耗能减震钢结构基于性能的抗震设计方法研究
基于能量平衡的建筑结构抗震设计
基于能量平衡的建筑结构抗震设计
基于能量平衡的建筑结构抗震设计是一种理论上非常完备的设计方法，它利用能量平衡原理全面揭示建筑结构抗震的机理，反映建筑结构抗震的本质。
该方法从构件的层次进行结构设计，保证结构的耗能能力大于相应设防烈度下该阶段的耗能需求，即保证了结构的整体安全，通过控制结构的损伤分布，实现可控的破坏模式。
基于能量平衡的抗震设计从系统、完整的设计理论和方法出发，部分国家已经出版了相应的规范，推动并指导了该理论在实际工程中的应用。
基于能量平衡的抗震设计通过建立系统、完整的设计理论和方法，能够全面考虑地震动特性和结构特性，包括结构的周期、阻尼比、地震动强度、持时等，以及结构的刚度、质量、能量耗散能力等因素。
这种方法不仅考虑了结构的强度和刚度要求，还充分考虑了结构的能量耗散能力，从而能够更好地应对地震作用下的复杂变化。
该方法采用的控制目标是对基本变量的控制，这些基本变量包括位移、速度和加速度等。
通过这些变量的控制，能够有效地保证结构的整体稳定性和安全性。
同时，该方法还考虑了结构的弹塑性行为，建立了基于能量的设计准则，从而能够更好地适应地震动特性并提高结构的抗震能力。
总的来说，基于能量平衡的建筑结构抗震设计是一种先进的设计方法，它通过综合考虑地震动特性和结构特性，提供了一种更加可靠和安全的设计方案。
虽然该方法还有一些需要进一步研究和改进的地方，但它的应用已经取得了显著的效果，为提高建筑结构的抗震性能提供了重要的技术支持。
消能减震结构能量设计方法研究
消能减震结构能量设计方法研究李晓文;张岩青;赵斌华;孔令俊【摘要】The energy dissipation structural design based on energy analysis method is a developing trend in the structural seis-mic design. But much work still remains to be done for applying energy-based design to practice. By comprehensive considera-tion of the current seismic design specifications and aiming to realizing the elastic under medium earthquake, we propose a design method of energy dissipation structures based on elasticity. A response spectrum of energy suitable for China is suggested by re-ferring to the energy spectrum research data. The total input energy is calculated through the response spectrum of energy, and the effective damping ratios attached to the structure is set up to estimate the energy dissipated by the dampers, so the quantity of dampers couldbe determined. The design process is demonstrated through a practical example. The analysis results show that the design method is effective in energy dissipation, and can fulfill the basic elastic requirement.%基于能量分析的消能减震结构设计方法是未来抗震设计的发展方向，但是如何将基于能量的设计方法应用于实际工程中，还有许多工作要做。
