㈠ 結構師輔導：建築結構減隔震及結構控制技術的現狀和發展趨勢
一、傳統的抗震方法
地震是由於地面的運動，使地面上原來處於靜止的建築物受到動力作用而產生強迫振動，因而在結構中產生內力、變形和位移。經過簡化後模型的動力學分析，即一次次的震害分析進行修正、補充，得到一些建築物在地震作用下的反應機理及破壞形式，提出了一些建築物抗爭的計算方法及設計的基本原則。這些在實際應用中得到了很不錯的效果。
1、概念設計的一些原則
1）總體屈服機制。例如強碰唯柱弱梁。
2）剛度與延性均衡。砌體結構中為提高延性設構造柱與圈樑，形成一個較弱的框架。
3）強度均勻。結構在平面和立面上的承載力均勻。
4）多道抗震防線。
5）強節點設計。
6）避開場地卓越周期區。
2、在此基礎上作結構地震反應分析，其分析方法主要有：①地震荷載法；②振型分解法；③動力時程分析法。現在還發展了push-over法、能力譜等方法。抗震設防目標也從單一的、基於生命安全的性態標准發展到基於各種性態，強調「個性」設計的設計理念。
3、傳統抗震方法的缺點與不足
傳統抗震結構主要利用主體結構構件屈服後的塑性變形能和滯回耗能來耗散地震能量，這使得這些區域的耗能性能變得特別重要，而一旦由於某些因素導致這些區域產生問題，將嚴重影響到結構的抗震性能，產生嚴重破壞，由於破壞部位位於主要結構構件，其修復是很難進行的。
由於傳統抗震結構是以防止結構倒塌為目標，其抗震性能在很大程度上依賴於結構（構件）的延性，以往的許多研究也注重於提高結構（構件）的延性方面，卻忽略了對結構損傷程度的控制。
4、傳統的抗震方法在提高結構性能方面有較多困難。
傳統抗震結構的耗能能力主要依賴於主體結構的延性。既要求主體結構強度高，又要求延性好，很難實現。
1）框架結構
許多研究者推薦強柱弱梁體系作為最合適的抗震框架體系。該體系可將地震輸入能量分散在?1構的Dp磯嗖課緩納⒌簦踔量梢改吵雹鑰刂撲苄越魯魷值乃承蠐氬課唬有遠雜謔菇ㄖ鐫諍庇齙卣鷸斜4嫦呂垂倘緩苤匾廡┰て詰乃苄越慮謚械瘸潭鵲牡卣鷸幸不岵有砸餐庇Ρ豢醋魘且恢幀捌蘋怠薄：篤諦薷捶延靡埠芨摺?
2）剪力牆結構
剪力牆結構體系具有抗側剛度大，在水平地震作用下的側移小，其總的水平地震作用也大等特點，常見的震害一般來說為牆面的斜向裂縫或是底部樓層的水平施工縫發生水平錯動，當底部屈服後，剪力牆的抗側作用就很小，且剪力牆的耗能也基本集中與底部塑性鉸區域，上部牆體對抵禦強震無顯著作用。而且剪力牆要承擔一定的豎向荷載，因此底部的破壞也十分難修復。
3）框架-剪力牆結構
從抗震概念設計來說，框架-剪力牆結構具有了多道抗震防線。有框架和牆體組成的抗震結構中，框架的剛度小，承擔的地震作用力小，而彈性極限變形值和延性卻較小。整個結構在地震作用下，牆體很快超過自身的較小彈性極限變形，出現裂縫，水平承載力下降，此時框架尚未充分發揮自身的水平抗力；牆體開裂後，框架承擔的地震力增大，同時由於結構剛度的變化，地震作用效應也發生了變化。但無論是剪力牆還是框架，都是主體結構的一部分，損傷壞後的修復工作都是比較困難的，而且花費也不小。
二、減振、隔震和振動控制的現狀
鑒於上述傳統抗震方法的缺點與不足，並在全部了解地震引起結構震動的全過程。由震源產生地震動，通過傳播途徑傳遞到結構上，從而引起結構的震動反應。通過在不同階段採取震動方法控制措施，就成為不同的積極抗震方法。大致包括以下四點：
①震源→消震
消震是通過減弱震源震動強度達到減小結構震動的方法，由於地震源難以確定，且其規模宏大，目前還沒有有效可行的措施將震源強度減弱到預定的水平。
②傳播途徑→隔震
