第六章 消能减震部件的连接与构造讲解
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建筑消能减震设计技术及工程实例讲解(PPT,40页)
阻尼力（kＮ）
2.5
2
1.5
1
0.5
0
-0.5 0
20
40
60
80
100
-1
-1.5
-2
-2.5
时间（s）
12
8
无阻尼器４层
有阻尼器４层
9
6
无阻尼器４层
有阻尼器４层
幅值
幅值
6
4
3
2
0
0
0
3
6
9
12
15
0
3
6
9
12
15
频率(Hz)
频率(Hz)
振动台试验传递函数曲线特征： 12
无阻尼器３层
8 有阻尼器３层
1.5
1
0.5
0 0
-0.5
-1
-1.5
20
40
60
80
时 间 （ s）
上海人工波峰值为50gal 时四层加速度响应比较（控制效果62.1%）
加速度（g）
0.25 0.2
0.15 0.1
0.05 0
-0.05 0 -0.1
-0.15 -0.2
无阻尼器
有阻尼器
20
40
60
80
100
时间（s）
上海人工波峰值为 50gal 时四层位移响应比较（控制效果 78.3%）
1. 确定需要阻尼比ζr
max / T / 0.05 (r 0.05)
Δmax为无控原结构在中震工况下所得的层间位移峰值； ΔT为减震结构的层间位移目标值； ζr 为结构减震所需要的附加阻尼比； 0.05为《2010抗规》中5%阻尼比的地震影响系数；
减震器工作原理详解
减震器工作原理详解减震器是一种常用的汽车部件，它的作用是减少车辆行驶过程中由于路面不平造成的震动和颠簸，提高乘坐舒适性和操控稳定性。
本文将详细介绍减震器的工作原理及其相关知识。
一、减震器的基本结构减震器一般由缸筒、活塞、活塞杆、密封装置、阻尼液体等部分组成。
1. 缸筒：减震器的外壳，通常由钢材制成，具有足够的强度和刚度。
2. 活塞：位于缸筒内部，与缸筒形成密闭的工作腔，通过活塞与活塞杆连接。
3. 活塞杆：连接活塞和车身，起到传递减震力的作用。
4. 密封装置：用于防止阻尼液体泄漏，通常采用O型圈等密封结构。
5. 阻尼液体：减震器内的液体介质，一般采用特殊的油液，具有较高的黏度和耐高温性能。
二、减震器的工作原理减震器的工作原理主要基于液体的阻尼作用和弹簧的回弹力。
当车辆行驶过程中遇到路面不平或颠簸时，车轮将受到冲击力，这些冲击力会通过悬挂系统传递到减震器上。
减震器的缸筒内充满了阻尼液体，当冲击力传递到减震器时，活塞杆会向下受力，将冲击力传递给阻尼液体。
阻尼液体的黏度和流动阻力会阻碍活塞杆的运动，从而减缓冲击力的传递速度。
同时，阻尼液体也会通过缸筒的小孔进行流动，从而产生一定的阻尼力，减少车辆的震动。
当冲击力减弱或消失时，减震器中的弹簧起到回弹的作用，将活塞杆推回到初始位置。
这样，减震器就能够保持车辆的稳定性和舒适性。
三、减震器的分类根据工作原理和结构特点，减震器可以分为液压式减震器、气压式减震器和电磁式减震器等几种类型。
1. 液压式减震器：是最常见的减震器类型，通过阻尼液体的流动来实现减震效果。
液压式减震器具有结构简单、可靠性高的特点，广泛应用于各类汽车。
2. 气压式减震器：通过气体的压缩和释放来实现减震效果。
气压式减震器具有调节性能好、适应性强的特点，适用于高级轿车和运动型车辆。
3. 电磁式减震器：利用电磁力来调节减震器的阻尼效果。
电磁式减震器具有调节范围广、响应速度快的特点，适用于高级豪华车型。
消能减震设计讲解
耗的能量； Ws——设置消能部件的结构在预期位移下的总应变能。
不考虑扭转影响时，消能减震结构在其水平 地震作用下的总应变能，可按下式估算：
Ws＝1 / 2FiUi
Fi——质点i的水平地震作用标准值； Ui——质点i对应于水平地震作用标准值的位 移。
速度相关型消能器在水平地震作用下所消耗 的能量Wc，可按下式估算：
消能减震结构中的消能部件应沿 结构的两个主轴方向分别设置，消能 部件宜设置在层间变形较大的位置， 其数量和分布应通过综合分析合理确 定，并有利于提高整个结构的消能减 震能力，形成均匀合理的受力体系。
消能减震结构计算要点
（1）消能减震结构一般应采用非线性静力分 析法或非线性时程分析法计算。当主体结构 基本处于弹性工作阶段时，可采用线性分析 方法作近似估算，并根据结构的变形特征和 高度等，采用底部剪力法、振型分解反应谱 法和时程分析法。其地震影响系数可根据消 能减震结构的总阻尼比按《规范》的规定计 算。
粘滞阻尼器
一般Kd=0，Cd= C0 ，阻尼力仅与速度有关， 可表示为：
Fd Cd
C0为粘滞阻尼器的阻尼系数，可由阻尼器的 产品型号或由试验确定。