基于性能的抗震设计研究现状与发展
死亡 ６人 ， 直接经济损失 ５ ． ２亿美元 １９ ５月 １ ９７ ０日伊朗 呼罗珊 省发生 Ｍ ．级 ７ｊ 地 震 ， 亡 １６ ，３０ 受伤 ， 损失 约 死 ５７人 ２０ 人 经济 ５ 美元， 亿 由此 可见 ， 给 人类 带来 的危 害 地震 是 十分 巨大 的 ，所 以控制 震害 的破 坏 程度 和 范 围就 要引起 我们抗 震设 计足 够 的重 视 。 ２ 构抗 震理论 的发 展 阶段 与存在 的 问
一
１４ ４一
题
静办 理论 阶段 ： 初 ， 最 在未 考虑 结构 弹 性 动 力特 征 的情 况下 ，也无 详细 的地 震作 用 记 录统计 资料 的条件 下 ， 认 为 ， 构 物所受 人们 结
的地震干用可以 ｛ ｉ 等效于在其上施加一个水平
作 用 ， 大小 与结构 的特 性无关 ， 其 根据 经验 取
一
定要求确定其性能 目标，从而提出不同的
析， 并且 进行 具体 配筋 设计 ， 计后 用应力验 设 算 ，不 足的 时候 用增 大 刚度而 不是 强度 的方 法来 飞 改进 ，以位 移 目标 为基 准来配 置结构 构件 。该 法考 虑 了位 移在抗 震性 能 中的重要 地位 ，可 以在 结构 设计 初始 就 明确设计 的结 构性 能水 平 ，并且 使设 计 的结构 性能 正好达 到 目标 性能 水平 ，是性 能设 计理 论 中很 有前 义 属 于基于 性能 的抗震 设计 中的一个 基本 问 途 的一种 方 法 。 运用 多 自由度体 系 、 但 多种结 题 。 抗 震性 能水 准 的定 义有 多 种方 式 ， 是 构类 型 等时 ， 但 还需要 做更 多研 究 。 基 本 内容都 差 冬 Ｈ指一 科对 于每 一 级设 ｎ Ｉ ６ 能量 法 ． ２ 能量 设计 法 的基 本思 想 ： 设结 构破坏 假 防水 准 的设 计 地震 所 需要 的结 构性 能水 准 。 主要用 于对 结构 易损 性 、结 构功 能性 和 建筑 的原因是地震输入的总能量 ， 结构物及其内 物 内人 员安 全情 况进行 描述 。我 国 目前使 用 部设 施 的破 坏是 由其输 入 的能量 与结 构物所 的三水 准 ： 震不 坏 ， 小 中震可修 ， 不倒 。 大震 消耗 的 能量共 同决 定 的 。通 过控 制结构 的耗 ５抗 震 性能 目标 的确定 能能力， 达到控制整个结构抗震性能的目的。 抗 震设 防 目 指 的是针 对某 一地 震设 防 能量设计法的优点在于能够直接估计结构的 标 等级 而期 望 结构 达到 的结构 性能 水准 。在选 潜在 破坏 程度 ，可 以很 好 的证 明结构耗 能构 择 性 能 目标 时 ， 们要综 合考 虑 许多 因素 如 ： 件对 结构 抗震 性 能所起 的作 用 。 我 另外 ， 耗能构 场地特征、 结构 功 能 与重 要性 、 投资 与 效 益 、 件 的设 置可 以更好 的 控制 损失 ，缺点在 于运 震 后损 失 与恢复 重建 、潜在 的历 史与 文化 价 用方 法不 够 简化 ， 不确定 因素较多 。 ７结语 值 、 效益 及业 主 的承 受能力 等 。 设计 到 社会 从 施 工 的整 个 过 程 都 必 须 遵 守 相 应 的 规 范 标 基 于性能 的抗 震设 计 ，是结 构抗震 设计 准。美 国学 者建议 将结 构抗 震性 能 目标分 为 方法 的 一种 发展趋 势 ，在 国际上 得到广 泛 的 业 使设 ３个 等 级 ， 即基 本设 防 目标 、 要设 防 目标 、 认可 。 主可 以 自由 的选 择结 构 的性 能 ， 重 特 别设 防 目标 。 