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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 风中免实用标准
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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》实用标准
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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
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、剪力墙、连接件等） 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 风或小地震实用标准
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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实用标准
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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，1995）及国外学 者完成的振动台试验（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% 〜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，即实用标准
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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。 ②经济性：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、力口 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： 但结构越实用标准
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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，造成严重的制约。
消能减震结构则是通过设置消能构件 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、实用标准
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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”分 类，详见下图所示。实用标准
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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：
消能构件的不同构造形式
① 消能支撑：消能支撑可“代替一般的结构实用标准
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（f）分离式勢力堵
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 的剪力墙，在抗震（或抗风）中发挥剪力墙的 水平刚度和消能减震作用。消能剪力墙可做 成竖缝剪力墙、横缝剪力墙、斜缝剪力墙、 周边缝剪力墙、整体剪力墙、分离式剪力墙
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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 联结实用标准
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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。
3、消能装置的不同消能形式
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。实用标准
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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，一般 有下述几种：
① 摩擦消能：如摩擦消能支撑，摩擦节点（图
2-6-16）;
② 钢件（梁、板、棒）非弹性消能装置 （图
2-6-17）;
③ 材料塑性变形消能：如挤压铅阻尼器 （图
2-6-18）;
④ 材料粘弹性消能装置（图2-6-19）; 实用标准
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⑤ 液体阻尼消能：如液体阻尼泵；
⑥ 混合式：几种消能形式混台应用;