粘弹性阻尼器
刚度Kd和阻尼系数Cd一般由下式确定：
AG( ) Kd
( )AG( )
Cd
η(ω)和 G(ω)分别是粘弹性材料的损失因子
和剪切模量，一般与频率和速度有关，由粘弹 性材料特性实验曲线确定，A和δ 分别是粘弹 性材料层的受剪面积和厚度，ω是结构振动的 频率，对于多自由度结构， ω可取结构弹性
振动的基本固有频率。
（2）滞变型消能器的恢复力模型
软钢类消能器具有类似的 滞回性能，仅其特征参数不同。 通常可采用图(a)所示的折线 形模型来描述。摩擦消能器和 铅消能器的滞回曲线近似为 “矩形”，基本不受荷载大小、 频率、循环次数等影响，故可 采用图（b）所示的刚塑性恢 复力模型。
不考虑扭转影响时，消能减震结构在其水平 地震作用下的总应变能，可按下式估算：
Ws＝1 / 2FiUi
Fi——质点i的水平地震作用标准值； Ui——质点i对应于水平地震作用标准值的位 移。
速度相关型消能器在水平地震作用下所消耗 的能量Wc，可按下式估算：
消能减震结构中的消能部件应沿 结构的两个主轴方向分别设置，消能 部件宜设置在层间变形较大的位置， 其数量和分布应通过综合分析合理确 定，并有利于提高整个结构的消能减 震能力，形成均匀合理的受力体系。
消能减震结构计算要点
（1）消能减震结构一般应采用非线性静力分 析法或非线性时程分析法计算。当主体结构 基本处于弹性工作阶段时，可采用线性分析 方法作近似估算，并根据结构的变形特征和 高度等，采用底部剪力法、振型分解反应谱 法和时程分析法。其地震影响系数可根据消 能减震结构的总阻尼比按《规范》的规定计 算。
粘滞阻尼器
一般Kd=0，Cd= C0 ，阻尼力仅与速度有关， 可表示为：
Fd Cd
C0为粘滞阻尼器的阻尼系数，可由阻尼器的 产品型号或由试验确定。
粘弹性阻尼器
刚度Kd和阻尼系数Cd一般由下式确定：
AG( ) Kd
( )AG( )
Cd
η(ω)和 G(ω)分别是粘弹性材料的损失因子
和剪切模量，一般与频率和速度有关，由粘弹 性材料特性实验曲线确定，A和δ 分别是粘弹 性材料层的受剪面积和厚度，ω是结构振动的 频率，对于多自由度结构， ω可取结构弹性
振动的基本固有频率。
（2）滞变型消能器的恢复力模型
软钢类消能器具有类似的 滞回性能，仅其特征参数不同。 通常可采用图(a)所示的折线 形模型来描述。摩擦消能器和 铅消能器的滞回曲线近似为 “矩形”，基本不受荷载大小、 频率、循环次数等影响，故可 采用图（b）所示的刚塑性恢 复力模型。
建筑结构抗震设计第六章隔震与消能减震设计简介大学课件
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15、我就像一个厨师，喜欢品尝食物。如果不好吃，我就不要它。2021年8月下午8时8分21.8.1620:08August 16, 2021
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16、我总是站在顾客的角度看待即将推出的产品或服务，因为我就是顾客。2021年8月16日星期一8时8分22秒20:08:2216 August 2021
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17、利人为利已的根基，市场营销上老是为自己着想，而不顾及到他人，他人也不会顾及你。下午8时8分22秒下午8时8分20:08:2221.8.16
液压质量控制装置—由液压缸、活塞、管路和质量块构成，当结 构由地面运动产生振动时，油缸的活塞推动管路中的液体，使液体和 质量随之振动。结构的一部分振动能量传递给了该系统。
粘弹性耗能装置—由粘弹性材料和约束钢板构成，通过夹在钢板 之间的粘弹性材料发生剪切变形而耗散能量。
粘滞耗能装置—由缸体、活塞、和液体构成，活塞在缸体内往复 运动，粘滞液体从一端流向另一端产生阻尼力，阻碍结构的振动。
提出的隔震结构(Base-isolated building )方案。这种隔震结构在建筑
物结构与基础之间用滑石层隔开，地震 时建筑物可以滑动。
中村太郎的隔震结构 右图是中村太郎于1927年提出的隔震结
构方案。在这种隔震系统中已使用阻尼泵来 耗散地震动的能量，并且在该建筑地下层柱 的上下端采用铰接构造，建筑物可以水平自 由移动。
中南加州大学医院（隔震结构） 橄榄景医院（抗震结构）
中南加州大学医院
地下一层，地上7层，建筑面积：33000平方米；占地：4100平米； 最高高度：36。0m；铅芯多层橡胶隔震器68个，多层橡胶隔震器81个。