计 的结 构 更 直 接 的满 足 不 同使 用者 的要 求 ， ６ 基于 性能 的抗 震设 计方 法研究 为设 计人 员提 供 了灵 活 的设 计空 间 。但 是 由 基 于性 能 的抗震 设计 概 念 （ｅ ｏ ａｃ— 于这 方 面的研 究才 刚 刚起 步 ，还 存在着 许多 Ｐ ｒｒ ｎ ｅ ｆｍ Ｂｓｄ Ｓｉ ｉ Ｄ ｓ ｎ Ｂ Ｄ） 国加 州 大学 需要 解决 的 问题 ，如抗 震性 能水 准和性 能指 ａｅ ｅ ｍｃ ｅｉ 。 Ｓ 由美 ｓ ｇＰ 伯克利分校，ＰＭ ｅｌ率先提出。他提 出基 标量化的确定 、可靠度理论 中不确定因素的 Ｊ ．ｏｈｅ ． 于位移的抗震设计要求进行结构分析 ，使结 考虑 ， 计算模型和设置参数的准确性、 精确的 构的塑性变形能力满足在预定的地震作用下 结构弹塑性分析等都需要更加深入的研究 ， 的变形 要求 ，即控 制结 构在 大震 作用 下层 间 相信在不久的将来 ，基于性能的抗震设计将 位 移 角限值 。但是 怎 么把基 于性 能 的抗震 设 会得 到广 泛 的运用 。 参 考 文 献 计 思想 合理 并且 简单有 效 的运用 到实 际 的结 构 设计 中， 目前 还没有 找 到统一 的方 法 。现 ｆ ，古 俊 介 ． 基 于 性 能 结构 抗震 设 计 方 １Ｊ １、 日本 在 ， 于性能 的抗 震设 订方 法大致 分 为三 类 ： 法 的发展 ［． 筑结 构 ，ｏ． （ ： ９ ００ 基 Ｊ建 ］ Ｖ １０６３ ， ０ ３ ）— ２ 直接基 于位 移 的抗震设 计方 法 、能量 设计 方 【 谢 礼 立 ． 震 性 态和 基 于性 态的抗 震 设 防 ２ １ 抗 法。 『１ 家 自然 学基 科 金 ” 五 ” 大项 目～ 大 ｃ． 国 九 重 ６ ． １直接 基于 位移 的抗震设 计方 法 型 复杂 结构 的关键 科 学 问题及设 计 理论研 究 直接基 于位 移的抗 震设 计根 据在 一定 水 论 文集 ． 理 工大 学 出版社 ，９９ 大连 １９ ３ 】 基 准地 震 作 用 下预 期 的位 移计 算 地震 作 用 ， 进 ｆ 杨 溥． 于位 移 的结 构 地震 反 应 分析 方 法 行结 构设计 ， 构件 达 到预期 的变 形 ， 以使 结构 研 究 【】 庆 建 筑 大 学 学位 论文 （ 导教 师 ： Ｄ． 重 指 王亚 勇１ ９ ９ ， ９ １ 达到 预期 的位移 。该方 法采 用结 构位 移 作为 赖 明 ， Ａ ｆａ ｉｎ ｏ ｉｔ ｆ ｉｉ ｇｎ ｅｓ Ｅ Ｃ 结构 性能指 标 ， 与传统 设计方 法 相 比 ， 于位 ￣］ ｍｅ ｅ Ｓ ｃｅｙ ｏＣｖｌｎ ｉｅｒ． ＡＳ Ｅ 基 移 的抗 震 设 计 方法 从 根 本 上 改 变 了设 计 过 ４ ，０ ６ ｅｓ ｃ ｒｈ ｂＥｍｉｎ ｏｂ ｉ ｉｇ［］ １ ０ ，Ｓ ｉｍｉ ｅ ａｉｔ ｏ ｆｕｌ ｎｓＳ ２ ｄ 程 。 要不 同 的是 ， 主 该方 法用 位移作 为整 个抗 『 吕 西林 等 ． 筑 结构 抗 震 变形验 算【． 筑 ５ １ 建 Ｊ建 】 震设计 过程 的起 点 ，假 定位 移或 层 间位 移是 科 学 ，０ ２ １（． ２０ ，８） １ 结构抗 震性 能控 制 因素 。 设计 时用位 移控 制 ， ｆ］ Ｆ杨松涛等． 地震位 移反应谱特性的研究册． 通过设 一 位移谱得出在此位移时的结构有效 建 筑结 构 ，０ ２３ （ ． ２ ０ ，２５ ） 周期 ， 求出此时结构的基底剪力 ， 进行结构分
钢结构楼房抗震性能计算(自用版)
钢结构楼房抗震性能计算(自用版)
简介
本文档旨在介绍钢结构楼房的抗震性能计算方法，以帮助读者了解钢结构楼房在地震中的承载能力和安全性。
抗震性能计算方法
第一步：确定设计地震力
计算钢结构楼房的抗震性能需要先确定设计地震力。
常用的方法有地震动参数法、地震分级法等。
根据相关规范和工程经验，选择适合的方法确定设计地震力。