隔震是核帆通過某種裝置將地震與結構隔開，其作用是減弱和改變地震動時結構作用的強度和方式，以此達到減少結構震動的目的。隔震方法主要有基底隔震和懸掛隔震兩種。
③結構→被動減震
被動減震是通過採取一定的措施或附加子結構吸收和消耗地震傳遞給主結構的能量，達到減小結構震動的目的。被動減震方法有耗能減震，沖擊減震和吸震減震。
④反應→主動減震
主動減震是根據結構的地震反應，通過地震系統地執行機，主動給結構施加控制力，達到減小結構震動的目的。
結構隔震、減震方法的研究和應用開始於60年代，70年代以來發展速度很快。這種積極的結構抗震方法與傳統的消極抗震方法相比，有以下優點：
①能大大減小結構所收得的地震作用，從而可減低結構造價，提高結構抗爭的可靠度。此外，隔震方法能夠較准確地控制傳到結構上的地震力，從而克服了設計結構構件時難以准確確定載荷的困難。
②能大大減小結構在地震作用下的變形，保證非結構構件不受地震破壞，從而減少震後維修費用，對於典型的現代化建築，非結構構件（如玻璃幕牆，飾面，公用設施等）的造價甚至占整個房屋總造價的80%以上。
③隔震、減震裝置即使震後產生較大的永久變形或損壞，其復位、更換、維修結構構件方便、經濟。
④用於高技術精密加工設備、核工業設備等的結構物，只能用隔震、減震的方法滿足嚴格的抗震要求。
（一）、隔震
1、基地隔震
1)夾層橡膠墊隔震裝置
用於隔震裝置的橡膠墊塊，可用天然橡膠，也可用人工合成橡膠（氯丁膠）。為提高墊塊的垂直承載力和豎向剛度，橡膠墊塊一般由橡膠片與薄銅板疊合而成。
2)鉛芯橡膠支座
這樣就使支座具有足夠的初始剛度，在風荷來和制動力等常見載荷作用下保持具有足夠的剛度，以滿足正常使用要求，但強地震發生時，裝置柔性滑動，體系進入消能狀態。
3)滾珠（或滾軸）隔震
有自復位能力的；有加銅拉桿風穩定裝置；橫向油壓千斤頂位的。另外，還有加消能裝置的，消能裝置有軟消能桿剪，鉛擠壓消能器，油阻尼器，光阻尼器等。
4)懸掛基礎隔震
5)搖擺支座隔震
同原理還有踏步式隔震製作，用於細高的結構物，如煙囟、橋墩、櫃體筒體建築物等。
6)滑動支座隔震
上部結構與基礎之間設置相互滑動的滑板。風載、制動力或小震時，靜摩擦力使結構固結於基礎上；大震時；
結構水平滑動，減小地震作用，並以其摩擦阻尼消耗地震能源。
為控制滑板間的摩擦力，使之滿足隔震要求；在滑板間可以加設滑層。目前常用的滑層有：塗層滑層（聚氯乙烯）、粉粒滑層（鉛粒、沙粒、滑石、石墨等）。
2、懸掛隔震
懸掛隔震使將結構的全部或大部分質量懸掛起來，是地震動傳遞不到主體質量上，產生較小的慣性力，從而起到隔震作用。懸掛結構在橋梁、火電廠鍋爐架等方面有大量應用。的43層香港匯豐銀行新大樓採用的就是懸掛結構。
懸掛結構懸桿受力較大，須採用高強鋼，而高強鋼忍性差，在豎向地震作用時易拉斷。為減小豎向地震作用，可在吊點設減震彈簧，並配合使用阻尼器。
3、隔震應用的注意事項：
1)隔震實際上會使原有結構的固有周期演唱，在下列情況下不宜採用隔震設計：
①基礎土層不穩定；
②下部結構變性大，原有結構的固有周期比較長；
③位於軟弱場地，延長周期可能引起共振；
④製作中出現負反力；
2)隔震裝置必須具有足夠的初始剛度，這樣能滿足正常使用要求。當強震發生時，裝置柔性消震，體系進入消能狀態。
3)隔震裝置能使結構在基礎面上柔性滑動，在地震來時這樣必然會產生很大的位移。為減低結構的位移反應，隔震裝置應提供較大的阻尼，具有較大的消能能力。
4、隔震體系的優點：
