如何减轻地震对建筑的破坏？
如何减轻地震对建筑的破坏？
地震对建筑物的损毁往往是很严重的，也对人类造成巨大的生命财产损失。为减轻地震对建筑的破坏，传统的方法是提高建筑自身的承载能力和变形能力，即结构的「抗震」能力。「减震」和「隔震」技术的出现，为建筑的防灾减灾提供了新的思路。
01 减震与隔震
抗震结构与减震结构
隔震是指在建筑结构底部设置水平刚度很小的隔震层，阻隔水平地震向上部结构传递，从而大幅减小上部结构的水平地震作用和破坏。
抗震
隔震
从结构反应谱分析的角度可以说明减震和隔震技术的原理。
减震结构通过设置消能器，可以基本不改变结构周期而显著增加结构的阻尼，例如采用速度型消能器将结构的阻尼比从0.05增加至0.15，使得地震影响系数降低，即主体结构的地震作用力减小。
速度型消能器对应的地震影响系数曲线
采用位移型阻尼器时，一方面会增大结构的阻尼比，一方面也会引入额外的刚度，改变局部的受力状态，甚至减小结构整体的振动周期。
位移型消能器对应的地震影响系数曲线
隔震结构通过设置刚度很小的隔震层，延长结构的周期，提高结构阻尼比，例如将结构周期从隔震前的0.5s延长至隔震后的2s，阻尼比从隔震前的0.05提升至0.15，结构所承担的地震力会显著降低。
隔震对应的地震影响系数曲线
02 减震和隔震单元库
中央电视台总部大楼
基于达索系统的Abaqus产品，中南建筑设计院开发了复杂建筑结构高等非线性分析集成软件CSEPA，可以帮助结构工程师解决超限复杂结构设计分析中的各种难题。基于试验结果和经典减隔震理论，CSEPA软件中实现了多种类型的减隔震单元，比如防屈曲约束支撑、消能减震器以及隔震支座，能够高效地完成减隔震结构的动力弹塑性分析。
复杂建筑结构高等非线性分析集成软件CSEPA
03 防屈曲约束支撑
防屈曲约束支撑（BRB）可以避免支撑在受压时发生屈曲，不仅为结构提供很大的刚度和承载力，同时通过其内部芯材屈服来耗散地震能量，是工程中常用的消能器件。CSEPA软件采用Bouc-Wen模型模拟防屈曲约束支撑，并结合试验数据进行验证。
防屈曲约束支撑
防屈曲约束支撑滞回曲线
04 黏滞消能器
黏滞消能器
黏滞消能器滞回曲线
05 金属屈服消能器
金属屈服消能器具有屈服强度低、延性好，比主体结构更早进入屈服的特点，利用软钢屈服后的塑性变形来耗散地震能量。金属屈服消能器宜布置在不影响建筑功能且能最大限度地发挥其耗能作用的部位。
金属屈服消能器
金属屈服消能器滞回曲线
06 铅芯橡胶隔震支座
铅芯橡胶隔震支座
铅芯橡胶隔震支座滞回曲线
07 摩擦摆隔震支座
摩擦摆隔震支座
摩擦摆隔震支座滞回曲线
08 工程应用
工程应用-框架结构
工程应用-空间结构
09 结语
地震有很强的随机性和不可预见性，同时又具有极大的破坏性，建筑减隔震技术为我们应对地震灾害提供了新的手段。结构弹塑性仿真工具已经成为减隔震结构设计的重要支撑，也推动着减隔震技术的进步和工程应用。
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