建筑物隔振減震

1、抗震與消能減震控制技術(shù)抗震與消能減震控制技術(shù)1目目 錄錄1.1.高層及復(fù)雜結(jié)構(gòu)高層及復(fù)雜結(jié)構(gòu) 抗震抗震 技術(shù)技術(shù)2 2. .高層及復(fù)雜結(jié)構(gòu)高層及復(fù)雜結(jié)構(gòu) 隔震隔震 技術(shù)技術(shù)3.3.高層建筑高層建筑 消能消能 減震技術(shù)減震技術(shù)4 4. .展望展望23結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)抗震抗震設(shè)計設(shè)計 設(shè)防目標設(shè)防目標設(shè)防目標設(shè)防目標-小震不壞小震不壞( (結(jié)構(gòu)不損壞結(jié)構(gòu)不損壞) ) 中震可修中震可修( (結(jié)構(gòu)可損壞結(jié)構(gòu)可損壞, ,可修復(fù)）可修復(fù)） ( (內(nèi)部設(shè)備內(nèi)部設(shè)備 可能損壞可能損壞) ) 大震不倒大震不倒 ( (結(jié)構(gòu)破壞結(jié)構(gòu)破壞, ,但不倒塌但不倒塌) ) ( (內(nèi)部設(shè)備內(nèi)部設(shè)備 可能已毀壞可能已毀壞) )

2、現(xiàn)行規(guī)范現(xiàn)行規(guī)范, ,在設(shè)防烈度內(nèi)在設(shè)防烈度內(nèi)( (或稍超過或稍超過),), 已證明能實現(xiàn)上述目標已證明能實現(xiàn)上述目標! !但仍存在下述問題但仍存在下述問題: :4結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)抗震設(shè)計存在問題結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)抗震設(shè)計存在問題(1)(1)安全問題安全問題:“:“基本烈度基本烈度”不確定性不確定性, ,突發(fā)超強大地震突發(fā)超強大地震 ? ? 難于控制結(jié)構(gòu)破損程度難于控制結(jié)構(gòu)破損程度, ,難保證不倒塌難保證不倒塌! !(2)(2)適應(yīng)問題適應(yīng)問題: : 只要求在設(shè)防烈度內(nèi)保護結(jié)構(gòu)只要求在設(shè)防烈度內(nèi)保護結(jié)構(gòu) 未保護生命線工程未保護生命線工程: : 內(nèi)部內(nèi)部 設(shè)備設(shè)備, ,儀器儀器(3)(3)經(jīng)濟問題經(jīng)濟問題: :

3、硬抗地震硬抗地震, ,斷面大斷面大, , 剛度大剛度大 - - 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%, 造價造價! ! 9 9度增加度增加 20-40%20-40%(4)(4)建筑復(fù)雜導(dǎo)致破壞建筑復(fù)雜導(dǎo)致破壞: :不規(guī)則平面不規(guī)則平面-扭轉(zhuǎn)破壞扭轉(zhuǎn)破壞 不規(guī)則立面不規(guī)則立面-層間剪切破壞層間剪切破壞傳統(tǒng)傳統(tǒng)抗震抗震結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的 震害后果震害后果1. 1. 超烈度地震超烈度地震時時, , 嚴重嚴重破壞或倒塌破壞或倒塌2. 2. 設(shè)防烈度地震時設(shè)防烈度地震時, ,結(jié)構(gòu)僅損壞結(jié)構(gòu)僅損壞, ,未倒塌未倒塌 但非結(jié)構(gòu)構(gòu)件或但非

4、結(jié)構(gòu)構(gòu)件或貴重裝修嚴重破壞貴重裝修嚴重破壞, ,難以修復(fù)難以修復(fù)3. 3. 設(shè)防烈度地震時設(shè)防烈度地震時, ,結(jié)構(gòu)可無損壞結(jié)構(gòu)可無損壞 但房屋但房屋內(nèi)部設(shè)備內(nèi)部設(shè)備, ,儀器或貴重物品掉落儀器或貴重物品掉落, ,破壞破壞 可能導(dǎo)致可能導(dǎo)致城市癱瘓城市癱瘓, ,社會災(zāi)難社會災(zāi)難4 4. . .強風(fēng)作用下強風(fēng)作用下, ,舒適度未能滿足舒適度未能滿足要求要求5高層房屋破壞高層房屋破壞 智利大地震智利大地震 2010.2.27 2010.2.27 烈度超預(yù)期烈度超預(yù)期 M8.8 M8.8 死死 507507人人67高層房屋中震破壞高層房屋中震破壞 512512 汶川地震汶川地震 房屋受損房屋受損, ,

