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第4章 结构隔震、消能和减震控制 传统的抗震设计方法 传统的抗震设计方法：“小震不坏，中震可修，大震不倒” 结构进入弹塑性状态 常规做法 加大构件截面，提高结构刚度 存在问题： 安全性问题 发生突发性的超过设防烈度地震 适应性问题 建筑物内部重要的设备、仪器、计算机网络、急救指挥系统、通讯系统、医院医疗设备对建筑物的抗震性能有更高要求 经济性问题 以“抗”为主，构件断面越大，结构刚度越大，地震作用也越大…. 建筑技术的发展要求 高强轻质材料的应用 4.1结构隔震、消能和减震控制总论 4.1.1 结构控制的减震机理 结构减震控制——通过改变或调整结构的动力特性或动力作用 在建筑结构的特定部位 装设某种装置（如隔震支座）， 装设某种机构（如消能支撑、消能剪力墙、消能节点，消能器等） 装设某种子结构（如调频质量等） 施加外力（外部能量输入） 使结构的动力反应（加速度、速度、位移）明显减少，并得到合理的控制 确保结构本身及结构中的人、仪器、设备、装潢等的安全和处于正常的使用环境状态 一般结构的动力方程式： 4.1.2 结构控制度内容及分类 第一种分类 按技术方法分 第二种分类 按是否有外部能源输入分 第三种分类 按与结构频率相关性分 图4.1 结构减震控制按技术方法分类 图4.2 结构减震控制按是否有外部能源输入分类 图4.3结构减震控制按结构频率相关性分类 4.1.3 结构控制的特点和优越性 减震控制结构的地震反应与传统抗震结构的地震反应的比值大约为： 隔震结构 8％～50％ 消能结构 40％～60％ TMD被动控制结构 40％～60％ 主动或半主动控制结构 10％～50％ 表4.1 结构控制的特点及优越性 4.1.4结构减震控制的应用范围及技术成熟性 4.2 结构隔震 4.2.1结构隔震体系的基本特性 结构隔震体系——结构物底部（或某层间部位）设置隔震装置而形成的结构体系 1.承载特性 隔震装置 竖向承载能力 2.隔震特性 隔震装置 可变的水平刚度特性 强风或微小地震 具有足够的刚度 中强地震 变柔 3.复位特性 隔震装置 水平弹性恢复力 4.阻尼消能特性 隔震装置 足够的阻尼 4.2.2 结构隔震体系的减震机理 1.结构隔震动力分析模型 2.隔震结构加速度反应分析 结构体系动力微分方程式： 隔震结构体系的固有频率ωn、阻尼比ζ: 设地面的场地特征频率为ω，地面地震加速度反应为 ，由式（4.4）可求出 定义 为隔震结构“加速度反应 衰减比” 当已知： 隔震结构体系要求的“加速度反应衰减比”Ra 场地特征频率与隔震装置的固有频率之比 求得隔震层所要求的阻尼比 3.结构隔震减震分析 （1）当 时，Ra1 结构体系为隔震结构体系，结构的地震反应被衰减， 越大，Ra越小，减震效果越好； （2）当 时，Ra1 结构体系为传统抗震结构体系，结构的地震反应被放大； （3）当 时，Ra1 传统抗震结构与场地共振 一般场地的特征周期Tg＝0.25～0.90s，特征频率ω＝1.1～4.0Hz 一般的多层房屋，结构的自振周期Tn＝0.2～1.2s, 自振频率ωn ＝0.8～5.0Hz 采用夹层橡胶隔震支座的隔震结构，能使结构的自振周期延长至Tn＝2～5s, 自振频率ωn ＝0.2～0.5Hz，一般能满足 的要求。 4.2.3结构隔震的优越性及应用范围 1.结构隔震的优越性： （1）明显有效地减轻结构的地震反应 试验结果 强震记录 加速度1/2~1/12 (2)确保安全 上部结构层间位移小，加速度反应小，弹性状态 （3）房屋造价增加少 上部结构造价减小，隔震装置增加造价（5％），总造价增加不多，对高烈度地区总造价降低。 （4）抗震措施简单明了 主要是隔震层的设计 （5）震后无须修复 建筑物不损坏，只要检查隔震装置 （6）上部结构的建筑设计限制较小 超高砌体房屋，大开间灵活单元多层住宅房屋，不规则建筑结构物 2.结构隔震的工程应用 隔震与消能减