1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）
{title}一、研究背景地震是一种极为严重的自然灾害，地震发生对人民的人身及财产安全造成了极大威胁，尤其在建筑行业，抗震一直都是建筑工程中紧抓的首要工作。
以往的抗震体系是以加大刚度来减少地震对房屋的损害，但这种方式适合较小的震级，对于高震级的地震来说，这种抗震方式不能够对建筑物进行较为全面的保护。
因此，需要不断的改进抗震结构，探索出能够延长工程结构的抗震性。
工程结构在地震作用下会产生振动，过大的结构振动现象不仅会影响到结构物的正常使用，还会造成主体结构的破坏，甚至倒塌。
有时虽然主体结构未破坏，但由于建筑饰面、装修或非结构配件、室内昂贵仪器、设备的破坏而导致严重的损失。
为了保护人类生命财产的安全，减轻地震灾害，各国地震工程科技人员致力于提高建筑抗震能力的研究，已形成了一套较为完整的抗震设计理论。
这种抗震设计理论建立在传统抵御地震灾害思想的基础上，主要是通过增加结构本身的强度、刚度或延性的方法，使所设计的建筑达到小震不坏，中震可修，大震不倒的抗震设防目的。
传统的抗震理论虽然在很多情况下非常有效，但仍然存在较大的局限性。
对于减小地震对建筑物的影响，通常以抗震设计方法为主。
我国采用的是两阶段设计方法，在多遇地震作用下，结构按弹性行为进行设计，依靠自身刚度和强度抵抗地震反应；在罕遇地震作用下，结构按弹塑性阶段进行设计，依靠结构塑性变形与自身延性抵抗地震作用。
此设计方法是以保证人员安全为基准进行设计的，在大多数情况下能满足实际需求。
但是，对于一些特殊建筑，如保证人员安全与紧急救援的生命线工程、高精度技术加工设备和核工业设备，这种设计理念是不满足要求的。
另外，随着居住要求的提高，装修成本逐年提高，部分建筑的内部装修费用已经超过了结构的土建投入，在此基础上如果仍然按两阶段设计方法进行设计，建筑物的震后修复成本是惊人的。
因此，不能只考虑建筑结构的抗震安全问题，对于特殊建筑需要从地震波向建筑传播阶段就开始考虑抗震问题，减小结构的地震反应，才能满足以上亟待解决的问题。
消能减震主要研究如何减小地震反应，通过抵消方法降低地震对建筑物的破坏作用，从而保证建筑内设备、人员等的安全。
消能减震装置一般情况下会提高建筑成本，而我国由于建国初期经济基础薄弱，从上世纪 80年代才开始关注消能、减震技术，发展时间较短。
随着近些年基础设施的迅速发展，我国在此方面也有了长足的发展。
本文参考国内外相关文献，将消能减震大体分为三种途径：（1）隔震系统；（2）消能系统；（3）TMD 系统，并将其加以对比。
工程结构减震控制体系与传统抗震结构体系相比，具有很多优越性，如表1所示。
表1工程结构减震控制的特点及优越性 两种抗震体系的比较 结构减震控制体系优越性 传统抗震体系 结构减震控制体系 抗震概念及途径 硬抗，加强结构, 加大断面 以柔克刚新概念，调整结构动力特 性，隔震、消能或控制 有效减震，建筑结构设计不受太多限 制,检测修复方便设计依据 按预定设防烈度 考虑突发性超烈度大地震 确保安全防护对象 只考虑结构本身 既保护结构,也保护结构内部设备、仪 器、装修等 满足现代社会要求适用范围 一般用于新设计的建筑结构物 既适用于新建筑結构物,也适用于旧建 筑结构物的抗震加固;既适用于一般结 构，也适用于重要结构、仪器设备等 适用范围广二、结构消能减震原理地震发生时地面震动引起结构物的震动反应(图1a)，地面地震能量向结构物输入。
