第22章

摘要

现今社会建筑抗震理论的逐步完善，抗震技术的逐步发展，抗震构件的逐步多样化，建筑物会越来越安全，而阻尼构件是重要的抗震构件，阻尼构件是建筑物抵抗，转移，削弱地震应力破坏的主要构件，其种类包括：拉梁，支铰结构，弹性支撑，弹塑性支撑，屈服支撑，屈曲支撑，隔震构件。本文所要探讨的就是阻尼构件在施工中的具体应用，以及可能性较高的革新理论，并详述阻尼构件在特定建筑物中的实际应用情况，并以石家庄勒泰中心为例，为今后的阻尼构件应用提供可借鉴的参考和警示。

关键词：拉梁，支铰结构，屈曲支撑，隔震构件

Abstract

Nowadays，Seismic theory has improved gradually，also with the seismic technology development，then the seismic component gradually diversifies，the building will be more secure.The damping member is the important part of seismic structure，in the way of resistance，metastasis，weaker earthquake stress，and its categories include:pull beam，supporting hinge structure，elastic support，elastic-plastic support，yielding support，buckling support，isolation and so on.This paper is to explore the specific application of damping elements in construction，as well as higher likelihood for innovation and practical application of damping elements described in a particular building，such as Shijiazhuang Lerthai Center，and for the people who can learn the technical reference in the future.

Keywords:pull beam，supporting hinge structure，buckling support，isolation

目录

绪论......................................................................................................................... 1

0.1 课题研究背景.............................................................................................. 1

0.2 国内外应用现状.......................................................................................... 1

0.3 应用前景....................................................................................................... 1

0.4 本文主要工作............................................................................................... 1

第1章基本受力分析............................................................................................ 1

1.1 建筑物的受力分析.................................................................................... 1

1.2 地震应力下建筑物的受力分析............................................................... 3

第2章阻尼构件受力分析..................................................................................... 4

2.1 拉梁............................................................................................................. 4

2.2 支铰结构...................................................................................................... 4

2.3 弹性支撑和弹塑性支撑.............................................................................. 4

2.4 屈曲支撑和屈服支撑................................................................................ 5

2.5 隔震结构.................................................................................................... 6

第3章石家庄勒泰中心阻尼构件的应用............................................................. 6

3.1 拉梁............................................................................................................. 7

3.2 支铰结构.................................................................................................... 8

3.3 弹性支承和弹塑性支撑............................................................................ 9

3.4 屈服支撑和屈曲支撑...............................................................................10

3.5 隔震构件...................................................................................................10

结论...........................................................................................................................12

参考文献...................................................................................................................12

致谢...........................................................................................................................13

绪论

0.1 课题研究背景

现今社会，各国都在想尽一切办法去应对地震灾害，因为地震对建筑物的毁灭性破坏，对人类的心理伤害都是无比巨大的。日本作为多地震灾害国家，它的抗震技术研究是走在世界前列的；中国也是多地震灾害国家，但抗震技术研究确是不断徘徊。对本文所要论述的阻尼构件日本是深有研究的，具体的应用也要比其他国家多出一倍以上，这主要是在阪神大地震之后，日本重新编写了抗震技术规范，并在抗震技术研究上投入颇多。

我国在汶川地震后，也加大了抗震技术研究的投入，本文所要详述的阻尼构件是抗震技术研究的一部分，也是抗震应用最主要的一部分。

0.2 国内外应用现状

现今各国主要使用的阻尼构件有：拉梁，支铰结构，弹性支撑，弹塑性支撑，屈服支撑，屈曲支撑，隔震构件。

砖混结构，剪力墙结构，主要使用拉梁作为基本的阻尼构件。

可做定向移动的钢结构，使用支铰结构作为其基本的阻尼构件。

钢框架，临时设施一般使用弹性支撑作为阻尼构件。

砖混结构，剪力墙结构，筒体，劲性钢结构使用弹塑性支撑作为阻尼构件。

屈服支撑和屈曲支撑主要用于高耸钢框架和钢筒体。

对于比较重要，或者计划长期使用的建筑物，会使用弹性或弹塑性特质的隔震构件。

0.3 应用前景

地壳活动经过一个较长的休眠期，终于进入一个地壳活动活跃期，建筑物的抗震研究也就进入了大爆发时代，更多的抗震构件将会出现，不过，其原理基本还是吸收，转移地震能量，延缓地震应力作用，充分发挥材料的弹塑性性能，满足这些条件的构件便是阻尼构件。阻尼构件将会更加多种多样，应用也会更普遍，造价也会更低廉。