第二步：确定结构特性
钢结构楼房的抗震性能计算需要确定结构的特性参数，包括结构的刚度、质量、阻尼等。
结构的刚度可通过计算或实测得到，结构的质量和阻尼参数可根据设计要求确定。
第三步：进行地震响应分析
在确定了设计地震力和结构特性之后，可以进行地震响应分析。
地震响应分析是通过数值模型和计算方法，对结构在地震作用下的
动态响应进行模拟和计算，以评估结构的抗震性能。
第四步：评估结构的抗震性能
根据地震响应分析结果，可以评估钢结构楼房的抗震性能。
常
用的评估指标包括层间位移、剪力等。
结论
钢结构楼房的抗震性能计算是确保结构安全可靠的重要一环。
本文档介绍了抗震性能计算的主要步骤和方法，读者可以根据实际
需要进行深入研究并应用于实际工程中。
注意：本文档仅为自用版，仅供参考，具体的抗震性能计算需
结合相关规范和专业知识进行。
浅述建筑结构减震与消能减震设计
浅述建筑结构减震与消能减震设计建筑结构减震与消能减震设计是目前建筑工程设计领域中重要的技术方向，对于提高建筑结构的抗震能力和保护人员生命财产安全具有至关重要的作用。
本文将从基本概念、设计思路、主要方法和应用案例等方面进行阐述。
一、基本概念建筑结构减震是指通过一系列的减震措施，降低地震对建筑结构的影响，进而保护建筑结构的完整性和稳定性。
而消能减震是指在地震发生时，通过消除地震能量的传递和吸收，使建筑结构免受破坏。
二、设计思路建筑结构减震与消能减震设计的核心思路是通过改变建筑结构的刚度和能量耗散机制，将地震能量转化为非结构能量，减小地震对建筑结构的作用力。
常见的设计思路包括增加耗能装置、减小刚度、提高阻尼等。
三、主要方法1.增加耗能装置：通过在建筑结构中增加耗能装置，如高阻尼橡胶支座、摩擦阻尼器等，将地震能量转化为热能和摩擦能，从而减小建筑结构的震动响应。
2.减小刚度：通过采用灵活的结构系统，如钢结构、框架结构等，减小建筑结构的刚度，从而降低地震作用力。
3.提高阻尼：通过在建筑结构中增加阻尼装置，如粘滞阻尼器、液体阻尼器等，提高结构的阻尼比，减小地震能量的传递效应。
四、应用案例1.台北101大楼：台北101大楼是世界上首座采用金属球阻尼器的大楼，通过在楼顶设置800吨的金属球阻尼器，将地震能量转化为球体的动能和热能，有效减小了地震对大楼的影响。
2.八达岭长城高速公路桥：该桥采用了摩擦阻尼器作为剪力连接件，通过摩擦力将地震能量转化为热能和摩擦力，使桥梁在地震作用下能够有一定的位移和变形，保证桥梁结构的完好性。
3.日本东京迪士尼乐园：该乐园采用了高阻尼橡胶支座作为支撑装置，通过橡胶材料的阻尼特性，将地震能量转化为热能和弹性变形，保护了乐园内的建筑结构和设施。
综上所述，建筑结构减震与消能减震设计是提高建筑结构抗震性能的重要手段，通过增加耗能装置、减小刚度、提高阻尼等方法，能够有效降低地震对建筑结构的破坏作用。
结构工程中的抗震设计与结构性能分析方法研究
结构工程中的抗震设计与结构性能分析方法研究摘要：本文围绕抗震设计与结构性能分析方法展开研究，首先介绍了抗震设计的基本原则和目标要求，然后详细阐述了抗震设计方法，包括等效静力法、时程分析法和模态叠加法。
接着，对结构性能分析概述进行了探讨，包括结构性能指标和评估方法。
最后，本文介绍了结构性能分析方法，包括弹性分析、非线性静力分析和非线性动力分析，并强调了在未来工程实践中不断提升抗震设计水平的重要性。
关键词：抗震设计；结构性能分析；等效静力法引言地震是自然灾害中最具破坏性的一种，对建筑物的影响尤为显著。
因此，抗震设计与结构性能分析成为工程领域中的重要研究课题。
本文旨在探讨抗震设计的基本原则、方法以及结构性能分析的概念和方法。
通过深入研究，我们能够更好地了解如何评估和提高建筑物在地震作用下的稳定性和安全性，为工程实践提供重要参考。
一、抗震设计概述（一）抗震设计的基本原则抗震设计是指在建筑物、桥梁等工程结构设计中，采取一系列措施以减小地震对结构造成的破坏程度和人员伤亡风险的工程设计方法。