结构物接收了大量的地震能量，必然要进行能量转换或消耗才能最后终止震动反应。
传统抗震结构体系，容许结构及承重构件(柱、梁、节点等)在地震中出现损坏(图1b)。
构及承重构件地震中的损坏过程，就是地震能量的消能过程。
结构及构件的严重破坏或倒塌，就是地震能量转换或消耗的最终完成。
图1 结构地震能量转换途径对比结构消能减震体系，就是把结构物的某些非承重构件(如支撑、剪力墙、连接件等)设计成消能杆件，或在结构的某部位(层间空间、节点、联结缝等)装设消能装置。
在风或小地震时，这些消能构件或消能装置具有足够的初始刚度，处于弹性状态，结构物仍具有足够的侧向刚度以满足使用要求。
当出现中、强地震时，随着结构侧向变形的增大，消能构件或消能装置率先进人非弹性状态，产生较大阻尼，大量消耗输人结构的地震能量，使主体结构避免出现明显的非弹性状态，并且迅速衰减结构的地震反应(位移、速度、加速度等)，从而保护主体结构及构件在强地震中免遭破坏，确保主体结构在强地震中的安全（图1c）。
三、消能减震装置的类型与性能消能减震装置的种类很多，根据耗能机制的不同可分为摩擦耗能器、钢弹塑性耗能器，铅挤压阻尼器、粘弹性阻尼器和粘滞阻尼器等;根据耗能器耗能的依赖性可分为速度相关型(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。
1.摩擦耗能器。
摩擦耗能器是根据摩擦做功而耗散能量的原理设计的。
目前已有多种不同构造的摩擦耗能器，如摩擦耗能器，摩擦筒制震器，限位摩擦耗能器，摩擦滑动螺栓节点及摩擦剪切铰耗能器等。
图2为摩擦耗能装置示意图，它是一可滑动而改变形状的结构。
结构带有摩擦制动板，机构的滑移受板间摩擦力控制，而摩擦力取决于板间的挤压力，可以通过松紧节点板的主强螺栓来调节。
该装置按正常使用荷载及小震作用下不发生滑动设计，而在强烈地震作用下，其主要构件尚未发生屈服，装置即产生滑移以摩擦耗散地震能量，并改变了结构的自振频率，从而使结构在强震中改变动力特性，达到减震目的。
2.钢弹塑性耗能器。
软钢具有较好的屈服后性能，利用其进人弹塑性范围后的良好滞回特性，目前已研究开发了多种耗能装置，如加劲阻尼(ASAS)装置、锥形钢耗能器、圆环(或方框)钢耗能器、双环耗能器、加劲圆环耗能器、低屈服点钢耗能器等。
这类耗能器具有滞回性能稳定、耗能能力大、长期可靠并不受环境与温度影响的特点。
加劲阻尼装置是由数块相互平行的X形或三角形钢板通过定位件组装而成的耗能减震装置，如图3所示。
它一般安装在人字形支撑顶部和框架梁之间，在地震作用下，框架层间相对变形引起装置顶部相对于底部的水平运动，使钢板产生弯曲屈服，利用弹塑性滞回变形耗散地震能量。
3.铅耗能量。
铅是一种结晶金属，具有密度大、熔点低、塑性好、强度低等特点，发生塑性变形的晶格被拉长或错动，一部分能量将移换为热量，另一部分能量为促使再结晶而消耗，使铅的结构和性能恢复至变形前的状态。
铅的动态恢复与再结晶过程在常温下进行，耗时短且无疲劳现象，因此具有稳定的耗能能力。
4.油阻尼器。
油阻尼器结构如图4所示，它利用活塞前后压力差使油流过阻尼孔产生阻尼力。
一般，油阻尼器产生的阻尼力与速度和温度等有关，这是需要注意的。
此外，对油压的调整、漏油、灰尘的侵人等也采取相应的对策，进行必要的维护，由于具有方向性，要考虑其安装设置，而且要求制作加工精密。
