(高层结构设计)第十章 建筑结构消能减震技术与振动控制技术
超高层建筑结构的减震控制技术与抗震设计要点
超高层建筑结构的减震控制技术与抗震设计要点
超高层建筑结构是指高度超过200m的建筑结构，在城市发展过程中已经成为城市发
展的标志性建筑之一，但是，由于超高层建筑结构的自身特点，它们更易受到地震影响，
因此，抗震设计将成为超高层建筑结构设计的主要难点。
此外，减震控制也是抗震设计中
一个重要方面。
首先，要设计抗震的超高层建筑结构，应在设计中重视加强建筑物的抗震性能，主要
措施包括：原位抗震墙柱分析，以确定建筑的构造形式，强化地基处理，包括在地下穿仓桩、地基改造以及增加地下筒仓的活动性抗震处理；设计有利于加强抗震性能，比如采用
抗震钢柱框架结构，以提高建筑物的抗震性能等。
此外，超高层建筑结构设计中也应考虑减震控制的措施。
这些措施主要包括：采用隔
振框架结构减少地震波的传播；在设计中采用耗能型抗震结构，比如网格耗能护墙、摆滚
耗能护墙；采用液变耗能把护舒；在设计中采用支承耗能器具等。
此外，超高层建筑结构也应采用基于有限元分析技术的抗震设计方法，即：在考虑建
筑物物理本身性能和力学特性等因素的前提下，研究建筑物抗震性能，检验其动力学参数，模拟地震波的冲击，将计算结果与规范的要求相比较，确定抗震性能等指标。
综上所述，要设计出具有良好抗震性能的超高层建筑结构，应采用抗震设计和减震控
制相结合的方法，包括采用隔振框架结构减少地震波的传播、耗能型抗震结构的采用、液
变耗能把护舒的采用以及基于有限元分析技术的抗震设计方法，以此在设计中有效地提高
超高层建筑结构的抗震性能。
建筑结构消能减震的控制方法
建筑结构消能减震的控制方法汇报人：日期:•引言•建筑结构消能减震的基本原理•建筑结构消能减震的控制方法•建筑结构消能减震的优化设计目•工程实例分析•研究展望与未来发展趋势录引言01CATALOGUE地震是一种常见的自然灾害，对人类社会和自然环境造成极大的破坏。
传统的建筑结构抗震设计主要是依靠结构本身的强度来抵抗地震，但这种方法的效果有限，并且难以应对强烈地震。
因此，研究建筑结构的消能减震控制方法，提高建筑结构在地震作用下的安全性，对于保障人类生命财产安全具有重要意义。
研究背景和意义研究现状和发展趋势国内外学者已经开展了大量的研究工作，提出了多种消能减震技术，如阻尼器、隔震支座、调谐质量阻尼器等。
未来，随着材料科学和计算机技术的发展，消能减震技术将更加智能化、高效化，为建筑结构的抗震设计提供更加可靠的技术支持。
建筑结构消能减震的基本原理02CATALOGUE通过在建筑结构中设置消能构件或系统，以减少地震对结构的影响，提高结构的抗震性能。
消能减震技术被动消能减震主动消能减震利用阻尼材料或装置（如橡胶隔震支座、铅阻尼器等）吸收地震能量，以减小结构振动反应。
利用传感器、控制器和作动器组成的系统，实时监测地震动并控制结构反应，以减小结构振动反应。
030201消能减震的概念和分类能量守恒01在地震过程中，建筑结构会受到来自地面的地震能量作用。
消能减震技术通过设置消能构件或系统，吸收或消耗地震能量，降低结构振动反应。
动能定理02建筑结构在地震作用下的动能与地震动输入能量和结构阻尼消耗能量之差成正比。
消能减震技术通过增大结构阻尼，提高结构消耗能量的能力，从而减小结构振动反应。
势能定理03建筑结构在地震作用下的位移与结构势能变化量成正比。
消能减震技术通过改变结构刚度，降低结构势能变化量，从而减小结构振动反应。
优化设计通过对建筑结构进行优化设计，降低结构在地震作用下的响应，提高结构的整体性能。
精细化评估通过对建筑结构的地震响应进行精细化评估，揭示消能减震技术的减震效果和适用范围，为实际工程应用提供指导。
建筑结构的振动响应与减振控制技术
建筑结构的振动响应与减振控制技术建筑结构的振动是指建筑物在受到外界激励或内部激励作用下发生的振动现象。
这些振动不仅会影响建筑的结构安全性，还会对建筑物内部的设备以及居民的舒适性造成影响。
因此，研究建筑结构的振动响应以及减振控制技术显得尤为重要。
