第六章 工程结构消能减震设计简介讲解
土木工程中的消能减震结构设计研究
土木工程中的消能减震结构设计研究在土木工程领域，保障建筑物在地震等自然灾害中的安全性至关重要。
消能减震结构设计作为一种有效的抗震手段，近年来受到了广泛的关注和研究。
本文将对土木工程中的消能减震结构设计进行深入探讨。
一、消能减震结构的基本原理消能减震结构的核心原理是通过在结构中设置专门的消能部件，如阻尼器，来消耗地震输入结构的能量，从而减轻主体结构的地震响应。
当建筑物受到地震作用时，消能部件能够产生较大的阻尼力，迅速将地震能量转化为热能等其他形式的能量耗散掉，降低结构的振动幅度和变形，保护主体结构的完整性和稳定性。
常见的消能器包括粘滞阻尼器、金属阻尼器、摩擦阻尼器等。
粘滞阻尼器利用液体的粘性阻力来消耗能量；金属阻尼器则依靠金属材料的塑性变形来实现耗能；摩擦阻尼器通过接触面的摩擦力来消耗能量。
二、消能减震结构设计的关键要素1、消能器的选型与布置消能器的类型和性能应根据建筑物的结构特点、地震烈度、使用功能等因素进行选择。
在布置消能器时，需要考虑结构的受力特点和变形模式，使消能器能够在地震作用下充分发挥作用。
一般来说，消能器应布置在结构的变形较大、受力复杂的部位，如框架结构的梁柱节点、剪力墙结构的连梁等。
2、结构分析与计算进行消能减震结构设计时，需要采用合适的分析方法和计算软件，准确模拟消能器的力学性能和结构的地震响应。
常用的分析方法包括时程分析法、振型分解反应谱法等。
时程分析法能够较为真实地反映结构在地震作用下的动态响应，但计算量较大；振型分解反应谱法则相对简单，但对于复杂结构和消能器的模拟可能不够精确。
3、连接构造设计消能器与主体结构之间的连接构造至关重要，它直接影响消能器的工作性能和结构的安全性。
连接构造应具有足够的强度、刚度和耐久性，能够可靠地传递消能器产生的力和变形。
同时，还应考虑连接构造的施工可行性和维护便利性。
三、消能减震结构设计的流程1、确定设计目标根据建筑物的重要性、使用功能和所处地区的地震危险性，确定消能减震结构的设计目标，如降低结构的地震响应、保证人员生命安全、减少经济损失等。
消能减震结构体系及设计方法
消能减震结构体系 及设计方法
消能减震,耗能减震,制震
薛彦涛
中国建筑科学研究院
13501034240
消能减震结构
一、什么是消能减震结构
一、什么是消能减震结构 二、消能器有哪几种 三、消能减震适用什么样的结构 四、消能减震的试验研究 五、消能器与结构如何连接结构 六、消能减震结构如何设计 七、工程介绍
阻尼是靠结构局部损坏产生 的，例如梁、柱的塑性铰。
多遇地震下 多遇地震下： 地震下： 结构处于弹性状态，结构阻尼由组成 的材料决定。 如：钢筋混凝土结构5% 钢结构 2%
1
大震下结构几种塑性铰形式
地震中出现构件损伤
强柱弱梁型
强梁弱柱型
偏心支撑
不同阻尼下的反应谱
框架，框架剪力墙，消能减震框架 在ELCENTRO波输入的反应
。
年的九二一集集大地震，造成許多 人员伤亡，让人印象深刻。台湾地处板块交 界处，每年约有8000多次的地震发生，强度 不一。 当地震來临时高楼大厦搖晃严重，纵使 大樓没有破坏发生，也难以确保居住的安全 性。目前建筑用来抵抗地震的方法，除了建 物结构体外，就是加装隔震、制震装置。
1999
台湾许多建筑已经采用消能减震技术，在经 历过无数大小地震的震撼教育后，台湾民众及建 造商对建筑物有了防震的概念。选择信誉卓越及 优良技术的制震技术，來降低地震的损害，确保 生命财产安全，以及维持建筑物的功能。 因应四川震灾，全台在预售豪宅推销宣传 中，又重新标榜各种超规格制震住宅，
优点 ：
屈曲约束支撑的优点
利用各种类型消能器的组合成一个高 效的消能系统
３．支撑构件好比结构体系中可更换的保险丝， 既可保护其他构件免遭破坏，并且大震后， 可以方便地更换损坏的支撑。 ４．由于屈曲约束支撑具有很高的变形能力，因 此框架支撑结构具有较强的抗倒塌能力，在 抗震加固中，屈曲约束支撑比传统的支撑系 统更有优越性。
第六章工程结构消能减震设计简介
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第六章工程结构消能减震设计简介
6.2.2 基础隔震装置
隔震装置由隔震器、阻尼器和复位装置组成 隔震器的作用：支承上部结构全部质量，延长结构自振
周期，同时具有经历较大变形的能力 阻尼器的作用：消耗地震能量，抑制结构可能发生的过
大位移 复位装置的作用：提高隔震系统早期刚度使结构在微震
或风载作用下，能够具有和普通结构相同的安全性
这样，总之香港汇丰银行大楼通过炫耀技术的悬
挂结构，代替了鸡腿建筑，实现了柯布的早期理
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想。
