第九章隔震及耗能减震

建筑隔震和消能减震设计及应用

刘瑞强

【摘要】介绍了建筑隔震与消能减震技术的特点及设计方法,论述了建筑隔震与消能减震技术的原理和使用范围,提出了建筑结构常用的减震措施,并针对建筑减震技术中存在的问题,提出了建筑减震技术的发展方向.

【期刊名称】《山西建筑》

【年(卷),期】2016(042)022

【总页数】3页(P55-57)

【关键词】建筑结构;隔震技术;消能减震;概念设计

【作者】刘瑞强

【作者单位】兰州理工大学土木工程学院,甘肃兰州730050

【正文语种】中文

【中图分类】TU352.1

我国是一个多地震国家，地震的随机性和突发性对人们生命财产造成了巨大的损失，面对传统抗震结构的缺陷，人们不断寻求新的结构和技术来达到抗震或减震的目的。目前，隔震与消能减震技术在建筑结构中的应用已经得到了世界的广泛认可，同时已经开始应用在部分建筑结构中，“隔震”与“消能减震”技术不同于传统建筑结构设计中的“抗震”，“抗震”结构的特点为“以刚克刚”，即利用结构中各构件的变形力和承载力来抵抗地震作用，抗震结构设计虽具有非常重要的意义，但是它最大的缺陷是当结构遭遇较大地震时结构内部的构件甚至承重结构都会产生较大的破坏，地震过后的维修和加固需要花费许多人力、物力和财力，而“隔震”与“消能减震”结构则采用的是“以柔克刚”，隔震结构的建筑物在上部结构与基础之间设置有滑移层，阻止了地震输入的能量向上部结构的传输。消能减震结构的建筑物是通过设计的消能部件和阻尼器先于结构构件产生塑性变形，吸收地震输入能量，以减少结构本身能量的输入来达到减震的目的。

目前，随着国内外对建筑隔震与消能减震技术研究的不断深入，隔震与消能减震技术得到了很大的发展，隔震技术的种类较多，大致可分为：基础滚球隔震、基础弹簧隔震、橡胶垫隔震、悬吊结构隔震、基础砂石垫层隔震以及结构底层柔性柱隔震等，其原理基本都是利用这些隔震系统来减少地震能量向上部的输入，隔震系统的存在能够延长结构自身的基本自振周期，通过适当的阻尼使结构的加速度反应大大减少，地震传来的能量将由隔震装置转化和吸收，阻止了能量向上部结构的传输，从而减少了上部结构的相对变形。

建筑结构设计中的隔震减震措施

摘要：随着社会的不断向前发展,我国的建筑物也越来越多,而且建筑物的高度也在不断增加,建筑物的隔震减震措施也越来越重要。文章阐述了建筑结构设计中隔震减震存在的问题，并提出相关措施。

关键词：建筑结构设计;隔震;减震;措施;

1建筑结构设计中隔震减震存在的问题

1.1隔震减震支座会受到抗震墙的影响

为了能够让建筑结构变得更加稳固，这就需要在对减震和隔震的设计上做到尽量分散，若设置在建筑周围，地震时建筑的倾覆力大大增加，同时也会对建筑物的支座拉力产生严重的影响。根据设计过程中的实际情况，在受力较大的一面应当设置抗震减震支座，支座间的距离也不能够过大，一般在2 m左右就能够满足实际的设计需求。其次就是隔震减震支座往往也会因为拉力而产生变化，导致建筑的减震隔震效果受到一定的影响，从而导致建筑物出现水平方向的形变。

1.2高层建筑结构设计中建筑物走向对抗震的影响

地震是常见的自然灾害，引起地震发生的主要原因就是地壳运动。因此这就需要相关的工作人员在建筑设计的过程中对当地的地质结构进行全面细致的分析，往往地震过程当中地震的方向会对房屋产生明显的影响。震向指的是房屋在地震过程当中的震动方向，在建筑物建造过程当中选择建造地址时一定要结合当地的地质状况和地震发生的方向，让建筑物的走向和震向呈现出相互垂直的状态，避免建筑物和震向之间出现相互平行的情况。如果建筑物在建造的过程当中走向和震向相对平行，那么建筑物在地震中的倒塌概率大幅度增加，而垂直的话就能够很好的避免这一情况的出现。

