建筑结构减震隔震设计讲解

工程结构减震控制按技术方法分类：
①隔震技术；
③质量调谐减震技术；
②消能减震技术； ④主动控制技术；
⑤混合控制技术
工程结构减震控制
①调谐质量阻尼器” TMD
（Tuned Mass Damper）
②调谐液体阻尼器”TLD
（Tuned Liquid Damper）
隔震技术
消能减震技术
被动调谐减震技术
主动控制技术
采用底部剪力法时，隔震层以上结构的水平地震作用，沿高度 可采用矩形分布，但应对反应谱曲线的水平地震影响系数最大值进 行折减，即乘以“水平向减震系数”。
3.隔震层的设计与计算 (1)设计要求
隔震支座应进行竖向承载力的验算和罕遇地震下水平位移的 验算。 (2)橡胶隔震支座平均压应力限值和拉应力 规定橡胶隔震支座在永久荷载和可变荷载作用下组合的竖向平 均压应力设计值，不应超过表8-2的规定，且在水罕减震遇系地数震作用下 不宜出现拉应力。
心、水厂、电厂、粮食加工厂、通信中心、交通枢纽、 机场等。 (3)地震区的重要建筑结构物，例如:重要历史性建筑、博 物馆、重要纪念性建筑物、文物或档案馆、重要图书资 料馆、法院、监狱、危险品仓库、有核辐射装置等。 (4)内部有重要仪器设备的建筑结构物，例如，计算机中 心、精密仪器中心、实验中心、检测中心等。 (5)桥梁、架空输水渠、雷达站、天文台等重要结构物。
mn mn-1
m2
m1 kh
zeq
图8.16 隔震结构 计算简图
Mx Cx K h x Mxg
n
Kii
eq
i 1
Kh
n
Kh Ki i 1
8.2.3 基础隔震结构设计
2.隔震层上部结构的抗震计算 隔震层上部结构的抗震计算可采用底部剪力法或时程分析法。
采用时程分析法计算时，计算简图可采用图8.16所示的剪切型结构 模型。
上部结构底板及基础上圈梁
滑移隔 震装置
圆锥棒限 位阻尼器
基础下 圈梁
3.滚珠及滚轴隔震 用高强合金制成的滚珠或滚轴涂以防锈或润滑涂层后置于上部
结构与基础之间，地震作用下，滚珠或滚轴滚动而达到隔震目的。 滚珠隔震可以将滚珠做成圆形置于平板或凹板上，也可将滚珠做成 椭圆形以形成恢复力；而滚轴隔震通常做成上、下两层彼此垂直的 滚轴，以保证能在两个方向上滑动。滚珠或滚轴能把地面运动几乎 全部隔开，具有明显的隔震效果
8.2.2常用隔震方法
1.橡胶垫隔震 夹层橡胶垫是最常见的隔震装置，基本构造如图8.12所示，由
薄橡胶片与钢板分层交替叠合，经高温硫化粘结而成。薄钢板可限 制橡胶片的横向变形，但对橡胶片的剪切变形影响很小，因此，支 座的竖向刚度很大，而水平刚度却很小。
保护橡胶
立面图
断面图
ds 直径D
中间钢板 橡胶层 翼缘
导入案例
北京故宫博物院是明成祖永乐帝从1406年起历时14 年建造的一座皇城，城内数百个大小不同的建筑物排列成 一个巨大的建筑群。这座现存的中世纪木结构建筑群虽然 在地震区内，但受到的地震灾害却很少。为什么呢？在 1975年开始的故宫设备配管工程中，从中枢部位地下56m处挖掘出略带粘性的物质，检查结果是一层煮过的糯 米拌石灰。
故宫的主要建筑都建在大理石高台之上，下面有这样 一层柔软的糯米层，就能够在一定程度上把建筑物与地震 隔离开来，使建筑物免遭震害。
8.1概 述
在抗震设计的早期，人们曾试图将建筑结构设 计为“刚性结构体系”，要求其不发生强度破坏。 但该种结构体系不经济，且较难实现；人们还设想 了“柔性结构体系”，即通过减小结构的刚性来避 免结构与地面运动发生共振，从而减小地震作用。 但该种结构体系层间位移较大，在很多情况下不能 满足设计和使用要求。
增大阻尼
橡胶板 铅芯 钢板
2.滑移隔震 这种隔震方法是在房屋基础顶面设置滑移层。风载或
小地震时，静摩擦力使结构固结于基础之上，大震时，静 摩擦力被克服，结构水平滑动，地震作用减小，滑移层间 摩擦阻尼同时消耗地震能量。为控制滑移层间的摩擦力以 满足隔震要求，通常采用的滑移层材料为钢摩擦滑板、石 墨、砂料、涂层垫层及聚四氟乙烯等
混合控制技术
作动器拖动附加质量阻 尼器AMD (Active Mass Damper)
隔震结构体系 消能减震体系
TMD被动控制体系
AMD主动控制体系
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8.2 结构隔震设计原理及方法
8.2.1 结构隔震设计原理
结构隔震是工程结构减震控制技术之一。结构隔震设计的基本 思想是在结构的底部设置隔震层，使之与上部结构分离开，从而限 制地震动向结构的传递
隔震层
加 速 度 反 应
上部 结构
A 小阻尼 位 移 反 应
A B
大阻尼 C
小阻尼 B
C
大阻尼
下部结构
T0
T1
周期（s）
T0
T1
周期（s）
隔震前结构周期
隔震结构周期
结构隔震体系主要适用于下列工程: (1)地震区的民用建筑，例如住宅、办公室、教学楼、
宿舍楼、剧院、旅馆、大商场等。 (2)地震区的生命线工程，例如:医院、急救中心、指挥中
表12.2.7 隔震层以上结构抗震措施要求与水平向减震系数的对应关系
水平向减震系数
≥0.45
<0.45
设防烈度
(设计基本加速度)
9 (0.40g)
9(0.40g)
8(0.20g)
8 (0.30g)
8(0.30g)
7(0.15g)
8 (0.20g)
8(0.20g)
7(0.10g)
7 (0.15g)
7(0.15g)
震害表明，将建筑结构设计为“延性结构体系” 是适宜的，对抗震是有利的。
刚性结构
柔性结构
延性结构
工程结构减震控制是指在工程结构的特定部位， 装设某种装置（如隔震垫等），或某种机构（如消 能支撑；消能剪力墙；消能节点；消能器等），或 某种子结构（如调频质量等），或施加外力（外部 能量输入），以改变或调整结构的动力特性或动力 作用。
7(0.10g)
7 (0.10g)
7(0.10g)
6(0.05g)
8.2.3 基础隔震结构设计
1.动力分析模型 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，其 动力平衡方程形式为
U型软钢板
滚珠或滚轴
8.2.3 基础隔震结构设计
《建筑抗震设计规范》对隔震设计提出了分部设计法和水平减震系 数的概念。分部设计方法是把整个基础隔震结构体系分成上部结构 (隔震层以上结构)、隔震层、隔震层以下结构和基础四部分，分别 进行设计。
水平减震系数
( i ) max / 0.7 i Qgi / Qi