0.4 本文主要工作

展现阻尼构件的基本原理，构造，种类，施工技术要求，以及特定条件下的安全要求。

详述在施工中的具体应用，以及遇到的问题，解决方法，避免各种技术难点的大致方法，本文的立足点就是为后来人提供前车之鉴，避免犯相同的错误。

基本受力分析

要说明建筑物在地震条件下的受力情况，那就首先要简述下建筑物的荷载传递路径、整体受力和局部受力。

1.1 建筑物的受力分析

通过学习结构力学我们知道，如果要想让结构长久的矗立，那就必须是几何不变体系，而建筑物就是一个几何不变体系，也就是建筑物内部受力平衡，而且外力通过建筑物使内力保持平衡，下面我们就要分开说明这种受力平衡，以及荷载传递路径，荷载传递的有效性和稳定系决定着建筑物能够一直通过荷载传递来平衡地震应力，抵抗地震应力带来的破坏，因此荷载传递对抗震设防有着重要影响。

建筑物分为上部结构和基础，我个人更喜欢这种分类方式，而不是地上结构，地下结构和基础，因为两分法比地平线三分法更能简明扼要的说明荷载传递的路径，而且这样更符合唯物辩证法，物质不以人为观念为前提，地平线就是这样的一个人为观念设定。

基础坐落在地基上，地基的坚实程度决定着建筑物的整体抗震性，因为如果地基不够坚实，就造成基础和地基之间有相对形变，而当有了相对形变，那么荷载就不能均匀的稳定的传递给地基，建筑物在地震中就不能很好的抵抗地震应力的破坏。而且地基可以看作是一个刚体，一个假定的刚体，地基刚性假说是建立土力学和基础工程学的基础。在地基刚性假说的前提下，我们假定地基几何不变，并受到由基础传来的恒荷载（包含基础自重）和活荷载，这种荷载十分巨大，地基本身几何不变且刚性，但会影响到下方的土层，下方土层受荷，又无处释放，只好引起土层形变，造成地基和基础的整体下移，这也就是建筑物沉降的来源，荷载能量的释放。下方土层本身具有一定刚度，这里就不用地基刚性假说了，因为不是基础主要承载面，适当的变形释放一定受荷能量，不影响整体的刚度，也不影响其上方地基和基础的承载力，也就不影响建筑物的抗震能力。所以，这也是进行沉降观测的原因，将沉降量维持在一定限值内，因为沉降量稍大也是会影响建筑物的使用的，毕竟建筑物是人用来居住工作娱乐的。我们知道，如果地基不均匀受力，局部变形和下方土层局部沉降差肯定会很大，甚至超过限值，就造成地基不稳不平，毕竟地基还是有一定的柔性，这也就影响到建筑物的抗震能力，而让地基均匀受力主要在于基础的均匀施力，我们知道在薄冰上行走要匍匐前进，因为这样受力面积大，压强小，基础也是这样，我们在上部结构荷载较大的区域，基础水平截面尽可能的做大，而上部结构荷载较小的区域，基础水平截面要小一些，这样就可以制造出均匀的施力面。同样，如果基础某处自重比较大，那基础水平截面就要大一些；自重较小的，水平截面就可以小一些。就是通过调整基础水平截面的大小来限制沉降量。不过，如果地基土层柔性很大，那就只能土壤改性或者使用桩基，并且尽可能的做大基础水平截面，不过，关于地基土壤改性不是本文重点，就不在此详述。

上部结构和基础的传力都是一样的，都是自上而下的，越靠近建筑物顶端，自重越小；只不过在通常情况下，上部结构还会受到横向荷载的作用，如风荷载。再就是较大的活荷载，如雨载和雪载，雨载还要再附加一个冲量，特别是暴雨下的冲量是很可观的。不同于基础的有限结构形式，如：独立基础，筏板基础，箱形基础，连续梁基础，以及组合基础，基础不只结构形式有限，而且传力简单明确，尽可能的都是单方向受力，一般不承担弯矩，最多增加几根拉梁，基本上就是静定结构。而上部结构单从结构形式说，就有承重墙，剪力墙，梁柱刚架式，梁柱框架式，单筒，双筒，三筒和组合式结构；上部结构除了少数结构是静定的，大部分都是超静定，甚至高次超静定，荷载传递路径大体上为由上而下，但常常会将竖直力转化为弯矩后，再向下传递。为此，只好将这些上部结构的受力情况做出简要叙述。