中南加州大学医院在这次地震及其其后的余震中，6-8英尺高的花瓶 等没有一个掉下来，建筑物内的各种机器等均未损坏，医院功能得到维 持，成为防灾中心，起到十分重要的作用。
消能减震部件的连接与构造[详细]
![消能减震部件的连接与构造[详细]](https://img.taocdn.com/s3/m/9fee3b27daef5ef7ba0d3cd4.png)
工字型截面的螺栓一般布置在翼缘和腹板处。对于小吨位的 消能器，也可采用与十字型截面类似的布置方式，螺栓间距 为100~120mm ，螺栓排距≥3d0，边距≥1.5d0(d0为螺栓孔的 直径)；对于吨位较大的消能器，节点螺栓数量较多的情况， 多采用梅花形式布置，见图6-10。
2.软钢剪切消能器与连接板的计算
消能器的连接部件应具有足够的刚度。连接部件的刚度 太弱，结构中的变形将无法通过连接部件集中到消能器中， 导致消能器效率降低。
消能器的连接与节点不应影响主体的结构的变形能力。不 合理的连接构造不仅影响消能器发挥作用，甚至会对主体结 构的抗震性能产生不良影响。例如，采用墙柱连接的时候， 如果不能保证墙柱和周边框架柱之间足够的变形缝，将可能 使周边框架柱在地震中称为“短柱”，出现剪切破坏。
1.屈曲约束支撑与连接板连接的计算 首先确定螺栓个数：
（1）节点的作用力F=极限力×1.2。
（2）根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）的7.2.2 款，单个高强螺栓抗剪强度设计值如下：
Nv 0.9n f P
（6 -1）
式中：nf为传力摩擦面数；μ为摩擦抗滑移系数，应按表6-1 采用；P为螺栓的预拉应力，应按表6-2采用。
（3）高强螺栓个数n为
n≧F/Nv 式中n取正整数。
然后考虑螺栓的布置方式。根据屈曲约束支撑产品端头形式 的不同，屈曲约束支撑与连接板螺栓的布置形式也有所不同。 以屈曲约束为例，屈曲约束支撑的端头一般有十字型和工字 型两种截面，如图6-9所示。
十字型螺栓的布置一般都沿十字截面的四个翼缘错开布置， 螺栓间距一般为100~120mm，并用夹板连接，夹板的宽度 ≥3d0(d0为螺栓孔的直径)。
（1）位移相关型消能器：不应小于消能器在设计为以 下对应阻尼力的1.2倍；
2.软钢剪切消能器与连接板的计算
消能器的连接部件应具有足够的刚度。连接部件的刚度 太弱，结构中的变形将无法通过连接部件集中到消能器中， 导致消能器效率降低。
消能器的连接与节点不应影响主体的结构的变形能力。不 合理的连接构造不仅影响消能器发挥作用，甚至会对主体结 构的抗震性能产生不良影响。例如，采用墙柱连接的时候， 如果不能保证墙柱和周边框架柱之间足够的变形缝，将可能 使周边框架柱在地震中称为“短柱”，出现剪切破坏。
1.屈曲约束支撑与连接板连接的计算 首先确定螺栓个数：
（1）节点的作用力F=极限力×1.2。
（2）根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）的7.2.2 款，单个高强螺栓抗剪强度设计值如下：
Nv 0.9n f P
（6 -1）
式中：nf为传力摩擦面数；μ为摩擦抗滑移系数，应按表6-1 采用；P为螺栓的预拉应力，应按表6-2采用。
（3）高强螺栓个数n为
n≧F/Nv 式中n取正整数。
然后考虑螺栓的布置方式。根据屈曲约束支撑产品端头形式 的不同，屈曲约束支撑与连接板螺栓的布置形式也有所不同。 以屈曲约束为例，屈曲约束支撑的端头一般有十字型和工字 型两种截面，如图6-9所示。
十字型螺栓的布置一般都沿十字截面的四个翼缘错开布置， 螺栓间距一般为100~120mm，并用夹板连接，夹板的宽度 ≥3d0(d0为螺栓孔的直径)。
（1）位移相关型消能器：不应小于消能器在设计为以 下对应阻尼力的1.2倍；
消能部件与主体结构的联结构造。
消能部件与主体结构的联结构造。
说到“消能部件与主体结构的联结构造”，听起来有点拗口，是不是？但是呢，咱们慢慢聊，肯定能搞明白。
其实吧，大家都知道，不管是房子还是机器，它们的构造就像我们盖房子的时候得打好基础，设计得合理才能用得放心。
消能部件嘛，就是用来消耗掉那些不该存在的能量，简而言之，防止震动、冲击，避免给主体结构造成伤害。
嗯，说白了，就是“稳住！别晃！”的作用。
举个例子，假设你在开车。
车子行驶过程中难免会遇到颠簸的路段，前面的减震器是不是会帮忙减缓那些冲击？如果没有这玩意，车子肯定是像个小丑似的，摇摇晃晃的，大家也都不舒服。
消能部件就好像是减震器的“弟弟”，它们能把不必要的能量吸收掉，防止车体受损。
要是车子没有减震器，那你每开一步都可能会被摔得头晕眼花。
