2耗能减震结构设计与应用
消能减震技术
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图11、三位分析模型中摩擦阻尼支撑的布置
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图12、摩擦耗能器在安装过程和安装完成
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3.3 工程实例3
潮汕星河大厦位于汕头市金环路东侧,总建 筑面27976.8平米 ,地下1层,地上总高度 98.70米。分塔楼和裙房两部分,裙楼4层,塔 楼25层(设计22层,后加3层)。结构平面形状 为椭圆形。结构形式为钢管混凝土组合结构, 结构体系为核心剪力墙筒外框架体系。 潮 汕星河大厦由于原设计为22层,施工至12层 时,业主提出增加3层,结构变为25层。
消能减震施工技术
传统的抗震方法是房屋上部结构和基础牢牢地连 接在一起,地震时,地面运动能量经过基础输入到房屋 结构,致使房屋结构发生振动、变形,甚至倒塌。“消 能隔震”的基本思想是使基础和上部房屋结构分离, 隔离地震能量向建筑物的输入。实现地震时地动而建 筑物基本不动,达到保证建筑物安全的目的。
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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
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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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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。
浅谈消能减震技术
浅谈消能减震技术消能减震技术是一种利用材料的变形和摩擦来减少或消除冲击能量的技术。
它在工程领域发挥着重要作用，能够有效地保护设备和结构免受外部冲击的影响。
本文将就消能减震技术的基本原理、应用领域和发展趋势进行浅谈。
消能减震技术的基本原理是利用材料的弹性和耗能特性来减少外部冲击能量的传递。
常见的消能减震材料包括聚合物、金属和复合材料等。
这些材料具有一定的弹性，当受到外部冲击力时能够发生形变，并通过内部结构的摩擦和阻尼来消耗能量。
这样一来，外部冲击力的传递就会得到有效地减缓，从而保护设备和结构不受损。
消能减震技术在众多领域都得到了广泛的应用，包括建筑工程、航空航天、交通运输等。
在建筑工程中，消能减震技术可以通过设置减震支座或减震结构来减少地震或风力对建筑物的影响，从而提高建筑物的抗震性能。
在航空航天领域，消能减震技术可以用于飞机主起落架和座舱的设计，有效地保护飞机和乘客免受起降冲击的影响。
在交通运输领域，消能减震技术可以用于车辆的减震系统和轨道交通设施的设计，提高车辆和轨道设施的抗震性能，保障交通运输的安全和稳定。
随着科学技术的不断发展，消能减震技术也在不断创新和进步。
一方面，随着材料科学和工程技术的进步，新型的消能减震材料不断涌现，具有更高的弹性和耗能性能，可以更有效地减少外部冲击能量的传递。
随着计算机仿真技术和数字化设计技术的发展，消能减震技术的设计和优化也变得更加精确和高效。
通过数字化设计和仿真分析，可以更准确地预测材料的弹性和耗能特性，从而优化消能减震系统的设计方案，提高抗震性能和使用寿命。
消能减震技术是一种非常重要的工程技术，能够有效地保护设备和结构不受外部冲击的影响。
随着科学技术的不断发展，消能减震技术也在不断创新和进步，将会在更多的领域得到应用，并发挥更为重要的作用。
相信随着技术的进步和发展，消能减震技术将会为人们的生活带来更多的安全和便利。
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
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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%
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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。
消能减震技术在工程中的应用
消能减震技术在工程中的应用1class消能减震概念结构消能减震技术主要指的是在结构的某些部位，如层间空隙、节点连接部分或者连接缝等一些位置安装消能减震装置，或者是将结构的支撑、连接件或非承重剪力墙等一些次要构件设置为能够消能的构件。
在地震来临时，这些装置或者构件可以通过摩擦、塑性变形、粘滞液体流动等一些变化，为结构提供较大的阻尼，消耗地震动输入的能量，消减主体结构的地震动反应，从而起到保护主体结构安全的作用。
与传统增大截面抵抗地震作用不同，消能减震技术主要是通过消能减震构件吸收、消耗地震能量降低主体结构地震响应，是建筑物抗震的另一个有力手段。
消能减震技术中，安装消能器增加结构阻尼的被动消能减震方法，由于其传受力明确、安装维护方便、制作成本低、适用范围广等特点，受到业内人士的青睐。
消能减震原理结构消能减震的实质是在结构中设置消能器，地震时输入结构的能量率先为消能器吸收，大量消耗输入结构的地震能量，有效衰减结构的地震反应。
消能器在地震中起到结构附加阻尼和附加刚度的作用。
相比常规设计提高结构的抗震性能只能通过增加结构构件尺寸或者钢筋的方法，更加经济合理高效，这也是消能减震结构具有经济性优势的主要原因。
