1.消能支撑的发展简介消能支撑就是在阻尼器的两端各与钢杆相连,构成消能装置后,再把它连接到被控结构上。如图1-1。消能支撑在我国建筑行业的发展也已经有了一个可喜的开端。2005年,北京银泰中心安置了73套消能支撑(阻尼器为粘滞性阻尼器),增加这一高层建筑的抗风、抗震能力,该工程成为我国建筑结构上消能支撑应用的标志性的工程。更难为可贵的是安装了98个消能支撑(阻尼器是泰勒公司液体粘滞阻尼器)的墨西哥市长大楼,在2003年7.6级破坏性的墨西哥地震中安然屹立。有力的说明了消能支撑,这一结构保护系统在工程结构防护中的重要作用。
消能支撑就是在阻尼器的两端各与钢杆相连,构成消能装置后,再把它连接到被控结构上。如图1-1。
消能支撑在我国建筑行业的发展也已经有了一个可喜的开端。2005年,北京银泰中心安置了73套消能支撑(阻尼器为粘滞性阻尼器),增加这一高层建筑的抗风、抗震能力,该工程成为我国建筑结构上消能支撑应用的标志性的工程。
更难为可贵的是安装了98个消能支撑(阻尼器是泰勒公司液体粘滞阻尼器)的墨西哥市长大楼,在2003年7.6级破坏性的墨西哥地震中安然屹立。有力的说明了消能支撑,这一结构保护系统在工程结构防护中的重要作用。
2.消能支撑应用的设计目标和理念
很多人会问,我们的传统建筑已经有上百年的抗风抗震历史,为什么还要考虑使用结构保护系统?特别是为什么要在建筑上使用消能支撑?从大的概念上看,这是因为:
为地震工程,抗风工程几大动力难题寻找更好的解决办法;
科学不断发展,开辟了解决结构工程问题的新思路;
消能支撑的潜力很大,可以抵抗预想不到的动力荷载;
可以使结构最大限度的保持在弹性范围内工作。
我国现行抗震设计规范中已经开始有了关于消能减震的有关规定。简单的说,我们安置消能支撑可以有以下几个目的。
A 增加抗震、抗风能力
原设计可能已经可以满足所有规范规定的抗震抗风要求,加上消能支撑,在振动过程中起到耗能和增加结构阻尼的作用,从而降低结构反应的基底剪力,减少整个结构的受力,也就可以大大提高结构的抗地震能力。同时,只要消能支撑安装的合适,设置到不同的需要方向,还可以预防和减少原设计没有考虑,或考虑不足的振动受力。对特别重要的结构,高发地震区,花钱不多,设置这一第二防线是很值得的。对于非严重地震区,也可以用消能支撑达到抗风和增加抗震能力的目的。
B.用消能支撑去防范罕遇大地震或大风
按小震不坏大震不倒的原则,我们可以用常规的设计办法使设计满足多遇地震的抗震要求。对于罕遇的大地震可能显得不足、不理想或不经济。用结构的被动保护系统-特别是消能指来等待和解决这罕遇大地震的问题,不仅新建结构建议采用这一设计理念,原设计未设防抗震或设防不足的结构加固工程也很适于。
C.减少附属结构、设备、仪器仪表等第二系统的振动
在破坏性地震震害分析中,结构内部附属结构、设备、仪器仪表等第二系统的振动和破坏越来越引起我们的注意。从经济上看,这些内部系统的价值可能远远超过结构本身。增加结构保护系统出于保护这一附属系统就不奇怪了。应该说,采用消能支撑减少医院、计算机房、交通及航空等重要控制中心内部附属设备的振动是非常必要的。
4.1 常用的消能支撑型式
目前,在建筑结构中采用较多的消能支撑型式主要有以下几种形式:小八字撑、单向斜撑、人字型撑等,分别见图1-1中。本文提出了一种新的消能支撑,见图1-1(d),它和小八字撑一样只占据结构的上部空间,比值a/h可根据建筑功能要求调整,它运用了曲拐撑,可以将阻尼器的轴向变形放大,在同样的侧向位移下,可以产生较大的变形,耗散较多的能量,所以它具有较好的减震控制效果。它不仅可以灵活的开设门、窗洞口,或门连窗洞口,而且可以通过调整支撑的支撑点位置、角度,得到设计中需要的水平控制力。曲拐撑形式稍微复杂,但其占用空间小,位置的布置也比较灵活,并且阻尼材料的相对剪切变形较大,消能效果也比较好,与小八字撑和斜撑相比,即满足了建筑功能的使用要求,又可以在地震中消耗大量的能量,从而保护了主体结构免遭破坏。小八字曲拐撑可以说是一种较为理想的支撑型式。
4.2 小八字曲拐撑的理论分析
(a) (b)
图1-2小八字曲拐撑及其运动分析