1、抗震與消能減震控制技術抗震與消能減震控制技術1目目 錄錄1.1.高層及復雜結構高層及復雜結構 抗震抗震 技術技術2.2.高層及復雜結構高層及復雜結構 隔震隔震 技術技術3.3.高層建筑高層建筑 消能消能 減震技術減震技術4.4.展望展望23結構傳統結構傳統抗震抗震設計設計 設防目標設防目標設防目標設防目標-小震不壞小震不壞( (結構不損壞結構不損壞) ) 中震可修中震可修( (結構可損壞結構可損壞, ,可修復）可修復） ( (內部設備內部設備 可能損壞可能損壞) ) 大震不倒大震不倒 ( (結構破壞結構破壞, ,但不倒塌但不倒塌) ) ( (內部設備內部設備 可能已毀壞可能已毀壞) )現行規范

2、現行規范, ,在設防烈度內在設防烈度內( (或稍超過或稍超過),), 已證明能實現上述目標已證明能實現上述目標! !但仍存在下述問題但仍存在下述問題: :4結構傳統抗震設計存在問題結構傳統抗震設計存在問題(1)(1)安全問題安全問題:“:“基本烈度基本烈度”不確定性不確定性, ,突發超強大地震突發超強大地震 ? ? 難于控制結構破損程度難于控制結構破損程度, ,難保證不倒塌難保證不倒塌! !(2)(2)適應問題適應問題: : 只要求在設防烈度內保護結構只要求在設防烈度內保護結構 未保護生命線工程未保護生命線工程: : 內部內部 設備設備, ,儀器儀器(3)(3)經濟問題經濟問題: : 硬抗地震

3、硬抗地震, ,斷面大斷面大, , 剛度大剛度大 - - 地震作用大地震作用大 7 7度增加度增加 3-8%, 3-8%, 8 8度增加度增加 10-25%, 10-25%, 造價造價! ! 9 9度增加度增加 20-40% 20-40%(4)(4)建筑復雜導致破壞建筑復雜導致破壞: :不規則平面不規則平面-扭轉破壞扭轉破壞 不規則立面不規則立面-層間剪切破壞層間剪切破壞傳統傳統抗震抗震結構的結構的 震害后果震害后果1. 1. 超烈度地震超烈度地震時時, , 嚴重嚴重破壞或倒塌破壞或倒塌2. 2. 設防烈度地震時設防烈度地震時, ,結構僅損壞結構僅損壞, ,未倒塌未倒塌 但非結構構件或但非結構構

4、件或貴重裝修嚴重破壞貴重裝修嚴重破壞, ,難以修復難以修復3. 3. 設防烈度地震時設防烈度地震時, ,結構可無損壞結構可無損壞 但房屋但房屋內部設備內部設備, ,儀器或貴重物品掉落儀器或貴重物品掉落, ,破壞破壞 可能導致可能導致城市癱瘓城市癱瘓, ,社會災難社會災難4.4. .強風作用下強風作用下, ,舒適度未能滿足舒適度未能滿足要求要求5高層房屋破壞高層房屋破壞 智利大地震智利大地震 2010.2.27 2010.2.27 烈度超預期烈度超預期 M8.8 M8.8 死死 507 507人人67高層房屋中震破壞高層房屋中震破壞 512 512 汶川地震汶川地震 房屋受損房屋受損, ,貌似完

5、好貌似完好, ,但很難修復但很難修復主體結構破壞輕微主體結構破壞輕微, ,但裝修嚴重破壞但裝修嚴重破壞, ,修復難修復難8中小震中小震 房屋基本完好房屋基本完好, ,內部設備儀器摔倒內部設備儀器摔倒, ,功能中斷功能中斷 512512地震地震 1 1 機場控制塔機場控制塔, ,供電系統供電系統, ,調度中心調度中心 地震中振動搖擺劇烈，儀表、地震中振動搖擺劇烈，儀表、 控制設備損壞控制設備損壞2.2.震后機場關閉震后機場關閉1717小時小時, ,損失損失 極大極大, ,后果嚴重后果嚴重. .生命線系統生命線系統: :醫院醫院, ,機場機場, ,政府指揮中心政府指揮中心, ,救災指揮中心救災指揮

6、中心, ,消防消防, ,電訊電訊, ,電視大樓電視大樓, ,交通樞紐交通樞紐, ,城市癱瘓城市癱瘓, ,救災受阻救災受阻, ,損慘重失損慘重失95.215.21地震地震 通信大樓通信大樓 建筑輕微損壞建筑輕微損壞, ,但設備掉落毀壞但設備掉落毀壞, ,通信中斷通信中斷, ,救災指揮癱瘓救災指揮癱瘓10國內外大地震的經驗教訓國內外大地震的經驗教訓1.1.目前地震預測及目前地震預測及設防烈度存在不確定性。設防烈度存在不確定性。 災難性大地震，多發生在低烈度區災難性大地震，多發生在低烈度區 1976 1976 唐山大地震唐山大地震 6 6 度度 11 11度度, , 歷史上無大地震歷史上無大地震 1