1)明顯有效地減輕結構的地震反應。從振動台地震模擬試驗結果及美國，日本建造的隔整結構在地震中的強震記錄得知，隔振體系的結構加速度反應只相當於傳統結構（基礎固定）加速度反應的1/3——1/10。這種減震效果是一般傳統抗震結構所望塵莫及的。從而能非常有效地保護結構物或內部設備在強地震沖擊下免遭任何毀壞。
2)確保安全。在地面劇烈震動時，上部結構仍能處於正常的彈性工作狀態。這既適用於一般民用建築結構，確保居民在強地震中的絕對安全，也適用於某些重要結構物和重要設備。
3)減低房屋造價。從汕頭，廣州，西昌等地建造隔震房屋得知，多層隔震房屋比傳統多層隔震房屋節省房屋土建造價：7度區節省3——6%，8度區節省8——14%，9度區節省15——20%。並且安全度大大提高。
4)抗震措施簡單明了。抗震涉及的對象從考慮整個結構物的復雜的不明確的抗震措施轉變為只考慮隔震裝置，簡單明了。結構物本身與一般非地震區的做法無疑，設計施工大大簡化。
5)震後修復方便：地震後，只對隔震裝置進行必要的檢查更換。而無需考慮建築結構物本身的修復，地震後可很快恢復正產生活或生產，這帶來極明顯的社會效益和經濟效益。
（二）被動減震
1、耗能減震
1)結構消能減震體系的特點：
結構消能減震體系是把結構的某些非承重構件（如支撐剪力牆等）設計成消能桿剪，或在結構物的某些部位（節點或連接）裝設阻尼器，在風荷載輕微地震時，這些消能桿件或阻尼器仍處於剛彈性狀態，結構物仍具有足夠的側向剛度以滿足正常使用要求，在強地震發生時，隨著結構受力和變形的增大，這些消能桿件和阻尼器，率先進入非彈性變形狀態，產生較大阻尼，大連消耗輸入結構的地震能量，從而使主體結構避免進入明顯的非彈性狀態並迅速衰減結構的地震反應，從而保護主體結構在強地震中免遭損失。與傳統的結構抗震體系相比較，它有如下的優越性：
①傳統的結構抗震體系是把結構的主要承重構件（梁、柱、節點）作為消能構件，地震中受損壞的是這些承重構件，甚至導致房屋倒塌。而消能減震體系則是以非承重構件作為消能構件或另設阻尼器，他們的損壞過程是保護主體結構的過程，所以是安全可靠的。
②震後易於修復或更換，是建築結構物迅速恢復使用。
③可利用結構的抗側力構件（支撐、剪力牆等）作為消能桿件，無需專設。
④有效地衰減結構的地震反應。
由於上述的優越性，消能減震體系被廣泛用於高層建築的抗震，高聳構築物（塔、架等）的抗震或抗風，單層工業廠房排架縱向抗震，管線系統減震保護等。
2)結構消能減震體系的設計和工程應用：消能減震體系按其消能裝置的不同，可分為二類：
①消能構件減震體系：
利用結構的非承重構件作為消能裝置的結構減震體系。常用的消能構件有：
消能支撐：耗能交叉支撐，摩擦耗能支撐，耗能偏心支撐，耗能隔撐。一般支撐桿件大都用軟鋼製作，取材容易，屈服點適當，延性好，故有較高的消能減震性能。構件大都採用非彈性「彎曲」變形的消能減震性能，具有較高抵抗周疲勞破壞的能力。
消能剪力牆：豎縫消能剪力強、橫縫消能剪力牆、周邊縫消能剪力牆等。其混凝土的接縫面可以填充粘性材料能或用鋼筋聯接。強地震時，出現非彈性的縫面錯動，產生阻尼，消耗地震能量。
②阻尼器消能減震體系：在結構的某些部位（支撐桿件、剪力牆與邊框聯結處、樑柱節點處等）裝設阻尼器（軟鋼阻尼器、擠壓鉛阻尼器、摩擦阻尼器、粘彈性阻尼6韉齲Ay。在強地震時，結構物這些部位發生較大變形，從而使裝設在該部位的阻尼器有效的發揮消能作用。
2．沖擊減震
沖擊減震是依靠附加活動質量與結構之間的非完全彈性碰撞達到交換動量和耗散動能進而實現減小結構地震反應的技術。
實際應用時，一般在結構的某部位（常在頂部）懸掛擺錘。結構震動時，擺錘撞擊結構使結構震動衰減。另外，擺錘還兼有吸振器的功能。
