第1篇　综述

第1章　概述

1.1　阻尼器应用概述

结构的消能减震以及基础隔震技术是近30年来结构工程抗震抗风最出色的成熟成果。在美国，能量耗散系统愈来愈多地用于为新建和改建建筑以及桥梁工程提供更强的地震保护，使用的硬件包括钢屈服装置、摩擦装置、黏弹性固体装置，以及迄今为止最主要的液体黏滞装置。应用阻尼器减震的新技术，主要指在结构中设置消能装置，通过消能设备本身提供的附加阻尼，以消耗地震时输入上部结构的地震能量，达到设防预期和增加抗震能力储备的要求。

阻尼是允许结构在受到地震、风、爆炸或其他类型的瞬时振动以及振动干扰时获得最优性能的许多不同方法之一。常规的方法规定结构必须通过强度、弹性和可变形性相结合来在结构内部衰减或耗散瞬时输入影响。通过加液体黏滞阻尼器，瞬间的能量输入不是通过结构自身而是由附加阻尼器耗损的。

液体阻尼技术通过在1990年～1993年期间广泛的测试被确认可用于抗震。军事应用的长期历史证明了此技术的可靠性。附加测试显示，液体阻尼器也可以很好地改进结构在风作用下的性能。

带有液体阻尼器的结构性能测试表明，在性能上巨大的获益能够在相对低的成本上实现。消能减震技术已经广泛得到工程界的肯定。在美国首先发展起来的这项技术，经过计算机和振动台模型分析试验、美国土木工程学会组织的大型联合测试、各种规范的编写和试用，到几百个各种结构形式的大量应用，到2005年美国土木工程学会相关规范的正式出炉（ASCE 7—2005），已经完全证明只要严格地执行这些规范的要求，应用这种办法来设计结构，它完全可以是一种可靠、安全并符合结构工程应用的减震方式。其性价比较高、对结构抗震能力有很大帮助并且几乎没有什么副作用。例如，美国Taylor公司截止到2006年已经完成了近200个大型桥梁、高层结构、大跨空间结构等世界上的重要工程。

1.1.1　智利地震带来的思考

2010年2月27日，智利圣地亚哥附近遭遇了8.8级的超大地震。大量的现代钢筋混凝土剪力墙大厦、框剪结构的住宅抵抗住了这一超级地震，没有倒塌。尽管80万人被迫搬迁，却只有486人死亡、79人失踪。这是现代化建筑抗震理论的成功证明。但遗憾的是，这些钢筋混凝土建筑在发挥延性的同时，梁柱大批屈服破坏，剪力墙在保证结构不倒的同时却留下了大批难以修复的裂缝，如图1-1～图1-3所示。

人们从这次地震中总结经验教训并反思和考虑未来，除了开始关注过去不太重视的附属结构的破坏和影响外，也更多思考怎么能使建筑结构做到更加完美。

1.1.2　国内外超高层建筑黏滞阻尼器的应用

2008年6月美国国家结构工程师协会理事会（National Council of Structural Engineers Associations，NCSEA）《Structure》杂志发表了一篇文章——《黏滞阻尼器日趋成熟——高层建筑中获得经济性的新方法》（Viscous Dampers Come of Age——A New Method for Achieving Economy in Tall Buildings），该文章摘要原文及翻译如下：

It is often found that the design of tall buildings is governed by the need to limit the wind induced structural vibrations to an acceptable level.This leaves the designer with the option of either increasing the amount of steel or concrete in the building’s lateral system to add stiffness，or of adding a complex and expensive damping system in order to ensure the comfort of building occupants.Various damping systems have been employed on tall buildings throughout the US and overseas，and have proved to be economic for buildings above a certain height，particularly in windier climates.A new type of damping system employing viscous dampers is currently being designed for tall buildings in Europe，Asia and the Americas，that achieves higher levels of damping than other damping systems，and reduces the design wind loads that these buildings are designed for.This scheme offers a new way to improve efficiency in tall buildings.

“经常发现，高层建筑的设计取决于将风引起的结构振动限制在一个可接受的水平。这使得设计师要么选择增加建筑内钢筋或混凝土的横向支撑系统，以增加刚度；要么添加一个复杂而昂贵的阻尼系统，以确保住户的舒适度。各种阻尼系统曾在美国和海外高层建筑上使用，并已被证明其对于超过一定高度的，尤其是在多风气候地区的建筑具有经济性。一种采用黏滞阻尼器的新型阻尼系统目前被用于欧洲、亚洲和美洲的高层建筑，其比其他阻尼系统更能达到较高的阻尼水平，并能减小这些建筑的设计风荷载。这一方案为高层建筑提供了一种新的方式来提高减震效果。”

世界范围内阻尼器在工程上，特别是在建筑结构上的应用印证了这一点。

在我国，高层建筑有了跨时代的发展，随着国际潮流一起进入了阻尼器应用的新时代。重大的变化是，现在业主也在一定程度上认可黏滞阻尼器的抗震抗风作用及其经济效果。

在阻尼器的发展过程中，有两件事情最令人振奋：

一是，安装了98个Taylor公司液体黏滞阻尼器的墨西哥市长大楼，在2003年7.6级破坏性地震中安然屹立，而该地震造成13600栋建筑不同程度的损坏，其中2700栋建筑倒塌或严重破坏。这座57层225m高的南美最高建筑也就成了结构工作者实现“人定胜天”抗震工程的一个榜样。

二是，2005年百年不遇的卡特里娜飓风对安置了68个Taylor公司悬索阻尼器的Cochrane大桥的塔和悬索没有造成任何破坏。

在这两个毁灭性的自然灾害中，阻尼器发挥了作用，也经受住了考验，有力地说明了阻尼器这一结构保护系统在工程结构防护中的重要作用。

特别值得提出的是，近十年来，美国Taylor公司的液体黏滞阻尼器在结构工程领域的应用取得了飞速发展，其优秀的产品性能得到了抗震工程界的广泛赞誉。到目前为止，美国Taylor公司已经在全球范围内承接了690多个结构工程，提供了26000多个结构阻尼器。使用大型阻尼器的建筑工程500多个，其中高层和超高层建筑工程30多个，桥梁工程160多个，基础隔震工程20多个。其增长速度很快，2002年以来每年都有20～30个新工程安置Taylor公司的阻尼器。以2005年为例，Taylor公司液体黏滞阻尼器完成工程统计见表1-1。

其完成的工程中还包括一些世界著名建筑：世界第二高的马来西亚双塔；2004年希腊奥林匹克和平和友谊体育场馆；多伦多、土耳其等机场控制塔；我国北京火车站、北京银泰中心。

阻尼器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套世界最先进的Taylor公司液压黏滞阻尼器；在著名的郑州国际会展中心，大跨度空间结构上使用了36套TMD（Tuned Mass Damper，调谐质量阻尼器）系统来减少二楼舞厅中跳舞的人群对楼板和建筑的扰动。与桥梁工程相比较，建筑结构更复杂，推广使用减震阻尼器的困难更大。但越来越多的设计工作者开始考虑和应用消能减震措施，我国的有关设计规范和相应规程也正在走向完善。尽管还有很多问题，但从目前的势头来看，阻尼器应用必将迎来另一个发展的高潮。