别看这消能部件小小的，作用却不小，它们像是守护神一样，默默在背后保护着大“爷”——那就是主体结构。
说到主体结构，大家就更明白了，这个可是整栋楼、整辆车、甚至整台机器的骨架，没了它，其他的都没戏。
你看，汽车的主体结构就像是车身、车架那样，它们支撑着整个车体的重量，承载着所有的功能。
没有它，车子就啥也不是，或者说就成了一堆废铁。
消能部件和主体结构的联结其实很简单，就是要让消能部件“依附”在主体结构上，形成一个完整的系统。
要不然，消能部件再怎么努力，也没地方安放，没法发挥它的功效。
就像建房子，如果地基不够稳，墙体再好看也没用。
那消能部件呢，它就得和主体结构紧密配合，确保结构的稳定。
再比如，运动员做跳高的动作时，助跑、跳跃再高，离不开强壮的腿部力量支撑。
而且这两个部分要是搭配得好，才能起到最佳效果。
那消能部件和主体结构的配合，也是一样的道理。
想象一下，假如我们在一个狂风暴雨的夜晚，房子不加固，主体结构就容易因为外界的力量受到影响，甚至可能塌掉。
但如果加上消能部件，那就能像给房子穿上了“防护服”，即使大风呼啸，也能稳稳地屹立不倒。
这不就是消能部件的魔力吗？它们的作用，就像一个超级无敌的“减压阀”，帮着消除所有可能的危险。
第六章 工程结构消能减震设计简介
6.1概述
消能减震技术的优越性： 1、安全性： 消能构件或消能装置在强震中能率先消耗的地震能量， 迅速衰减结构的地震反应并保护主体结构和构件免遭 破坏，确保结构的安全。 消能减震结构的地震反应比传统结构降低40%—60%。 2、 经济性： 消能减震结构可以减少剪力墙的设置，减少结构断面 和配筋，可节约造价5%—10%。若用于旧建筑物的抗 震加固，则可节约造价10%—60%。 3、技术合理性：结构越高、越柔，消能减震效果越显著
6.1概述
（2）主动控制（Active Control） 指有外加能源的控制，其工作原理为：
外荷载 结 构 （风、地震等） 控制力 控制器 检测元件 图1-2 主动控制的工作原理 反应
6.1概述
常见的类型有： 主动调频质量阻尼器(Active Tuned Mass Damper, 简称AMD)； 主动支撑系统（Active Brace）； 主动拉索控制器（Active Tendon）； 主动空气挡风板控制器（Active Aerodynamic Appendayes）等。
6.3结构消能减震
6.3.1结构消能减振体系的分类 结构消能减振体系由主体结构和消能部件（消能装置 和连接件）组成，可以按照消能部件的不同“构件型 式”分为以下类型： （1）消能支撑：可以代替一般的结构支撑，在抗震和 抗风中发挥支撑的水平刚度和消能减振作用。 消能装置可以做成方框支撑、圆框支撑、交叉支撑、 斜杆支撑、K型支撑等
6.2.3 悬挂隔震实例
“鸡腿建筑” 最初的希望将地面空间还给城市，还给市民的
理想也随之被扭曲。即使建筑师自己不去否定鸡腿建筑，它 们也注定要被结构师否定，尤其是在地震危险性较高的地区。 香港人自以为占了块风水宝地，永远不会地震，确实那也真 的没被怎么震过，于是肆无忌惮的在山坡和港湾建造了大量 的鸡腿建筑，而且还相当骨感，真让人替他们担心。建筑的 形式不是由单单由建筑师决定的，也不是单单由结构师决定 的，还有追求经济利益的业主。底部沿街楼层对开敞的大空 间有挥之不去的商业热情，建筑师和结构师的工作就是尽量 满足这种商业需求。
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。
1
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
13501034240
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
4
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
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第六章 消能减震部件的连接与构造
6.1 6.2 6.3 6.4 连接与节点的一般要求 常见连接与节点形式 连接设计的计算 构造要求
6.1 连接与节点的一般要求
• 消能器与主体结构的连接非常重要，正确的连接能保证地 震作用下消能器的正常工作，实现预期减震目标。消能器 的连接应与计算模型相符，消能器的连接应保证足够的强 度，不应先于消能器失效。具体设计中，与消能器或消能 部件相连的预埋件、支撑和支墩（剪力墙）及节点板的设 计承载力应按以下要求取值： （1）位移相关型消能器：不应小于消能器在设计为以 下对应阻尼力的1.2倍； （2）速度相关型消能器：不应小于消能器在设计速度 下对应阻尼力的1.2倍。