第六章工程结构消能减震设计简介
•6.2.3 悬挂隔震实例
• 和田先生则以自己敏锐的抗震思维，通过将 隔震和悬挂合二为一，为底部开敞的悬挂结构赋予 了更充分的结构抗震的合理性，建筑理想的实现多 么依赖于结构工程技术的进步。 • • 在清水建设的支持下，在清水建设技术研究 所的门口按照和田先生的想法建造起来一座四层的 钢筋混凝土悬挂隔震示范建筑，如下页的小图所示。
• 10年后重建，并增加了抗震强度。
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第六章工程结构消能减震设计简介
6.2.3 悬挂隔震实例
l “鸡腿建筑” 最初的希望将地面空间还给城市，还给市民的 理想也随之被扭曲。即使建筑师自己不去否定鸡腿建筑，它 们也注定要被结构师否定，尤其是在地震危险性较高的地区。 香港人自以为占了块风水宝地，永远不会地震，确实那也真 的没被怎么震过，于是肆无忌惮的在山坡和港湾建造了大量 的鸡腿建筑，而且还相当骨感，真让人替他们担心。建筑的 形式不是由单单由建筑师决定的，也不是单单由结构师决定 的，还有追求经济利益的业主。底部沿街楼层对开敞的大空 间有挥之不去的商业热情，建筑师和结构师的工作就是尽量 满足这种商业需求。
消能减震设计讲解
不考虑扭转影响时，消能减震结构在其水平 地震作用下的总应变能，可按下式估算：
Ws＝1 / 2FiUi
Fi——质点i的水平地震作用标准值； Ui——质点i对应于水平地震作用标准值的位 移。
速度相关型消能器在水平地震作用下所消耗 的能量Wc，可按下式估算：
消能减震结构中的消能部件应沿 结构的两个主轴方向分别设置，消能 部件宜设置在层间变形较大的位置， 其数量和分布应通过综合分析合理确 定，并有利于提高整个结构的消能减 震能力，形成均匀合理的受力体系。
消能减震结构计算要点
（1）消能减震结构一般应采用非线性静力分 析法或非线性时程分析法计算。当主体结构 基本处于弹性工作阶段时，可采用线性分析 方法作近似估算，并根据结构的变形特征和 高度等，采用底部剪力法、振型分解反应谱 法和时程分析法。其地震影响系数可根据消 能减震结构的总阻尼比按《规范》的规定计 算。
粘滞阻尼器
一般Kd=0，Cd= C0 ，阻尼力仅与速度有关， 可表示为：
Fd Cd
C0为粘滞阻尼器的阻尼系数，可由阻尼器的 产品型号或由试验确定。
粘弹性阻尼器
刚度Kd和阻尼系数Cd一般由下式确定：
AG( ) Kd
( )AG( )
Cd
η(ω)和 G(ω)分别是粘弹性材料的损失因子
和剪切模量，一般与频率和速度有关，由粘弹 性材料特性实验曲线确定，A和δ 分别是粘弹 性材料层的受剪面积和厚度，ω是结构振动的 频率，对于多自由度结构， ω可取结构弹性
振动的基本固有频率。
（2）滞变型消能器的恢复力模型
软钢类消能器具有类似的 滞回性能，仅其特征参数不同。 通常可采用图(a)所示的折线 形模型来描述。摩擦消能器和 铅消能器的滞回曲线近似为 “矩形”，基本不受荷载大小、 频率、循环次数等影响，故可 采用图（b）所示的刚塑性恢 复力模型。
浅述建筑结构减震与消能减震设计
浅述建筑结构减震与消能减震设计建筑结构减震与消能减震设计是目前建筑工程设计领域中重要的技术方向，对于提高建筑结构的抗震能力和保护人员生命财产安全具有至关重要的作用。
本文将从基本概念、设计思路、主要方法和应用案例等方面进行阐述。
一、基本概念建筑结构减震是指通过一系列的减震措施，降低地震对建筑结构的影响，进而保护建筑结构的完整性和稳定性。
而消能减震是指在地震发生时，通过消除地震能量的传递和吸收，使建筑结构免受破坏。
二、设计思路建筑结构减震与消能减震设计的核心思路是通过改变建筑结构的刚度和能量耗散机制，将地震能量转化为非结构能量，减小地震对建筑结构的作用力。
常见的设计思路包括增加耗能装置、减小刚度、提高阻尼等。
三、主要方法1.增加耗能装置：通过在建筑结构中增加耗能装置，如高阻尼橡胶支座、摩擦阻尼器等，将地震能量转化为热能和摩擦能，从而减小建筑结构的震动响应。
2.减小刚度：通过采用灵活的结构系统，如钢结构、框架结构等，减小建筑结构的刚度，从而降低地震作用力。
3.提高阻尼：通过在建筑结构中增加阻尼装置，如粘滞阻尼器、液体阻尼器等，提高结构的阻尼比，减小地震能量的传递效应。
四、应用案例1.台北101大楼：台北101大楼是世界上首座采用金属球阻尼器的大楼，通过在楼顶设置800吨的金属球阻尼器，将地震能量转化为球体的动能和热能，有效减小了地震对大楼的影响。
2.八达岭长城高速公路桥：该桥采用了摩擦阻尼器作为剪力连接件，通过摩擦力将地震能量转化为热能和摩擦力，使桥梁在地震作用下能够有一定的位移和变形，保证桥梁结构的完好性。