5.粘滞阻尼器。
粘滞阻尼器原理是利用高粘性材料的剪切抵抗作用，其结构如图5所示。
与阻尼器相同，粘滞阻尼器对中小地震也具有隔震效果，从小振幅到大振幅都能产生阻尼力。
此外，它不具有方向性，机构比较简单。
粘滞体的抵抗力与速度、温度等有关。
而且，对粘滞体的粘度变化、灰尘的侵人等应采取对策和管理，避免空气进入粘滞体内，安装时，要确保水平精度。
图2 摩擦耗能器 图3 加劲阻尼装置图4 油阻尼器图5 粘滞阻尼器四、消能减震构件的类型与性能结构耗能减震是把结构的某些非承重构件设计成耗能构件，或在结构物的某些部位(节点或联结)安装耗能装置。
在风荷载或轻微地震时，这些耗能装置仍处于弹性状态，结构具有足够的侧向刚度以满足正常使用要求。
在强地震发生时，随着结构受力和变形的增大，这些耗能装置将率先进人非弹性变形状态，即耗能状态，产生较大的阻尼，大量消耗输人结构的地震能量，减小结构的地震反应，保护主体结构在强地震中免遭破坏。
这里的耗能构件是指通过各种构造处理，或将剪切耗能构件变成滞回环面积较大的弯曲耗能构件，或设定的构件某部位在地震作用下首先进人塑性以加大耗能，使主体结构分担的地震能量减小，从而减小结构地震反应等等。
目前研究应用的消能减震构件如下:1.耗能支撑。
在强震作用下，普通支撑因其刚度大，拉应力通过超过弹性极限而屈服，产生不可恢复的残余变形，受压则易被压碎，在地震反复作用下，耗能效果不大，也难以较好地保护主体结构不遭破坏。
为此，国内外不少学者提出了有别于传统做法的几种减震耗能支撑，主要是:①偏交耗能支撑;②耗能隅撑;③耗能框支撑;④粘性阻尼支撑;⑤摩擦耗能支撑。
除以上各种耗能支撑外，还有在交叉支撑中局部开偏置孔，使整体为中心拉、压的交叉支撑在局部削弱处产生压弯或拉弯塑性铰。
也有在交叉支撑中局部对称地削弱截面使局部产生拉、压塑性铰。
然而这两种支撑在强震下损坏严重，震后需要更换，现在很少使用。
2.耗能抗震墙。
前面所述各种阻尼器或其原理，有些可用于抗震墙上。
此外，还有利用混凝土预制墙体与其周边框架安装部分的构造处理及墙体与周边框架间隙的处理方法等，以控制作用于抗震墙的剪力大小，增大抗震墙的变形能力，以便耗散地震能量。
1)利用粘弹性材料吸收能量;2)利用材料的塑性性质。
3.容损构件和容损结构。
在强震作用下，为使承重的主体结构保持弹性，一般采用弹性变形量较大的结构材料;而作为抗震构件，则采用富有塑性变形能力的结构材料，以便吸收地震能量。
也就是说，当强震发生时，只允许以后可替换的某些抗震构件破坏，而不允许主体承重结构破坏。
按这种指导思想设计的结构，称容损结构。
采用这种结构，在强震后不但主体结构可以再利用，而且人们的生命安全也能得到保证。
这里所述的容损结构是通过采用两种不同性能的材料加以实现的。
总之，可供结构的减震方法很多，寻求简单、实用、效果显著而又经济、安全的减震方法，至今仍是有关科研和工程技术人员为之奋斗的目标之一。
五、结构消能减展的应用及发展1.消能减震技术的应用。
消能减震技术概念明确，安全可靠，理论研究与实践研究的成果比较丰富，在国内外应用于高层建筑、桥梁、塔架的抗震、抗能实例已很多，特别是在一些建筑结构抗震加固中也有广泛应用。
它对高度较大，水平刚度较小，位移较明显的多层、高层、超高层建筑、大跨度桥梁、塔架等减衰消能效果更为显著。
我国已将本技术列人新修订的建筑抗震设计规范之中。
2.消能减震技术进一步的研究与发展。
