北京藍湖機電有限公司北京奇太振控科技有限公司

高層建筑結構抗震保護的理想措施

阻尼器的應用與發展

結構保護系統發展的歷史背景傳統抗震方法的局限性

難于預報，精確計算和小概率事件

超過預估震級

以破壞為代價的抗震設計-延性設計

各種和在其它行業的應用，技術雛形一，結構保護系統結構保護系統發展過程4產品在各種環境下，計算的準確性產品的實用性，便于施工安裝容易理解，和工程結構中現有的結

構構造接近經濟性，產品在工程市場競爭中能勝出產品的質量，它的可靠性和耐久性FPBEARINGSalkhalinIIbearingsLargestseismicisolators635mmdisplacement87,400kNverticalloadFull-scaletestingReducedscaledynamictesting(loadofupto13,000kN,velocityof1m/sec).UNBONDEDBRACESViscousDampersComeofAge黏滯阻尼器的新紀元阻尼器在抗震、抗風中的顯著效果阻尼器嚴格測試，叫人放心的測試規范的完成喜人的經濟效果PEER和SEERL的研究課題放置位置、大量工程師們的經驗一、阻尼器和泰勒公司使自由振動衰減的各種摩擦力和其他阻礙力，我們稱之為阻尼。而安置在結構系統上的“特殊”構件可以提供運動的阻力，耗能減振的裝置。符合國際設計規范的大型結構用的阻尼器的完整概念。阻尼器1999從北京站加固改造開始

（Beijingrailwaystation）1999年加固改造時采用32個美國泰勒公司的液體阻尼器，布置在框架四周，將結構的抗震性能提高到二十一世紀水平。是泰勒公司阻尼器首次在中國應用，具有重要的歷史意義。

液體粘滯阻尼器

F=CVα

液體粘滯阻尼器摩擦阻尼器粘彈性阻尼器金屬屈服阻尼器從工程的眼光看結構保護系統的應用和發展,“現代學術研究雜志”2010年第10期運動方程

MX+CX+KX+CXD=-MXg

能量方程

EK+ED+ES+EP=EI

反應譜......阻尼器-減振器-吸能器減振結構的設計阻尼器減震設計的基本理念

抗震能力的全面增強--附屬結構、推遲屈服、避免倒塌抗震設計的補強，滿足層間位移、剪力要求滿足抗風要求，替代大型TMD結構降度設計滿足抗震要求，節省抗震費用節省建筑費用阻尼器的計算簡化計算方法數值積分--ETABS;SAP2000;MIDAS2023/11/26阻尼器參數的選取工作條件-結構工程阻尼器，按設計訂做速度指數0.3-2.0阻尼系數的優化，從小到大到速度鎖定裝置放置位置的可行性計算結果的合理性計算出的速度的合理性2-3000mm/sec阻尼比0.25結構反應的滿足價格的平衡2023/11/262023/11/26阻尼比的計算

鎖定裝置（Lock-uporSTU）消能減振液體粘滯阻尼器(FluidViscousDampers)液體粘彈性阻尼器(FluidViscoelasticDampers)位移限位阻尼器（LimitedDisplacementDampers）熔斷阻尼器材(FuseDamper)新型帶熔斷的鎖定裝置新型斜拉橋拉索風振的小型阻尼器（CableDamper）金屬密封無摩擦阻尼器(Metaldamper)振動緩沖器(Buffer)阻尼器種類TaylorDevicesDampers阻尼器被工程界廣泛認可SUMMARY(總計)(2012)TotalNumberofStructures（工程總數）492Buildings（建筑物工程）343Bridges（橋梁工程）126Other(其他工程)23TotalNumberofDampers（阻尼器安裝總數）18338

