按照建筑物的抗震隔离和设防类型,强度、建筑结构方桉、场地条件和使用要求,通过对隔离或耗散方桉的技术、经济可行性和安全性与隔离设计的比较,最终确定了理想的设计方桉。

2.建筑结构设计隔离措施的2条原理与技术2.1地基隔振对于建筑地基隔离,关键是要以特殊的方式处理建筑地基,以消除地震地震波,最终减少对建筑的破坏。

传统上,沙子和粘土交替铺设在建筑物的地基上,或者直接设置沙子或粘土垫。

在我国建筑史上,有人以汤米为原料,在建筑地基设置垫子,以减少地震对建筑物的破坏。

浅议高层建筑结构设计中的隔震减震措施

浅议高层建筑结构设计中的隔震减震措施

浅议高层建筑结构设计中的隔震减震措施高层建筑是指楼高超过一定高度的建筑物,由于在建筑物的高度和地上空间的约束下,高层建筑结构设计中的隔震减震措施显得尤为重要。

隔震减震措施是为了降低地震或其他振动所造成的结构破坏和人员伤亡,提高建筑的抗震能力和安全性。

本文将从隔震和减震两个方面对高层建筑结构设计中的隔震减震措施进行探讨。

首先,隔震是指将建筑物和地面之间设置一定的隔震装置,以减少地震动传至建筑物的能量,从而保护建筑物的完整性和稳定性。

目前常用的隔震装置主要有橡胶隔震支座和钢性隔震支座。

橡胶隔震支座是一种将建筑物与地基分离的装置,它具有较好的抗震性能和减震效果,能有效降低地震对建筑物的影响。

钢性隔震支座则是通过一定的刚度和阻尼来减少建筑物的震动,提高建筑物的稳定性。

此外,还可以采用隔震橡胶支座和钢筋混凝土结合的混合隔震支座,以综合发挥两者的优点。

其次,减震是指通过一些减震装置将建筑物的振动能量转化为其他形式的能量来减少地震对建筑物的影响。

常见的减震装置主要有液态阻尼器、摩擦式减震器和钢筋混凝土摩擦滑块等。

液态阻尼器是一种通过可控的液体流动来消耗振动能量的装置,可以有效减轻建筑物的振动力,提高抗震能力。

摩擦式减震器则是利用摩擦力来吸收能量,降低建筑物的振动能量。

钢筋混凝土摩擦滑块则是通过建筑结构中的几何变形和材料摩擦来吸收能量,降低地震对建筑物的冲击。

除了以上两种主要的隔震减震措施,还可以采用一些其他的措施来提高高层建筑的抗震能力。

例如,可以使用悬吊墙来减小地震对建筑物的影响,采用软土基础处理技术来改善建筑物的地基条件,使用钢筋混凝土剪力墙等结构形式来提高建筑物的抗震能力等。

此外,还可以在建筑物的设计中融入一些先进的技术和材料,如智能材料和智能结构等,以提高建筑物的抗震性能和安全性。

综上所述,高层建筑结构设计中的隔震减震措施对于提高建筑物的抗震能力和保障人员的安全至关重要。

在高层建筑的设计中,应根据具体地震和土地条件以及建筑物的功能和需求,合理选择和应用各种隔震减震措施,从而确保建筑物的稳定性和安全性。

减隔震技术在高层建筑基础方面的应用研究

减隔震技术在高层建筑基础方面的应用研究
1减震技术在 高层建筑基础 方面的应用研 究
近几年 ,应用 范围较 为广泛 的就是结构减 震技术 ,将非承重构 件直接设计为 能耗元件 ,借 助元件之间的摩擦 以及剪 切变形 ,能有效 消耗地震 产生的能量 ,从 而一定程度上减 少地震对建筑产生 的影 响 ,从根本上提高 了安全 性和稳定性 ,实 现减 震抗震的 目标…。