3.日本东京迪士尼乐园：该乐园采用了高阻尼橡胶支座作为支撑装置，通过橡胶材料的阻尼特性，将地震能量转化为热能和弹性变形，保护了乐园内的建筑结构和设施。
综上所述，建筑结构减震与消能减震设计是提高建筑结构抗震性能的重要手段，通过增加耗能装置、减小刚度、提高阻尼等方法，能够有效降低地震对建筑结构的破坏作用。
建筑结构抗震设计第六章隔震与消能减震设计简介大学课件
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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。
消能减震部件的连接与构造[详细]
![消能减震部件的连接与构造[详细]](https://img.taocdn.com/s3/m/9fee3b27daef5ef7ba0d3cd4.png)
2.软钢剪切消能器与连接板的计算
消能器的连接部件应具有足够的刚度。连接部件的刚度 太弱，结构中的变形将无法通过连接部件集中到消能器中， 导致消能器效率降低。
消能器的连接与节点不应影响主体的结构的变形能力。不 合理的连接构造不仅影响消能器发挥作用，甚至会对主体结 构的抗震性能产生不良影响。例如，采用墙柱连接的时候， 如果不能保证墙柱和周边框架柱之间足够的变形缝，将可能 使周边框架柱在地震中称为“短柱”，出现剪切破坏。
1.屈曲约束支撑与连接板连接的计算 首先确定螺栓个数：
（1）节点的作用力F=极限力×1.2。
（2）根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）的7.2.2 款，单个高强螺栓抗剪强度设计值如下：
Nv 0.9n f P
（6 -1）
式中：nf为传力摩擦面数；μ为摩擦抗滑移系数，应按表6-1 采用；P为螺栓的预拉应力，应按表6-2采用。
（3）高强螺栓个数n为
n≧F/Nv 式中n取正整数。
然后考虑螺栓的布置方式。根据屈曲约束支撑产品端头形式 的不同，屈曲约束支撑与连接板螺栓的布置形式也有所不同。 以屈曲约束为例，屈曲约束支撑的端头一般有十字型和工字 型两种截面，如图6-9所示。
十字型螺栓的布置一般都沿十字截面的四个翼缘错开布置， 螺栓间距一般为100~120mm，并用夹板连接，夹板的宽度 ≥3d0(d0为螺栓孔的直径)。
（1）位移相关型消能器：不应小于消能器在设计为以 下对应阻尼力的1.2倍；
第六章 消能减震部件的连接与构造讲解
6.1 6.2 6.3 6.4 连接与节点的一般要求 常见连接与节点形式 连接设计的计算 构造要求
6.1 连接与节点的一般要求
• 消能器与主体结构的连接非常重要，正确的连接能保证地 震作用下消能器的正常工作，实现预期减震目标。消能器 的连接应与计算模型相符，消能器的连接应保证足够的强 度，不应先于消能器失效。具体设计中，与消能器或消能 部件相连的预埋件、支撑和支墩（剪力墙）及节点板的设 计承载力应按以下要求取值： （1）位移相关型消能器：不应小于消能器在设计为以 下对应阻尼力的1.2倍； （2）速度相关型消能器：不应小于消能器在设计速度 下对应阻尼力的1.2倍。
（3）通常采用高强螺栓连接，水平向梁上埋板螺栓个数计 算如下： 螺栓个数：
N tb F1H N Vb F1V n1 N tb N Vb
（6 - 13）
式中，N tb 和N Vb 分别为抗拉和抗剪承载 力设计值。
（4）竖向柱子预埋件螺栓个数计算 螺栓个数：
N vb F2 H N tb F2V n2 N tb N vb
• 为保证消能器的变形绝大部分发生在消能器上，与消能器 相连的预埋件、支撑和支墩（墙柱）及节点板应具有足够 的刚度、强度和稳定性。同时在相应的消能器极限位移或 极限速度的阻尼力作用下，与消能器连接的支撑、墙（支 墩）应处于弹性界限以内；消能器部件与主体结构连接的 预埋件、节点板等也应处于弹性工作状态，且不应出现滑 移、拔出和局部失稳等破坏。节点板在支撑力作用下具有 足够的承载力和刚度，同时还应采取增加节点板厚度或设 置加劲肋等措施防止节点板发生面外失稳破坏。
6.3.4 预埋板与主体结构的连接计算
预埋板与主体结构的连接分为预埋钢筋连接和高强锚栓连接， 分别对应新建建筑和加固建筑（见图6-14），两者的计算方 法基本相同。本节针对工程中最常用的屈曲约束支撑和软钢 剪切阻尼器说明预埋板与主体结构的连接计算。
结构隔震消能减震设计
结构隔震消能减震设计结构隔震和消能减震设计是地震工程领域中的重要技术，其目的是通过特殊的结构和材料设计，减少地震对建筑物及其内部设备的破坏。
一、结构隔震设计结构隔震是一种将结构物与土壤或地基隔开的设计方法，通过降低结构物受地震力的传递，减少地震对结构物的影响。
结构隔震设计一般包括以下几个方面：1.隔震系统选择：结构隔震系统通常包括隔震支座、隔震层和支撑系统。