1955年成立,成功發展了五十年

美國泰勒公司坐落在美國紐約州尼亞加拉大瀑布附近納斯達克股票公開上市的公司大型結構振動控制的專業公司

強大的科技隊伍不斷推陳出新從宇航飛船、軍事到大型建筑結構、大型橋梁的應用最高科技水平的結晶

日本311地震后擴建的廠房序號泰勒阻尼器其他品牌阻尼器簡單判定不滿足的后果1準確定量沒有其它企業可以做到0.3-1.0之間速度指數的各種要求是否能通過0.7速度指數的測試符合本構關系喪失定量阻尼器的功能2不帶閥門、油庫阻尼器外（或內）設置儲能器、儲油庫以及控制閥門提供真實阻尼器剖面圖不帶閥門、油庫極易隨壞，難過十年3不漏油，有5倍以上的抗內壓能力沒有能滿足內壓的產品提供內壓測試數據觀察活塞桿出入處有無油跡難做到不漏油，漏油的產品結構中不能應用4抗風又抗震，同一阻尼器可在高低速下同時工作（min0.02mm/sec～max2倍最大速度)僅能提供工作速度下測試提供0.02mm/sec阻尼器測試報告，符合本構關系不適于抗風5計算功率鮮見計算功率的先例提供阻尼器的功率滿足設計要求不適于抗風、TMD等連續工作61.5~2倍安全系數對橋梁阻尼器，很少見到這一要求和測試1.3倍最大速度的阻尼器測試符合本構關系，不漏油不能抗超越地震、巨震要求烈度泰勒公司第三代阻尼器與國內外其他品牌產品的對比設計年限75年材料試驗模擬75年試驗疲勞和各種環境下耐久試驗按50年內的荷載情況經過世界最嚴格的疲勞檢測參見測試報告實例50年前的液體彈簧還在工作實例50多年來生產了300多萬個液體彈簧和液體阻尼器完好工作實例20多年來490個阻尼器工程,18000多個大型阻尼器沒有破壞記錄安全工作75年的保證阻尼器的六次國際第三方測試

能用于結構保護的前題

金門大橋工程的對比檢驗HITEC對比試驗

美國高速公路創新技術評估中心圣地亞哥測試日本建設廳測試廣州大學抗震試驗室測試歐洲標準測試蘇通大橋阻尼器的主要檢測設備TestingSpecimenTaylorDevicesMenu...測試技術設備的發展我國某大學力學與結構試驗中心美國泰勒公司水平動力設備美國泰勒公司垂直下落設備測試最大出力2500kN6672kN8907kN測試最大沖程±150mm±1000mm

1410mm測試最大速度100mm/s1800mm/s11430mm/s490個結構工程，490個測試報告江陰大橋液體粘滯阻尼器測試報告(1000kn)蘇通大橋液體粘滯阻尼器測試報告（10000kn)臺灣高鐵液體粘滯阻尼器測試報告(3900kn)北京銀泰中心液體粘滯阻尼器測試報告(1200kn)Greenville大橋檢測報告(6700kN)喬治華盛頓橋檢測報告(4900kN)美國土木工程學會，新技術開發委員會HITEC二，國內外高層建筑工程介紹2023/11/262023/11/26超高層建筑的減振控制對比序號名稱風振小震中震大震巨震對附屬結構減振放置位置產品情況1TMD作用顯著不起作用不起作用有負作用的風險有負作用的風險基本不起作用占很大空間極少數可以生產2材料粘彈性阻尼器有抗風作用能減振耗能能減振耗能能減振耗能有限范圍內能減振耗能有限作用逐漸被淘汰1BRB不屈服，只起剛度作用不屈服，只起剛度作用可屈服抗震耗能可屈服抗震，屈服后不易恢復沒有考慮減振差有成熟產品2摩擦阻尼器不起動不宜起動，不能穩定受力滑動，抗震耗能但不準確可以抗震，可以回位沒有考慮減震差沒有成熟產品3液體粘滯阻尼器唯一減振耗能裝置2mm/sec測試全面減振耗能全面減振耗能全面減振耗能有2倍以上的安全系數可以工作減振效果最好放置加強層，已得到公認。產品成熟增大位移提高阻尼器效益的幾種模型

套索或剪力安置加強層上設置阻尼器隔層布置減少剪力墻伸臂衍架阻尼器負剛度裝置的運用2023/11/26編號上部套索UpperToggle下部套索LowerToggle反向套索ReverseToggle簡圖布置在加強層上的阻尼器42Interstoriesbracing跨層布置的阻尼器減少剪力墻：42層阻尼器取代剪力墻2023/11/26伸臂衍架阻尼器2023/11/26負剛度裝置的運用負剛度體系效果[BS:BilinearStructure;PS:BS+Damper;ANSS:BS+Damper+NSD]2023/11/26三、超高層結構阻尼器抗風

超高層阻尼器抗風工程Windprojects

波士頓111大樓BostonHuntington111Building

波士頓MillenniumPlace大廈

舊金山四季酒店

菲律賓香格里拉ARUP

紐約250W，ARUP

倫敦ThePinnacleARUP

北京銀泰中心BeijingSilvertieCentre

天津國貿大廈TianjinInternationalTradeCentre天津400米富力大廈（未用）Tianjin400mFULI廈門帝景苑200m以上公寓（未用）