（3）通常采用高强螺栓连接，水平向梁上埋板螺栓个数计 算如下： 螺栓个数：
N tb F1H N Vb F1V n1 N tb N Vb
（6 - 13）
式中，N tb 和N Vb 分别为抗拉和抗剪承载 力设计值。
（4）竖向柱子预埋件螺栓个数计算 螺栓个数：
N vb F2 H N tb F2V n2 N tb N vb
• 为保证消能器的变形绝大部分发生在消能器上，与消能器 相连的预埋件、支撑和支墩（墙柱）及节点板应具有足够 的刚度、强度和稳定性。同时在相应的消能器极限位移或 极限速度的阻尼力作用下，与消能器连接的支撑、墙（支 墩）应处于弹性界限以内；消能器部件与主体结构连接的 预埋件、节点板等也应处于弹性工作状态，且不应出现滑 移、拔出和局部失稳等破坏。节点板在支撑力作用下具有 足够的承载力和刚度，同时还应采取增加节点板厚度或设 置加劲肋等措施防止节点板发生面外失稳破坏。
6.3.4 预埋板与主体结构的连接计算
预埋板与主体结构的连接分为预埋钢筋连接和高强锚栓连接， 分别对应新建建筑和加固建筑（见图6-14），两者的计算方 法基本相同。本节针对工程中最常用的屈曲约束支撑和软钢 剪切阻尼器说明预埋板与主体结构的连接计算。
1.屈曲约束支撑与预埋板的连接计算 （1）作用力设计值 F=极限力×1.2
2.软钢剪切消能器与连接板的计算
常见的软钢剪切阻尼器与连接板的连接形式如图6-11所示。 与屈曲约束支撑和连接板的连接不同，软钢剪切消能器的剪 力对螺栓群除产生剪力外，还会产生弯矩平面内的弯矩，应 对螺栓群的受力进行详细验算。
螺栓布置情况见图6-12 。
（1）螺栓群的剪力设计值V和弯矩设计值M如下： V=极限力×1.2 M=V×h1 式中，h1为消能器中心到螺栓群中心的距离。
另外，软钢剪切消能器埋板与原结构通过新增混凝土墙体来连 接。新增墙体的截面计算可手算复核或利用计算工具（如：理正 工具箱等）验算截面的抗弯、抗剪承载力。配筋形式采用两端设 置构造柱、中间按墙体配筋的做法。具体形式如图6-18所示。
放置软钢剪切消能器位置的结构原梁受到与消能器连接墙 体的一对力偶作用，需要验算墙体两端处的结构原梁截面， 可手算复核或利用计算工具（如理正工具箱等）验算截面抗 弯、抗剪承载力，原梁计算简化模型如图6-19所示。
My1 m yi 2
(6 17)
其中，N1t 为弯矩作用下钢筋的拉 力； m为预埋钢筋行数，图 6 - 17中m 2; yi 为第i排螺栓的y坐标。
（4）剪力V作用下单根钢筋抗剪计算
V (6 18) n 式中，n为预埋钢筋的个数。 Nv
（5）最外侧预埋钢筋在拉力和剪力的合力作用下，需满足 下式：
2.消能器安装的位置子框架信息 （1）计算用层高：梁底到露楼面的距离。 （2）计算用跨度：柱子与柱子间净距。 （3）结构的梁柱尺寸。
6.3.2 消能器与连接板的连接计算
消能器与连接板的连接可以采用螺栓连接和焊缝连接。考虑 到施工质量的可控性和地震后消能器的可更换性，宜采用高 强螺栓连接。以下针对工程中最常用的屈曲约束支撑和软钢 剪切消能器说明采用螺栓连接的设计方法。 1.屈曲约束支撑与连接板连接的计算 首先确定螺栓个数： （1）节点的作用力F=极限力×1.2。 （2）根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）的7.2.2 款，单个高强螺栓抗剪强度设计值如下：
（2）对作用力F进行分解（见图6-15）
F1
d2 d1 d 2
F , F2
d1 d1 d 2
F
(6 10) (6 11) (6 12)
F1V F1 sin , F2V F2 sin ,
F1H F1 cos F2H F2 cos
式中， 为消能器轴线与地面的 夹角。
十字型螺栓的布置一般都沿十字截面的四个翼缘错开布置， 螺栓间距一般为100~120mm，并用夹板连接，夹板的宽度 ≥3d0(d0为螺栓孔的直径)。 工字型截面的螺栓一般布置在翼缘和腹板处。对于小吨位的 消能器，也可采用与十字型截面类似的布置方式，螺栓间距 为100~120mm ，螺栓排距≥3d0，边距≥1.5d0(d0为螺栓孔的 直径)；对于吨位较大的消能器，节点螺栓数量较多的情况， 多采用梅花形式布置，见图6-10。
( N1t 2 N v 2 ) ( b ) 1 b Nt Nv (6 19)
式中，N tb和N vb分别为预埋钢筋的抗拉 和抗剪承载力设计值。
情况，具体计算方法应参考《混凝土结构后锚固技术规程》（ JGJ 145-2004）和《钢筋混凝土结构预埋件》 （04G632）的 附录G。