常见的隔震支座有橡胶隔震支座、钢球隔震支座等。
不同类型的隔震支座具有不同的性能和适用范围，需要根据实际情况选择。
2.隔震层布置：隔震层一般位于地面以上，可以用于减震和减少地震波对建筑物的传递。
隔震层的布置要考虑结构的刚度、强度、稳定性等因素，以及地震的频率和能量。
3.支撑系统设计：支撑系统是隔震层与结构之间的连接，要具有良好的刚度和耐力，以保证隔震系统正常工作。
4.结构模型分析：隔震设计需要进行结构模型分析，考虑地震力、地震波特性、结构响应等因素，通过计算分析得出隔震设计的参数和指标。
隔震设计的优点在于能大幅度减少地震对结构物的破坏，提高结构物的抗震性能和安全性。
然而，隔震设计也存在一些挑战，如隔震支座的设计和施工比较复杂，造价较高等问题。
消能减震设计是通过在结构中引入特殊的减震装置，通过消耗、分散地震能量，减小地震对建筑物的影响。
消能减震设计一般包括以下几个方面：1.减震器选择：减震器是消能减震设计的核心装置，根据荷载类型和地震响应要求，可以选择液压减震器、摩擦式减震器、摇摆巨型减震器等减震器。
不同类型的减震器各有优劣，需要根据具体工程的特点和要求选择合适的减震器。
2.减震器布置：减震器的布置是消能减震设计中的关键环节，需要考虑结构的刚度、强度、减振效果等因素，合理地布置减震器，以达到最佳减震效果。
3.减震装置与结构连接：减震装置与结构的连接需要具有适当的刚度和耐力，以保证减震器的正常工作。
连接部位的设计和施工要符合相关的规范和标准，确保结构的安全性。
第六章 工程结构消能减震设计简介
6.1概述
消能减震技术的优越性： 1、安全性： 消能构件或消能装置在强震中能率先消耗的地震能量， 迅速衰减结构的地震反应并保护主体结构和构件免遭 破坏，确保结构的安全。 消能减震结构的地震反应比传统结构降低40%—60%。 2、 经济性： 消能减震结构可以减少剪力墙的设置，减少结构断面 和配筋，可节约造价5%—10%。若用于旧建筑物的抗 震加固，则可节约造价10%—60%。 3、技术合理性：结构越高、越柔，消能减震效果越显著
6.1概述
（2）主动控制（Active Control） 指有外加能源的控制，其工作原理为：
外荷载 结 构 （风、地震等） 控制力 控制器 检测元件 图1-2 主动控制的工作原理 反应
6.1概述
常见的类型有： 主动调频质量阻尼器(Active Tuned Mass Damper, 简称AMD)； 主动支撑系统（Active Brace）； 主动拉索控制器（Active Tendon）； 主动空气挡风板控制器（Active Aerodynamic Appendayes）等。
6.3结构消能减震
6.3.1结构消能减振体系的分类 结构消能减振体系由主体结构和消能部件（消能装置 和连接件）组成，可以按照消能部件的不同“构件型 式”分为以下类型： （1）消能支撑：可以代替一般的结构支撑，在抗震和 抗风中发挥支撑的水平刚度和消能减振作用。 消能装置可以做成方框支撑、圆框支撑、交叉支撑、 斜杆支撑、K型支撑等
6.2.3 悬挂隔震实例
“鸡腿建筑” 最初的希望将地面空间还给城市，还给市民的
理想也随之被扭曲。即使建筑师自己不去否定鸡腿建筑，它 们也注定要被结构师否定，尤其是在地震危险性较高的地区。 香港人自以为占了块风水宝地，永远不会地震，确实那也真 的没被怎么震过，于是肆无忌惮的在山坡和港湾建造了大量 的鸡腿建筑，而且还相当骨感，真让人替他们担心。建筑的 形式不是由单单由建筑师决定的，也不是单单由结构师决定 的，还有追求经济利益的业主。底部沿街楼层对开敞的大空 间有挥之不去的商业热情，建筑师和结构师的工作就是尽量 满足这种商业需求。
消能减震结构体系及设计方法
1. 结构阻尼
的途径结不构同阻：尼在结构不同振动阶段产生
多遇地震下： 的材结料构决处定于。弹性状态，结构阻尼由组成 如：钢钢筋结混构凝2土%结构5%
罕遇地震下：
阻尼是靠结构局部损坏产生 的，例如梁、柱的塑性铰。
1
大震下结构几种塑性铰形式
地震中出现构件损伤
强柱弱梁型 强梁弱柱型 偏心支撑
不同阻尼下的反应谱
消能减震结构体系
及设计方法
薛中国彦建涛筑科学研究院
13501034240
名称解释
消能减震,耗能减震,制震
消能减震结构
一二三、、、什消消么能能是器减消有震能哪适减几用震种什结么构样的结构 四五六七、、、、消消消工能能能程减器减介震与震绍的结结试构构验如如研何何究连设接计结构
一、什么是消能减震结构
起引构值阻到起通，尼因地了结过直，此震至构阻至振，发关的尼振动阻生重振消动将尼后要动耗完永在，的反振全远降地作应动停持低震用能止续，结能量下在。。构量去振如，振输动果减。动入过没小反结程有振应构中结动中，结构幅
一端固接 一端铰接
4
工作原理
双杆式
液尼括塞体开体器缸和，有粘主体粘活小滞要滞塞孔、阻包流上活.