第二 ,应用 高延 性建筑结构构件 ,在 实际管理机制建立和材 料管控体系 中, 为了确保建筑物 的耐震效果 ,要对结构 吸收能量和耗散能量 的水 平予以分析 ,而 这 些情况主要 的决定 性因素就是结构 的基 础延性。只有保证承 载力参数和变形能 力 均符合标准 ,才 能提高建筑结构 的抗震 能力。对于地震反应 而言 ,要将重点落 实在变形能力 的处 理方面 ,尤其是在地震 力达到 了建筑结构屈 服抗力极限值后 , 相 关问题的处理效 果就能显现 出来 。正是 基于此 ,目前多数地 区的高层建筑结构 中 ,都会使用强柱 弱梁亦或是强节点弱构 件与强化梁柱塑性结构 的方式 ,进一步 提 升整体建筑结构的延性 。
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减隔震技术在高层建筑基础方面的应用研究
姜 彬 霖 (云 南旅游职业 学院)
中 图 分 类 号 : K928 文 献 标 识 码 :B 文 章 编 号 1007—6344 (2018)02—0163—01
摘要 :伴 随着经济的发展 和社会 的进 步 ,我 国建筑行业呈现 出高速发展 的态势 ,整体建筑结构更加 多样化 ,且数量也在 不断增 多,其 自身的减震抗震水平成 为了社会各界 关注的焦点 ,为 了有效提 升应用价值和 实际应 用效果 ,相 关施 工部 门要对技 术框 架进行 深度整合。本文主要讨论 了减震技 术和 隔震技 术在 高层 建筑基础方面的应用 ,以供参考。

隔震措施在高层建筑结构设计中的应用

隔震措施在高层建筑结构设计中的应用
开展罕遇地震下三向时程分析,可发现单向与三向水平减震系数分别为0.368和0.336,单向和三向的大震下支座最大拉应力分别为0.42MPa和0.61MPa,单向和三向下的大震下支座最大压应力分别为27.0MPa和26.7MPa,单向和三向的大震下隔震层最大侧移则分别为467mm和503mm,结合具体计算结果可确定隔震设计满足抗震规范要求。
4.下部结构与基础构件设计
基于上部结构整体进行隔震层顶盖计算,将地下室顶板作为嵌固部位计算,由此可得出,X方向、Y方向的嵌固刚度比计算结果分别为2.04和2.07。值得注意的是,中震和大震中的地下室结构设计存在等效模型底部总剪力计算结果略大于非线性时程分析平均值的情况,这种情况的出现源于上部结构进入弹塑性未被纳入考量,因此,支承构件的配筋、抗剪承载力验算需要按中震组合下内力设计值进行,同时还需要采用隔震前中震和大震对应的α max(地震影响系数最大值)作为模型计算中采用的地震影响系数最大值。
一、隔震措施在建筑结构设计中的应用
(一)工程概况
某项目32层,其隔震层设置在3.2m层高的非机动车夹层,塔楼屋面高度为93.07m、最大建筑总高度为99.75m,抗震设防烈度为8度、场地类别为Ⅱ类、地面粗糙度为B类,基本风压取0.33kN/m2,采用基础隔震措施。
(二)结构计算与分析
该建筑的抗震设计目标为“小震不坏,中震即用,大震可修”,因此,设计人员在设计之初明确了如下抗震性能目标:①隔震层以上结构。多遇地震下“弹性”、设防地震下“除连梁外,保持不屈服且层间位移角≤1/800”、罕遇地震下“除连梁外,个别抗侧构件屈服层间位移角≤1/500”。②隔震层。隔震装置在多遇地震下“弹性”、设防地震下“正常工作”、罕遇地震下“不丧失功能且剪应变≤250%”,支墩保持“弹性”。③地下室直接支承构件。在多遇地震、设防地震下“弹性”,罕遇地震下“抗剪弹性”。整体抗震目标为水平向减震系数小于0.4,因此,设计人员采用了布置铅锌橡胶支座(LRB)、天然橡胶支座(LNR)的隔震支座布置设计,其中铅锌橡胶支座与天然橡胶支座共计26个。