3．吸振減震
吸震減震是通過附加子結構，使結構的震動發生位移，即使結構的振動能量在原結構與子結構之間重新分配，從而達到減小結構震動的目的。
目前，工程結構應用的吸震減震裝置主要有：調諧質量阻尼器（簡稱TMD）,調液（柱）阻尼器（簡稱TLD或TLCD）懸吊質量擺阻尼器（簡稱SMPD）和質量放大器。
（三）主動控制減震
主動控制減震體系是利用外部能源，在結構受地震激勵震動過程中，瞬時改變結構動力特性和施加控制力，以衰減結構地震反應的自動控制體系。
主動控制體系中的控制器有三部分組成。
①感測器。安裝在結構上，測量結構所受外部激勵或結構反應或兩者，將測量的信息傳遞給控制器的處理器。
②處理器。處理測得的信息，根據給定的控制演算法，計算所需的控制力，並將控制信息傳遞給控制器中的致動器。
③致動器。根據控制信息，有外部供給能源產生所需的控制力，從而減小結構振動反映。
根據控制器的工作方式，主動控制體系分三種類型：
①開環控制。根據外部激勵信息調整控制力。
②閉環控制。根據結構反應信息調整控制力。
③開筆環控制。根據外部激勵和結構反應的綜合信息調整控制力。
主動控制是振動控制的現代方法，他已廣泛用於電子工程，機械工程，航空航天工程等領域，但在土木工程中應用該方法進行結構主動控制尚是一個新興研究方向。
結構震動主動控制裝置
①主動拉索。主動拉索控制系統由連接在結構上的預應力鋼拉索構成，在拉索上安裝一套液壓伺服機系統。
②主動調頻質量阻尼器。是在TMD的基礎上增加主動控制力而構成的減震器。
③氣體脈沖發生器。這是一種通過噴管釋放高壓氣體產生脈沖動力，以減弱結構振動反應的裝置。
（四）半主動控制和混合控制
1、半主動控制
半主動控制兼有被動控制和主動控制的優點。它具備主動控制的效果又只需很小的電能通過調節和改變結構的性能減小地震反應，因此比較適合於改善工程結構的抗震設防。
1)變阻尼半主動控制
對變阻尼半主動控制的研究一度非常活躍，其目的在於尋找比定阻尼系統更好的減震效果，但事實上人們早已知道，阻尼的減振效果是有條件的。但單自由度體系基座受到簡諧運動激勵時，阻尼愈大，結構和相對運動（位移、速度和加速度）不斷減少；對絕對運動則不然，當干擾頻率與自振頻率的比值時，增大阻尼反而會使絕對位移、速度和加速度反應增大。在地震作用下也可能出現類似的情況。
這說明對中、短周期的結構，當設計地震動的主要周期較短時，不必要採用半主動變阻尼系統。但是對於長周期結構，採用半主動變阻尼控制方法與採用上限阻尼時相比可以明顯地減小絕對加速度反應，對相對反應也無不利影響。看來只有當需要同時減小長周期結構的相對位移反應和絕對加速度反應時才有必要採用變阻尼半主動控制。
常見的變阻尼半主動控制有變孔徑油阻尼器、電流變阻尼器、磁流變阻尼器、變摩擦可控阻尼器、調諧質量可控阻尼器。
2) 變剛度半主動控制系統（AVS）
日本鹿島公司在他們的大型振動台控制樓上採用了AVS系統以減小中震和大震中的反應。在此系統中，應用液壓元件改變剛性支撐和大梁的連接條件，隨時調節層間剛度，避免共振。
變剛度和變阻尼系統應屬於變結構控制的范疇，其理論基礎在自動控制領域中已有深入地研究。在變剛度半制動控制系統中結構的層間水平剛度可以在其值和最小值之間跳躍或隨意調節。當強震地面運動的主要頻率不在被控結構自振頻率的可能的變化范圍以內時，對系統將產生什麼樣的影響則是值得研究的問題。
2、混合控制
將主動控制與被動控制結合起來應用或採用其它復合控制方式通常稱為混合控制，其最常用的形式是用作動器拖動調諧質量阻尼器（HMS）。