双杆式
穿变两，双个粘杆腔滞式体液筒体，状从因液左此体到活粘右塞滞左，阻右或尼移从器动右中时到的腔左活体。塞体杆积贯不
单杆式
主体粘活小要、滞塞孔包活流上. 括塞体开缸和有，
调节贮油腔
贯体腔穿积。单一会杆个发式腔生筒体改状变，液因，体单此因粘杆活此滞式塞需阻左要尼右一器移个中动调的时节构中安装消 能器（阻尼器），人为增加结构 阻尼，消耗地震下结构的振动能
。 量，达到减小结构的振动反应，
实现结构抗震的目的 采用了消能减震技术的结构称
结构消能减震技术
结构消能减震技术随着城市化进程的加快和城市人口的不断增加，对于建筑物的安全性要求也越来越高。
地震是世界各地常见的自然灾害之一，造成了巨大的人员伤亡和财产损失。
因此，地震减灾成为了建筑领域的重要研究方向之一、结构消能减震技术作为一种有效的地震减灾措施，受到了广泛的关注和研究。
1.液体阻尼器：液体阻尼器是一种常用的减震装置，它利用液体的黏性来消耗地震能量。
液体阻尼器通常由一个密封的容器和内部的流体组成，地震发生时，流体在容器中产生摩擦和阻力，从而减轻地震对建筑物的冲击力。
液体阻尼器具有体积小、使用方便、适应性强等优点。
2.弹性材料：弹性材料是一种能够在地震发生时吸收和释放能量的材料。
它通常用于建筑结构的隔震层或缓冲层，能够减轻地震对建筑物的冲击力和振动。
常见的弹性材料包括橡胶、聚合物等，它们具有良好的弹性特性和高耐久性。
3.摩擦减震器：摩擦减震器是一种利用材料之间的摩擦力对地震力进行减震的装置。
它通常由两个平行的金属板之间夹有摩擦材料组成，地震发生时，摩擦材料中的摩擦力能够减轻建筑物的振动和变形。
4.惰性质量块：惰性质量块是一种重点落在建筑结构顶部的质量块，它的质量较大，能够增加建筑物的弹性周期，从而减小地震对建筑物的影响力。
惰性质量块通常由钢材或混凝土制成，它的设计需要考虑地震荷载和结构响应等因素。
1.提高建筑物的抗震性能：结构消能减震技术能够有效地减轻地震对建筑物的作用力和振动，从而提高建筑物的抗震性能。
这对于地震频繁的地区来说尤为重要，能够减少人员伤亡和财产损失。
2.减少地震后的修复成本：由于结构消能减震技术能够减轻地震对建筑物的破坏程度，降低修复成本和时间。
这对于城市的恢复建设和经济发展具有重要意义。
3.增加建筑物的使用寿命：结构消能减震技术能够有效地控制建筑物的变形和振动，延长建筑物的使用寿命。
这对于提高建筑物的可持续性和资源利用效率具有重要意义。
结构消能减震技术虽然能够有效地减轻地震对建筑物的影响，但也存在一些挑战和问题。
建筑消能减震设计技术及工程实例讲解
K Kd1 Kd 2 d Kd1 Kd2
L 阻尼器机构图 Kd
Kd1
Kd2
Cd
粘滞阻尼器构造图及分析模型
f=0.7, n=60, d=40mm No.509 600
400
200
0
-40
-20
0
-200
20
40
-400
-600 Disp.(mm)
阻尼力性质
阻尼力公式 F C Sgn(V )V
• (2) 被动控制
•
a)隔震
•
b)TMD，TLD(人激励、风振)
•
c)能量耗散(消能减震)
被动减震结构的力学装置与构件
减震结构
被动 减震结构
附加力学装置
减震构件
能量消耗装置
黏滞阻尼器
黏滞阻尼构件 (黏滞、油、黏弹性)
塑性滞回装置
塑性滞回构件 (软钢、铅、摩擦)
附加质量装置
TMD装置等
减震结构构成单元的定义
消能减震技术 在建筑结构抗震中的应用介绍
主要内容:
• 1. 位移型消能器、速度型消能器性能 • 2. 消能减震结构的工程抗震力学意义 • 3. 消能减震结构的消能器优化布置 • 4. 消能减震结构的工程应用实例
1. 位移型消能器、速度型消能器性能
• 1、传统抗震设计
• 2、结构控制
• (1) 主动控制
-400
-600 Disp.(mm)
消能支撑照片(3)
消能支撑照片(4)
都江堰中学减震加固
• 单斜、人字支撑
节点连接
黏滞阻尼墙
・基本原理：利用流体的运动产生阻尼力
・材料：阻尼液（烃类高分子材料） ・基本特性：速度比例性 ・依存性：温度依存性
建筑隔震与消能减震设计
建筑隔震与消能减震设计建筑隔震与消能减震设计是在建筑设计的过程中考虑到地震与震动的因素，并采取一系列措施，以减少地震造成的破坏和危险。
随着科技的发展，建筑隔震与消能减震设计已经成为建筑工程设计的重要组成部分。
下面将重点介绍建筑隔震与消能减震设计的原理、方法和应用。
建筑隔震设计的原理主要是通过将建筑结构与地面分离，使建筑对地震产生的震动具有能动响应，从而减小地震对建筑结构的破坏作用。
常见的隔震装置包括摩擦隔震器、弹簧隔震器、液体阻尼器等。
这些装置能通过减震弹簧、摩擦等消耗部分地震能量，减小地震产生的冲击力，从而减小地震对建筑的破坏。
消能减震设计的原理主要是通过在建筑结构中设置减振器，将地震的能量转化为其他形式，达到减轻结构震动和减小地震影响的效果。
常见的减震器包括液体阻尼器、颤振器、摆锤阻尼器等。
这些装置能有效消耗地震能量，并通过减振措施减小建筑结构的震动，从而减轻地震对建筑的破坏。