其基本原则包括减震、隔震、加固和抗震设计四个方面。
减震是通过在结构中设置减震装置或减震层等措施来降低结构的振动响应；隔震是在结构与地基之间设置隔震层，减少地震作用传递到结构的能量；加固是对结构进行加固处理，提高其抗震性能；抗震设计则是通过结构的合理布置和合适的设计参数，使结构在地震作用下能够保持稳定、安全。
（二）抗震设计的目标与要求抗震设计的主要目标是确保结构在地震发生时能够保持稳定，尽可能减小结构的破坏程度，保障人员生命安全，并尽量减少财产损失。
具体要求包括：结构应具有足够的强度和刚度以承受地震力的作用，结构的位移和变形应受控制在安全范围内，结构应能够保持可靠的荷载传递路径，以及结构应具备一定的韧性和延性，能够在地震作用下发生适度的变形而不失稳。
同时，抗震设计还应考虑结构的可维护性和可修复性，以便在地震后进行修复和维护工作，尽快恢复正常使用功能。
基于性能的结构抗震设计研究概述
究基础上 ，１９ 年美 国加州结构 工程 师的 ＶＳ Ｎ ００ ９５ Ｉ Ｏ ２０ 委员 Ｉ 会提 出了基 于性 能 的抗震 设计 （ｅ ｏ ａｃ— ａ ｄ ｅ ｍｃ Ｐｒｒ ｎｅ Ｂｓ ｉ ｉ ｆｍ ｅＳｓ Ｄ ｓｎ ＢＤ ｅｇ ，Ｐ Ｓ ）的概念和 理论 。该理论 的核心是追求 “ ｉ 最佳 经济效益和成本 比” ，实质是 要控制结构在 未来可能发生 的 地震作用下的抗震性能 。Ｐ Ｓ Ｂ Ｄ的理论被提 出后 ，引起了 日
结构 的性能指标是以结构性能水 准为划分依据的。性能 水准表示建筑物在某一特定地震设计水准下预期破坏的最 大 程度 。美国 ２ １世纪 委员会按照不 同的地 震动水平定义 了完 全可靠 、可靠 、生命安全 、不倒塌四个水准。我国的设计水 准可视为与结构 的极限状态和地震重现期相对应 ，即 ：正常
结构抗薏 『能水准表示结构在特定的某一地震设计水准 生
下预期破坏 的最大程度 。结构和非结构构件的破坏及 由其破
坏 引起 的后果 ，主要用结构破坏程度 、结构功能性和人员安
◎ 研 究 与 应 用
全『 生来ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 达。对于 不同等 级的抗震性 能 ，应 根据结构 类型 、 整体结构 、竖 向和横 向承 载构 件 、性能水准 、结构变形 、设 备与装修和修复使用等方 面加 以定义 ，并应该表达为量化指
构 的功能。性能指标是划分结构构件 、楼层和整体破坏状态 的标准 。采 用合理 的性能指标 才能建立 牢固的 Ｐ Ｓ Ｂ Ｄ框 架 ， 它使建 筑结构 的设计 方法更加 合理和 数量化 ，达到有 理有 度 ，简明实用的效果 。可以认为 ，基于 『 生能的抗震工程是未
【 收稿 日期 ］２ １－ ６ ０ ０００ －７
标。 表 １ Ｖｓ ｎ ０ ０中的 设 防 地 震 等 级 的 划 分 ｉｏ ２ ０ ｉ
钢结构的减振与抗震措施
钢结构的减振与抗震措施钢结构是一种具有优良力学性能和较高抗震性能的结构体系。
然而，在地震等外力作用下，钢结构仍然存在着一定的振动和破坏的风险。
针对这一问题，工程界提出了多种减振与抗震措施，以提高钢结构的抗震能力并保障其安全性。
一、主动减振措施1. 阻尼器使用阻尼器是一种主动减振装置，通过在钢结构中引入阻尼材料或装置，将结构的振幅逐渐耗散，从而达到减小结构位移和减振的目的。
常用的阻尼器包括摩擦阻尼器、液体阻尼器和液压阻尼器等。
在设计中，可以根据结构的实际情况选择合适的阻尼器类型和参数。
2. 控制装置设计通过设计合理的控制装置，可以在地震发生时对钢结构进行主动控制，减小结构的振幅和加速度。
常用的控制装置包括弹簧控制器、阻尼器控制器和质量控制器等。
这些装置可以通过控制钢结构的刚度和阻尼系数，调节结构的动力响应，并减小结构的震动。