7、995 1995 日本神戶屬日本神戶屬“低烈度安全低烈度安全”區區, , 0.3g 0.6g 0.3g 0.6g （8080年來相對平靜，千年未遇大地震）年來相對平靜，千年未遇大地震）2.2.地震中直接傷亡，大多是房屋倒塌造成，地震中直接傷亡，大多是房屋倒塌造成，要考慮提高我國抗震設要考慮提高我國抗震設防標準防標準. .3.3.現代建筑屋要求雙保護現代建筑屋要求雙保護結構和內部內部設施結構和內部內部設施4.4.目前要求大面積提高抗震設防標準目前要求大面積提高抗震設防標準 11建造建造 強地震中安全強地震中安全 房屋的技術對策房屋的技術對策安全安全( (實發強地震實發強地震, ,不壞不壞, ,不

8、倒不倒) ) 適用適用( (保護結構及非結構構件保護結構及非結構構件、裝修及設備儀器裝修及設備儀器) ) 經濟經濟( (不能太貴不能太貴) )新技術方法：新技術方法：結構減震控制結構減震控制 隔震隔震 消能減震消能減震 調諧減震調諧減震 主動控制主動控制 半主動混合控制半主動混合控制2.2.隔震技術隔震技術 隔震和耗能減震是建筑結構減輕地震災害的新技術、新方法和新途徑。所謂隔震即立足于“隔”，利用專門的隔震元件，以集中發生在隔震層的較大位移為代價，阻隔地震能量向上部結構的傳遞，使建筑物有更高的可靠性和安全性。傳統抗震方法的不足以及隔震技術的發展傳統抗震方法的不足以及隔震技術的發展 傳統的建筑結

9、構設計時雖然采取嚴格的設計，但在遇到超過設計所能抵抗的大地震時，仍不能保證建筑結構的安全。 隔震設計是指在房屋底部設置由橡膠隔震支座和阻尼器等部件組成的隔震層，以延長整個結構體系的自振周期，增大阻尼，減少輸入上部結構的地震能量，達到預期的防震要求。 隔震一般可使結構的水平地震加速度反應降低60%左右。傳統結構抗震和基礎隔震結構示意圖傳統結構抗震和基礎隔震結構示意圖隔震技術的效果隔震技術的效果 明顯有效地減輕結構的地震反應 確保安全 降低建筑物造價 震后修復方便 3.3.消能減震技術消能減震技術1617 我國減震阻尼裝置的應用我國減震阻尼裝置的應用1.1.金屬阻尼器金屬阻尼器減震技術減震技術(

10、(成熟成熟) )2.2.油阻尼器油阻尼器減震技術減震技術( (成熟成熟) )3.3.屈曲約束支撐屈曲約束支撐( (成熟成熟) ) 4.4.記憶合金減震技術記憶合金減震技術( (意大利意大利, ,歷史文物加固歷史文物加固) )5.5.高層結構新型消能伸臂桁架高層結構新型消能伸臂桁架減震技術減震技術( (帶油阻尼器帶油阻尼器的伸臂桁架的伸臂桁架,ARUP),ARUP)18油阻尼器支撐油阻尼器支撐19 油阻尼器油阻尼器 應用應用 消能伸臂桁架模型消能伸臂桁架模型消能伸臂桁架的典型布置消能伸臂桁架的典型布置高層結構高層結構 消能伸臂桁架消能伸臂桁架 減震技術減震技術( (示意圖示意圖) )20阻尼器阻

11、尼器豎向布置豎向布置阻尼器阻尼器耗能耗能0.6g時伸臂固定伸臂固定和伸臂端加阻尼器模型和伸臂端加阻尼器模型結構結構層間位移對比層間位移對比圖圖21消能伸臂桁架結構消能伸臂桁架結構 試驗結果試驗結果 結構層間位移結構層間位移消能伸臂桁架結構的優點和初步結論消能伸臂桁架結構的優點和初步結論優點：優點： 既能既能抗風抗風又可又可抗震抗震； 通過增加結構的通過增加結構的附加阻尼附加阻尼 (6-10%) (6-10%)， 從而減小結構的側向從而減小結構的側向動力響應動力響應； 樓層加速度和位移樓層加速度和位移減小減小20-40%20-40% 對比傳統消能結構，所需對比傳統消能結構，所需阻尼器數量少阻尼器

12、數量少 可大幅可大幅降低造價降低造價； 減震裝置質量輕減震裝置質量輕, ,不占用空間不占用空間, ,增加使用面積增加使用面積 是一種較經濟可行的結構形式是一種較經濟可行的結構形式 22234.4.展望展望: :隔震建筑的技術經濟特點隔震建筑的技術經濟特點隔震結構隔震結構 對比對比 傳統抗震結構：傳統抗震結構： 1.1.大地震時安全大地震時安全: :隔震結構地震反應降為隔震結構地震反應降為 1/4-1/10 , 1/4-1/10 , （安全度提高（安全度提高4-104-10倍）超烈度大地震中成為安全島倍）超烈度大地震中成為安全島 大震不壞大震不壞 2. 2.雙保護對象雙保護對象, ,生命線工程生命線工程: : 保護結構保護結構, ,也保護室內設備儀器也保護室內設備儀器, ,使用功能不中斷使用功能不中斷 3. 3.結構在大震時基本保持彈性結構在大震時基本保持彈性: : 地震時結構基本保持彈性地震時結構基本保持彈性, ,保護非結構構件保護非結構構件 4. 4.建筑設計自由建筑設計自由: :適用于規則結構適用于規則結構, ,也適用于非規則結構也適用于非規則結構 平面不規則平面不規則學校學校, ,