主動控制、半主動控制和混合控制由於都需要實時觀測結構反應並進行實時分析和反饋控制，系統極為復雜，在推廣應用方面受制於經濟和技術條件。相比之下以增加結構阻尼、避免共振的被動控制技術則更適合在眾多的實際工程中應用。
三、今後的發展趨勢
傳統的依賴結構延性的抗震措施是以一定的損傷為代價減小地震反應，應用見證效能技術則可以減小結構本身的損傷，對各類結構基本上能使用，其減震效果對地面運動特性依賴性較小，耗資也不是很大，因此是可以廣泛使用的方法。值得注意的是增大阻尼在減小結構相對位移反應和變形的過程中有時會使結構的絕對速度和加速度增大，從而對內部設備和人員帶來某些不利影響。
基礎隔震對在短周期內地面運動影響下的中短周期結構而言，其減震效果比消能技術更好，但對地面運動輸入特性比較敏感，不能完全消除共振的危險性。半主動控制和混合控制方法可以滿足不同的設防要求，對地面運動和結構本身不確定性的地適應能力更強，可以提高結構在地震作用下的安全性，引入智能元件以後，效果會更好，因此是值得重視的新領域。此外尚應在不同學科和專業之間開展合作和交叉研究，開發使用的裝置、機構和配套技術，盡快形成新的產業，以支持新技術的推廣應用。結構振動控制的研究和應用需要講傳統的建造技術與高新技術相結合，使結構的安全保障系統成為智能結構的重要組成部分，為人類營造一個更加安全舒適的工作和生活環境。
參考文獻
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㈡ 建築消能減震技術應用
建築消能減震技術應用具體包括哪些內容呢，下面中達咨詢招投標老師為你解答以供參考。
基礎隔振與結構隔振是目前消能減震技術應用的最廣泛，效果最好的方法。其中基礎隔振是主動減震，而結構減震是被動隔振。結構消能減震技術屬於結構減震控制中的被動控制。
1 基礎隔振技術
1.1 液壓質量(HMS)控制系統。系統使用適用范圍是底層柔性建築，底層柔性建築雖然能滿足底層大空間的要求，但由於在地展中，柔性底層往往變形過大而導致結構破壞，其抗震性能較差，因此，提出採用結構控制的方法來改善此類建築的抗震性能。HMS系統主要由液壓缸、活塞和管路等組成，其安裝在單層框架上，見圖1。由圖1可知，當框架受地面運動而產生振動時，由活塞推動液體，使管路中的液體和質量塊隨之振動，由於框架的一部分振動能里傳遞給了液體和質塊，從而減小了框架結構的振動。HMS系統中液體的壓縮性必須考慮，並建立了考慮液體壓縮性的HMS系統的「彈性」計算分析模型，由「彈性」模型可得到結構和HMS系統組成的控制抗震建築新體系。
1.2 疊層橡膠支座基礎隔震。疊層橡膠支座基礎褲茄隔震建築地震反應分析的常用力學模型有層間剪切模型、層間剪彎模型、層間扭轉模型及空間桿系模型等，其中應用最多的是層間剪切模型。當利用層間剪切模型分析基礎隔震建築的動力響應時，首先需要將柔性隔震層的復雜滯回特性簡化為可用於數值分析的恢復力模型。
2 結構的消能減震技術[1]
2.1 摩擦阻尼器。摩擦耗能器是一種耗能性能良好、構造簡單、造價低、製作方便的減振裝置。普通摩擦耗能器其構造如圖2所示，通過開有狹長槽孔的中間鋼板相對於上下兩塊銅墊板的摩擦運動而耗能，調整螺栓的緊固力可改變滑動摩擦力的大小。試驗結果表明:滑動摩擦力與螺栓的緊固力成正比；其最大靜摩擦力和滑動摩擦力相差較小，但滑動摩擦力的衰減較大，達到30%，其原因是由螺栓松動引起的；滯回曲線表現出良好的剛塑性性能。