抗風阻尼器的特點連續工作，必須計算功率位移小，用套索等裝置放大阻尼器小位移的工作2023/11/262023/11/262023/11/26項目名稱高度結構類型阻尼器用途減振前加速度(m/s2)減振后加速度(m/s2)減振率附加阻尼比阻尼器數量及參數阻尼器花費(萬)完工年份波士頓111大廈等三座鋼結構主要抗風協助抗震0.6960.52323.6%1.9~3.1%60個1300kN,±$70(包括套索)2002菲律賓香格里拉塔等三座210m混凝土結構抗風0.2560.09463.3%6.5%8個2600kN抗風阻尼器2007北京銀泰中心鋼結構主要抗風協助抗震0.2360.20413.6%1%73個1200kN,±￥3842008天津國貿中心鋼結構主要抗風協助抗震0.2240.19911%0.5%12個1000kN,±￥175.8(包括套索)2010/廈門帝景苑270m混合結構主要抗風協助抗震0.1760.12927%1~3%20個2500kN,±75mm/計劃2014/天津富力廣東大廈388m混合結構主要抗風協助抗震0.3870.10872.1%6~7%20個1000kN63個1500kN計劃2014山西晉中項目230m混合結構全面抗震抗風0.1570.06160.9%/8個3500kN,±150mm/計劃2014/深圳某高層375m混合結構主要抗風協助抗震0.2510.14741.4%34個2000kN76個1500kN52個1000kN計劃2014

阻尼器在高層建筑中的抗風應用北京銀泰中心

265米鋼結構

BeijingSilvertieCentre

265mSteelStructure阻尼器布置（共73套）放置隔墻內對角安置層數X方向樓層加速度(m/s2)Y方向樓層加速度(m/s2)結構本身減振后結構本身減振后550.2360.2000.2310.204540.2330.1970.2250.200530.2290.1940.2190.198520.2250.1920.2130.196510.2220.1890.2080.193阻尼器的減振效果天津國貿中心

256米鋼結構

TianjinInternationalTradeCentre

256mSteelStructure阻尼器布置（共12套）套索安置2023/11/26風振加速度計算結果匯總表樓層減振前（m/s2）減振后（m/s2）減振率等效阻尼比0.03600.2390.19319.25%0.194590.2370.19119.41%0.193580.2350.18919.57%0.191570.2330.18719.74%0.189560.2280.18319.74%0.185550.2240.1819.64%0.182540.220.17620.00%0.178530.2150.17220.00%0.175520.2110.16919.91%0.171510.2060.16519.90%0.167500.2010.16119.90%0.163490.1960.15719.90%0.159480.1910.15319.90%0.155470.1870.14920.32%0.151460.1820.14520.33%0.14846-60層樓層加速度減振效果對比

2023/11/26加12個阻尼器后各層加速度均能滿足0.2（m/s2）的舒適度要求波士頓111大樓

248米鋼結構

BostonHuntington111Building

248mSteelStructure38層大廈

60dampers阻尼器布置（共60套）套索+對角安置2023/11/26風振加速度計算結果匯總表波士頓Millennium37層Place大廈40套索舊金山四季酒店37層20套索FVD64天津400米富力大廈400米混合結構

Tianjin400mFULIBuilding

400mHybridstructure加強層套索安置105個阻尼器66菲律賓香格里拉,Philippines

2210mhigh,8Outrigger,16dampers6768SHANGRI-LATOWERS-PHILIPPINES兩座Arup工程紐約大廈250West阻尼器55thStreetandaLondonPinnacleTower大廈FeaturedProject250West55thStreet,NYC7Outriggerdampers