建筑隔震与消能减震设计的方法包括减震隔震体系设计、基础隔震设计和结构减震设计。
减震隔震体系设计是指通过设置隔震垫、减震器等减震装置，将建筑结构与地面分离，从而减小地震对建筑的冲击。
基础隔震设计是指在建筑的基础中设置隔震垫、减震器等装置，将地震产生的冲击力传导到地下，从而减小地震对建筑的影响。
结构减震设计是指通过设置减振器、增加耗能装置等措施，减小地震对建筑结构的振动，从而减小地震对建筑的破坏。
建筑隔震与消能减震设计已经在实际工程中得到广泛应用。
例如，日本的隔震建筑技术被广泛应用于地震频繁的地区。
这些建筑结构采用隔震装置，通过地震时的隔离和衰减作用，大大减小地震对建筑的破坏。
同时，在高层建筑中广泛使用了减振器和液体阻尼器等减震装置，通过抑制结构的振动，有效减少了地震对建筑的影响。
综上所述，建筑隔震与消能减震设计是一种通过隔震和消能装置来减小地震对建筑的破坏和影响的设计方法。
在实际工程中，通过合理地应用隔震器、减振器等装置，可以提高建筑的地震抗灾能力，确保人们的生命财产安全。
建筑消能减震设计技术及工程实例讲解
建筑消能减震设计技术及工程实例讲解引言随着城市化进程的不断加速，大型建筑物数量的增加，地震等自然灾害的发生频率也逐渐增加，建筑消能减震设计技术成为了确保建筑物安全的重要手段之一、本文将介绍建筑消能减震设计的基本原理，并结合实际工程例子进行深入讲解。
一、建筑消能减震设计的基本原理建筑消能减震设计的基本原理是通过在建筑物结构中引入能够消耗地震能量的装置或材料，将地震的能量转化为其他形式的能量进行耗散，从而减小建筑物受震时的振动幅度，提高抗震性能。
下面介绍几种常见的建筑消能减震设计技术。
1.阻尼器阻尼器是利用阻尼材料的阻尼特性将地震能量转化为热能进行耗散的装置。
常见的阻尼器包括摩擦阻尼器、液体阻尼器和金属阻尼器等。
摩擦阻尼器一般由钢板和摩擦材料组成，通过调整摩擦力大小来消耗地震能量；液体阻尼器利用流体的粘滞性质来实现阻尼；金属阻尼器则利用金属材料的弹塑性特性来吸收能量。
2.弹簧隔震器弹簧隔震器是一种通过在建筑物与地基之间设置弹簧装置来分离地震能量的装置。
弹簧隔震器具有弹性、耐久、可调性等特点，能够有效减小地震时建筑物受力，并保护建筑物结构的完整性。
3.钢筋混凝土剪力墙钢筋混凝土剪力墙是一种在建筑物结构中设置的具有一定刚度和强度的墙体结构。
在地震时，剪力墙通过其刚度和强度来分担地震荷载，并通过墙体自身的变形来消耗地震能量。
1.台北101台北101是一座位于台湾台北市的地标性摩天大楼，采用了多种消能减震技术来提高其抗震能力。
其中最重要的是设置在建筑物中心的摩天大楼阻尼器。
该阻尼器由多个油缸和液压缸组成，通过调整油缸内的液体流动来达到阻尼效果。
这种设计大大减小了建筑物在地震时的位移和加速度，提高了其抗震性能。
2.奥克兰海岸大桥奥克兰海岸大桥是新西兰奥克兰地区一座重要的大型桥梁，为了满足地震和风荷载等不同荷载下的安全要求，该桥使用了钢筋混凝土剪力墙技术进行消能减震设计。
剪力墙一般设置在桥墩中间的剪力墙柱上，通过其自身的变形吸收地震能量，并分担地震荷载。
消能减震技术讲义.
2.3 其他类型的消能装置
设置耗能杆件。在结构中设置一些耗能支撑、 隅撑或一些附属构件，当地震作用时，利用 这些构件的滞回耗能性能消耗一部分地震能 量以减弱主体结构的地震反应。这些构件在 地震后产生一定程度的损坏，但其更换方便， 维护成本低廉，因而也是一种耗能的重要方 式。
3、消能减震结构在工程中的应用
2.3 其他类型的消能装置
复合型阻尼器。复合型阻尼器是利用两种或 两种以上的消能元件或消能机制设计而成的 新型消能减震装置。已研制开发的一些复合 消能器有弹塑性-摩擦型阻尼器、弹塑性-粘 弹性阻尼器、摩擦-粘弹性阻尼器、铅粘弹 性阻尼器、流体-粘弹性阻尼器等。
2.3 其他类型的消能装置
调频质量和调频液体阻尼器。又称 TMD 和 TLD。 TMD是在结构中增设装有附加质量块的外加机构， 使其自振频率与结构自振频率基本一致，利用共振 原理，将外激励的能量消耗在外加机构中的质量块 的运动上，从而达到减震的目的。TLD 除了具有 TMD 的功能外，还要求通过增设在结构上的容器 中的液体的运动来消耗和吸收振动能量，从而达到 减震的目的。这两种装置较简单，易于实施，但是 减震效果受限，对结构自振频率的估计精度要求很 高。
2、消能减震结构的分类
位移相关型消能装置 速度相关型消能装置 其他类型的消能装置
2.1 位移相关型消能装置
铅阻尼器。铅阻尼器利用铅具有密度大、熔 点低、塑性高、强度底、耐腐蚀、润滑能力 强等特点，使得该消能器有较高的延性和柔 性，在变形过程中可以吸收大量的能量，并 有较强的变形综合能力。同时，通过动态回 复与再结晶过程，铅的组织和性能还可恢复 至变形前的状态。铅消能器类型主要有铅挤 压阻尼器、铅剪切阻尼器、铅节点阻尼器、 异型铅阻尼器等。
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6.1概述