二、被动减振措施1. 钢质防震支撑钢质防震支撑是一种被动减振措施，通过在结构的关键部位设置防震支撑，改变结构的刚度和周期，从而减小地震对结构的影响。
这种措施可以有效地增加结构的抗震能力，提高结构的稳定性和安全性。
2. 预制防震橡胶支座预制防震橡胶支座是一种常用的被动减振装置，通过在结构的支撑处设置橡胶支座，可以吸收地震能量，并降低结构的振动。
这种装置具有良好的减振效果和耐久性，并且可以在结构发生损伤时进行更换和修复。
三、结构加固与优化1. 跨越支座跨越支座是一种结构加固方式，通过在结构的关键节点处设置支座，可以增加结构的刚度和稳定性，提高结构的抗震性能。
跨越支座常用于大跨度钢框架结构和钢拱结构中，可以有效地减小结构的振动和位移。
2. 剪力墙加固剪力墙是钢结构中常用的承载结构体系，通过在结构中设置剪力墙，可以增加结构的刚度和抗震能力。
在设计过程中，可以根据地震荷载的特点和结构的要求，合理设置剪力墙的位置和尺寸，提高结构的整体稳定性。
钢结构的减振与抗震措施是保障结构安全性的重要手段。
基于性能的钢结构抗震设计理论与方法
彭观 寿 ， ： 于性 能 的钢 结 构 抗 震 设 计 理论 与 方 法 等 基
基 于 性 能 的钢 结构 抗震 设 计 理 论 与方 法 ＊
彭观 寿 高轩能
（ 侨 大 学 土 木 工 程 学 院 华 摘 要 泉 州 ３２ ２ ） ６ ０ １
现 了刚柔 理论 之争 ， 提 出了消震 、 并 隔震 、 减震 、 量 能
达 ７ 亿 美元 ；９ ４年 １ 美 国加州 北岭 （ ｏｔｒ ｇ ） ０ １９ 月 Ｎ ｒ ｉ ｅ ｈｄ ６ ９级地 震所 造 成 的 经 济 损 失 达 ３ ０亿 美 元 ；９ ５ ． ０ １９
年 日本 （ 神 ）７ ２级 地 震 所 造 成 的 经 济损 失 则 高 阪 ．
ＡＢ Ｔ Ｓ ＲＡ Ｔｈ ｏ ｇ ｎ ｒ ｕ ｅ ｈ ｅ ｅ ｐ ｎ ｆ ｔ ｅ ｐ ［ ｌ ｃ ＣＴ ｒ ｕ ｈ ｉｔｏ ｃｄ ｔ ｅ ｄ ｖｌ ｍｅ ｔ ｏ ｈ Ｉ ０ ａ ｋＩ ｄ ｓ ｉ ｃ ｄ ｓ ｎ ｔ ｅ ｒ ，ａ ｌａ ｅ ｐｎ ｎ ｄ ｏ ｍ ｎ ｓ ｅｓ ｅ ｉ ｈ ｏｙ ｅ ｍｉ ｇ ｓ ｗｄ ｓ ｋ ｅ ｉｇ ｉ
ａｃｒａ ｃ ｔ Ｇｅ ｅａ Ｒ ｌ ｏ ｅｆｒ ｎ ｅＢａｅ ｅ ｍ ｃ Ｄ ｓ ｆＢ ｉ ｉｇ ”（ Ｅ Ｓ １ ０： ０ ４ ｔｉ ｅｓ ｎ ，ｔｉ ｃｏｄｎ ｅｗｉ ｈ“ ｎ ｒｌ ｕｅ ｆｒＰ ｒｏｍａ ｃ－ ｓｄ Ｓｉｉ ｅｉ ｏ ｕｌ ｎｓ Ｃ Ｃ ６ ２ ０ ）（ｒ ｖｒｉ ） ｉ ｓ ｓ ｓ ｎ ｇ ｄ ｌ ａ ｏ
ｓｅ ｌｓｒ ｔ ｒ ｔ ｅ ｔｕｃｕ ｅ
ａ ｉｓ ｉｍ ｉ ｓｉ ｈ ｏ ｙ ｎｔ・ｅｓ ｃ ｄｅ ｇ ｔ ｅ ｒ ・ ｎ
以保 证 生命安 全 为单一 设 防 目标 的“ 小震 不坏 、 中震 可修 、 大震 不 倒 ” 的抗 震 设 防 水 准 ， 管 可 预期 尽 做 到大震 时 主体结 构 不倒 塌 以保 证 生命 安 全 ， 仍 但
钢结构框架的减震性能与地震工程
钢结构框架的减震性能与地震工程在地震工程领域中，结构减震是一种有效的措施，可降低建筑物在地震作用下受到的损伤。
钢结构框架作为一种常见的建筑结构形式，具有较好的抗震性能。
本文将探讨钢结构框架的减震性能，并从不同方面分析其在地震工程中的应用。
一、钢结构框架的抗震特性钢结构框架由钢构件之间的连接构成，其抗震性能主要取决于材料的强度和钢构件间的连接形式。
相比传统的混凝土结构，钢结构框架具有以下几个优势：1. 高强度：钢材强度高于混凝土，能够承受更大的荷载；2. 高刚度：钢结构刚度大，对地震力的响应相对较小；3. 轻质化：由于钢材密度相对较小，相同荷载下的结构质量较轻，减少了地震作用下的惯性力；4. 施工周期短：钢结构可通过制作预制构件和现场焊接的方式进行快速施工。
二、钢结构框架的减震措施针对地震作用下建筑物的动力响应，可以通过以下减震措施改善钢结构框架的地震性能：1. 阻尼器的应用：阻尼器可通过耗散能量的方式减少结构的振动幅度，提高结构的减震性能。