5、貌似完好貌似完好, ,但很難修復(fù)但很難修復(fù)主體結(jié)構(gòu)破壞輕微主體結(jié)構(gòu)破壞輕微, ,但裝修嚴重破壞但裝修嚴重破壞, ,修復(fù)難修復(fù)難8中小震中小震 房屋基本完好房屋基本完好, ,內(nèi)部設(shè)備儀器摔倒內(nèi)部設(shè)備儀器摔倒, ,功能中斷功能中斷 512512地震地震 1 1 機場控制塔機場控制塔, ,供電系統(tǒng)供電系統(tǒng), ,調(diào)度中心調(diào)度中心 地震中振動搖擺劇烈，儀表、地震中振動搖擺劇烈，儀表、 控制設(shè)備損壞控制設(shè)備損壞2.2.震后機場關(guān)閉震后機場關(guān)閉1717小時小時, ,損失損失 極大極大, ,后果嚴重后果嚴重. .生命線系統(tǒng)生命線系統(tǒng): :醫(yī)院醫(yī)院, ,機場機場, ,政府指揮中心政府指揮中心, ,救災(zāi)指揮中心救

6、災(zāi)指揮中心, ,消防消防, ,電訊電訊, ,電視大樓電視大樓, ,交通樞紐交通樞紐, ,城市癱瘓城市癱瘓, ,救災(zāi)受阻救災(zāi)受阻, ,損慘重失損慘重失95.215.21地震地震 通信大樓通信大樓 建筑輕微損壞建筑輕微損壞, ,但設(shè)備掉落毀壞但設(shè)備掉落毀壞, ,通信中斷通信中斷, ,救災(zāi)指揮癱瘓救災(zāi)指揮癱瘓10國內(nèi)外大地震的經(jīng)驗教訓(xùn)國內(nèi)外大地震的經(jīng)驗教訓(xùn)1.1.目前地震預(yù)測及目前地震預(yù)測及設(shè)防烈度存在不確定性。設(shè)防烈度存在不確定性。 災(zāi)難性大地震，多發(fā)生在低烈度區(qū)災(zāi)難性大地震，多發(fā)生在低烈度區(qū) 1976 1976 唐山大地震唐山大地震 6 6 度度 1111度度, , 歷史上無大地震歷史上無大地震

7、 1995 1995 日本神戶屬日本神戶屬“低烈度安全低烈度安全”區(qū)區(qū), , 0.3g 0.6g 0.3g 0.6g （8080年來相對平靜，千年未遇大地震）年來相對平靜，千年未遇大地震）2.2.地震中直接傷亡，大多是房屋倒塌造成，地震中直接傷亡，大多是房屋倒塌造成，要考慮提高我國抗震設(shè)要考慮提高我國抗震設(shè)防標準防標準. .3.3.現(xiàn)代建筑屋要求雙保護現(xiàn)代建筑屋要求雙保護結(jié)構(gòu)和內(nèi)部內(nèi)部設(shè)施結(jié)構(gòu)和內(nèi)部內(nèi)部設(shè)施4.4.目前要求大面積提高抗震設(shè)防標準目前要求大面積提高抗震設(shè)防標準 11建造建造 強地震中安全強地震中安全 房屋的技術(shù)對策房屋的技術(shù)對策安全安全( (實發(fā)強地震實發(fā)強地震, ,不壞不壞,

8、,不倒不倒) ) 適用適用( (保護結(jié)構(gòu)及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件保護結(jié)構(gòu)及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、裝修及設(shè)備儀器裝修及設(shè)備儀器) ) 經(jīng)濟經(jīng)濟( (不能太貴不能太貴) )新技術(shù)方法：新技術(shù)方法：結(jié)構(gòu)減震控制結(jié)構(gòu)減震控制 隔震隔震 消能減震消能減震 調(diào)諧減震調(diào)諧減震 主動控制主動控制 半主動混合控制半主動混合控制2.2.隔震技術(shù)隔震技術(shù) 隔震和耗能減震是建筑結(jié)構(gòu)減輕地震災(zāi)害的新技術(shù)、新方法和新途徑。所謂隔震即立足于“隔”，利用專門的隔震元件，以集中發(fā)生在隔震層的較大位移為代價，阻隔地震能量向上部結(jié)構(gòu)的傳遞，使建筑物有更高的可靠性和安全性。傳統(tǒng)抗震方法的不足以及隔震技術(shù)的發(fā)展傳統(tǒng)抗震方法的不足以及隔震技術(shù)的發(fā)展 傳統(tǒng)的建