1.3建筑结构的选择在建筑的隔震减震设计的过程中结构形式的选择是非常重要的。传统的框架结构主要的特点就是剪切变形，现阶段通常选择的都是橡胶支座来进行隔震和减震。在实际应用的过程当中采用重叠的橡胶支座不单单能够让框架的隔震减震作用得到一个大幅度的提升，最重要的是还能够让主框架的避震能力大大提升，从而确保建筑物在地震中的安全。

略述土木工程结构减震控制技术

一、隔震控制技术的基本原理结构减震控制指的是在建筑结构的某个特定部位设置某种控制装置、机构或种子结构，当结构出现振动的时候，主动或液压质量振动被动的施加外力来改变或调整结构的动力作用或动力特性，从而有效降低结构的振动反应，其最终目的就是通过采取一系列控制措施和方法，降低建筑结构在地震等强动力荷载下的反应，增强建筑结构的稳定性能，为建筑结构的安全性提供保障。由地震反应谱我们了解到，随着周期的不断加大，其加速度的反应谱就会逐渐的缩小，一般低层建筑的刚度是较大的，所以其周期是比较短的，在地震的时候其中的加速度是相对比较大的，所以假如我们采取一个相应的措施加大了其延长结构基本的自振周期，使其远离场地的卓越周期，使得结构的基频始终处于一个地震能量高的频段以外，就可以有效地降低其建筑物的输入加速度。

二、土木工程结构减震的控制技术（一）被动控制结构被动控制是指控制装置不需要外部能源输入的控制方式。其特点是采用隔震、耗能减震和吸能减振等技术消耗振动能量，以达到减小结构振动反应的目的。被动控制的优点是构造简单、造价低、易于维护，并且不需要外部能源支持等。目前，被广泛采用的被动控制装置有：（1）基础隔震体系。基础隔振是在上部结构与基础之间设置某种隔振消能装置，以减小地震能量向上部的传输，从而达到减小上部结构振动的目的。基础隔振能显著降低结构的自振频率，适用于短周期的中低层建筑和刚性结构。由于隔振仅对高频地震波有效，因此对高层建筑不太适用。（2）耗能减振体系。常用的耗能元件有耗能支撑和耗能剪力墙等;常用的阻尼器有金属屈服阻尼器、摩擦阻尼器、黏弹性阻尼器、黏性液体阻尼器等。（3）调谐减振系统。常用的调谐减振系统有：调谐质量阻尼器（TMD ）、调谐液体阻尼器（TLD）、液压质量振动控制系统（HMS）等。调谐质量阻尼器是一个小的振动系统，由质量块、弹簧和阻尼器组成。它对结构进行振动控制的机理是：原结构体系由于加入了TMD，其动力特性发生了变化。原结构承受动力作用而剧烈振动时，由于TMD质量块的惯性而向原结构施加反方向作用力，其阻尼也发挥耗能作用，从而使原（二）主动控制结构主动控制是利用外部能源，在结构受激励振动过程中，对结构施加控制力或改变结构的动力特性，从而迅速地减小结构的振动反应。主动控制系统主要包括传感器、控制器和作动器3 个组成部分。目前有关主动控制的研究内容主要分为主动控制算法和主动控制装置研究两部分。主动控制装置主要有主动质量阻尼系（ AMD）、主动拉索系统（ ATS ）、主动支撑系统（ ABS）、主动空气动力挡风板控制系统（ ADA）和气体脉冲发生器控制系统（ PC）等。主动控制算法是主动控制的基础，它的目标是使主动控制系统在满足其状态方程和各种约束条件下，选择合适的增益矩阵，寻找最优的控制参数，使系统达到较优的性能指标，实现对结构的最优控制。目前，

隔震结构体系的原理分析

摘要：随着国民经济的不断发展，建筑抗震设计的要求也不断提高，各种耗能减震技术的应用也越来越广泛。隔震结构体系通过在结构的底部和基础之间设置一个柔性的隔震层来耗散地震能量。隔震层的设置，显著地降低了地震动的作用，很好地控制了地震作用下的结构响应，提高了建筑物的抗震性能。

关键词：隔震结构体系；耗能减震技术；隔震层；叠层橡胶支座；摩擦隔震系统

1.隔震结构体系的基本原理

隔震结构体系主要有三个部分组成：一是上部结构，二是隔震层，三是下部结构。隔震层主要包括耗能元件和隔震元件，这两种元件的变形能力强，水平刚度小于上部结构的刚度，因此，结构的基本周期将被延长，和场地的卓越周期相互错开，从而使结构的地震作用效应大大减小。