浅议高层建筑结构设计中的隔震减震措施 孙烨

浅议高层建筑结构设计中的隔震减震措施   孙烨

浅议高层建筑结构设计中的隔震减震措施孙烨摘要:在高层建筑中应用减隔震技术具有非常重要的时代意义,需要相关技术部门结合建筑结构的实际需求,建构完整的管控措施和技术运行机制,提升高层建筑的整体水平,避免不良情况的发展,提高建筑结构的隔震减震效能,从根本上规避经济损失和人员伤亡问题,为高层建筑行业的可持续发展奠定坚实基础。

关键词:高层建筑;结构设计;隔震减震;措施1建筑结构隔震概况1.1 建筑结构隔震的定义所谓的建筑隔震结构指的是在建筑物的基础与上部结构件设置隔离层用以消散与隔离地震的能量,从而有效降低地震能量向上部结构之间的传输,进而使得减震的效果得以实现。

隔震建筑主要由三部分组成,上部结构、下部结构以及隔震装置。

为了使得建筑结构的隔震要求得以有效的满足,隔震装置应该满足以下特征:实用性、耐久性、复位特性、隔震特性以及承载特性等。

1.2结构隔震的主要特点建筑结构隔震减震的特点主要包括以下几点:①通过对已经建设好的隔震建筑进行观察以及从振动台地震模拟试验所得的结果,隔震装置可以有效的降低建筑结构出现的地震反应。

隔震建筑上部结构速度的加快仅仅相当于传统的隔震减震建筑的速度增加 25% 左右,这种减震效果是那些传统的隔震减震结构所难以实现的;②在建筑结构受到强烈地震影响的时候,上部结构可以处在弹性工作的状态,所以,隔震结构可以有效的确保机械设备、建筑结构构件等的安全以及正常应用;③在建筑结构受到大地震影响之后,基础隔震结构仅仅需要对隔震层予以检查与修复处理,就可以很快的予以正常使用,这能够为地方人们的生产与生活提供极大的便利;④隔震建筑具有明显的减震效果,所以,其不仅能够适用于普通建筑结构之中,还可以应用到那些在地震中对结构有较高要求的重要建筑物之中,比如说:医院、核电站等;⑤隔震结构虽然加设了隔震装置,但是能够有效的降低上部结构的地震影响,所以可以大大缩减截面断面情况,降低构件配筋,增加建筑高度等,从而使得建筑工程的总体造价得以有效的降低。

消能减震技术在某高层框架结构抗震加固中的应用

消能减震技术在某高层框架结构抗震加固中的应用

消能减震技术在某高层框架结构抗震加固中的应用
李纯;刘雨
【期刊名称】《四川建筑》
【年(卷),期】2024(44)1
【摘要】某高层混凝土框架结构由于抗震等级的提高,导致原结构抗震构造措施无法满足抗震规范的要求。

针对此情况,在结构主要楼层布置了轴向型金属抗震阻尼器,采用了消能减震技术进行抗震加固。

结果表明,采用消能减震技术加固后,有效地降低了结构的地震响应,减小了地震作用下的层间位移角,达到了国家抗震规范要求。

【总页数】4页(P20-23)
【作者】李纯;刘雨
【作者单位】苏州达康建筑科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU352.11
【相关文献】
1.消能减震技术在建筑抗震加固中的应用探讨
2.消能减震与隔震技术在抗震加固工程中的应用
3.消能减震技术在结构抗震加固工程中的应用
4.探究消能减震技术在
结构抗震加固改造中的应用5.消能减震技术在某社区卫生服务中心抗震加固中的
设计应用
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浅述消能减震技术在高层建筑中的应用
摘要:地震是一种突发性的破坏性极强的自然灾害,罕遇的大地震会给建筑物及构筑物造成极大的破坏,造成极大的人员伤亡和经济财产损失。

