1、結構消能減震技術1 1、結構消能減震的基本概念地震發生時地面震動引起結構物的震 動反應，地面地震能量向結構物輸入。結構 物接收了大量的地震能量，必然要進行能量 轉換或消耗才能最后終止震動反應。消能減震技術是將結構的某些構件設 計成消能構件，或在結構的某些部位裝設消 能裝置。在風或小震作用時，這些消能構件 或消能裝置具有足夠的初始剛度，處于彈性 狀態，結構具有足夠的側向剛度以滿足正常 使用要求；當出現大風或大震作用時，隨著 結構側向變形的增大，消能構件或消能裝置 率先進入非彈性狀態，產生較大阻尼，大量 消耗輸入結構的地震或風振能量，使主體結 構避免出現明顯的非彈性狀態， 且迅速衰減結構的地震或風

2、振反應（位移、速度、加速 度等） ，保護主體結構及構件在強地震或大 風中免遭破壞或倒塌，達到減震抗震的目 的。消能部件（消能構件或消能裝置及其 連接件）按照不同“構件型式”分為消能支撐、 消能剪力墻、消能支承或懸吊構件、消能節 點、消能連接等。 消能部件中的消能器（又 稱阻尼器）分為速度相關型如黏滯流體阻尼 器、黏彈性阻尼器、黏滯阻尼墻、黏彈性阻 尼墻；位移相關型如金屬屈服型阻尼器、摩 擦阻尼器等，和其它類型如調頻質量阻尼器（TMDTMD ）、調頻液體阻尼器（TLDTLD）等。 采 用消能減震技術的結構體系與傳統抗震結 構體系相比，具有大震安全性、經濟性和技 術合理性。技術指標：建筑結構消能減

3、震設計方 案，應根據建筑抗震設防類別、抗震設防烈 度、場地條件、建筑結構方案和建筑使用要求，與采用抗震設計的設計方案進行技術、 經濟可行性的對比分析后確定。采用消能減 震技術結構體系的計算分析應依據建筑抗震設計規范GB50011GB50011 進行，設計安裝做 法應遵循國家建筑標準設計圖集建筑結構 消能減震（振）設計09SG610-209SG610-2，其產品應 符合建筑消能阻尼器 JG/T209JG/T209 的規定。適用范圍：消能減震技術主要應用于高 層建筑，高聳塔架，大跨度橋梁，柔性管道、管線（生命線工程），既有建筑的抗震（或抗風） 性能的改善等。傳統抗震結構體系，容許結構及承重構 件（

4、柱、粱、節點等）在地震中出現損壞結構 及承重構件地震中的損壞過程， 就是地震能 量的“消能”過程。結構及構件的嚴重破壞或 倒塌，就是地震能量轉換或消耗的最終完結構消能減震體系，就是把結構物的某 些非承重構件（如支撐、剪力墻、連接件等） 設計成消能桿件，或在結構的某部位（層間空 間、節點、聯結縫等）裝設消能裝置。在風或 小地震時，這些消能構件或消能裝置具有足 夠的初紿剛度，處于彈性狀態，結構物仍具 有足夠的側向剛度以滿足使用要求。當出現中、強地震時，隨著結構側向變形的增大.消 能構件或消能裝置率先進人非彈性狀態，產生較大阻尼，大量消耗輸人結構的地震能 量，使主體結構避免出現明顯的非彈性狀 態，并

5、且迅速衰減結構的地震反應（位移、速 度、加速度等），從而保護主體結構及構件在 強地震中免遭破壞，確保主體結構在強地震 中的安全。消能減震結構體系與傳統抗震結構體系相對比，具有下述優越性: 安全性：傳統抗震結構體系實質上是把結 構本身及主要承重構件（柱、梁、節點等）作 為“消能”構件。按照傳統抗震設計方法容 許結構本身及構件在地震中出現不同程度 的損壞。由于地震烈度的隨機變化性和結構 實際抗震能力設計計算的誤差，結構在地震 中的損壞程度難以控制； 特別是出現超烈度強地震時，結構難以確保安全。消能減震結構體系由于特別設置非承 重的消能構件（消能支撐、消能剪力墻等）或 消能裝置，它們具有極大的消能能

6、力，在強 地震中能率先消耗結構的地震能量，迅速衰減結構的地震反應，并保護主體結構和構件 免遭損壞，確保結構在強地震中的安全。據我國對消能臧震結構的振動臺試驗（冼巧玲、周福霖、俞公驊，19951995）及國外學 者完成的振動臺試驗 （PullPull，19881988 ; KellyKelly，19901990 ; soongsoong , 19921992）可知，消能減震結構 與傳統抗震結構相對比，其地震反應減少40%40%60%60%。另外， 消能構件 （或裝置） 屬“非結構構 件”，即非承重構件，其功能僅是在結構變 形過程中發揮消能作用，而不承擔結構的承 載作用，即它對結構的承載能力和安全