由摩擦滑動節點和4根鏈桿組成，摩擦滑動節點由鋼板通過高強螺栓連接而成，耗能器的起滑力由節點板間的摩擦力控制，可在鋼板之間夾設摩擦材料或是對接觸面做處理來調節摩擦系數，通過松緊節點栓來調節鋼板間的摩擦力，四周的鏈桿起連接和協調變形的作用。當支撐外力不能克服最大靜摩擦力時，耗能器不產生滑動；當外力能夠克服最大靜摩擦力時，耗能器產生滑動並通過摩擦做功耗能。試驗結果表明:Pall摩擦耗能器的工作性能穩定，耗能能力強。
2.2 軟鋼阻尼器。軟鋼阻尼器是結構被動控制中耗能減震裝置的一種，在地震或風振時，通過軟鋼發生塑性屈服滯回變形而耗散輸入結構中的能量，從而達到減震的目的。在其內核鋼支撐和外包層(鋼管、鋼筋混凝土或鋼管混凝土)之間形成無粘結滑移界面，防止內核鋼支撐在壓力作用下屈曲，從而獲得豐滿的滯回曲線。該阻尼器具有方便耐用、滯回耗能性能良好的特點，逐漸得到工程界的廣泛認可。
2.3 鉛阻尼器。鉛橡膠復合阻尼器的構造主要是由薄鋼板、橡膠鄭帆、鉛、擠壓頭、連接板及保護層所組成。薄鋼板、橡膠、連接板中央預先留有圓孔，並通過高溫高壓硫化為一體，鉛在硫化後通過擠壓灌入預留孔中。薄鋼板可經特殊處理以提高阻尼力和屈服後剛度。
2.4 粘彈性阻尼器[2]。粘彈性阻尼器的消能減震結構在工程抗震中發揮著重要的作用。由於附加阻尼的加入，結構體系總阻尼不再滿足正則模態的正交性，使得所涉及到的運動方程是相互耦合的，因此無法通過求解一般動力方程的方法得到解析解。Foss最先提出了復模態分析方法的理論，通過將原來耦合的方程作一次Foss變換，喊純雹得到解耦的運動方程，從而可求得結構在地震作用下的反應。運用復模態理論將基礎隔振結構運動方程解耦，分析了在地震作用下的反應。
2.5 調諧液體阻尼器(Tuned Liquid Damper，TLD)。調諧液體阻尼器(TLD)[3]是一種主要用於高層建築和高聳結構振動控制的水箱，它利用結構上固定容器中液體的慣性和黏性耗能減小結構的振動，是一種被動控制裝置。筆者利用TLD對高層建築地震反應進行了振動控制研究。要使得TLD發揮比較好的減振效果，就必須使水箱中的水盡可能地晃動起來，要求水箱中水的晃盪頻率與結構自振頻率相等，效果最佳。
2.6 調諧質量阻尼器(Tuned Mass Damper縮寫TMD)。TMD是一種簡單、便於安裝、易於維修和更換的控制結構裝置。理論分析研究表明對於一般多層房屋建築，在地震激勵下，結構相對於地面的最大位移發生在頂層。同時，研究結果還表明:TMD的阻尼比在(0.05~0.1)范圍內，減振效果好，但超過0.2時，減振效果不明顯；TMD質量比小於0.01時，減振效果不明顯，隨著TMD質量比的增大，控制效果越來越好，但u大於某一值時(超過3%)，此時減振效果不明顯；TMD的頻率與原結構的頻率比在0.95左右時控制效果較佳。
3 結語
如何合理選用阻尼器是根據工程的實際情況而定的[4]。消能減震技術具有概念簡單，製作方便，減震機理明確，應用范圍廣等優點。但是要使消能減震技術得到更廣泛的應用，尚有一些問題需要研究:①消能減震體系及效果的進一步研究:消能減震部件設置的位置對結構的減震效果較敏感，因此，如何提高減震效果，提高消能體系的經濟技術指標，應該是今後研究的方向。②消能減震部件的進一步開發:目前，消能減震部件種類已經較多，但應注重其實用性、經濟性以及支承連接形式的研究。③消能減震體系設計計算方法和軟體的研究:消能減震體系只有為設計者提供實用、簡便且符合設計習慣的設計方法和軟體，才能進一步推廣應用。
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