承重墙承担自重和上部结构传下的压力和拉力，构造柱和圈梁增加整体刚度，开间过大的双向板增加梁，承担负弯矩。该受力体系基本属于静定结构。

剪力墙承担自重，上部结构传下的压力，拉力，剪力和弯矩，剪力墙间增设的拉梁，承担侧弯矩，该受力体系为一次超静定。

梁柱刚架式，柱承担上部结构传下的压力和侧弯矩，梁承担拉力，弯矩和剪力，该受力体系属于二次超静定。

梁柱框架式，柱主要承担上部结构传下的压力，梁承担剪力和弯矩，属于该受力体系属于一次超静定。

双筒、三筒和单筒受力传力大致相同，都属于高次超静定，这里只说下单筒结构受力，由不同筒体分别承担压力，拉力，弯矩，侧弯矩，反弯矩，不承担剪力，每种筒体至少承担至少一种形式的受力，剪力传递到筒体外侧由承重墙承担。

1.2 地震应力下建筑物的受力分析

要叙述地震应力下建筑物的受力状况，先要叙述下地震成因，以及作用机理。根据板块漂移说，板块间相互碰撞的地方就是震源，地震的源头，因为震动，从震源处产生地震波，在地壳内传播，地震波有横波和纵波两种，其中纵波的危害性更大，横波是质点振动方向和波的传播方向垂直，纵波是质点振动方向与波的传播方向同轴。纵波波速快，频率高，先到达建筑物，首先会对建筑物造成几次破坏，这时横波到达，纵波横波共同作用，造成更大破坏；然后，相干纵波，相干横波到达，发生波的干涉，通俗的说就是加成或削弱，加成的合成波对建筑物造成更大的破坏，而削弱的合成波对建筑物作用为侧弯矩，起到撕裂基础的作用。这就是地震对建筑物的作用。

震源处于建筑物下方，向四面八方辐射地震波，而地球又是圆形，地震波可以沿地表到达建筑物，这一批地震波先于其他波到达；其余地震波从建筑物下方到达。所以，建筑物在地震中是受到水平力和纵向力作用的，当然，大部分地震波并不是垂直到达，为了便于分析和计算，人们习惯上将不垂直于建筑物的地震波分解为水平方向，垂直方向和切割方向，换言之就是水平力、垂直力和弯矩。这也是为什么基础要增设拉梁，连接到一块，成为一个整体，不然，弯矩可以撕裂基础，使其失去必需的承载力，这也充分说明了基础的整体性，整体刚度大对抵抗地震力的伤害是多么的重要。这也就充分说明了，建筑物主要是基础在承受地震力，基础不破坏，上部结构就不会破坏。为了抵抗地震力的破坏，所以就增设阻尼构件，阻尼构件的质量决定着建筑物的抗震设防程度，这也就是本文讲述阻尼构件的原因。阻尼构件的作用就是在地震中将基础和上部结构分开，基础虽然部分损坏了，但还能支撑上部结构，在地震结束后，修复就好了，不至于造成很大的经济损失，人员伤亡。

现在分别说明各类基础形式是如何抵抗地震作用的：

独立基础，多用于柱下或墙下，能够承担拉力，压力，承担不大的弯矩，承受剪力能力较差，主要因为整体刚度不够大，在地震中被损坏可能性很大，一般都是做成联合基础，或者用拉梁连接起来，以提升其整体刚度。

连续梁基础，连续梁基础只是在墙下做了一个圈在一起的地下墙，虽然整体刚度较大，但不能承受弯矩，且面对地基变形会立即破坏，因为中间是中空的，只用于早期的平房建筑，虽然有一阶段也使用过钢筋混凝土制连续梁基础，且增设梯度，在地震中也不会有良好的抵抗力。

筏板基础，整体刚度大，且完整性好，可以承受压力，拉力，剪力，弯矩，对地基变形有良好的抵抗，对侧弯矩，反弯矩承受不好，不过可以在基础柱处增设钢筋混凝土制肋用以抵抗侧弯矩，反弯矩。

箱形基础，可以说是现阶段最完美的基础形式，可以抵抗各种地震力和地基变形，不过用于造价过于高昂，且设计技术难度大，所以很少应用，除非是非常重要的建筑物，另外，箱形基础本身具有很好的隔震性能。

