建筑物隔振减震

1、抗震与消能减震控制技术抗震与消能减震控制技术1目目 录录1.1.高层及复杂结构高层及复杂结构 抗震抗震 技术技术2.2.高层及复杂结构高层及复杂结构 隔震隔震 技术技术3.3.高层建筑高层建筑 消能消能 减震技术减震技术4.4.展望展望23结构传统结构传统抗震抗震设计设计 设防目标设防目标设防目标设防目标-小震不坏小震不坏( (结构不损坏结构不损坏) ) 中震可修中震可修( (结构可损坏结构可损坏, ,可修复）可修复） ( (内部设备内部设备 可能损坏可能损坏) ) 大震不倒大震不倒 ( (结构破坏结构破坏, ,但不倒塌但不倒塌) ) ( (内部设备内部设备 可能已毁坏可能已毁坏) )现行规范

2、现行规范, ,在设防烈度内在设防烈度内( (或稍超过或稍超过),), 已证明能实现上述目标已证明能实现上述目标! !但仍存在下述问题但仍存在下述问题: :4结构传统抗震设计存在问题结构传统抗震设计存在问题(1)(1)安全问题安全问题:“:“基本烈度基本烈度”不确定性不确定性, ,突发超强大地震突发超强大地震 ? ? 难于控制结构破损程度难于控制结构破损程度, ,难保证不倒塌难保证不倒塌! !(2)(2)适应问题适应问题: : 只要求在设防烈度内保护结构只要求在设防烈度内保护结构 未保护生命线工程未保护生命线工程: : 内部内部 设备设备, ,仪器仪器(3)(3)经济问题经济问题: : 硬抗地震

3、硬抗地震, ,断面大断面大, , 刚度大刚度大 - - 地震作用大地震作用大 7 7度增加度增加 3-8%, 3-8%, 8 8度增加度增加 10-25%, 10-25%, 造价造价! ! 9 9度增加度增加 20-40% 20-40%(4)(4)建筑复杂导致破坏建筑复杂导致破坏: :不规则平面不规则平面-扭转破坏扭转破坏 不规则立面不规则立面-层间剪切破坏层间剪切破坏传统传统抗震抗震结构的结构的 震害后果震害后果1. 1. 超烈度地震超烈度地震时时, , 严重严重破坏或倒塌破坏或倒塌2. 2. 设防烈度地震时设防烈度地震时, ,结构仅损坏结构仅损坏, ,未倒塌未倒塌 但非结构构件或但非结构构

4、件或贵重装修严重破坏贵重装修严重破坏, ,难以修复难以修复3. 3. 设防烈度地震时设防烈度地震时, ,结构可无损坏结构可无损坏 但房屋但房屋内部设备内部设备, ,仪器或贵重物品掉落仪器或贵重物品掉落, ,破坏破坏 可能导致可能导致城市瘫痪城市瘫痪, ,社会灾难社会灾难4.4. .强风作用下强风作用下, ,舒适度未能满足舒适度未能满足要求要求5高层房屋破坏高层房屋破坏 智利大地震智利大地震 2010.2.27 2010.2.27 烈度超预期烈度超预期 M8.8 M8.8 死死 507 507人人67高层房屋中震破坏高层房屋中震破坏 512 512 汶川地震汶川地震 房屋受损房屋受损, ,貌似完

5、好貌似完好, ,但很难修复但很难修复主体结构破坏轻微主体结构破坏轻微, ,但装修严重破坏但装修严重破坏, ,修复难修复难8中小震中小震 房屋基本完好房屋基本完好, ,内部设备仪器摔倒内部设备仪器摔倒, ,功能中断功能中断 512512地震地震 1 1 机场控制塔机场控制塔, ,供电系统供电系统, ,调度中心调度中心 地震中振动摇摆剧烈，仪表、地震中振动摇摆剧烈，仪表、 控制设备损坏控制设备损坏2.2.震后机场关闭震后机场关闭1717小时小时, ,损失损失 极大极大, ,后果严重后果严重. .生命线系统生命线系统: :医院医院, ,机场机场, ,政府指挥中心政府指挥中心, ,救灾指挥中心救灾指挥

6、中心, ,消防消防, ,电讯电讯, ,电视大楼电视大楼, ,交通枢纽交通枢纽, ,城市瘫痪城市瘫痪, ,救灾受阻救灾受阻, ,损惨重失损惨重失95.215.21地震地震 通信大楼通信大楼 建筑轻微损坏建筑轻微损坏, ,但设备掉落毁坏但设备掉落毁坏, ,通信中断通信中断, ,救灾指挥瘫痪救灾指挥瘫痪10国内外大地震的经验教训国内外大地震的经验教训1.1.目前地震预测及目前地震预测及设防烈度存在不确定性。设防烈度存在不确定性。 灾难性大地震，多发生在低烈度区灾难性大地震，多发生在低烈度区 1976 1976 唐山大地震唐山大地震 6 6 度度 11 11度度, , 历史上无大地震历史上无大地震 1