7、性不 構成任何影響或威脅。所以，消能減震結構 體系是一種非常安全可靠的結構減震體系。經濟性：傳統抗震結構采用“硬抗”地震的 途徑，通過加強結構、加大構件斷面、加多 配筋等途徑中提高抗震性能，因而，抗震結 構的造價大大提高。消能減震結構是通過“柔性消能”的途徑 以減少結構地震反應，因而，可以減少剪力 墻的設置，減小構造斷面，減少配筋，而其 耐震安全度反而提高。 據國內外工程應用總結資料。采用消能減震結構體系比采用傳統 抗震結構體系，可節約結構造價 5 5 %10%10%。 若用于舊有建筑結構的耐震性能改造加固， 消能減震加固方法比傳統抗震加固方法，節省建造價 10%10%60%60%。技術合理性

8、：傳統抗震結構體系是通過加 強結構，提高側向剛度以滿足抗震要求的： 但結構越加強.剛度越大，地震作用（荷載）也越大.只能再加強結構。 如此惡性借環，其結果，除了安全性、經濟性問題外，對于 采用高強、輕質材料（強度高、斷面小、剛度 ?。┑母邔咏ㄖ?、超高層建筑、夫跨度結構及 橋梁等的技術發展，造成嚴重的制約。消能減震結構則是通過設置消能構件 或裝置，使結構在出現變形時大量迅速消耗 地震能量，保護主體結構在強地震中的安 全。結構越高、跨度越大，消能減震效果越 顯著。因而，消能減震技術必將成為采用高 強輕質材料的高柔結構（超高層建筑、大跨度 結構及橋梁等）的合理新途徑。由于消能減震結構體系有上述優越性

9、， 已被廣泛、成功地應用于“柔性”工程結構物 的減震（或抗風）。一般來說，層數越多、高 度越高、跨度越大、變形越大，消能減震效 果越明顯。所以多被應用于下述結構： 高層建筑，超高層建筑；高柔結構，高 聳塔架；大跨度橋梁；柔性管道、管線（生命線工程）：舊有高 柔建筑或結構物的抗震（或抗風）性能的改善 提高。結構消能減震體系由主體結構和消能 構件（或裝置）組成，可按消能構件的不同“構 件型式”和消能裝置的不同“消能型式”分類, 詳見下圖所示。廠 I 抽梃支揮2 2、消能構件的不同構造形式結構消能減震體系中的消能構件（或裝置），按照其構造形式可以做成：（I I）離娜（6 6）jiiKjiiK （di

10、diw wKnm消能構件的不同構造形式1消能支撐：消能支撐可“代替一般的結構（f）分離式勢力堵支撐，在抗震（或抗風）中發揮支撐的水平剛 度和消能減震作用。消能支撐可以做成方框 支撐、圓框支撐、交叉桿支撐、斜桿支撐、K K 形支撐、雙 K K 形支撐等。2消能剪力墻：消能剪力墻可代替一般結構 的剪力墻，在抗震（或抗風）中發揮剪力墻的 水平剛度和消能減震作用。消能剪力墻可做 成豎縫剪力墻、橫縫剪力墻、斜縫剪力墻、 周邊縫剪力墻、整體剪力墻、分離式剪力墻輕就力力甲 廣蜀時力堆（0 界誕酣力血心周也捷四力垢3消能節點：在結構的梁柱節點或粱節點 處裝設消能裝置。當結構產生側向位移，在 節點處產牛角度變化

11、、轉動式錯動時消能 裝置即發揮消能減震作用。(b)蠻消能糕4消能聯結：在結構的縫隙處或結構構件之聯結處產生相對變形時，消能裝置即發揮消 能減震作用。5消能支撐或懸吊構件：對于某些線結構（如 管道、線路等），設置各種支撐或懸吊消能裝 置。當線結構發生震動時，支承或懸吊件即 發揮消能減震作用。間的聯結處設置消能裝置當結構在縫隙或3 3、消能裝置的不同消能形式消能構件中裝設有消能裝置；消能裝置 的功能是，當構件（或節點）發生相對位移或 轉動時，產生較大的阻尼從而發揮消能減 震作用。為了達到最佳消能效果，要求消能 裝置提供最大的阻尼，即當構件（或節點）在 力（或彎矩）作用下發生位移（或轉動）時，所做 的功最大。為了使消能裝置具有較大的消能能力可以采用多種消能形式，一般有 下述幾種：1摩擦消能：如摩擦消能支撐，摩擦節點（圖2-6-162-6-16）;2鋼件（梁、板、棒）非彈性消能裝置 （圖2-6-172-6-17）;3材料塑性變形消能：如擠壓鉛阻尼器（圖2