桩基，隶属于地基改性范畴，除非发生地层错位现象，桩基一般不会发生断裂性损坏。桩基可以抵抗由于地基变形产生的拉力，压力，摩擦力，侧弯矩，扭转破坏，主要依赖于桩基的类别，和土层的空隙剪应力，桩基属于静定构件范畴，每种桩型可以承担两种类型以上的地震力。至于桩基的具体应用在描述石家庄勒泰中心的技术问题时会说到。

关于上部结构的结构特点和抗震性能会在后面的章节里说明，因为有一些在前面描述基础时已经说过，剩下的会结合阻尼构件并在具体实例里进行说明。

第2章阻尼构件

在第一章就已经提过，目前常用的阻尼构件有：拉梁、支铰结构、弹性支撑、弹塑性支撑、屈服支撑、屈曲支撑和隔震构件。这一章我们就一一叙述常用阻尼构件的基本特点。

2.1 拉梁

拉梁在受力结构中不是主要的受力构件，也不是主要的传力构件，只是一种分散受力构件，并且起着增加结构整体性，结构完整性的作用。

拉梁主要是起连接整体的作用，同时也要分担一部分侧弯矩，所以在锚固上有一些不同，我们知道，凡是杆状结构都需要在连入主体结构的同时，做长度不等的锚固，且拉梁长度不宜过大，目的是为了增强结构的整体完整性，主要因为杆状构件因为长细比的原因，容易在端部被剪破，因为混凝土构件本身刚度很大，所以一般不会在中部断裂，只是端部破坏。拉梁的锚固部分相别比的构件要长上一倍，目的是为了更好的承受剪力和端弯矩。锚固部分在配筋上是有要求的，纵截面要使用腰筋，纵向箍筋要加密，而且要在纵向下部使用负弯矩筋，上部使用截面较大的架立筋；不仅是锚固部分要这样布置，拉梁的三分之一处也要这么布置。拉梁的作用就是在地震力作用下，保护主要受力构件在地震力中不破坏，抵抗由于地震力施力面和结构面有夹角所产生的侧弯矩，因此，拉梁可以算作最简单的阻尼构件。

2.2 支铰结构

我们知道支铰结构是组成静定结构中的简支梁的主要受力构件，通常用于桥梁和涵洞，建筑物用的并不是很多，支铰结构可以承担两个方向的受力，水平力和竖向力，还可以承担端部弯矩，起到一定程度的分散应力的作用，因此，支铰结构也可以作为抵抗地震应力的阻尼构件。

为什么说静定的支铰结构也可以用做作地震应力作用下的阻尼构件呢？那我们就从位移法成立的前提说起，在狭义力学中，有一个力作用于物体，那么就产生一个与力的作用方向相同或相反的位移，力是矢量，位移也是矢量，且位移必恒大于零，也就是说，位移是实位移，而在广义力学中，由于力的承受体是刚性的，不会产生变形，位移也随之为零，位移依旧存在，只不过有方向，而没有大小，这就是虚位移，这也就是位移法的来源；反过来讲，有位移而无力，也就是虚力，这便是力法的来源。

在自然界中绝对刚度的物体是不存在的，也就必产生力方向下位移，而支铰结构要以发生形变或转动，这两种能量转移的方式来抵抗地震应力的作用，也就是地震能量的转换，因此，支铰结构当然可以用作阻尼构件。

在建筑工程中，由于极限设计法和结构几何不变的要求，基本上为刚性连接，而支铰结构作为一种柔性连接，出现的频率并不多，大部分应用在钢结构或多种结构材料形式的组合结构上，下文会对具体建筑工程中支铰结构的应用做出详细解释，毕竟支铰结构在建筑工程中的应用属于个例，不具备整体概象。

2.3 弹性支撑和弹塑性支撑

就物质的变形性质来说，我们可以将物质分为刚性，塑性，弹塑性和弹性。刚性是没有任何变形，直角坐标系曲线为一条过零点的直线；塑性是指物质会发生渐进变形，而不具备形状可逆性，直角坐标系曲线为一条过零点的对数曲线；弹塑性是指物质会发生渐进变形，并具备一定的形状可逆性，直角坐标系曲线是复合曲线，对数曲线和上下限往复曲线；弹性是指物质具备形状可逆性，直角坐标系曲线为更大范围的上下限往复曲线。