Ntb和Nvb的计算应考虑预埋钢筋破坏和锚固区混凝土破坏这两种
6.3.3 连接板与预埋件的连接计算
对消能器与主体结构的连接应予以足够的重视。只有进行正 确的连接设计，才能保证消能器在地震作用下正常工作，从 而实现预期的减震目标。一般情况下连接板与预埋板连接的 焊缝长度都远大于消能器作用力所需要的焊缝长度，如果施 工现场采用双面坡口焊，通常无需进行焊缝验算。在连接板 尺寸较小的情况下，可以按照焊缝计算方法进行焊缝承载力 的验算。
（2）预埋板剪力设计值和弯矩设计值如下：
V 极限力1.2 M V h2 （6 15 ） (6 16)
式中，h2为消能器中心到埋板表 面的距离。
（3）弯矩M作用下最外侧预埋钢筋的抗拉计算 取最左边两根钢筋中心为坐标原点，水平向为Y向，竖向为X 向建立直角坐标系（图6-17）
N1t
Nv 0.9n f P （6 -1 ）
式中：nf为传力摩擦面数；μ为摩擦抗滑移系数，应按表6-1 采用；P为螺栓的预拉应力，应按表6-2采用。
（3）高强螺栓个数n为 n≧F/Nv 式中n取正整数。 然后考虑螺栓的布置方式。根据屈曲约束支撑产品端头形式 的不同，屈曲约束支撑与连接板螺栓的布置形式也有所不同。 以屈曲约束为例，屈曲约束支撑的端头一般有十字型和工字 型两种截面，如图6-9所示。
（3）剪力作用下单个螺栓的剪力为
V (6 7 ) n 式中，n为螺栓群中螺栓的个数 。 N1Vy
（4）最外侧螺栓在扭矩和剪力作用下所受合力N1应满足下 式：
V 2 b N1 ( N1Tx ) 2 ( N1Ty N1 ) N y V
(6 8)
b 式中NV 为单个螺栓抗剪承载力 设计值。
6.2 常见连接与节点形式
• 实际工程中，消能器与主体结构最常见的连接包括：支撑 型、墙型、柱型、门架式和腋撑型等，如图6-2所示。
• 消能器与支撑及连接件的连接方式分为：高强螺栓连接、 销轴连接和焊接连接，见图6-3.考虑震后消能器的可更换 性以及施工质量可控性，宜采用螺栓连接。当采用螺栓连 接时，应保证相连节点的螺栓在罕遇地震下不发生滑移。
6.3.5节点施工图
消能器的节点施工图包括以下几个方面的内 容： （1）消能器的设计说明； （2）消能器的平面布置图； （3）消能器的安装节点详图。
6.4构造要求
消能器的附加内力通过预埋件、支撑和剪力墙（支墩）传 递给主体结构构件，要求预埋件、支墩和剪力墙（支墩）在 消能器达到极限位移时附加的外力作用下不会失效，因此其 构造措施比一般预埋件要求更高。 预埋件的锚筋应与钢板牢固连接，锚筋的锚固长度宜大于 20倍钢筋直径，且不应小于250mm。当无法满足锚固长度 要求时，应采取其他有效的锚固措施。 支撑长细比、宽厚比应满足现行标准《钢结构设计规范》 （GB 50017-2003）和《高层民用建筑钢结构技术规程》 （ JGJ 99-98）中心支撑的要求。 剪力墙（支墩）沿高度方向全截面箍筋加密，并配置网状 钢筋。
• 消能器的连接应保证良好的稳定性，特别对目前广泛使用 的支撑型消能器，如屈曲约束支撑、黏弹性消能器支撑、 黏滞消能器支撑等尤其重要。图6-1给出了实验室中屈曲 约束支撑由于端部设计不合理而出现局部失稳破坏的图片。
消能器的连接部件应具有足够的刚度。连接部件的刚度 太弱，结构中的变形将无法通过连接部件集中到消能器中， 导致消能器效率降低。 消能器的连接与节点不应影响主体的结构的变形能力。不 合理的连接构造不仅影响消能器发挥作用，甚至会对主体结 构的抗震性能产生不良影响。例如，采用墙柱连接的时候， 如果不能保证墙柱和周边框架柱之间足够的变形缝，将可能 使周边框架柱在地震中称为“短柱”，出现剪切破坏。
屈曲约束支撑与连接板之间的连接多采用螺栓连接或焊接， 图6-4位采用螺栓连接的屈曲约束支撑现连接同城采用一端销轴连 接，另一端采用法兰连接，见图6-5。
• 黏弹性消能器通常通过支墩（墙柱）与主体结构连接，如 图6-6所示。
• 剪切软钢消能器与主体结构的连接方式与黏弹性消能器相 似，图6-7为软钢消能器连接节点在施工过程中的案例。
（2）扭矩作用下最外侧螺栓的剪力计算如下：取螺栓群的 中心为坐标原点，长向为Y轴，短向为X轴，建立平面直角坐 标系，如图6-13所示。
则最外侧螺栓受到的剪力为
N N
T 1x
xi
My 1
2
yi
2
(6 5) (6 6)
T 1y
xi
Mx 1
6.1 6.2 6.3 6.4 连接与节点的一般要求 常见连接与节点形式 连接设计的计算 构造要求
6.1 连接与节点的一般要求