一、建筑结构的振动响应建筑结构的振动响应是指建筑物在受到外界激励时，结构内部的各个部位以及建筑物整体会发生的振动行为。
建筑结构的振动响应与许多因素密切相关，如振动频率、振型、振幅等。
振动频率是建筑结构振动的基本特征之一。
不同结构具有不同的固有频率，即结构自身的振动频率。
当外界激励频率与结构的固有频率相近时，就会发生共振现象，进而导致振动加剧，甚至引发建筑结构的破坏。
振型是指建筑结构振动时各个部位的振动模式。
根据振动振型的不同，我们可以了解到结构的柔度或刚度特征，从而有助于优化建筑结构设计以提高其抗震性能。
振幅指的是建筑结构振动时的最大位移或变形。
振幅的大小对于建筑物的舒适性和安全性都有着重要的影响。
若振幅过大，将会对建筑结构产生破坏性影响。
二、建筑结构的减振控制技术为了减小建筑结构的振动响应，人们提出了多种减振控制技术。
这些技术旨在通过改变建筑结构的刚度、质量或阻尼性能，从而降低结构的共振现象，减小结构的振动响应。
1. 质量调谐减振器质量调谐减振器是一种常见的减振控制技术，它通过在建筑结构中增加附加的质量，使得结构的固有频率发生变化，从而减小共振现象。
常见的质量调谐减振器包括振动吸收器、液体质量调谐减振器等。
2. 主动调控技术主动调控技术是指通过在建筑结构中引入主动控制装置，通过不同的控制策略调整结构的刚度或阻尼。
这种技术可以根据外界环境和结构状态的变化对结构进行实时调节，进而降低结构的振动响应。
常见的主动调控技术包括主动质量调谐减振器、主动阻尼器等。
3. 半主动控制技术半主动控制技术介于被动控制和主动控制之间，它通过改变结构的阻尼性能来减小结构的振动响应。
建筑结构振动控制与减震技术
建筑结构振动控制与减震技术建筑结构振动是指建筑物在受到外力作用或自身受到激励时产生的动态响应。
振动会带来很多问题，比如噪音、不稳定性和疲劳等。
为了保证建筑物的安全性和舒适性，振动控制和减震技术成为了十分重要的领域。
本文将介绍建筑结构振动控制与减震技术的原理与应用。
1. 介绍建筑结构振动的原因和影响建筑结构振动的主要原因包括地震、风载、人员活动以及机械设备等因素。
振动会导致建筑物的不稳定性，并对建筑内部设备和居住者产生不良影响，如噪音、疲劳等。
因此，对建筑结构振动进行控制和减震十分重要。
2. 振动控制的方法振动控制可以通过几种方法来实现，包括被动控制、主动控制和半主动控制。
被动控制利用刚性连接件、阻尼器等 passibe 部件来吸收和分散振动能量。
主动控制则通过传感器和激励器对振动进行主动干预和抑制。
半主动控制则结合了主动控制和被动控制的优点。
3. 减震技术的原理与应用减震技术通过在建筑物底部安装减震装置，将地震或其他外力引起的振动吸收并分散，从而减小建筑内部的振动幅度。
常见的减震装置包括摆锤、液体阻尼器和弹簧等。
这些装置可以减轻振动对建筑物的影响，提高建筑的抗震能力。
4. 案例分析以某高层建筑为例，介绍减震技术在实际工程中的应用。
该高层建筑采用液体阻尼器作为减震装置，通过改变液体的流动来吸收和消散振动能量。
该减震系统有效地提高了建筑物的稳定性和舒适性，并在地震发生时发挥了重要作用。
5. 进一步展望建筑结构振动控制与减震技术是一个不断发展和改进的领域，目前已经取得了很多成果。
未来的研究可以集中在材料和设计方面，开发更高效和经济的减震装置，提高建筑物的抗震和抗振能力。
总结：建筑结构振动对建筑物的安全性和舒适性产生重要影响。
振动控制和减震技术通过各种方法和装置来减小建筑物的振动幅度，提高其抗震能力。
这些技术在实际工程中已经取得了一些成功，并且仍在不断发展和改进。
未来的研究应该致力于提高减震装置的效率和经济性，进一步提升建筑物的抗振性能。
建筑结构抗震设计振动控制
通过合理的布置方式，使隔震支座充分发挥作用，提高整个结构的抗震性能。
04 消能减震设计策略及实施方法
金属阻尼器消能减震原理
塑性变形耗能
金属阻尼器利用金属材料的塑性变形能力，在地震作用下发生塑性变形，吸收并耗散地震能量，从而减小结构的 地震响应。
滞回耗能
金属阻尼器通过合理设计，使阻尼器在地震作用下产生滞回变形，滞回变形过程中吸收地震能量，并通过阻尼器 的热耗散将能量释放，降低结构的地震反应。