② 结构自控：通过在结构中优选耗能材料和耗能杆件， 设置多道抗震防线达到耗能减振的目的。 常见的有： 竖向通缝SW（剪力墙）、周边缝SW、 双功能连梁、带抗震连梁的SW、 顶层为刚性连梁的SW、偏交支撑、 梁端设塑性铰的框架、悬挂式结构、 底层设消能缝的砖混结构。
6.1概述
③ 结构附加装置控制：在结构的适当位置安放耗能减振 装置，以达到耗能减振的目的。 主要有： 各种耗能支撑、预应力摩擦墙、 金属阻尼器、摩擦阻尼器、 调频质量阻尼器（TMD）、 调频液体阻尼器（TLD）、 粘滞流体阻尼器和粘弹性阻尼器等等。
6.2.1基底隔震原理
(4)耗能特性：隔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。 基底隔震的适用范围： 高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高 度分布比较均匀的多层和中高层结构
6.2.2 基础隔震装置
隔震装置由隔震器、阻尼器和复位装置组成 隔震器的作用：支承上部结构全部质量，延长结构自振 周期，同时具有经历较大变形的能力 阻尼器的作用：消耗地震能量，抑制结构可能发生的过 大位移 复位装置的作用：提高隔震系统早期刚度使结构在微震 或风载作用下，能够具有和普通结构相同的安全性 目前应用最多的隔震装置为隔震橡胶支座
6.1概述
结构控制的概念：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）、或调 整结构的动力特性，使工程结构在地震（或风）的作 用下，其结构的动力反应（加速度、速度、位移）得 到合理的控制，从而确保结构本身及结构中的人、仪 器设备、装修等的安全或处于正常的使用状态。 结构控制技术按控制措施实施的方式不同，一般分为 被动控制（Passive Control）、主动控制（Active Control）、半主动控制（Semi—Active Control） 和混合控制（Hybrid Control）四类。
6.2结构隔震设计
结构隔震主要有基底隔震和悬挂隔震两种 6.2.1基底隔震原理 在结构物底部与基础 顶面之间设置隔震消 能装置，使之与固结 于地基中的基础顶面 分开，限制地震动向 结构物传递。
6.2.1基底隔震原理
为达到明显减震效果，通常基础隔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； (2)隔震特性：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 隔震结构体系； (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。
6.1概述
（2）主动控制（Active Control） 指有外加能源的控制，其工作原理为：
外荷载 结 构 （风、地震等） 控制力 控制器 检测元件 图1-2 主动控制的工作原理 反应
6.1概述
常见的类型有： 主动调频质量阻尼器(Active Tuned Mass Damper, 简称AMD)； 主动支撑系统（Active Brace）； 主动拉索控制器（Active Tendon）； 主动空气挡风板控制器（Active Aerodynamic Appendayes）等。
6.2.2 基础隔震装置
下图分别是世界上第一栋采用铅芯橡胶支座隔震的建 筑(The William Clayton Building, New Zealand)和世界 上使用铅芯橡胶支座中基底面积最大的建筑(日本)。
6.2.2 基础隔震装置
• 日本1997年度评定的隔震建筑中，采用铅芯橡胶支座 隔震房屋占总数的40%； • 美国在1985年以后兴建的隔震房屋中，完全或部分采 用铅芯橡胶支座的隔震房屋占总数的60.7%； • 我国在已建成的隔震房屋中，完全或部分采用铅芯橡 胶支座的隔震房屋占总数的60%。
6.1概述
（1）被动控制（Passive Control）
外荷载 结 构 （风、地震等） 被动控制装置 图1-1 被动控制的工作原理 ① 隔震：在建筑物适当部位设置隔震装置，切断或削弱 地面运动向上部结构的传递，并提供适当的阻尼，从 而使上部结构的地震作用大大降低，耗能能力加强。 如叠层橡胶垫支座、高阻尼橡胶垫支座、滑移隔震支 座和混合隔震装置等。 反应
6.2.2 基础隔震装置
隔震橡胶支座包括天然夹层橡胶支座、铅芯橡胶支座， 高阻尼橡胶支座的竖 向刚度，承受建筑物的重量时竖向 变形小，而水平刚度较小，且线性 性能好。 由于天然夹层橡胶支座的阻尼很 小，不具备足够的耗能能力，所以 在结构使用中一般同其它阻尼器或 耗能设备联合使用。
6.结构隔震、消能减震设计
6.1概述 抗震设计：依靠结构的强度、刚度和延性来抵御地震作用 立足于“抗”，是一种消极设计方法 传统抗震方法存在的问题： （1）结构的安全性难以保证 传统抗震方法以既定的“设防烈度”作为设计依据，由 于地震的随机性，建筑结构的破损程度及倒塌的可能性 难以控制，当发生突发性超烈度地震时，房屋可能会严 重破坏。
6.1概述
