丁洁民大师：减隔震技术的发展与应用

1.4.1 减震组合技术

减震组合技术^[3]是指根据结构的变形特点以及结构抗震性能化设计要求，合理组合应用多种减震装置，充分发挥各种减震装置耗能效果，减小地震作用，改善结构的抗震性能，其分类如图5所示。

减震与隔震组合技术^[7]是指结构在采用隔震技术的基础上，在隔震层内或隔震层外楼层布置减震装置以进一步减小地震作用，改善结构抗震性能，其分类如图10所示。

昆明滇池会展中心S2^[12]建筑高度为250m，总建筑面积为13万m²，其建筑外观如图13所示。

《云南省隔震减震建筑工程促进规定》〔云南省人民政府令202号〕要求“抗震设防烈度8度以上区域内单体建筑面积1 000m²以上的重点设防类、特殊设防类建筑工程应该采用隔震减震技术”，且“采用减震设计时，应使建筑抗震性能明显提高，罕遇地震作用下减震结构与非减震结构的水平位移之比应小于0.75”。

昆明滇池会展中心S2位于8度(0.2g)高烈度地震区，应采用消能减震技术改善结构的抗震性能。为达到大震下25%的减震效果，创新地采用4种消能减震装置：黏滞阻尼伸臂、黏滞阻尼墙、金属耗能连梁、屈曲约束支撑，如图15所示。其中，黏滞阻尼伸臂布置在22，33层；黏滞阻尼墙布置在26～40层；金属耗能连梁X向布置在26～40层，Y向布置在6～19层、31～40层；屈曲约束支撑布置在22，33，42层。

项目中消能装置数量及发挥耗能情况如表2所示。其中，黏滞阻尼伸臂和黏滞阻尼墙在小、中、大震作用下均发生耗能作用；金属耗能连梁和屈曲约束支撑在小震作用下仅提供刚度，在中、大震作用下进入屈服耗能，保证结构在中、大震作用下的抗震性能；随着地震烈度的增加，钢连梁和屈曲约束支撑陆续参与耗能(图16)，结构附加阻尼比随之增大，有效地保证了结构的抗震性能。

上海博物馆东馆^[13]建筑高度为45m，地下2层，地上6层，总建筑面积为10.4万m²，平面尺寸为105m×182m，其建筑外观如图17所示。

项目具有以下特点：1)上海博物馆东馆为特大型博物馆，设计使用年限为100年，地震作用需放大1.3～1.4倍；2)博物馆馆藏文物珍贵，应采用有效措施保护藏品在地震作用下不受损坏；3)博物馆内部空间丰富，结构存在多处无柱大空间，竖向贯通柱较少，角部存在大跨度空间及大悬挑桁架。

为保证结构在地震作用下具备良好的抗震性能，考虑引入减震技术，形成“型钢混凝土柱+钢梁+黏滞阻尼墙+屈曲约束支撑”的组合减震结构体系，其中黏滞阻尼墙在小、中、大震作用下均发挥耗能作用，耗散地震能量，减小主体结构所受地震作用；屈曲约束支撑在小、中震作用下提供刚度，保证结构侧向刚度需求，在大震下屈服耗能。通过黏滞阻尼墙与屈曲约束支撑的组合使用，保证结构具有足够的整体刚度以及良好的耗能机制。消能减震方案结构典型平面布置如图19所示。

2.2.3 减震效果

表3所示为抗震结构与减震结构对比分析结果，与“型钢混凝土柱+钢梁+钢支撑”抗震结构体系相比，消能减震方案具有明显的优势，主要表现在以下方面。

设置黏滞阻尼墙和屈曲约束支撑后，基底剪力降低约20%。

(2)周期与阻尼比

消能减震方案周期较刚性方案有一定程度的增大，同时多遇地震结构阻尼比由4%提高到6.3%。

(3)结构耗能

消能减震方案的结构耗能能力显著增强，且大震下减震装置耗能约占一半，能有效减轻结构构件的损伤。图20为小、中、大震情况下结构耗能情况。

喀什农商银行总部大楼^[14]一期建筑高度为86m，地下1层，地上19层，总建筑面积为3.5万m²，裙房与主塔楼设缝脱开，其建筑外观如图21所示。项目主塔楼采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系，如图22所示。

