结构消能减震技术1、结构消能减震的基本概念
地震发生时地面震动引起结构物的震
动反应，地面地震能量向结构物输入。
结构物接收了大量的地震能量，必然要进行能量转换或消耗才能最后终止震动反应。
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，这些消能构件或消能装置具有足够的初始刚度，处于弹性状态，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（消能构件或消能装置及其连接件）按照不同“构件型式”分为消能支撑、消能剪力墙、消能支承或悬吊构件、消能节点、消能连接等。
消能部件中的消能器（又称阻尼器）分为速度相关型如黏滞流体阻尼器、黏弹性阻尼器、黏滞阻尼墙、黏弹性阻尼墙；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，
具有大震安全性、经济性和技术合理性。
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、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计算分析应依据《建筑抗震设计规范》GB50011 进行，设计安装做法应遵循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《建筑消能阻尼器》JG/T209 的规定。
适用范围：消能减震技术主要应用于高
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）性能的改善等。
传统抗震结构体系，容许结构及承重构
件（柱、粱、节点等）在地震中出现损坏结构及承重构件地震中的损坏过程，就是地震能量的“消能”过程。
结构及构件的严重破坏或倒塌，就是地震能量转换或消耗的最终完成。
结构消能减震体系，就是把结构物的某
些非承重构件 （ 如支撑、剪力 设计成消能杆件，或在结构的某部
位 （ 层间 空间、节点、联结缝等 ） 装设消能装置。
在 风或小地震时， 这些消能构件或消能装置具 有足够的初绐刚度，处于弹性状态，结构物 仍具有足够的侧向刚度以满足使用要求。
当 出现中、强地震时，随着结构侧向变形的增
大．消能构件或消能装置率先进人非弹性状 态，产生较大阻尼，大量消耗输人结构的地 震能量， 使主体结构避免出现明显的非弹性 状态， 并且迅速衰减结构的地震反应 （ 位移、 速度、加速度等 ） ，从而保护主体结构及构 件在强地震中免遭破坏， 确保主体结构在强 地震中的安全。
消能减震结构体系与传统抗震结构体
系相对比，具有下述优越性：
①安全性： 传统抗震结构体系实质上是把结 构本身及主要承重构件 （ 柱、梁、节点等 ） 作 为“消能”构件。
按照传统抗震设计方法． 容 许结构本身及构件在地震中出现不同程度 的损坏。
由于地震烈度的随机变化性和结构 实际抗震能力设计计算的误差， 结构在地震 中的损坏程度难以控制； 特别是出现超烈度 强地震墙、连接件等 ） M/
时，结构难以确保安全。
消能减震结构体系由于特别设置非承
重的消能构件（消能支撑、消能剪力墙等）或消能装置，它们具有极大的消能能力，在强地震中能率先消耗结构的地震能量，迅速衰减结构的地震反应，并保护主体结构和构件免遭损坏，确保结构在强地震中的安全。
据我国对消能臧震结构的振动台试验
（冼巧玲、周福霖、俞公骅，者
1995）及国外
完成的振动台试验（Pull ，
1988；Kelly ，1990；soong，1992）可知，消能减震结构与
传统抗震结构相对比，其地震反应减少
40%G- 60%
另外，消能构件（或装置）属“非结构构件”，即非承重构件，其功能仅是在结构变形过程中发挥消能作用，而不承担结构的承载作用，即它对结构的承载能力和安全性不构成任何影响或威胁。
所以，消
能减震结构体系是一种非常安全可靠的结构减震体系。
性：传统抗震结构采用“硬抗”地震
的途径，通过加强结构、加大构件断面、加多配筋等途径中提高抗震性能，因而，抗震结构的造价大大提高。
消能减震结构是通过“柔性消能”的途