如果说到变形，也必须说一下能量转换，因为物质发生形变，以分子动力学的观点来看，就是能量的转化。刚性物质没有形变，所以不涉及能量转化，只要有足够大的力，就会发生物质脆性破坏；塑性物质，因为是逐渐变形的，所以涉及的能量转化最多，这种能量叫做塑性势能；弹塑性物质，能量总转化量少于塑性物质，且有一部分弹性势能，还有一部分弹性势能转化为热能；弹性物质，只有弹性势能，转化为热能的势能更多，但能量转化总量比弹塑性物质更少，弹性物质的能量主要用于自身的形变以及恢复原先形态，根据分子动力学，形变是分子热运动的结果，有一部分势能转化为热能耗散到空气中，这就是能量守恒原理的表达。也就是说，弹性支撑和弹塑性支撑在地震中的作用就是吸收地震能量，以此减少地震应力的破坏。

我们知道在建筑工程中，构件间的连接主要是刚性连接，弹性以及弹塑性连接主要用于可移动构件，如天棚，升降柱，抗震结构，组合结构转换区域，因此，一般来说，弹性支撑和弹塑性支撑主要用于钢结构和预应力结构，具体实例在下文中的具体建筑工程有详述。

2.4 屈服支撑和屈曲支撑

屈服支撑和屈曲支撑主要用于钢结构和钢--钢筋混凝土组合结构，有时也会用于预应力结构。而这类阻尼构件的基本原理就是抵抗材料的屈服或者屈服后变形，以防止屈服或屈服后变形对结构的荷载传递路径造成重大影响。

我们知道混凝土是刚性材料，钢筋是弹塑性材料，钢构件也是弹塑性材料。混凝土屈服强度很大，不过，当施加荷载超过屈服强度时，混凝土发生粉碎性破坏，因此需要钢筋这种弹塑性材料用于束缚混凝土的粉碎性破坏，同时，钢筋也依赖于混凝土的保护和锚固作用，另外，当混凝土凝结时，由于水的表面张力和毛细作用，混凝土会发生局部微膨胀，混凝土表观体积略微增大，会出现些许裂缝，不过由于钢筋的束缚力，混凝土的反拉力，可以使钢筋混凝土具备更好的抗压抗拉效果，这也是钢筋混凝土带裂缝工作的基本原理。有时，我们需要混凝土的毛细管现象，利用其膨胀效果，我们会在钢筋连接中使用屈服液压杆，目的是拉长钢筋，同时又不至于使钢筋达到受拉屈服强度，使钢筋处于安全应力范围。屈服液压杆就是屈服支撑和屈曲支撑实现的主要途径。这种方式也是较安全的实现预应力效果的一种简单方式，它和预应力的原理是一致的，都是在正式使用前施加荷载。

使用屈服支撑的目的就是不让材料在较大的外力荷载下达到屈服强度，使建筑物能够更好的为人类提供庇护作用，通常用于门式钢架，单铰钢架，无铰钢架，钢拱式结构，钢桁架等尽可能避免材料荷载过大的结构样式。

那使用屈曲支撑的目的呢？屈曲支撑的目的就是不让材料在达到屈服强度后发生变形，因为材料在变形后，受力极限大大减小。通常屈曲支撑用于钢框架、钢桁架，钢--钢筋混凝土组合结构和劲钢混凝土中钢构件部分，有时也会用于预应力构件。

现在来说一下预应力的特点，预应力顾名思义就是在结构正式使用前预先施加荷载，而任何材料都是有受荷极限的，超过这个极限就会屈服或逐渐屈服，一般来说，预应力材料多为弹塑性材料，尽可能多的利用材料的塑性性能。材料在提前受荷时，是绝对不会超过其屈服强度的，只是达到屈服强度的70%，而这时候如果使用屈曲支撑，抑制材料变形，这样会大大提升预应力构件的抗震性能，虽然预应力构件的抗震性能本身就不低，使预应力构件在强震下尽可能的不破坏。

目前国内使用的屈曲支撑和屈服支撑大都由液压杆作为其核心部件，驱动液压杆需要极大的力，仅靠自重或很大的施工荷载，或使用中很大的活荷载，都很难驱动液压杆。那么，在钢框架中使用此类支撑，在地震中，基础传来的地震应力将很难对钢框架造成损害。

2.5 隔震构件

隔震构件相比其他阻尼构件，最大的区别的就是，其他阻尼构件只是将地震能量转移或转化，而隔震构件则是把基础或地下室与地上结构隔开，保证地上结构不会受到地震应力的影响，使建筑物在地震中仍能发挥作用，但其造价较高，一般只对具有重要价值的建筑物使用。