结构在地震中任意时刻的能量方程为：传统结构：Ein= Ev+Ec+Ek+Eh;消能减震结构：E'in= E'v+E'c+E'k+E'h+Ed;式中Ein、E'in——地震过程中输入传统抗震结构、消能减震结构体系的能量；Ev、E'v——传统抗震结构、消能减震结构体系的动能；Ec、E'c——传统抗震结构、消能减震结构体系的粘滞阻尼耗能；Ek、E'k——传统抗震结构、消能减震结构体系的弹性应变能；Eh、E'h——传统抗震结构、消能减震结构体系的滞回耗能；Ed——消能器耗散或吸收的能量。
在上述能量方程中，由于Ev和E'v、Ek和E'k仅发生能量转化，并不耗散能量，而Ec和E'c仅占总能量的很小部分（约5%左右），可以忽略不计。
新《减震抗震设计规范》中的隔震与消能减震资料
新《减震抗震设计规范》中的隔震与消能减震资料3、隔震和消能减震设计的主要优点隔震体系能够减小结构的水平地震作用，已被理论和国外强震记录所证实。
国内外的大量试验和工程经验表明：“隔震”一般可使结构的水平地震作用降低60％左右，从而消除或有效地减轻结构和非结构的地震损坏，提高建筑物及其内部设施、人员在地震时的安全性，增加震后建筑物继续使用的能力。
采用消能方案可以减少结构在风作用下的位移已是公认的事实，对减少结构水平和竖向地震反应也是有效的。
4、隔震和消能减震设计的适用范围1)、隔震设计的适用范围规范12.1.3条对隔震结构提出了一些使用要求。
根据研究：隔震结构主要用于体型基本规则的低层和多层建筑结构。
日本和美国的经验表明，不隔震时基本周期小于1.0秒的建筑结构减震效果与经济性均最好，对于高层建筑效果较差。
国外对隔震建筑工程的较多考察资料表明：硬土场地较适合于隔震建筑；软弱场地滤掉了地震波的中高频分量，延长结构的周期有可能增大而不是减小其地震反应。
墨西哥地震就是一个典型的例子。
日本“隔震结构设计技术标准”（草案）规定，隔震建筑适用于一、二类场地。
我国Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地的反应谱周期均较小，故都可建造隔震建筑。
隔震设计中对风荷载和其他非地震作用的水平荷载给予一些限制（规范12.1.3条3款）是为了保证隔震结构具有可靠的抗倾覆能力。
就使用功能而论，隔震结构可用于：医院、银行、保险、通讯、警察、消防、电力等重要建筑；首脑机关、指挥中心以及放置贵重设备、物品的房屋；图书馆和纪念性建筑；一般工业与民用建筑；建筑物的抗震加固。
2)、消能设计的适用范围消能部件的置入，不改变主体承载结构的体系，又可减少结构的水平和竖向地震作用，不受结构类型和高度的限制，在新建和建筑抗震加固中均可采用。
二、隔震与消能减震设计要求1、设计方案建筑结构的隔震和消能减震设计，应根据建筑抗震设防类别、抗震设防烈度、场地条件、建筑结构方案和建筑使用要求，与建筑抗震设计的设计方案进行技术、经济可行性的对比分析后，确定其设计方案。
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。
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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
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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
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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。
新《减震抗震设计规范》中的隔震与消能减震
新《减震抗震设计规范》中的隔震与消能减震隔震与消能减震是新《减震抗震设计规范》中的两个重要概念。
隔震是指通过设置隔震层，将结构与地震动进行隔离，使结构对地震的响应减小。
消能减震则是通过在结构中设置能够吸收和耗散地震能量的装置，实现地震能量的消耗和减震效果。
隔震是一种较为传统的减震措施，它通过设置隔震层，将结构与地震动进行隔离，使结构受到的地震力和位移减小，从而减小结构的破坏程度。
隔震层通常由隔震支座、隔震垫板等组成，这些装置能够在地震过程中自由移动，吸收和消散地震能量。
隔震的优点是能够有效减少结构的响应，保护结构的完整性，减小地震灾害的损失。
然而，隔震也存在一些问题，如隔震支座和隔震垫板的制造和安装难度较大，需要考虑地震过程中的水平限制等。
消能减震是相对较新的一种减震措施，它通过在结构中设置能够吸收和耗散地震能量的装置，实现地震能量的消耗和减震效果。
这些装置通常由减震器、摇摆框架等组成，它们能够在地震过程中发挥吸能和耗能的作用，从而减小结构的震动响应。
消能减震的优点是能够在地震过程中吸收和耗散大量的地震能量，降低地震对结构的破坏力度，提高结构的抗震性能。
然而，与隔震相比，消能减震要求设备的制造和维护难度较大，需要考虑装置的可靠性和耐久性等问题。
新《减震抗震设计规范》对隔震与消能减震提出了较为详细的要求和规范。
其中，对于隔震层的设置，规范要求应根据结构的抗震性能要求和场地条件进行合理的选择。
对于消能减震装置的设计，规范要求需要考虑装置的材料、减震效果以及装置的可靠性和耐久性等方面。
同时，规范还对隔震与消能减震的施工和验收提出了一系列具体的要求和标准，以保证减震措施的有效实施和质量控制。
总的来说，隔震与消能减震是新《减震抗震设计规范》中重要的减震措施。
它们通过不同的方式和装置，实现对结构的减震和减小地震响应的效果。
隔震通过隔离结构与地震动，减小结构的破坏程度；消能减震通过吸能和耗能装置，消耗地震能量，提高结构的抗震能力。