隔震元件赋予了结构在基础面上做柔性滑动的能力，可延长结构的固有周期。阻尼元件则给隔震层提供耗能能力，且自身拥有合适的刚度，防止结构在风荷载和地震的作用下产生较大位移。

为了使结构拥有优良的的减震能力，同时又可满足正常使用情况下的变形条件，隔震结构体系需拥有下面的基本特性：

（1）承载特性：隔震装置需要具备足够的竖向承载力，确保建筑在日常的使用状况下可以正常地支承上部结构的荷载。

（2）隔震特性：隔震装置在较低的水平作用下，即普通风荷载或者小震情况下，拥有合适的弹性刚度，用于满足日常的使用要求。当承受较大的水平作用时，即大震情况下，允许隔着装置产生一定量的柔性滑动，让结构体系进入耗能状态。（3）复位特性：隔震装置需要具备一定的弹性恢复力，从而让上部结构和隔震装置在地震作用下具可以自动复位，降低震后的修复工作量。

（4）阻尼特性：隔震装置需要具有良好的耗能能力。

在地震作用下，隔震结构体系的整体表现如下：因设置了水平刚度显著小于上部结构的隔震装置，上部结构的水平变形为整体平动，即在地震下上部结构依然保持弹性状态。

2叠层橡胶支座

叠层橡胶支座由交错叠合的钢板层和橡胶层组成，钢板层可约束橡胶层水平变形，因此，橡胶支座在竖直方向上拥有足够的承载力和刚度，同时在水平方向上其刚度较小，具备延长结构固有周期的效果。

减震隔震技术及方案

减隔震方案介绍

目录一、减震技术简介 ........................................................................................................................ 1 1.1 减震产品简介 .................................................................................................................... 2 1.1.1 屈曲约束支撑 ......................................................................................................... 2 1.1.2 粘滞阻尼器 ............................................................................................................. 6 1.2 减震方案及施工 .............................................................................................................. 11 1.2.1支撑式安装 ............................................................................................................ 11 1.2.2墙式安装 ................................................................................................................ 12 二、隔震技术简介 ...................................................................................................................... 17 2.1 隔震原理.......................................................................................................................... 17 2.2 隔震技术优点 .................................................................................................................. 19 2.2.1 安全 ....................................................................................................................... 19 2.2.2 经济 ....................................................................................................................... 20 2.2.3 支座耐久性好 ....................................................................................................... 20 2.3 隔震方案及施工 .............................................................................................................. 21

上海建筑消能减震及隔震技术标准

一、引言

在建筑工程中，消能减震和隔震技术是为了提高建筑结构的抗震能力，减少地震可能造成的损害。上海作为一个位于中国沿海地区，长期处于地震高发地区，对建筑的抗震能力要求较高。为了维护人民生命财产安全，上海市制定了建筑消能减震及隔震技术标准，本文将对此进行详细介绍。

二、消能减震技术标准

1. 消能减震技术的定义

消能减震技术是通过在建筑结构中引入能吸收和分散地震能量的装置或材料，减少地震荷载对建筑结构的影响，提高建筑的抗震性能。消能减震技术的应用可以有效地降低地震带来的破坏，保护建筑和人员安全。

2. 消能减震技术的分类

根据结构的不同，消能减震技术可以分为以下几类：

(1) 钢制耗能支撑系统：通过再生耗能装置将地震能量转化为建筑结构的内能损失，从而降低地震荷载对结构的影响。

(2) 液体阻尼器：通过在建筑结构中设置阻尼装置，利用液体粘滞阻尼的特性消耗地震能量，减小结构的震动响应。

(3) 弹簧隔震器：通过在建筑结构与地基之间设置隔震装置，减小地震荷载的传递，有效地减少了建筑结构的震动响应。

3. 消能减震技术的应用范围消能减震技术可以应用于各种建筑类型，包括高层建筑、桥梁、工业厂房等。尤其对于高层建筑来说，消能减震技术是提高抗震性能的重要手段。在上海的地震抗震设计中，对于超过一定高度的高层建筑，通常要求采用消能减震技术。