9、筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時雖然采取嚴格的設(shè)計，但在遇到超過設(shè)計所能抵抗的大地震時，仍不能保證建筑結(jié)構(gòu)的安全。 隔震設(shè)計是指在房屋底部設(shè)置由橡膠隔震支座和阻尼器等部件組成的隔震層，以延長整個結(jié)構(gòu)體系的自振周期，增大阻尼，減少輸入上部結(jié)構(gòu)的地震能量，達到預(yù)期的防震要求。 隔震一般可使結(jié)構(gòu)的水平地震加速度反應(yīng)降低60%左右。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震和基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)示意圖傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震和基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)示意圖隔震隔震技術(shù)技術(shù)的效果的效果 明顯有效地減輕結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng) 確保安全 降低建筑物造價 震后修復(fù)方便 3.3.消能減震技術(shù)消能減震技術(shù)1617 我國減震阻尼裝置的應(yīng)用我國減震阻尼裝置的應(yīng)用1.1.金屬阻尼器金屬阻尼器減震技術(shù)減震技術(shù)

10、( (成熟成熟) )2.2.油阻尼器油阻尼器減震技術(shù)減震技術(shù)( (成熟成熟) )3.3.屈曲約束支撐屈曲約束支撐( (成熟成熟) ) 4.4.記憶合金減震技術(shù)記憶合金減震技術(shù)( (意大利意大利, ,歷史文物加固歷史文物加固) )5.5.高層結(jié)構(gòu)新型消能伸臂桁架高層結(jié)構(gòu)新型消能伸臂桁架減震技術(shù)減震技術(shù)( (帶油阻尼器帶油阻尼器的伸臂桁架的伸臂桁架,ARUP),ARUP)18油阻尼器支撐油阻尼器支撐19 油阻尼器油阻尼器 應(yīng)用應(yīng)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層結(jié)構(gòu)高層結(jié)構(gòu) 消能伸臂桁架消能伸臂桁架 減震技術(shù)減震技術(shù)( (示意圖示意圖) )20阻尼

11、器阻尼器豎向布置豎向布置阻尼器阻尼器耗能耗能0.6g時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結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)層間位移對比層間位移對比圖圖21消能伸臂桁架結(jié)構(gòu)消能伸臂桁架結(jié)構(gòu) 試驗結(jié)果試驗結(jié)果 結(jié)構(gòu)層間位移結(jié)構(gòu)層間位移消能伸臂桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點和初步結(jié)論消能伸臂桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點和初步結(jié)論優(yōu)點：優(yōu)點： 既能既能抗風(fēng)抗風(fēng)又可又可抗震抗震； 通過增加結(jié)構(gòu)的通過增加結(jié)構(gòu)的附加阻尼附加阻尼 (6-10%)(6-10%)， 從而減小結(jié)構(gòu)的側(cè)向從而減小結(jié)構(gòu)的側(cè)向動力響應(yīng)動力響應(yīng)； 樓層加速度和位移樓層加速度和位移減小減小20-40%20-40% 對比傳統(tǒng)消能結(jié)構(gòu)，所需對比傳統(tǒng)消能結(jié)構(gòu)，所需阻尼器數(shù)量少阻尼

12、器數(shù)量少 可大幅可大幅降低造價降低造價； 減震裝置質(zhì)量輕減震裝置質(zhì)量輕, ,不占用空間不占用空間, ,增加使用面積增加使用面積 是一種較經(jīng)濟可行的結(jié)構(gòu)形式是一種較經(jīng)濟可行的結(jié)構(gòu)形式 22234 4. .展望展望: :隔震建筑的技術(shù)經(jīng)濟特點隔震建筑的技術(shù)經(jīng)濟特點隔震結(jié)構(gòu)隔震結(jié)構(gòu) 對比對比 傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)： 1.1.大地震時安全大地震時安全: :隔震結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)降為隔震結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)降為 1/4-1/10 ,1/4-1/10 , （安全度提高（安全度提高4-104-10倍）超烈度大地震中成為安全島倍）超烈度大地震中成為安全島 大震不壞大震不壞 2. 2.雙保護對象雙保護對象, ,生命線工程生命線工程: : 保護結(jié)構(gòu)保護結(jié)構(gòu), ,也保護室內(nèi)設(shè)備儀器也保護室內(nèi)設(shè)備儀器, ,使用功能不中斷使用功能不中斷 3.3.結(jié)構(gòu)在大震時基本保持彈性結(jié)構(gòu)在大震時基本保持彈性: : 地震時結(jié)構(gòu)基本保持彈性地震時結(jié)構(gòu)基本保持彈性, ,保護非結(jié)構(gòu)構(gòu)件保護非結(jié)構(gòu)構(gòu)件 4.4.建筑設(shè)計自由建筑設(shè)計自由: :適用于規(guī)則結(jié)構(gòu)適用于規(guī)則結(jié)構(gòu), ,也適用于非規(guī)則結(jié)構(gòu)也適用于非規(guī)則結(jié)構(gòu) 平面不規(guī)則平面不規(guī)則學(xué)校學(xué)校,