建筑结构抗震设计振 动控制
汇报人：戴老师 2023-12-02
目录
• 抗震设计基本原则 • 振动控制技术与方法 • 建筑结构隔震设计策略 • 消能减震设计策略及实施方法
目录
• 结构振动台试验与数值模拟分析 • 工程案例分析与经验总结
01 抗震设计基本原则
地震力与作用
地震力
地震时地面运动对建筑物产生的 惯性力，其大小与建筑物的质量 、地震加速度及建筑物与地面的 连接方式有关。
利用智能材料（如压电材料、磁 流变材料等）实现结构振动的主 动与被动控制。
03
优化设计与控制策 略
通过优化设计和控制策略，实现 混合控制系统在宽频带范围内的 有效减震。
03 建筑结构隔震设计策略
基础隔震系统原理及应用
原理
通过在建筑物基础与上部结构之间设置隔震层，使上部结构 与基础隔离，从而减少地震能量向上部结构的传递，达到减 震的目的。
上部结构的传递。
消能减震技术
02 在结构中设置阻尼器、耗能支撑等消能构件，吸收和
耗散地震能量。
被动调谐质量阻尼器（TMD）
03
利用附加质量与结构振动的相对运动，产生阻尼力减
小结构振动。
建筑结构的隔震、减振和振动控制
建筑结构的隔震、减振和振动控制摘要：为提高建筑物的安全性与稳定性，必须注重隔震、减振等方面的工作，实行标准化的管理，使其既能保证使用的安全，又能达到经济效益与社会效益的双赢。
通过对建筑结构隔震减振原理的研究，对隔震减振技术从被动控制，主动控制，半主动控制，混合控制等几个角度进行了详细的研究。
关键词：建筑结构；隔震；减振；振动；控制引言最近几年，由于人们对安全的认识不断提高，所以对建筑结构进行隔震、减振和振动的控制研究得到了很大的推广，经过几年的不断发展和改进，它已经可以很好的与实际的项目相融合。
随着国内高楼大厦数量的增加，人们对其结构的耐久性能、稳定性能等方面的需求越来越大，需要建造高质量的大厦。
因此，我们国家也应当强化这一领域的研究，提升我们国家的建筑水准，才能适应我们国家日益增加的人口以及日益提升的城镇化水平的刚需[1]。
1 隔震与减振的概况在中国，传统的房屋结构以“大震不垮”、“设防可修”、“小震不坏”为主的房屋抗震设计准则为主，该准则可在中小型震下较好地缓解房屋的局部损伤，但随着地震等级越大，该准则已无法保障房屋的安全，为此，必须探索新型房屋的抗震性能。
2 建筑结构的隔震、减振总体思路2.1 隔震的原理建筑结构的抗震设计是以隔震层为基础进行的，而建筑结构通常可以由三个层次组成，分别是：下部结构、隔震层和上部结构，这样的结构设计能够在地震时，从地底传来的震幅能够传递到隔震层，而隔震层能够很好的将地震所造成的损伤能量吸收，剩余的一小部分的损伤能量传输到上部结构中，在这种传输作用力下，建筑的上部结构会逐渐变化，逐渐对地震的破坏能力会有一种抗性，在再次发生地震时，在隔震层的作用下，上部结构也可以很好的消减地震所造成的损伤，呈现出一种弹性的状态，从而有效地增强了建筑结构的隔震性能。
2.2 减振的原理在建筑结构的抗震系统中，有一个消能减振结构构件，它主要是在建筑结构的抗侧力装置中，通过安装耗能构件，可以再一次实现消能阻尼，即在建筑结构遭受地震的侵蚀时，消能构件和消能装置，利用其弹塑性变形滞回能力，可以将地震地面段，在地下室上部建筑的投影出入口，通常选择室外台阶连接室外坡道的出入口。
试析建筑结构的隔震、减振及振动控制措施
试析建筑结构的隔震、减振及振动控制措施一.隔震与消能减振原理建筑结构在地震过程能够相互消除荷载力，使建筑结构变成良好的变形吸收形式，并且在建筑建设中通过建筑自身能力来提高主要因素，在建筑结构中，隔震和消能是一套系统。
建筑结构处于小型地震中可以起到良好的低于作用，但是在7级以上地震时，这种减灾能力就显得十分脆弱。
二.主动控制主动控制是使用现代结构控制技术，对建筑的地震结构施行联机观测，在根据实际监控分析来对结构进行调整。
对结构提高控制力，使其实现自动控制。
主动控制在很多结构中和动力形态中，都被设置到实际允许的控制范围，是结构在调整的过程中保护整体的问题性。