4. 消能减震技术的设计要求

在使用消能减震技术时，需要根据结构的性质和要求，进行合理的设计，确保其有效性。设计时需要考虑以下几个方面：

(1) 地震动参数的确定：需要根据地震区域的地震动参数进行合理的选择，以确保消能减震技术的正确应用。

(2) 结构的选择和布置：需要根据建筑的结构特点选择合适的消能减震技术，并合理布置在结构中，以提高结构的整体抗震能力。

(3) 设计参数的确定：需要根据具体的结构和地震动参数，合理确定设计参数，以确保消能减震技术的有效性和可靠性。

建筑结构设计中的隔震减震措施浅析

摘要：随着我国建筑业和科学技术的迅速发展，建筑结构的设计越来越受到人们的关注，特别是抗震、减震技术等。在施工活动中采取科学、合理的防震措施，可以使建筑结构的设计质量得到持续提高，而且在某种程度上也能起到应有的效果。在保证工程结构设计符合工程实际要求的前提下，其安全性、稳定性都会得到提升，保护人民的生命财产安全。通过改变传统住宅结构抗震设计方式，提高其抗震性能，在一定程度上降低地震的危险性，避免地震造成严重的经济损失，以保证结构的质量，促进建筑的可持续发展。本文就从建筑结构中抗震设计中的要点入手，针对建筑结构设计中的隔震减震措施进行一定的分析。

关键词：建筑结构设计；隔震减震；措施

一、引言

地震是一种常见的自然现象，当地壳迅速释放出能量时，会引起地震，造成建筑物等物体的变形和崩塌。地震对建筑物的破坏是不可忽略的，因此，在进行建筑物的抗震设计时，应注意做好隔震、减震工作，尽量减少地震对建筑物的冲击，保证建筑物的安全。隔震与耗能减震设计适用于对建筑物的抗震安全、使用性能有特殊要求的建筑物，采用橡胶隔震支座构成的隔震层，在主体构件上安装减震装置等，以尽量降低地震波对建筑物的影响，防止出现建筑物变形、倒塌等问题。

二、高层建筑结构中抗震设计的要点

（一）水平刚度的控制

在发生地震时，高层混凝土结构更易受横向力的作用而发生侧向位移，甚至发生倒塌。在高层建筑的抗震设计中，结构的横向刚度是设计中的一个关键问题。高层混凝土建筑的楼盖应将地震的力量传导到墙体上，使其承受倾覆的力矩，并在其内部形成轴力，使其与水平力弯矩成比例，避免出现侧倾、倒塌等现象。（二）结构控制

采用框架的形式对结构进行控制，使得设计中的具体参数和结构参数能够应用到现场，让结构的控制条件能够与设计时的目标数据相符合，从而能够有效地控制施工过程中的材料和工艺。在进行结构控制时，应考虑到要进行的最大抗震级别，加强结构的隔震和缓冲作用，减少地震发生时造成的经济损失和人员，并根据区域内的震情情况，适当提高建筑的某些性能，以保证工程的安全。

抗震加固与监测技术

9.1 消能减震技术

9.1.1 技术内容

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，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。

消能部件一般由消能器、连接支撑和其他连接构件等组成。

消能部件中的消能器（又称阻尼器）分为速度相关型如粘滞流体阻尼器、粘弹性阻尼器、粘滞阻尼墙、粘弹性阻尼墙；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，具有更高安全性、经济性和技术合理性。

9.1.2 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和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设计、施工、验收和维护应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011和《建筑消能建筑技术规程》JGJ 297进行，设计安装做法可参考国家建筑标准设计图集《建筑结构消能减震(振)设计》09SG610-2，其产品应符合现行行业标准《建筑消能阻尼器》JG/T 209的规定。

9.1.3 适用范围

消能减震技术主要应用于多高层建筑，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，文物建筑及有纪念意义的建（构）筑物的保护等。

9.1.4 工程案例

江苏省宿迁市建设大厦、北京威盛大厦等新建工程，以及北京火车站、北京展览馆、西安长乐苑招商局广场4号楼等加固改造工程。 9.2 建筑隔震技术

浅析建筑结构隔震和减震措施

摘要：在社会发展的过程当中，建筑整体的结构设计越来越重视抗震，其中抗震又分为隔震和减震。有效的抗震结构设计，可以保障建筑在遇到地震的过程当中，保持良好的稳定性，进而也就可以保障人们的安全。目前在隔震和减震结构设计当中，有较多的方法和技术可以选择。实际根据不同的建筑施工需求来合理选择和使用相应的结构设计方案。这样可以有效保障建筑整体的结构稳定性。