喀什农商银行总部大楼的结构设计特点：1)项目拟建地区抗震设防烈度为8度(0.3g)，属于高烈度地震区，结构抗震性能要求高；2)建筑立面要求尽量通透，不能设置周边剪力墙。

因此考虑采用隔震技术，同时在隔震层设置黏滞阻尼器，以减小上部结构的地震作用，保证上部结构具有良好的抗震性能，实现上部结构降一度的设计目标。

隔震层位于地下室底板以下，基础顶板以上。隔震层共布置隔震支座34个(铅芯橡胶支座(LRB)23个、天然橡胶支座(LNR)11个)，黏滞阻尼器(VFD)16个，布置如图23，24所示。

(1)周期

有无隔震装置的结构周期对比如表4所示，隔震方案通过设置隔震层，将结构周期延长2.5倍左右，进而有效降低了地震作用。

经过计算，设防地震下层剪力最大减震系数为0.34，层倾覆力矩最大减震系数为0.35，均小于《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)(2016年版)^[15](简称抗震规范)规定的0.38(设置阻尼器)，按照抗震规范规定可按降一度进行设计。

(3)结构耗能

隔震层各部分在罕遇地震下能量耗散情况如图25所示。罕遇地震作用下能量时程分析结果表明，隔震支座耗能占比63%，阻尼器耗能占比9%，隔震层总耗能占结构整体耗能的72%，大大减小了输入到上部结构的地震能量。

西安丝路国际会议中心^[16]建筑高度为60m，地下2层，地上3层，总建筑面积为20.7万m²，其建筑外观如图26所示。

西安丝路国际会议中心的结构设计特点：1)项目位于8度(0.2g)高烈度地震区，结构抗震性能要求高；2)结构采用巨型钢框架结构体系，建筑存在较多大跨、大悬挑空间，需采用有效措施保证巨型框架的抗震性能；3)结构跨度大，楼面荷载重，重力荷载对构件尺寸影响较大，同时整体结构高宽比很小(0.32)，因此导致上部结构水平刚度较大。

基于以上项目特点，采用地下室一层柱顶隔震方案。隔震层混合使用天然橡胶支座+铅芯橡胶支座+滑板支座+黏滞阻尼器，上部结构实现降一度设计目标，大幅减小巨型框架所受地震作用。

隔震层共布置铅芯橡胶支座(LRB)74个、天然橡胶支座(LNR)96个、滑板支座(SB)356个、黏滞阻尼器(VFD)32个，具体布置如图29所示。

(1)周期

有无隔震装置的结构周期对比如表5所示，隔震结构周期较非隔震结构延长了3.7～4.2倍，有利于结构远离场地特征周期，减小地震作用。

经过计算，设防地震下层剪力最大减震系数为0.35，层倾覆力矩最大减震系数为0.35，均小于抗震规范规定的0.38(设置阻尼器)，按照抗震规范规定可按降一度进行设计。

(3)结构耗能

隔震层各部分在罕遇地震下能量耗散情况如图30所示，罕遇地震作用下能量时程分析结果表明，输入给隔震结构的地震能量大部分由隔震支座和阻尼器耗散，其中隔震支座耗能占比68%，阻尼器耗能占比17%，隔震层总耗能占结构整体耗能的85%，大大减小了输入到上部结构的地震能量。

(2)减隔震技术已经成熟并广泛应用于建筑结构(高层建筑、大跨度建筑等)中，可有效降低地震作用，改善结构的抗震性能。

(3)通过2个减震组合技术应用案例和2个减震与隔震组合技术应用案例可以看出，根据项目特点，合理地组合、运用减震与隔震技术，可进一步提高建筑的结构性能，实现“适用、经济、绿色、美观”的八字建筑方针。减隔震技术组合应用必将成为抗震设计发展的一种趋势。