建筑结构隔震、减震的基本原理与机制

地震与结构抗震

地震作用是地震地面运动引起结构产生的动力效应，是一种整体性作用。

 

地震发生具有极大的随机性和不确定性，乃至不可预见性（时间、地点、强度）。 

强震下，要求结构不损坏是不合适的。在地震引起的结构整体性作用下，结构中的薄弱部位首先发生破坏。

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结构抗震实现途径

抗——传统结构的抗震是以结构构件的损坏实现地震能量的耗散。

消——消能减震结构的抗震是通过附加消能减震装置与主体结构组成一个新的结构系统，这一新的结构系统的消能能力和动力特性与原结构相比有较大变化，使得主体结构承受的地震作用显著减小，消能减震装置作为专门的分灾子系统来耗散地震能量。

芦山县人民医院隔震示意图（叠层橡胶支座）

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隔震与消能减震

根据反应谱理论：延长结构周期——降低加速度响应——降低地震剪力——减少结构受力。隔震层可减小地震能量输入，减小上部结构的地震响应。

隔震控制系统原理

减震是工程结构抗震的一个新领域，包括消能减震，各种被动控制、主动控制、混合控制等。

减震系统通过消能减震装置改变结构的动力特性，使结构的震（振）动反应明显衰减，有效的保护结构及内部设施在强震中的安全；或使结构满足更高的减震（振）要求，提高结构性能。

结构振动被动控制系统原理

增加阻尼控制系统位移，阻尼器可抑制振动的增长，并使结构迅速停止振动。

根据耗能器耗能的依赖性分：速度相关型（如粘弹性阻尼器和粘滞阻尼器）和位移相关型（如摩擦耗能器、钢弹塑性耗能器和铅挤压阻尼器）等。

速度型阻尼器减震结构动力学方程

  

位移型阻尼器减震结构动力学方程

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设计基本原则

消能减震结构的抗震分析应将主体结构与消能器同时考虑来建立结构分析模型确定结构构件的受力，计算分析结果应满足《抗震规范》的有关规定。

主体结构的分析模型应按照《抗震规范》的要求确定。 包括连接部分在内的消能器，宜采用符合其力学性能的分析模型，也可近似为具有等效刚度和等效阻尼的构件 。

来源： 建研建筑设计研究院

知识点：建筑结构隔震、减震的基本原理与机制