• 消能器与主体结构的连接非常重要，正确的连接能保证地 震作用下消能器的正常工作，实现预期减震目标。消能器 的连接应与计算模型相符，消能器的连接应保证足够的强 度，不应先于消能器失效。具体设计中，与消能器或消能 部件相连的预埋件、支撑和支墩（剪力墙）及节点板的设 计承载力应按以下要求取值： （1）位移相关型消能器：不应小于消能器在设计为以 下对应阻尼力的1.2倍； （2）速度相关型消能器：不应小于消能器在设计速度 下对应阻尼力的1.2倍。
（3）通常采用高强螺栓连接，水平向梁上埋板螺栓个数计 算如下： 螺栓个数：
N tb F1H N Vb F1V n1 N tb N Vb
（6 - 13）
式中，N tb 和N Vb 分别为抗拉和抗剪承载 力设计值。
（4）竖向柱子预埋件螺栓个数计算 螺栓个数：
N vb F2 H N tb F2V n2 N tb N vb
• 为保证消能器的变形绝大部分发生在消能器上，与消能器 相连的预埋件、支撑和支墩（墙柱）及节点板应具有足够 的刚度、强度和稳定性。同时在相应的消能器极限位移或 极限速度的阻尼力作用下，与消能器连接的支撑、墙（支 墩）应处于弹性界限以内；消能器部件与主体结构连接的 预埋件、节点板等也应处于弹性工作状态，且不应出现滑 移、拔出和局部失稳等破坏。节点板在支撑力作用下具有 足够的承载力和刚度，同时还应采取增加节点板厚度或设 置加劲肋等措施防止节点板发生面外失稳破坏。
6.3.4 预埋板与主体结构的连接计算
预埋板与主体结构的连接分为预埋钢筋连接和高强锚栓连接， 分别对应新建建筑和加固建筑（见图6-14），两者的计算方 法基本相同。本节针对工程中最常用的屈曲约束支撑和软钢 剪切阻尼器说明预埋板与主体结构的连接计算。
1.屈曲约束支撑与预埋板的连接计算 （1）作用力设计值 F=极限力×1.2
2.软钢剪切消能器与连接板的计算
常见的软钢剪切阻尼器与连接板的连接形式如图6-11所示。 与屈曲约束支撑和连接板的连接不同，软钢剪切消能器的剪 力对螺栓群除产生剪力外，还会产生弯矩平面内的弯矩，应 对螺栓群的受力进行详细验算。
螺栓布置情况见图6-12 。
（1）螺栓群的剪力设计值V和弯矩设计值M如下： V=极限力×1.2 M=V×h1 式中，h1为消能器中心到螺栓群中心的距离。
另外，软钢剪切消能器埋板与原结构通过新增混凝土墙体来连 接。新增墙体的截面计算可手算复核或利用计算工具（如：理正 工具箱等）验算截面的抗弯、抗剪承载力。配筋形式采用两端设 置构造柱、中间按墙体配筋的做法。具体形式如图6-18所示。
放置软钢剪切消能器位置的结构原梁受到与消能器连接墙 体的一对力偶作用，需要验算墙体两端处的结构原梁截面， 可手算复核或利用计算工具（如理正工具箱等）验算截面抗 弯、抗剪承载力，原梁计算简化模型如图6-19所示。
My1 m yi 2
(6 17)
其中，N1t 为弯矩作用下钢筋的拉 力； m为预埋钢筋行数，图 6 - 17中m 2; yi 为第i排螺栓的y坐标。
（4）剪力V作用下单根钢筋抗剪计算
V (6 18) n 式中，n为预埋钢筋的个数。 Nv
（5）最外侧预埋钢筋在拉力和剪力的合力作用下，需满足 下式：
2.消能器安装的位置子框架信息 （1）计算用层高：梁底到露楼面的距离。 （2）计算用跨度：柱子与柱子间净距。 （3）结构的梁柱尺寸。
6.3.2 消能器与连接板的连接计算
消能器与连接板的连接可以采用螺栓连接和焊缝连接。考虑 到施工质量的可控性和地震后消能器的可更换性，宜采用高 强螺栓连接。以下针对工程中最常用的屈曲约束支撑和软钢 剪切消能器说明采用螺栓连接的设计方法。 1.屈曲约束支撑与连接板连接的计算 首先确定螺栓个数： （1）节点的作用力F=极限力×1.2。 （2）根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）的7.2.2 款，单个高强螺栓抗剪强度设计值如下：
（2）对作用力F进行分解（见图6-15）
F1
d2 d1 d 2
F , F2
d1 d1 d 2
F
(6 10) (6 11) (6 12)
F1V F1 sin , F2V F2 sin ,
F1H F1 cos F2H F2 cos
式中， 为消能器轴线与地面的 夹角。
十字型螺栓的布置一般都沿十字截面的四个翼缘错开布置， 螺栓间距一般为100~120mm，并用夹板连接，夹板的宽度 ≥3d0(d0为螺栓孔的直径)。 工字型截面的螺栓一般布置在翼缘和腹板处。对于小吨位的 消能器，也可采用与十字型截面类似的布置方式，螺栓间距 为100~120mm ，螺栓排距≥3d0，边距≥1.5d0(d0为螺栓孔的 直径)；对于吨位较大的消能器，节点螺栓数量较多的情况， 多采用梅花形式布置，见图6-10。