1690kN±100mmstrokeThePinnacle(tall&swirly)BishopsgateTower

12Outriggerdampers1800kN±51mmstroke四、超高層阻尼器抗震工程超高層抗震工程Seismicprotection

北京盤古大觀BeijingPANGUPlaza

武漢保利大廈WuhanBAOLIPlaza

墨西哥市長大樓MexicoMayorBuilding

新疆阿圖什大廈新疆烏恰大廈

北京盤古大觀

191米超高層鋼結構

BeijingPANGUPlaza

191mSteelStructure阻尼器布置（共104套，仔細核實位置，均不影響其他專業）地震工況無阻尼器有阻尼器減震效果備注層間位移轉角小震X方向1/650~1/11001/850~1/160015%~40%規范規定此項限值為1/500小震Y方向1/400~1/11001/650~1/160015%~40%規范規定此項限值為1/500中震X方向1/220~1/4001/300~1/50012%~30%對于超高層鋼結構，一般控制1/300中震Y方向1/200~1/4501/300~1/55012%~30%大震X方向1/80~1/2001/120~1/2408%~15%規范規定此項限值為1/70大震Y方向1/60~1/1801/80~1/2309%~16%規范規定此項限值為1/70頂點位移(m)小震X方向0.1460.12216.4%結構頂點位移是衡量結構抗彎能力的重要參數小震Y方向0.1170.09915.5%中震X方向0.4960.44410.6%中震Y方向0.2680.23512.1%大震X方向0.6700.59311.5%大震Y方向0.7050.6369.8%最大彈性位移與兩端水平位移平均值比值中震STORY40STORY1~15均大于1.2所有樓層均小于1.2平均提高20%抗震規范規定：樓層的最大彈性位移大于該樓層兩端彈性水平位移平均值的1.2倍，結構屬于扭轉不規則樓層加速度譜最大值m/s2中震35層6350%結構的樓層反應譜是衡量結構附屬系統地震反應大小的重要標志中震40層10640%頂點對地面豎向加速度放大比例大震近4倍小于2倍50%樓頂懸臂桁架部位頂點基底剪力(kN)大震X9152776203.3816.7%基底剪力、基底彎矩及基底扭矩是衡量結構整體抗震能力的重要參量大震Y151107108130.528.4%基底彎矩(kN*m)大震X395081136867216.7%大震Y388577836115567.1%基底扭矩(kN*m)大震X3523130268118723.9%大震Y4898810365022725.5%阻尼器的抗震作用-北京盤古大觀79墨西哥市長大樓

225米鋼結構

MexicoMayorBuilding

225mSteelStructure墨西哥市長大樓96個大型跨層阻尼器，24個在巨形支撐連接處（增加12%阻尼比）2003年1月21日墨西哥地震

?

7.6級地震?引起墨西哥城大面積振動?2,700個結構倒塌或嚴重破壞?13,000座結構遭到破壞?安裝了泰勒公司阻尼器的Torre市長大廈在震后觀測中顯示沒有任何破壞

武漢保利大廈

210米鋼混結構

WuhanBAOLIPlaza

210mSteelStructure阻尼器布置（共62套對角和人字支撐）新疆阿圖什建筑78米26層

56套索阻尼器8度設計加阻尼器后抗8.5度地震層間位移角，層間及基底剪力56套750kn阻尼器減震效果：小震40%,大震20%增加小震14%、大震4%阻尼比

新疆阿圖什住宅大樓高78米，26層，鋼筋混泥土框剪結構8.5度區，很難計算下來框剪結構+52套索阻尼器層間位移角滿足8.5度小震、大震要求層間和基底剪力基本滿足大震要求小震包絡層間位移角對比小震包絡樓層剪力對比2023/11/26減振結果匯總表2023/11/26等級方向指標減震前減震后減震率小震X方向包絡最大層間位移角1/5831/96339.5%基底剪力24614.917178.0530.2%Y方向包絡最大層間位移角1/5881/95538.4%基底剪力32128.1722769.3229.1%大震X方向包絡最大層間位移角1/1261/16222.2%基底剪力114124.294330.8517.3%Y方向包絡最大層間位移角1/1271/15719.0%基底剪力148958.7122608.117.7%

8度無阻尼與8.5度加阻尼器樓層剪力對比

2023/11/26深圳350M綜合高層結構

Shenzhen350mcomprehensivehigh-risebuilding粘滯阻尼器TMD方案對比分析FVD&TMDprogramcomparisonandanalysis結構模態ModePeriodSumUX（%）SumUY（%）SumRZ（%）16.54396862.25520.4960.010425.75405762.721164.25910.011630.78230283.003764.29950.244340.46785183.015965.3283.688650.40522686.845365.464283.750660.2795586.847279.597486.057670.18709990.217879.764686.060280.173290.240679.80987.800290.12970190.241880.780288.3966100.10314490.317686.301188.7681110.09741690.320787.094590.168120.08434590.338788.857690.2668130.08132590.558690.755790.4262黏滯阻尼器全樓分布

