【摘 要】結(jié)構(gòu)消能減震體系是把結(jié)構(gòu)物的某些非承重構(gòu)件（如支撐，剪力墻，連接件等）設(shè)計成消能桿件。消能減震技術(shù)的應用既能保證學校對使用性的要求，又能保證滿足其對抗震的高標準的要求。

【關(guān)鍵詞】減震技術(shù) 結(jié)構(gòu)技術(shù) 設(shè)計應用

一、高烈度區(qū)中小學結(jié)構(gòu)設(shè)計面臨的問題

地震是一種危害極大的突發(fā)自然災害，從古至今，曾給人類帶來無數(shù)的生命與財產(chǎn)損失。為了加強地震時對孩子們的保護，按照唐山市地震局關(guān)于建設(shè)工程抗震設(shè)防相關(guān)問題的通知《唐震函（2011）9號》：學校、幼兒園內(nèi)的全部建、構(gòu)筑物抗震設(shè)防要求應當按照當?shù)乜拐鹪O(shè)防標準提高一度進行設(shè)防；同時按《唐山市防震減災管理條例》第二十四條：新建、改建、擴建的學校、醫(yī)院、地震避難場館、高層建筑等人員密集的建設(shè)工程，其抗震設(shè)防要求應當按照當?shù)乜拐鹪O(shè)防標準至少提高一度進行設(shè)防。唐山市內(nèi)地震設(shè)防烈度8度，按照上述兩個文件要求，市內(nèi)中小學及幼兒園設(shè)防烈度為9度。

中小學需要開闊的空間和新穎活潑的造型，在滿足教學及使用等基本功能的基礎(chǔ)上，為孩子們提供充足的采光和視覺上的美感；結(jié)合這些特點，框架結(jié)構(gòu)有很大的適用性，幾乎可以滿足以上所有要求，但是框架結(jié)構(gòu)有一個結(jié)構(gòu)上的缺陷，就是不能夠提供很大的側(cè)向剛度，在按設(shè)防烈度9度計算時，位移很難滿足規(guī)范要求，為滿足規(guī)范要求就必須增大柱截面或梁截面高度，這樣即便是設(shè)計下來，過大的柱子和梁會影響建筑的使用功能，且含鋼量很大，很不經(jīng)濟。如果通過增加剪力墻來提供所需的抗側(cè)剛度，將會會對建筑布局及靈活使用上產(chǎn)生很大的限制。所以，需要利用其他防震減震技術(shù)來解決上述面臨的問題。

二、消能減震技術(shù)的機理、技術(shù)特點及適用范圍

（一）消能減震技術(shù)的概況

目前在眾多的減震技術(shù)中，技術(shù)研究相對成熟、經(jīng)得起實踐考驗的主要是隔震技術(shù)和消能減震技術(shù)。結(jié)構(gòu)減震控制的基本思想從提出到現(xiàn)在已經(jīng)有30余年了，日本、美國、中國及我國臺灣地區(qū)的眾多學者都在此領(lǐng)域進行了大量的理論研究與工程實踐工作。近年來，消能減震裝置在美國、日本、加拿大、墨西哥及歐洲的部分國家已經(jīng)被廣泛應用。從20世紀90年代以來，我國的學者和工程技術(shù)人員也進行了各類型消能器的自主開發(fā)，并獲得了知識產(chǎn)權(quán)。

（二）消能減震技術(shù)的機理

消能減震技術(shù)的主要思想是把結(jié)構(gòu)物中的支撐、剪力墻等構(gòu)件設(shè)計成耗能部件或在結(jié)構(gòu)物的節(jié)點或連接處裝設(shè)阻尼器，在風載或小震作用下，耗能桿件和阻尼器處于彈性狀態(tài)，當在強烈地震作用下，耗能桿件或阻尼器率先進入非彈性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大阻尼，耗散大量地震能量，使主體結(jié)構(gòu)避免進入明顯非彈性狀態(tài)，從而保護主體結(jié)構(gòu)在強震中的大幅度的損壞。