l)消能装置及材料的耐火性、稳定性还有待进一步研究和探讨;2)在结构构件出现较大变形时，如何充分发挥装置的消能作用仍需要进行研究;3)消能减震装置的优化设计及合理布置仍是今后要研究的问题;4)消能装置的制作、安装如何做到简单可靠，造价适宜仍需尽快解决;5)消能装置的智能化可能是今后发展的方向。
在未来的发展中，还应该重视理论与实践的结合。
建议首先应从政策层面着手，提高现有规范的要求使得隔震消能成为一种强制要求，用于抵消由于技术不成熟、建设设计成本大幅提高使业主产生的积极性不高的情绪，推动技术应用，在应用过程中积累经验完善技术。
此外，还要扫清政策障碍。
例如在高层隔震体系设计中，隔震层的受拉问题是设计重点。
如果想在设计当中避免倾覆力矩使隔震支座受拉，应遵循柱距要大，抗震墙要整，抗震墙尽量居中等要求，而这与抗震规范中要求抗震墙分散布置在四周以控制结构的扭转效应向冲突。
希望未来能将规范做出修改或进一步细化，避免这种技术应用中尴尬情况。
其次，在应用的过程中要推进标准化进程，具体体现在：（1）装置标准化，通过标准化使得工程经验可以复制、推广，同时也能降低生产和施工成本，推进技术在实际工程应用；（2）标准化以后，积累的实际经验和观察资料可以为今后的技术研发和改进提供数据支持，促进技术完善升级。
有了以上两步作为基础，根据应用中的经验可以进一步提高技术的成熟度。
在材料方面，力求寻找更经济，阻尼可控的适应振动范围更广的阻尼的材料，提高技术对于不同震级、不同地震波的消能作用范围。
在技术应用方面，通过观测和实验改进技术使其能在实际工程中发挥效果。
2008 年在日本岩手县地震中观测到了竖直加速度有 4000 伽(GAL)之多，这表明对于某些离震源较近的地震，竖向地震动的破坏能力不能小觑，因此对于地震高发区，竖向隔震也要引起足够的重视。
应根据当地情况进行 3D 隔震设计，即增加竖向隔震装置。
六、参考文献[1]周福霖.工程结构减震控制.北京:地震出版社，1997[2]丰定国等.工程结构抗震.北京:地震出版社，2002[3]姚谦峰等.地震工程.西安:陕西科学技术出版社，2001[4]唐家辉等.建筑结构基础隔震.武汉:华中理工大学出版社，1993[5]王光远.建筑结构的振动.北京:科学出版社，1978[6]有幸贤.地震工程学北京:地震出版社，1988[7]杜东升，王曙光，刘伟庆，孙臻.高层建筑组合隔震的设计方法及应用 [J]. 东南大学学报（自然科学版），2010，9（40）：1039-1046.[8]祁皑.层间隔震技术评述[J].地震工程与工程振动，2004，12（24）：114-119.[9]周锡元，阎维明 ，杨润林.建筑结构的隔震 、减震和振动控制[J].建筑结构学报，2002，4（23）：2-11.[10]苏经宇，曾德民.我国建筑结构隔震技术的研究和应用[J].地震工程和工程振动 ，2001，12（21）：94-101.[11]Tomizawa T， Takahashi O， Aida H， Suhara J， Kuro-sawa I， Tsuyuki Y 17.2 m，主体结构六层，采用三跨结构形式。
建筑耐火等级为二级，结构安全等级为二级，设计使用年限为50年；地基基础设计等级为丙级。
建筑抗震设防类别为标准设防类（即丙类），抗震设防烈度为8度(基本地震加速度为 0.2 g)。
应建设方要求，建筑入口处设置建筑面积为65 m2~85 m2的门厅，门厅与二层通高。