而我国是一个地震多发区,特大地震也时有发生,如唐山大地震和汶川大地震。

所以在建筑结构设计中如何防止地震作用下建筑物的破坏就显得尤其重要。

结构被动控制[1]中的耗能减震技术由于技术相对成熟,施工方便,减震效果明显等特点广泛用于多高层建筑抗震的设计和加固中。

本文简单论述了消能减震的原理,重点介绍了各种消能减震设备的特点及其设计方法,为消能减震的设计提供一定的参考。

1. 概述
地震是一种突发性的破坏性极强的自然灾害,罕遇的大地震不仅会直接给建筑物及构筑物造成极大的破坏,同时也会造成泥石流等次生灾害的发生,造成极大的人员伤亡和经济财产损失。

而我国恰恰是一个地震多发的国家,如唐山大地震和汶川大地震都是史无前例的特大地震灾害,给人们带来了极其巨大的痛苦。

所以结构设计中的抗震设计是关系人民生命和财产的大事,必须给予高度的重视,特别是在我国的震区。

传统的结构抗震设计[2]主要致力于保证机构自身具有一定的强度、刚度和延性,以满足一定的抗震设计要求。

事实表明,在大震作用下结构主体经常会产生不可修复的损伤甚至破坏,造成的损失是巨大的,难以接受的。

这种仅靠自身性质抗震的结构在地震作用中处于被动受力状态,因此是一种消极的抗震方式。

为使结构更有效地抵抗地震作用,以隔震、减震为技术特点的技术逐渐发展起来,并且许多设备都以在现实结构特别是地震区建筑和超高层建筑中广泛的应用。

结构控制理论按是否需要外部施加能量分为主动、半主动和智能控制及被动控制。

而被动控制主要可分为隔震技术、消能减震技术和吸震减震技术。

隔震技术[3]是在结构物地面以上部分的底部设置隔震层,使之与固结于地基中的抵触顶面分开,限制地震动向结构物的传递,如橡胶支座隔震和滚子隔震等。

隔震结构主要用于基本规则的低层和多层建筑;吸震技术[4]是在主体系统上加附加子系统,以减少主体结构的震动,如调谐质量阻尼器TMD或调谐液体阻尼器TLD。

吸震系统主要应用于大跨结构及超高层抗风中;消能减震技术[5]是在结构中设置非结构的耗能元件(耗能器或阻尼器),结构振动使耗能元件在被动的往复运动中耗散结构的振动能量,减轻结构的动力反应。

这比传统的依靠结构本身延性耗能显然是更近了一步,耗能元件一般不改变结构的形式,也不需要外部能量的输入。

耗能减震技术由于技术相对成熟,施工方便,设备制造相对容易,减震效果明显等特点使之广泛用于多高层建筑抗震的设计和加固[6]中。

它也是本文的重点论述对象。

2. 消能减震技术的原理
消能减震结构体系是一种较新的抗震结构体系,是把一些非承重构件(如支
撑、连接件等)设计为耗能杆件,或在结构的一定部位装耗能设备(阻尼器等),在小风小震作用时,这些耗能杆件或装置和结构本身能保证足够的侧向刚度,使结构处于弹性状态。

当出现大震时,随结构的侧向变现增大,耗能构件率先进入非弹性状态,产生较大阻尼,大量消耗地震能量,从而大大降低地震对结构的反应,使得主体结构遭受较少的破坏。

下面通过对单自由体系的结构动力学方程[7],简单阐述弹性状态下消能减震的基本原理。

设但自由度质点受力,
根据结构动力学基本方程:

其中,
—强迫简谐振动频率,—为结构体系的固有频率,—为结构阻尼比
解微分方程并整理后得
其中,
将提出后R 剩下的部分便是结构动力放大系数,可以理解为相当于静力产生的位置基础上乘以M。