結(jié)構(gòu)消能減震體系的機理：結(jié)構(gòu)消能減震體系是把結(jié)構(gòu)物的某些非承重構(gòu)件（如支撐，剪力墻，連接件等）設(shè)計成消能桿件?；蛟诮Y(jié)構(gòu)的某部位（層間空間，節(jié)點，連接縫等）裝設(shè)阻尼器（目前主要有：金屬阻尼器、摩擦阻尼器、彈塑性耗能器、粘彈性阻尼器、粘性流體阻尼器和壓電陶瓷阻尼器等）。在風或小震作用下，這些消能構(gòu)件或消能裝置具有足夠的初始剛度，處于彈性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)物仍具有足夠的側(cè)向剛度以滿足使用要求。當出現(xiàn)中、大地震時，消能構(gòu)件或裝置率先進入消能狀態(tài)，其消耗的能量可占輸入結(jié)構(gòu)的地震能量的90%，從而保護主體結(jié)構(gòu)及構(gòu)件在強烈地震中免遭破壞。

（三）消能減震技術(shù)的應用范圍

消能減震技術(shù)以前主要用于高層或超高層建筑，隨著這項技術(shù)的不斷改進，和抗震要求的不斷提高，重要的低層和多層建筑，如醫(yī)院、學校、商場、科研機構(gòu)以及重要的指揮職能單位也都越來越多的應用了消能減震技術(shù)。

三、消能減震技術(shù)在高烈度區(qū)中小學結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用實例

唐山市路北區(qū)70號小區(qū)小學，共4層建筑面積8968.8平方米，占地面積2150.6平方米，建筑高度17.4米。若采用框架結(jié)構(gòu)設(shè)計，彈性層間位移角很難滿足設(shè)計規(guī)范要求，當滿足規(guī)范抗震要求時，柱截面邊長超過1米，且配筋量極大，既影響了使用空間和房間美觀，又在經(jīng)濟上造成了極大的浪費。初期方案采用框-剪結(jié)構(gòu)試算，由于學校的建筑特點，墻體布置局限性很大，經(jīng)反復試算層間位移角滿足要求后，墻體配筋局部超筋，大部分柱、墻體配筋量很大，不能滿足抗震要求，且造價非常高。后通過廣泛調(diào)研、深入研究，采用框架+消能減震設(shè)計方案，在框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置支撐型阻尼器和剪切型阻尼器增加結(jié)構(gòu)阻尼來控制預期的結(jié)構(gòu)變形。本工程通過合理布置剪切型金屬抗震耗能器52個，支撐型金屬抗震耗能器27個，來增加結(jié)構(gòu)阻尼比，很好的解決了結(jié)構(gòu)在高烈度區(qū)設(shè)防下的抗震問題。

四、應用效果分析及展望

消能減震技術(shù)的應用既能保證學校對使用性的要求，又能保證滿足其對抗震的高標準的要求，使教師和孩子能安全、快樂的進行教學，解除孩子家長及社會對學校、幼兒園安全方面的擔憂，社會效益巨大；在獲得巨大社會效益的同時，通過對唐山市中、小學及幼兒園工程建設(shè)中推廣使用消能減震技術(shù)，節(jié)約工程建造成本，每年為全市節(jié)約工程成本數(shù)百萬元，經(jīng)濟效益非常可觀。

由此可見，隨著消能減震技術(shù)的不斷改進，和抗震要求的不斷提高，消能減震技術(shù)將越來越多的被應用到各個領(lǐng)域，在抗震設(shè)計中發(fā)揮更加重要的作用。

參考文獻：

[1]黃世敏，王亞勇，等.GB50011-2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社.2010.

[2]周云，宗蘭，張文芳，等.土木工程抗震設(shè)計[M].北京：科學出版社.2005.

[3]周福霖.工程結(jié)構(gòu)減震控制[M].北京：地震出版社，1997.

[4]彭剛.不同消能器安裝方式下的結(jié)構(gòu)振動控制效果分析[J].力學季刊.2004.

[5]周云.《粘滯阻尼減震結(jié)構(gòu)設(shè)計》 武漢：武漢大學出版社，2006.