本项目拟采用减震技术，初步决定采用金属屈服型阻尼器，减震目标为3%附加阻尼比，相当于阻尼比由5%增加到8%。
2. 解决的问题2.1 建筑设计根据所提供的总平面图和建筑功能要求等进行建筑设计，完成总平面图、一层平面图、标准层平面图、顶层平面图、立面图、剖面图、节点施工图等建筑施工图绘制。
2.2 上部结构设计①结构方案：初选构件类型、截面以及材料标号，完成柱网及主梁布置，再根据建筑设计中墙体分布以及控制单块楼板面积确定次梁的空间分布，完成合理的结构布置方案。
②内力计算：进行荷载（包括恒荷载、活荷载、风荷载、地震作用）计算，确定结构荷载分布及大小，利用PKPM软件对整体结构进行计算，验证结构方案的合理性。
在确定结构方案合理的基础上选择一榀横向框架，采用手算的方式进行内力计算，并根据内力组完成梁柱截面设计。
③现浇楼板设计：任选一层现浇楼面板进行手算，其余各层软件计算，手算内容包括荷载计算、计算简图、内力计算、截面设计、配筋验算。
④楼梯设计：任选一层楼梯手算，其余软件计算，楼梯设计包括梯段板设计、平台板设计、平台梁设计。
⑤结构施工图绘制：在完成①~④的基础上，完成上部结构施工图的绘制。
主要包括施工总说明；底层、标准层及顶层的梁、柱、楼板的平法施工图；一榀框架立体配筋图；楼梯结构平面布置及配筋图。
2.3 在有限元软件ETABS或SAP2000中对整体结构进行减震设计①时程分析中地震波的选择：根据《抗规》要求，选择地震波时程。
②阻尼器布置方案：选定阻尼器设计参数，布置阻尼器使附加阻尼比达到3%，总阻尼比达到8%。
③减震效果：分析减震后及减震前的结构层剪力，验证减震效果。
④结构位移角：分析减震后及减震前的结构位移角，验证减震效果，并验算位移角是否满足规范要求。
⑤阻尼器行程：绘制阻尼器滞回曲线，给出阻尼器最大行程。
2.4 基础设计完成基础选型、平面布置，基础相应设计计算。
2.5 施工组织设计完成单位工程施工组织设计，主要内容包括：施工准备、施工方案、进度计划、平面布置及技术措施。
二、研究手段本课题首先根据建筑类型及功能需求完成建筑设计，基于建筑布局，综合考虑各类荷载效应，完成上部结构设计；为提高结构抗震性能选定阻尼器设计参数，布置阻尼器，验证减震效果。
完成以上课题任务过程中主要利用以下研究手段：（1）计算机辅助制图参照行业标准、设计手册、图集等，借助天正软件等计算机辅助软件对本课题需要完成的建筑、结构施工图进行绘制。
（2）框架内力计算方法计算恒荷载、活荷载等竖向荷载作用下结构内力效应时，忽略竖向荷载作用下框架产生的侧向位移，采用弯矩分配法进行简化计算。
框架水平地震作用采用底部剪力法，并利用D值法计算各层柱修正后抗侧刚度及反弯点高度，将楼层剪力分配到每个柱。
水平风荷载同样采用D值法进行内力分配。
现浇楼板内力计算时，首先判定楼板是单向板还是双向板。
对于连续单向板考虑塑性内力重分布的弯矩系数进行弯矩计算；对于双向板，首先确定各区格的板支座约束条件，按单区格双向板进行计算。
（3）上部结构整体计算及设计采用PKPM软件建立上部结构的分析模型，总阻尼比增加至8%进行地震作用计算，采用振型分解反应谱法。
通过软件内嵌的各种荷载组合，完成整体结构内力计算和配筋设计。
（4）施工组织设计施工组织部分，利用project软件绘制施工进度计划表。
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