X方向Y方向74層

Toggle兩套

Diagonal兩套73層

Toggle兩套

Diagonal兩套72層

Toggle兩套

Diagonal兩套71層Toggle兩套Toggle兩套

Diagonal兩套70層

Toggle兩套

Diagonal兩套69層Toggle兩套Toggle兩套Diagonal兩套68層

Toggle兩套

Diagonal兩套67層

Toggle兩套

Diagonal兩套66層

Toggle兩套Diagonal兩套65層

Toggle兩套

Diagonal兩套64層

Toggle兩套

Diagonal兩套63層

Toggle兩套

Diagonal兩套62層Toggle兩套Toggle兩套

Diagonal兩套58層

Diagonal兩套57層

Diagonal兩套56層

Diagonal兩套55層

Diagonal兩套54層

Diagonal兩套53層

Diagonal兩套52層Diagonal四套Diagonal兩套51層

Toggle四套50層Diagonal四套Diagonal兩套48層Diagonal八套47層Diagonal八套46層Diagonal八套45層Diagonal八套38層Diagonal四套Toggle八套36層Diagonal四套24層Diagonal四套

雙向加速度峰值均有效得到控制；控制在0.15m/sec2；ToggleUx出力在200kN左右；ToggleUy出力在300～750kN之間；Diagonal阻尼器出力在200～850kN之間。在持續的風振作用下，必須考慮阻尼器單位時間內消耗的能量大小，如果太大，阻尼器的設計則由功率控制，而非輸出力和位移量等參數。采用Toggle形式的阻尼器功率最大為3.19watt（0.0044Hp）采用Diagonal形式的阻尼器功率最大為25.2watt（0.0035Hp）。

UX（m/sec2）UY（m/sec2）減振前減振后減振率減振前減振后減振率Max0.23750.151956.4%0.24620.137179.6%Min-0.2577-0.144778.1%-0.2353-0.135773.4%廈門帝錦苑公寓消能減振設計方案結構模型98工程名稱用途是否用高阻尼反應譜阻尼比墨西哥Mayor大廈全面抗震用8.5%，12%菲律賓香格里拉塔主要抗風協助抗震沒有7.5%抗風波士頓111大廈主要抗風協助抗震沒有1.89%–4.58%北京銀泰中心主要抗風協助抗震沒有1.0%–5.0%北京盤古大觀抗大中地震抗風沒有2.21%–2.36%芝加哥凱越酒店TMD抗風沒有5%美國42層peer大廈全面抗震取代剪力墻用假定10%

阻尼器在各超高層建筑中的作用Thedamperapplicationandeffectonhighrisebuilding99項目名稱阻尼器的個數和噸位阻尼器的花費經濟性墨西哥Mayor大廈24x5600kN,±72x2770kN,±$400萬一次投資基本持平菲律賓香格里拉塔16x2600kN，±/結構節省$400萬波士頓111大廈60x1300kN,±$70萬含Toggle/北京銀泰中心73x1200kN,±￥300萬/北京盤古大觀6FEVD,1000kN±96x1000kN,±4x1500kN,±￥580萬與傳統加強截面和支撐方案比，省200-700萬芝加哥凱越酒店6金屬密封阻尼器4限位緩沖器TMD系統$500萬，阻尼器$55萬/各超高層建筑的阻尼器價格和經濟性Damperpriceandeconomicsonhighrisebuilding世界最大的超高層市場和發展阻尼器先進的安裝辦法阻尼器替代剪力墻阻尼器對比TMD設計規范的完善玻璃幕墻裝置的利用阻尼器安置的優化國外高層結構的進展高層建筑性能設計指南42層阻尼器取代剪力墻不同地震動下的樓層層間位移轉角峰值

BuildingStory-DriftatServiceLevelfromSeismic不同地震動下的樓層層間剪力峰值BuildingStory-ShearatServiceLevelfromSeismic孟買機場玻璃幕墻用阻尼器CANADARCMPRichmondCommunitySafetyBuilding20x600knPost-disasterperformance五、橋梁和其它橋型橋梁名稱阻尼器參數橋梁參數減震效果連續梁橋吉林省龍華松花江大橋16個鎖定裝置F=1800kND=±140mm7跨鋼筋混凝土連續梁主跨100mm剛接墩頂最大水平剪力降低

45.3%鋼管拱橋某環城公路拱橋8個斜向放置阻尼器F=1400/1100kNα=0.4D=±750/850mmC=2500kN/(m/s)0.4鋼管拱橋兩幅（幅寬19.50m）主跨度102m縱向位移降低19％橫向位移降低15％橋墩剪力降低15％斜拉橋蘇通大橋8個帶限位阻尼器F=3025/10000kNα=0.4D=±750/850C=3750kN/(m/s)0.4主跨1088m