常见的阻尼器有摩擦阻尼器和液压阻尼器等。
2. 隔震设备的引入：隔震设备将结构与地基分离，通过隔震层的能量耗散来减小地震力的传递，保护上部结构。
常用的隔震设备包括橡胶隔震支座和粘滞隔震支座等。
3. 改善结构刚度分布：通过调整结构的刚度分布，将其集中在主要荷载承担部位，减小其他部位的刚度，从而提高结构的减震性能。
4. 加强节点连接：结构的节点连接是其抗震性能的重要组成部分。
为了提高结构的整体抗震能力，应加强节点连接处的刚度和强度，防止节点失效。
三、钢结构框架在地震工程中的应用钢结构框架多用于高层建筑、工业厂房和大跨度结构等场所，其较好的抗震性能使其成为地震工程中的重要选择。
1. 高层建筑：钢结构框架在高层建筑中具有结构自重轻、强度高的特点，能有效抵抗地震力的作用，提供更安全的居住和工作环境。
2. 工业厂房：工业厂房常受到较大的水平荷载，钢结构框架能够提供灵活的结构形式，并能抵抗较大的地震力，确保生产设备和人员的安全。
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耗能减震钢结构基于性能的抗震设计方法研究
作者：梁景彪
来源：《科学与财富》2016年第06期
摘要：所谓耗能减震结构，就是将耗能元件设置在建筑结构中，用于吸收地震输入结构中的能量，这一过程主要应用的是滞回变形耗能原理，这样，结构的地震反应就会被大大减低，其所产生的破坏程度自然就会下降，从而达到减震目标。
将这种结构应用于建筑设计中，可以提升建筑物的抗震能力，提高其安全性能，应用前景非常广阔。
本文主要探究了耗能减震结构基于性能的抗震设计方法。
关键字：耗能减震钢结构；性能；抗震设计方法
前言：为了提升城市建筑的抗震能力，人们提出了基于性能的耗能减震钢结构。
耗能器运作过程中具有非线性特征，影响原有结构的动力性，对动力反应产生负面影响，耗能减震钢结构就要消除这种影响。
设计这种结构的最大难点就是耗能器运作的非线性，如何采用合适的方法使设计更加简便，是设计人员需要认真研究的问题。
1.耗能减震钢结构模型分析
在对耗能器进行分类时，一般将耗能机制或者是耗能特性作为依据，目前人们研究的耗能器主要分为三类，一是位移相相关型，二是速度相相关型，三是复合型。
其中位移相相关型中，主要是金属耗能器，最常用的就是钢结构，钢结构在拉伸以及弯曲等变形中耗散能量，耗能性质与相对位移之间紧密相连。
金属耗能结构通常都采用双线性模型，内部需要设置若干个耗能构件，这些构件串联起来，形成耗能支撑。
设计构成中，要将构件的组合刚度作为重要依据，最终支撑结构与耗能器组成耗能单元。
耗能减震模型中主要包括两个部分，第一为主体结构，第二就是耗能支撑结构，二者之间在模型中体现为叠加关系，设计时要综合考虑二者的性能，设计的不同阶段，对模型分析时要采用不同的方法，保证结构可以满足不同的性能需求[1]。
2.耗能减震钢结构基于性能的抗震设计
2.1设计过程
本设计主要针对位移相关型耗能器，对现有研究成果进行优化和改进，实现简化目标，具体步骤如下：
首先，要建立一个等效SDOF体系，在设计中包括原结构和耗能减震结构，耗能减震结构SDOF体系中，我们假设主体钢结构保持良好的弹性状态，支撑结构的弹性状态始终没有发生变化，也就是说耗能器始终在理想状态下运行。
然后分别计算产生屈服、位移以及不产生屈服、位移时的结构刚度，钢结构耗能支撑选择双线型模型，分析推导等效周期、等效刚度以及等效阻尼比之间的关系，得出一个关系函数，反应几者之间的关联。
由于设计主要是针对耗能器工作时的非线性问题，因此要求耗能减震钢结构具有良好的稳定性，抗震能力足够强，避免被破坏。
所以，滞回耗能曲线的设计要区别于一般刚才，不允许钢结构出现性能退化问题，最终将有效阻尼比模型确认为恢复力模型，具备"无退化"特性。