径以减少结构地震反应，因而，可以减少剪力墙的设置，减小构造断面，减少配筋，而其耐震安全度反而提高。
据国内外工程应用总结资料。
采用消能减震结构体系比采用传
统抗震结构体系，可节约结构造价5%〜10% 若用于旧有建筑结构的耐震性能改造加固，消能减震加固方法比传统抗震加固方法，节省建造价10%〜60%。
②技术合理性：传统抗震结构体系是通过加
强结构，提高侧向刚度以满足抗震要求的：但结构越加
强．刚度越大，地震作用（荷载）也越大．只能再加
强结构。
如此恶性借环，其结果，除了安全性、经济性
问题外，对于采用高强、轻质材料（强度高、断面
小、刚度小）的高层建筑、超高层建筑、夫跨度结
构及桥梁等的技术发展，造成严
消能减震结构则是通过设置消
重的制约
能构件
或装置，使结构在出现变形时大量迅速消耗地震能量，
保护主体结构在强地震中的安全。
结构越高、跨度越
大，消能减震效果越显著。
因而，消能减震技术必将
成为采用高强轻质材料的高柔结构（超高层建筑、大
跨度结构及桥梁等）的合理新途径。
由于消能减震结构体系有上述优越性，已被广
泛、成功地应用于“柔性”工程结构物的减震（或抗风）。
一般来说，层数越多、
高度越高、跨度越大、变形越大，消能减震
效果越明显。
所以多被应用于下述结构：
①高层建筑，超高层建筑；②高柔结构，高
耸塔架；③大跨度桥梁；
④柔性管道、管线（生命线工程）：⑤旧有高柔建筑或结构物的抗震（或抗风）性能的改善提高。
结构消能减震体系由主体结构和消能
构件（或装置）组成，可按消能构件的不同
“构件型式”和消能装置的不同“消能型式
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2、消能构件的不同构造形式
结构消能减震体系中的消能构件（或装置），按照其构造形式可以做成:
①消能支撑：消能支撑可“代替一般的结构
支撑，在抗震（或抗风）中发挥支撑的水平刚
度和消能减震作用。
消能支撑可以做成方框支撑、圆框支撑、交叉杆支撑、斜杆支撑、
K形支撑、双K形支撑等。
②消能剪力墙：消能剪力墙可代替一般结构
水平刚度和消能减震作用。
消能剪力墙可做
周边缝剪力墙、整体剪力墙、分离式剪力墙等。
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③ 消能节点：在结构的梁柱节点或粱节点 处装设消能装置。
当结构产生侧向位移，在 节点处产牛角度变化、转动式错动时.消能 装置即发挥消能减震作用。
④ 消能联结：在结构的缝隙处或结构构件之 间的联结处设置消能装置。
当结构在缝隙或 联结处产生相对变形时， 消能装置即发挥消 能减震作用。
⑤ 消能支撑或悬吊构件：对于某些线结构 (如管道、线路等)，设置各种支撑或悬吊消 能装置。
当线结构发生震动时，支承或悬吊 件即发挥消能减震作用。
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3、消能装置的不同消能形式
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消能构件中装设有消能装置； 消能装置 的功能是， 当构件 （ 或节点 ） 发生相对位移或 转动时，产生较大的阻尼．从而发挥消能减 震作用。
为了达到最佳消能效果，要求消能 装置提供最大的阻尼， 即当构件 （或节点 ） 在 力（或弯矩 ）作用下发生位移 （ 或转动 ） 时，所 做的功最大。
为了使消能装置具有较大 的消能能力．可以采用多种消能形式， 有下述几种：
2-6-16） ；
②钢件 （ 梁、板、棒 ） 非弹性消能装置 2-6-17） ；
③材料塑性变形消能：如挤压铅阻尼器 2-6-18） ；
④材料粘弹性消能装置 （ 图 2-6-19） ； ⑤液体阻尼消能：如液体阻尼泵；
①摩擦消能： 如摩擦消能支撑， 摩擦节点
（图
（图
（图
⑥混合式：几种消能形式混台应用;
2-6-16摩擦消能装置图2-6-17消能阻尼装置
图2-6-18 铅挤压阻尼器图2-6-19 粘弹性材料阻尼装置
结构消能减震的实质是：在结构内设置
消能构件（或消能装置），它们能为结构提供
较大的阻尼，在地震时大量消耗输入结构的震动能量，有效衰减结构的地震反应。