M是决定结构振动反应的关键参函数。

M主要由参数频率比和阻尼比决定。

总结分析后得下图(图1):
图1 单自由度结构强迫振动M与和的关系曲线
从关系曲线中可以看出M随阻尼比的增大而减小。

即阻尼比增大能明显减小结构振动效应。

对于多自由度体系,在弹性阶段,由于可以用振型分解的方法将多自由度体系分解为多个单自由度体系的叠加,所以基本机理和单自由度体系基本相同,不再赘述。

通过安装消能减震设备,能明显增大结构的阻尼,从而减少地震对结构的激振作用。

同时也可以从能量角度来说明消能减震的原理[8],更能说明非弹性状态下
消能减震的原理。

地震时,结构在任意时刻的能量方程为
式中—地震过程中输入给结构的能量;
—主结构本身的耗能;
—附加子结构的耗能(TMD等)。

其中主结构本身的耗能
式中—结构振动动能,—结构振动势能
—结构黏滞阻尼耗能,—结构塑性变形耗能
从能量观点上看,地震输入结构的能量是一定的。

其中为结构的振动能,仅仅是结构转换,不产生耗能。

结构塑性变形耗能,主要靠结构自身的延性耗能,但是当地震能量较大时,大量靠结构延性耗能会导致结构构件的损伤甚至破坏。

结构阻尼耗能,当无消能减震设备时,阻尼比较小,如混凝土仅为5%,能消耗的能量有限。

所以通过增加消能减震设备,能明显增加结构的阻尼耗能,从而减少结构的延性耗能,能显著减少地震作用对主要构件的影响,从而使结构更加安全。

3. 常用的消能减震设备
消能减震结构的耗能装置,可以在主体结构进入非弹性状态前,率先进入耗能工作状态,充分发挥耗能作用,从而有效地保护了主体结构,使其不再受到损伤或破坏。

耗能装置可以是放置在结构相对位移较大处的阻尼器,也可以是由结构物的某些非承重构件(如支撑等)设计成耗能构件。

试验表明,耗能装置可做到消耗地震总输入能量的90%。

常用的耗能装备有阻尼器、耗能支撑和摩擦墙等。

3.1阻尼器
消能减震中的附加耗能元件或装置一般称为阻尼器。

阻尼器通常安装在支撑处、框架和剪力墙的连接处、梁柱连接处以及上部结构与基础连接处等有相对变行或相对位移的地方。

常用的阻尼器可分为位移相关型和速度相关型等,下文将分别进行介绍。

3.1.1 位移相关型阻尼器
位移相关型阻尼器通常用塑性变形性能好的材料制成,利用其在反复地震荷载下良好的滞回性能来耗散地震能量。

主要有金属屈服型阻尼器和摩擦型阻尼器。

1)金属屈服型阻尼器。

金属屈服型阻尼器是利用软钢材料屈服后的塑性变形来耗散地震能量的。

低碳钢具有优良的塑性变形能力,可以在超过屈服应变几十倍的塑性应变下往复数百次而不断裂。

阻尼器的主要形式有:轴向屈服型中的软钢沿构件长度方向设置,产生轴向变形屈服,其形态类似于支撑;剪切屈服型中的软钢按平板设置,产生平面内剪切变形屈服,其形态类似于腹板。

此外还有利用软钢弯曲屈服和扭转屈服的阻尼器。

下图2是台湾大学蔡克全教授[9]提出地的三角板耗能阻尼器(TADAS)。

该设备由数片三角形钢板悬臂地焊接在一块地板上,在垂直于钢板的侧向力作用下,悬臂板的弯矩与钢板宽度呈同样的线性变化,整块钢板会同时发生弯曲屈服,从而提供较大的变形和耗能,滞回曲线如图3。

图2TADAS示意图图3 TADAS滞回曲线
软钢阻尼器可以同时提供阻尼和刚度,同时,由于设置的屈服点不同,同一装置在不同地震作用下的耗能效果差异很大。

所以软钢阻尼器的刚度和屈服荷载是设计中需确定的主要性能指标。

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