主动控制是电子机械和工程结构的产物，它在结构尺寸和荷载的控制上来说十分稳定，但是在建设成本和投资上十分巨大，如果以保护单体建筑的角度来说十分适用，并且控制形式有效。
三.油阻尼板主动控制这种控制结果能够兼顾被动控制和主动控制等优点，并且在控制效果上能够通過电能调节改变结构性能。
非常适合结构工程的抗震设计。
通过调控油孔流量可以使几点控制阀门的调节度加大，并且通过流动阻尼达到更换的目的。
我国已经能够自主研发变阻尼半主动控制系统，根据不同的油路设计方案来提高应用设备的控制方法，提出合理的分析设计软件。
根据电液伺服阀发展成变阻尼半主动控制系统。
以此提出了两套油路设计方案，另外这项技术针对隔震房屋的隔震层中，应用广泛，在变阻尼半主动控制非常活跃。
阻尼的减振效果十分有限。
尤其以自由度体系基座受到运动机理中，阻尼越大，结构的相对运动移位会使速度和加速度的不断减少，对绝对运动干扰程度较低，当干扰频率和自振频率相互比较，阻尼的移动会加大位移有研究表明当结构周期地震发生地震情况下会出现类似的情况，阻尼增加中能够根据荷载进行制动，以此降低地震反应，其中包括对位移和加速度的控制反应。
变阻尼的半主动控制效果没有上限阻尼的控制效果好，这是因为在对中和短周期结构下，抗震设计都是针对短周期，不惜要使用半主动阻尼，但是在长周期的结构中，半主动变阻尼的控制方法与上限阻尼相比时能够可以降低速度的反应，对相对的反应也不会出现不利影响。
结构消能减震技术(2020年10月整理).pdf
结构消能减震技术1、结构消能减震的基本概念地震发生时地面震动引起结构物的震动反应，地面地震能量向结构物输入。
结构物接收了大量的地震能量，必然要进行能量转换或消耗才能最后终止震动反应。
消能减震技术是将结构的某些构件设计成消能构件，或在结构的某些部位装设消能装置。
在风或小震作用时，这些消能构件或消能装置具有足够的初始刚度，处于弹性状态，结构具有足够的侧向刚度以满足正常使用要求；当出现大风或大震作用时，随着结构侧向变形的增大，消能构件或消能装置率先进入非弹性状态，产生较大阻尼，大量消耗输入结构的地震或风振能量，使主体结构避免出现明显的非弹性状态，且迅速衰减结构的地震或风振反应（位移、速度、加速度等），保护主体结构及构件在强地震或大风中免遭破坏或倒塌，达到减震抗震的目的。
消能部件（消能构件或消能装置及其连接件）按照不同“构件型式”分为消能支撑、消能剪力墙、消能支承或悬吊构件、消能节点、消能连接等。
消能部件中的消能器（又称阻尼器）分为速度相关型如黏滞流体阻尼器、黏弹性阻尼器、黏滞阻尼墙、黏弹性阻尼墙；位移相关型如金属屈服型阻尼器、摩擦阻尼器等，和其它类型如调频质量阻尼器（TMD）、调频液体阻尼器（TLD）等。
采用消能减震技术的结构体系与传统抗震结构体系相比，具有大震安全性、经济性和技术合理性。
技术指标：建筑结构消能减震设计方案，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，与采用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。
采用消能减震技术结构体系的计算分析应依据《建筑抗震设计规范》GB50011 进行，设计安装做法应遵循国家建筑标准设计图集《建筑结构消能减震(振)设计》09SG610-2，其产品应符合《建筑消能阻尼器》JG/T209 的规定。
适用范围：消能减震技术主要应用于高层建筑，高耸塔架，大跨度桥梁，柔性管道、管线(生命线工程)，既有建筑的抗震(或抗风)性能的改善等。
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消能减震结构设计
消能减震结构设计原则及一般规定 消能器布置规定、原则 消能减震结构消能部件及附加阻尼比 主体结构设计 消能结构基于性能的抗震设计 特殊问题的处理
Damped Outrigger Concept
上海环球金融中心
石建光 厦门大学土木工程系
建筑结构消能减震技术与振动 控制技术
减震\振控制方法
位移型消能器