( N1t 2 N v 2 ) ( b ) 1 b Nt Nv (6 19)
式中，N tb和N vb分别为预埋钢筋的抗拉 和抗剪承载力设计值。
情况，具体计算方法应参考《混凝土结构后锚固技术规程》（ JGJ 145-2004）和《钢筋混凝土结构预埋件》 （04G632）的 附录G。
Ntb和Nvb的计算应考虑预埋钢筋破坏和锚固区混凝土破坏这两种
6.3.3 连接板与预埋件的连接计算
对消能器与主体结构的连接应予以足够的重视。只有进行正 确的连接设计，才能保证消能器在地震作用下正常工作，从 而实现预期的减震目标。一般情况下连接板与预埋板连接的 焊缝长度都远大于消能器作用力所需要的焊缝长度，如果施 工现场采用双面坡口焊，通常无需进行焊缝验算。在连接板 尺寸较小的情况下，可以按照焊缝计算方法进行焊缝承载力 的验算。
（2）预埋板剪力设计值和弯矩设计值如下：
V 极限力1.2 M V h2 （6 15 ） (6 16)
式中，h2为消能器中心到埋板表 面的距离。
（3）弯矩M作用下最外侧预埋钢筋的抗拉计算 取最左边两根钢筋中心为坐标原点，水平向为Y向，竖向为X 向建立直角坐标系（图6-17）
N1t
Nv 0.9n f P （6 -1 ）
式中：nf为传力摩擦面数；μ为摩擦抗滑移系数，应按表6-1 采用；P为螺栓的预拉应力，应按表6-2采用。
（3）高强螺栓个数n为 n≧F/Nv 式中n取正整数。 然后考虑螺栓的布置方式。根据屈曲约束支撑产品端头形式 的不同，屈曲约束支撑与连接板螺栓的布置形式也有所不同。 以屈曲约束为例，屈曲约束支撑的端头一般有十字型和工字 型两种截面，如图6-9所示。
（3）剪力作用下单个螺栓的剪力为
V (6 7 ) n 式中，n为螺栓群中螺栓的个数 。 N1Vy
（4）最外侧螺栓在扭矩和剪力作用下所受合力N1应满足下 式：
V 2 b N1 ( N1Tx ) 2 ( N1Ty N1 ) N y V
(6 8)
b 式中NV 为单个螺栓抗剪承载力 设计值。
6.2 常见连接与节点形式
• 实际工程中，消能器与主体结构最常见的连接包括：支撑 型、墙型、柱型、门架式和腋撑型等，如图6-2所示。
• 消能器与支撑及连接件的连接方式分为：高强螺栓连接、 销轴连接和焊接连接，见图6-3.考虑震后消能器的可更换 性以及施工质量可控性，宜采用螺栓连接。当采用螺栓连 接时，应保证相连节点的螺栓在罕遇地震下不发生滑移。
6.3.5节点施工图
消能器的节点施工图包括以下几个方面的内 容： （1）消能器的设计说明； （2）消能器的平面布置图； （3）消能器的安装节点详图。
6.4构造要求
消能器的附加内力通过预埋件、支撑和剪力墙（支墩）传 递给主体结构构件，要求预埋件、支墩和剪力墙（支墩）在 消能器达到极限位移时附加的外力作用下不会失效，因此其 构造措施比一般预埋件要求更高。 预埋件的锚筋应与钢板牢固连接，锚筋的锚固长度宜大于 20倍钢筋直径，且不应小于250mm。当无法满足锚固长度 要求时，应采取其他有效的锚固措施。 支撑长细比、宽厚比应满足现行标准《钢结构设计规范》 （GB 50017-2003）和《高层民用建筑钢结构技术规程》 （ JGJ 99-98）中心支撑的要求。 剪力墙（支墩）沿高度方向全截面箍筋加密，并配置网状 钢筋。
• 消能器的连接应保证良好的稳定性，特别对目前广泛使用 的支撑型消能器，如屈曲约束支撑、黏弹性消能器支撑、 黏滞消能器支撑等尤其重要。图6-1给出了实验室中屈曲 约束支撑由于端部设计不合理而出现局部失稳破坏的图片。
消能器的连接部件应具有足够的刚度。连接部件的刚度 太弱，结构中的变形将无法通过连接部件集中到消能器中， 导致消能器效率降低。 消能器的连接与节点不应影响主体的结构的变形能力。不 合理的连接构造不仅影响消能器发挥作用，甚至会对主体结 构的抗震性能产生不良影响。例如，采用墙柱连接的时候， 如果不能保证墙柱和周边框架柱之间足够的变形缝，将可能 使周边框架柱在地震中称为“短柱”，出现剪切破坏。
屈曲约束支撑与连接板之间的连接多采用螺栓连接或焊接， 图6-4位采用螺栓连接的屈曲约束支撑现连接同城采用一端销轴连 接，另一端采用法兰连接，见图6-5。
• 黏弹性消能器通常通过支墩（墙柱）与主体结构连接，如 图6-6所示。
• 剪切软钢消能器与主体结构的连接方式与黏弹性消能器相 似，图6-7为软钢消能器连接节点在施工过程中的案例。
（2）扭矩作用下最外侧螺栓的剪力计算如下：取螺栓群的 中心为坐标原点，长向为Y轴，短向为X轴，建立平面直角坐 标系，如图6-13所示。
则最外侧螺栓受到的剪力为
N N
T 1x
xi
My 1
2
yi
2
(6 5) (6 6)
T 1y
xi
Mx 1