（4）施工难度大 结构构件和节点的钢筋配置过密，9度区甚至无法排布。 （5）建筑物的高度受到限制等。 为克服传统抗震方法的缺陷，结构振动控制技术（简 称“结构控制”）逐渐发展起来。 结构控制的概念：通过对结构施加控制机构，由控制 机构与结构共同承受振动作用，以调谐和减轻结构的 振动反应，使它在外界干扰作用下的各项反应值被控 制在允许范围内。
6.2.3 悬挂隔震实例
在香港拥挤的高楼大厦中，Norman Foster 设计的悬挂式的汇丰银行大楼是为数不多的既获 得了底部大空间又不采用鸡腿结构的高楼，更可 贵的是它的底部大空间真的还给了城市和市民， 而没有做成商场或气派的大堂。不管是Foster本 人的理想使然，还是业主或市政府要求这样，总 之香港汇丰银行大楼通过炫耀技术的悬挂结构， 代替了鸡腿建筑，实现了柯布的早期理想。
图 1-3 混合控制的工作原理
6.1概述
另一种是并列组合方式，即两种控制各自独立工作， 对结构实施校正作用。 目前，较为典型的几种混合控制装置有： AMD与TMD相组合， AMD与TLD相组合， 主动控制与基础隔震相组合， 主动控制与耗能减振相组合，
HMS（液压－质量振动控制系统）与AMD相组合等。
6.2.3 悬挂隔震实例
“鸡腿建筑” 最初的希望将地面空间还给城市，还给市民的
理想也随之被扭曲。即使建筑师自己不去否定鸡腿建筑，它 们也注定要被结构师否定，尤其是在地震危险性较高的地区。 香港人自以为占了块风水宝地，永远不会地震，确实那也真 的没被怎么震过，于是肆无忌惮的在山坡和港湾建造了大量 的鸡腿建筑，而且还相当骨感，真让人替他们担心。建筑的 形式不是由单单由建筑师决定的，也不是单单由结构师决定 的，还有追求经济利益的业主。底部沿街楼层对开敞的大空 间有挥之不去的商业热情，建筑师和结构师的工作就是尽量 满足这种商业需求。
1994年9月16日，台湾海峡发生了7.3级地震，震源距离汕头市约200 公里，汕头市烈度为6度，各类房屋摇晃厉害，居民惊惶失措， 水桶里的水溅出了1/3左右…… 而陵海路隔震楼上的人并没有感到晃动，听到毗邻楼房和邻街喧闹声后 下楼才知道发生了地震。
6.2.2 基础隔震装置
1994年1月17日，美国圣菲尔南多发生洛杉矶地震，震级 M=6.7，死亡56人，伤7300人，损失很大。 震中附近有两座医院，一座为隔震结构，另一座为抗震结构。
6.2.3 悬挂隔震实例
和田先生则以自己敏锐的抗震思维，通过将隔 震和悬挂合二为一，为底部开敞的悬挂结构赋予了 更充分的结构抗震的合理性，建筑理想的实现多么 依赖于结构工程技术的进步。 在清水建设的支持下，在清水建设技术研究所 的门口按照和田先生的想法建造起来一座四层的钢 筋混凝土悬挂隔震示范建筑，如下页的小图所示。
6.2.2 基础隔震装置
铅芯隔震橡胶支座 铅芯隔震橡胶支座由新西兰的 ROBINSON及其公司最早研制开发， 以后在中国、日本、美国、意大利 等国家都得到了较大的发展与应用。
因为铅芯橡胶支座不但具有较理想的竖向刚度，而且本身 具有消耗地震能量的能力，故铅芯橡胶支座在结构使用中受到 广泛欢迎。
6.2.2 基础隔震装置
6.1概述
结构消能减震建筑的特点： 1. 消能减震装置可同时减少结构的水平和竖向的地震作 用，适用范围较广，结构类型和高度均不受限制； 2. 消能减震装置应使结构具有足够的附加阻尼，以满足 罕遇地震下预期的结构位移要求； 3. 由于消能减震结构不改变结构的基本型式，除消能部 件和相关部件外，结构设计仍可按照《规范》对相应 结构类型的要求执行。
中南加州大学医院（隔震结构）
橄榄景医院（抗震结构）
6.2.2 基础隔震装置
• 中南加州大学医院是橡胶支座隔震
系统。地下一层，地上7层，建筑 面积：33000平方米；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。 • 地震时，这栋八层医院基础加速度 为0.49g，而顶层加速度只有0.21g, 加速度折减系数为1.8。
6.2.3 悬挂隔震实例
6.2.3 悬挂隔震实例
底层只有一个核心筒，三层的使用空间通过高 强钢索悬挂在核心筒上。四周不再需要一根立柱， 而核心筒顶上的隔震构造成为它的一大亮点。它的 结构体系非常明确。 另外在核心筒和楼板之间留 有变形缝，缝里面还设置有阻尼器，将二者在地震 中出现相对变形时，阻尼器将发挥其耗能能力，降 低结构的地震响应。这样的结构体系与和田先生的 抗震思想一脉相承，有专门用来耗能的可更换部 件，有控制结构变形模式的整体型关键构件，以柔 克刚，以不变应万变。
6.1概述
（2）建筑费用和成本大幅度增加 传统方法是在设计时提高材料强度、加大构件（结构） 刚度，其结果是断面越大，刚度越大，使用面积减少， 建筑物自重增大，地震作用亦随之增大。 （3）适用范围受到限制 传统抗震方法采用的是延性结构体系，允许结构部件 在强震时发生比较大的塑性变形，以消耗地震能量， 减轻地震反应，这种方法对于某些不容许在地震中出 现破坏的结构、或内部有贵重装饰、重要设备仪器的 结构是不适用的。