7、995 1995 日本神户属日本神户属“低烈度安全低烈度安全”区区, , 0.3g 0.6g 0.3g 0.6g （8080年来相对平静，千年未遇大地震）年来相对平静，千年未遇大地震）2.2.地震中直接伤亡，大多是房屋倒塌造成，地震中直接伤亡，大多是房屋倒塌造成，要考虑提高我国抗震设要考虑提高我国抗震设防标准防标准. .3.3.现代建筑屋要求双保护现代建筑屋要求双保护结构和内部内部设施结构和内部内部设施4.4.目前要求大面积提高抗震设防标准目前要求大面积提高抗震设防标准 11建造建造 强地震中安全强地震中安全 房屋的技术对策房屋的技术对策安全安全( (实发强地震实发强地震, ,不坏不坏, ,不

8、倒不倒) ) 适用适用( (保护结构及非结构构件保护结构及非结构构件、装修及设备仪器装修及设备仪器) ) 经济经济( (不能太贵不能太贵) )新技术方法：新技术方法：结构减震控制结构减震控制 隔震隔震 消能减震消能减震 调谐减震调谐减震 主动控制主动控制 半主动混合控制半主动混合控制2.2.隔震技术隔震技术 隔震和耗能减震是建筑结构减轻地震灾害的新技术、新方法和新途径。所谓隔震即立足于“隔”，利用专门的隔震元件，以集中发生在隔震层的较大位移为代价，阻隔地震能量向上部结构的传递，使建筑物有更高的可靠性和安全性。传统抗震方法的不足以及隔震技术的发展传统抗震方法的不足以及隔震技术的发展 传统的建筑结

9、构设计时虽然采取严格的设计，但在遇到超过设计所能抵抗的大地震时，仍不能保证建筑结构的安全。 隔震设计是指在房屋底部设置由橡胶隔震支座和阻尼器等部件组成的隔震层，以延长整个结构体系的自振周期，增大阻尼，减少输入上部结构的地震能量，达到预期的防震要求。 隔震一般可使结构的水平地震加速度反应降低60%左右。传统结构抗震和基础隔震结构示意图传统结构抗震和基础隔震结构示意图隔震技术的效果隔震技术的效果 明显有效地减轻结构的地震反应 确保安全 降低建筑物造价 震后修复方便 3.3.消能减震技术消能减震技术1617 我国减震阻尼装置的应用我国减震阻尼装置的应用1.1.金属阻尼器金属阻尼器减震技术减震技术(

10、(成熟成熟) )2.2.油阻尼器油阻尼器减震技术减震技术( (成熟成熟) )3.3.屈曲约束支撑屈曲约束支撑( (成熟成熟) ) 4.4.记忆合金减震技术记忆合金减震技术( (意大利意大利, ,历史文物加固历史文物加固) )5.5.高层结构新型消能伸臂桁架高层结构新型消能伸臂桁架减震技术减震技术( (带油阻尼器带油阻尼器的伸臂桁架的伸臂桁架,ARUP),ARUP)18油阻尼器支撑油阻尼器支撑19 油阻尼器油阻尼器 应用应用 消能伸臂桁架模型消能伸臂桁架模型消能伸臂桁架的典型布置消能伸臂桁架的典型布置高层结构高层结构 消能伸臂桁架消能伸臂桁架 减震技术减震技术( (示意图示意图) )20阻尼器阻

11、尼器竖向布置竖向布置阻尼器阻尼器耗能耗能0.6g时伸臂固定伸臂固定和伸臂端加阻尼器模型和伸臂端加阻尼器模型结构结构层间位移对比层间位移对比图图21消能伸臂桁架结构消能伸臂桁架结构 试验结果试验结果 结构层间位移结构层间位移消能伸臂桁架结构的优点和初步结论消能伸臂桁架结构的优点和初步结论优点：优点： 既能既能抗风抗风又可又可抗震抗震； 通过增加结构的通过增加结构的附加阻尼附加阻尼 (6-10%) (6-10%)， 从而减小结构的侧向从而减小结构的侧向动力响应动力响应； 楼层加速度和位移楼层加速度和位移减小减小20-40%20-40% 对比传统消能结构，所需对比传统消能结构，所需阻尼器数量少阻尼器

12、数量少 可大幅可大幅降低造价降低造价； 减震装置质量轻减震装置质量轻, ,不占用空间不占用空间, ,增加使用面积增加使用面积 是一种较经济可行的结构形式是一种较经济可行的结构形式 22234.4.展望展望: :隔震建筑的技术经济特点隔震建筑的技术经济特点隔震结构隔震结构 对比对比 传统抗震结构：传统抗震结构： 1.1.大地震时安全大地震时安全: :隔震结构地震反应降为隔震结构地震反应降为 1/4-1/10 , 1/4-1/10 , （安全度提高（安全度提高4-104-10倍）超烈度大地震中成为安全岛倍）超烈度大地震中成为安全岛 大震不坏大震不坏 2. 2.双保护对象双保护对象, ,生命线工程生命线工程: : 保护结构保护结构, ,也保护室内设备仪器也保护室内设备仪器, ,使用功能不中断使用功能不中断 3. 3.结构在大震时基本保持弹性结构在大震时基本保持弹性: : 地震时结构基本保持弹性地震时结构基本保持弹性, ,保护非结构构件保护非结构构件 4. 4.建筑设计自由建筑设计自由: :适用于规则结构适用于规则结构, ,也适用于非规则结构也适用于非规则结构 平面不规则平面不规则学校学校, ,