推导计算完成、模型确认以后，需要将计算结果以及模型作为依据，绘制出性能曲线，反应位移减小率与基底剪力减小率之间的关系。
曲线绘制完成以后，需要分析结构的非线性时程，根据模型以及性能曲线中的参数设计钢结构，之后形成一个三维结构模型，分析其非线性时程，可以根据实际需要对其中的一些参数做出调整，在满足抗震要求的前提下尽量将设计简化，避开迭代计算过程[2]。
2.2实例分析
某小型企业的办公楼为钢结构，共有七层，层高3.7米，八度抗震设防烈度，周期折减系数为0.9，钢结构的阻尼比为3.5%。
按照2.1中的步骤设计模型，计算相关参数，绘制成性能曲线。
在曲线图中找出最佳阻尼比，探究该处的性能参数，如果处于小震环境下，对支撑结构的刚度没有过多要求。
如果处于中震环境下，需要提升支撑结构的刚度，此时在绘制性能曲线的过程中我们会发现其中包含的性能点更多、更加密集，随着附加刚度的增加，拐点变得越来越突出，基底剪力降低率也没有发生太大变化，因此附加刚度可以适当增加，但是不能太大，否则地震作用就会被方法，反而打不到理想的减震效果，钢结构还会遭到破坏。
研究以后，最后将一层至三层、四层至六层建筑钢结构的弹性刚度分别确定为每毫米350千牛和每毫米150千牛。
本设计中，建筑顶层并没有设置耗能支撑结构，楼层位移会对震动产生放大效应，但是从整体上来说，最大层间位移角可以抗震要求，能够起到耗能抗震目标。
值得注意的是，以上分析中是将最初描述的假设作为前提，假设耗能器进入非线性反应阶段。
如果想要明确所设计的结构是否能够满足实际抗震要求，需要重新对其进行非线性分析，观察实际运作中钢结构的真实反映状态[3]。
3.结论分析
首先，设计过程中要参照SDOF体系，不同性能点对应不同的等效周期，可以将此作为依据来估算耗能器的实际周期，一般情况下比等效周期小11%至16%之间，最后可以利用该数值估算钢结构起到多大的减震作用。
其次，在SDOF体系中，不同性能点也对应不同的有效阻尼比，可以将此作为依据估算实际结构的最大阻尼比，估算时需要参照相对位移，将最大楼层作为计算标准。
减震钢结构实际运作时，耗能支撑会发生变化，耗能能力逐渐下降，减震能力也就随之下降，因此实际附加阻尼比仅仅可以达到理想值的60%至70%，可以将这一数据作为参照预估耗能减震结构的实际减震能力，为抗震设计提供参考。
第三，等效SDOF体系在某种角度上可以反映出耗能减震结构与地震波性能之间的变化关系，我们可以从曲线中观察出地震波特性。
同时，曲线中的性能点有两个直观特性，一个是疏密程度，另一个是拐点，从这两个直观特性上可以做出以下判断：一是支撑结构的附加刚度如何，二是初始屈服位移有多大，这样耗能减震钢结构在设计时就能够与减震目标更加接近。
最后，有必要对高层钢结构以及不规则钢结构进行进一步研究，特别是考虑结构高阶振型影响及扭转效应等多个因素的影响，根据设计目标选择合理的性能设计方法，满足设计要求[4]。
总结：将建筑中的非承重构件设计成为耗能杆件，或者是在关键位置设置耗能器，可以有效吸收地震能量，提升建筑物的抗震性能。
由于现代建筑中大多数钢结构居多，因此本文对耗能减震钢结构的设计进行研究，设计过程中将"性能"作为基础，考虑到钢结构的刚度以及弹性形变等，针对耗能器运作过程中的非线性进行研究，将复杂的设计简化，在满足耗能减震、抗震的要求下，兼顾经济性，具有广阔的应用前景。
参考文献：
[1]周云，邓雪松.中国（大陆）耗能减震技术理论研究、应用的回顾与前瞻[J].工程抗震与加固改造，2006，06：1-15.
[2]高莹，黄忠海.耗能减震结构基于能量和位移的抗震设计方法研究[J].广东土木与建筑，2011，08：16-19.
[3]邓雪松，汤统壁.耗能减震钢结构性能水准与目标的初步研究[J].防灾减灾工程学报，2008，01：104-109.
[4]翁大根，张瑞甫.基于性能和需求的消能减震设计方法在震后框架结构加固中的应用[J].建筑结构学报，2010，S2：66-75.。