关键词：建筑结构；隔震和减震；技术应用

引言

地震对建筑物的破坏，多数是由于地面的振动频率与建筑物主要结构构件的自然频率相偶合所致，在现代建筑设计中会考虑到抗震设计,来保证建筑结构安全。建筑整体安全、抗震性能是设计过程中的重中之重，就目前来说隔震减震是减轻地震对建筑结构造成危害的最有效的手段。隔震减震技术正在被广泛用以提升抗震能力,减少强震作用造成的地震反应，增加建筑结构的使用寿命。

1.建筑结构的隔震技术以及减震技术

1.1建筑结构的减震技术

通常情况下，建筑减震可以通过巧妙利用地震能量和建筑阻尼之间的内在联系实现。如果增加建筑阻尼，可以在很大程度上消耗地震能量，基本上减震措施的基本出发点是使建筑阻尼增加，从而达到消耗地震能量的目的，减轻甚至避免地震对于建筑主体结构的破坏。针对一些相关的布置问题，比如设置消能部件的个数、设置消能部件的位置等，都应该进行仔细的分析以及计算。一般情况下，消能构件都是设置在结构的2个主轴方向上，这样可以使两个方向的刚度以及阻尼增加。也可以将消能结构放置在变形较大的结构位置上，这样可以均衡整个建筑结构的阻尼分布，更容易分散地震能量，使整个建筑物的抗震性能大大提高，确保整个建筑物的安全性。 1.2建筑结构的隔震技术

隔震措施往往会有一定的时间限制，因此建筑的隔震设计应该抢在建筑工程正式开工前，最晚也不能拖到建筑工程施工的时候再针对一些关键的部位设计隔震措施。隔震措施设计时应该选择恰当的部位，一般都是选择建筑的关键部位以及基础部位。

高烈度地震区结构隔震和消能减震设计

摘要：在高烈度地震区，地震频发，建筑必须要做好有效的抗震措施。其中隔震减震设计能够很好的降低地震造成的破坏，有效保护建筑结构。

关键词：隔震；减震；概念；优势；应用

1 前言

地震是一种突发性的、严重危害人类生命和财产安全的自然灾害。近年来，全球范围内发生了多次未预测到的大地震，例如前几年的汶川、海地地震，破坏力之大，震惊世界。

2 隔震及消能减震设计可行性及必要性分析

通常作为公建的高层建筑一般采用框架剪力墙结构，在高烈度地震区如按传统方法设计，需加大框架、剪力墙截面尺寸和数量，来抵抗较大的地震作用。这样的设计，增加了结构本身的质量和刚度，地震作用相应加大，结构层间剪力及位移将大幅度增加，且很多构件有超筋现象发生，抗震性能不佳，较难满足规范要求，也会影响建筑的正常使用功能。《抗规》提供的隔震及消能减震(以下简称减震)抗震设计理论，主旨是“柔”———以柔克刚，用隔震减震构件的变形来消耗地震作用所产生的能量。这样，上部结构承受地震作用减小，结构层间剪力及位移也相应减少，较易满足现有规范要求，抗震性能得到提高，这是抗震设计理论的新发展。目前，隔震与减震技术已在许多地震频发的国家与地区得到广泛的应用，如日本新建筑几乎都要采用隔减震技术。有关国家对隔减震技术进行了深入的研究，积累了相当多的工程实践经验，并制定了隔减震技术设计指南或设计规程。我国2010版《抗规》也对隔减震有关规定进行了修订，为高烈度地震区采用隔减震技术提供了更广泛的空间。根据国内外隔减震技术研究和工程实践经验，可认为隔震及减震技术是减轻建筑物地震灾害的有效技术。

3 隔震和消能减震

3.1 隔震结构

“隔震”即隔离地震。在建筑物上部结构与基础之间以及上部建筑层间设置的隔震层能隔离地震能量向上部传递，降低上部结构的地震作用，达到预期的防震要求，使建筑物的安全得到可靠保证。隔震系统是在建筑物基础与上部建筑结构间或上部建筑层间设置隔震装置（或系统）形成隔震层，把上部结构与基础隔离开来，同时，上部建筑结构通过层间建筑隔震也可以减小下部结构的振动，利用隔离装置来隔离或耗散地震能量，以避免或减少地震能量向上部结构传输，从而减轻建筑物的地震反应，实现地震时隔震层以上主体结构只发生微小的相对运动和变形，使建筑物在地震作用下不损坏或倒塌。