金属消能器 metallic energy dissipation device,金属消能器是由各种不同的金属材 料（软钢、铅等）制成，利用金属材料屈 服时产生的塑性滞回变形耗散能量的减震 装置。
摩擦消能器 friction energy dissipation device, 摩擦消能器是由金属组合材料和摩擦片在 一定的预紧力作用下，通过材料间的滑动 摩擦耗散能量的减震装置。
▪ 调谐质量吸能器是通过吸能器与主体结构共振， 由弹簧-质量块转移和吸收结构能量、并由阻尼 元件消耗结构能量的一种装置；
▪ 调谐液体吸能器是通过吸能器与主体结构共振， 液体晃动和表面波浪力转移、吸收和消耗结构
速度相关型阻尼器及连接
由粘弹性材料和 约束层组成的速 度相关型阻尼器。
速度相关型阻尼器及连接
位移相关型消能器
位移相关型消能器
位移相关型消能器
位移相关型消能器
位移相关型消能器-摩擦阻尼器
摩擦阻尼器 包括：由螺 栓产生摩擦 面上压力的 螺栓装置摩 擦阻尼器； 用圆环等紧 固芯棒的环 形装置摩擦 阻尼器。
位移相关型消能器-摩擦阻尼器
位移相关型消能器
位移相关型消能器
位移相关型消器
防屈曲支撑型消能器 unbounded brace
速度型消能器
粘滞消能器 viscous energy dissipation device, 以粘滞材料为阻尼介质的减震装置，利用 钢构件剪切粘滞材料或粘滞材料在孔隙间 的运动产生阻尼而耗能能量。
粘弹性消能器 viscoelastic energy dissipation device,由粘弹性材料和约束钢板或圆钢筒 组成的装置，主要依靠粘弹性材料间产生 的剪切变形或拉应变来耗能能量。
速度相关型阻尼器
平板式粘弹 性阻尼器由 粘弹性材料 和约束板组 成，约束板 和粘弹性材 料层均为平 板状。
圆筒式粘弹 性阻尼器由
速度相关型阻尼器
速度相关型阻尼器
位移相关型消能器
金属屈服型阻尼器 形式多样，根据核 心部件采用材料的 不同，大致可分为 钢屈服阻尼器、铅 屈服阻尼器及合金 屈服阻尼器等不同 类型。
结构的振动可以是地震、风、人群等引起 的振动。
建筑结构振动控制技术
被动消能减振技术 energy dissipation technology,在结构上安装消能部件，通过 消能器消耗结构的振动能量，提高结构抗 振能力的技术。
被动吸能减振技术 energy absorption technology,在结构上安装吸能器，通过吸 能器转移、吸收和消耗结构的振动能量， 提高结构抗振能力的技术。
半主动/智能控制技术 semi-active control technology,采用少量的能源，根据结构振
消能器\吸能器
消能器 energy dissipation devices, 分为速度 相关型消能器、位移相关型消能器及其复 合型消能器。
吸能器 energy absorption devices,包括调谐 质量吸能器和调谐液体吸能器。
建筑结构振动控制技术
结构振动控制技术是指通过在建筑结构上 安装被动消能器、被动吸能器、半主动和 智能控制系统、主动控制系统，消耗、吸 收、转移结构的振动能量，减小结构的振 动，提高结构抗振性能的技术。
结构振动控制技术包括被动消能减振技术、 被动吸能减振技术、半主动和智能控制技 术、主动控制技术。
吸能器
结构振动控制技术使用范围
消能减震建筑结构的基本要求
一般要求:消能器布置、选择、抗震性能化 设计
场地、地基和基础：对抗震有利地段、地 基应稳定、可靠。
消能器选择：应具备良好的变形能力和消 耗地震能量的能力、耐久性和环境适应性、 强度、刚度及稳定性及滞回性能要求。
结构分析：多遇地震作用下的内力和变形 分析可采用线性静力方法或线性动力方法。 对主体结构进入弹塑性阶段的情况，应根
消能减震建筑结构的基本要求
连接与节点：消能器与斜撑、墙体、梁或 节点等支承构件的连接，应符合钢构件连 接、钢与钢筋混凝土构件连接、钢与钢管 混凝土构件连接的构造要求，并能承担消 能器施加给连接节点的最大作用力。
消能部件材料与施工：支撑一般采用钢材， 也可采用钢管混凝土或混凝土材料。
耐久性规定：应满足《工业建筑防腐蚀设 计规范》GB50046的有关规定。