隔震构件的核心组成部分是多个劲度巨大的弹簧支座，在日常使用中，我们可以将这个弹簧看作绝对刚度，关于这个弹簧的组成，可以是液压弹簧，也可以是合金钢弹簧。当地震发生时，地震应力传递到这些弹簧时，这些弹簧就把地上结构和地下结构分开，结构的晃动只存在于地下，而地上部分没有任何地震表象。

隔震构件的安装开始于建筑物的主体结构的完工，由上向下传递的荷载稳定了，那么在基础或者地下室挑选适合安装弹簧支座的位置，且不破坏荷载传递路径。关于位置选择要遵循一些条件：必须是承重结构，高宽比不大，较矮较粗的剪力墙或框架柱，且不能出现短柱矮墙，短柱破坏在地震中是对承重结构的毁灭性破坏，因为短柱破坏会产生较大的小偏压现象，毁灭性的扭弯矩；弹簧支座出现区域，墙柱不宜过多，且不要出现拉梁、悬挑梁等受拉构件，因为剪切弯矩对弹簧支座在地震中具有毁灭性破坏。

石家庄勒泰中心阻尼构件的应用

这一章主要讲述阻尼构件在建筑工程石家庄勒泰中心的应用和技术组织，为后来人提供借鉴，更好的使用阻尼构件。并将结构原理进行详细说明，因为辩证法告诉我们，知识是对客观存在的反映和指导，从客观存在得到知识，又将知识用到更广泛的客观存在中去，这就是认识论和实践论的统一。

在开始叙述阻尼构件的应用前，先将石家庄勒泰中心的桩基描述一下，因为它们与阻尼构件在地震应力作用下的表现息息相关。石家庄勒泰中心拥有四个塔楼，LOFT楼高169米，写字楼212米，万豪酒店196米，和颐酒店137米，四个塔楼均超过120米，这样的话，仅自重就十分巨大，在不到4000平方米的地基土上，是不可能很好承担的：黏性地基不可能承担这样的变形，和颐酒店下的砂性地基当然更承受不了，所以在四个塔楼下使用混凝土灌注桩：LOFT有359根基础桩，写字楼有484根，万豪酒店有440根，和颐酒店有274根。桩基就是地基土层的骨架，不让其有过大的变形和沉降，以免影响承载筏板基础传来的上部荷载。这里使用的是混凝土灌注桩，而不是冲压预制桩，无论何种安装方式对土层都会带来不可避免的扰动，而当桩孔超过15米长时，仅自重和土层挤压扰动力会出现塌孔，所以在成孔时，要注入根据泥浆比重计测定的调配好的泥浆，在成孔完成时，安放泥浆护壁。混凝土灌注桩有一步施工工艺是很重要的，这就是压力后注浆，一般在浇筑完成后2天进行，冬期施工是在混凝土凝结完成80%，一般是在4天后进行，压力后注浆注入的是水灰比在0.8-0.95的砂浆，作用是排开混凝土中的泥浆，并保持桩身完整性，桩身完整关系到桩基和基础在地震中不受到破坏，这也是桩基超声波探伤的重要评价指标，日本的桩基规范要求桩身完整度在98%以上，远高于国内标准，从这里我们就能看出桩身完整对阻尼构件的发挥作用是非常重要的。在混凝土浇筑前要拆除泥浆护壁，下放压力注浆管，压力注浆管下放到桩尖上1.2米，高出桩底表面1.4米-2米，且要用大扳手拧紧注浆帽，否则会导致无法进行压力注浆，除非是由于混凝土的毛细管效应可以使特定水灰比的砂浆渗透进入混凝土间，排出泥浆。

下面开始分别叙述各种阻尼构件应用技术特点。

3.1 拉梁

拉梁是一种结构形式简单，传力明确的结构单元，所以在工程的实际应用中会经常出现；因为拉梁可以更好的保障结构的整体性，所以设计院、评审机构也愿意尽可能多的布置拉梁，而不去寻找其它形式的结构单元作替代品。

拉梁从材料区分有合金钢、钢筋混凝土、劲性钢筋混凝土，一般来说钢筋混凝土制拉梁居多。拉梁可以用在很多的结构单元节点处，只要是起到连接，增强结构整体性的地方就都可以：连接柱下或墙下独立基础，连接单个柱下或墙下联合基础单柱，筏板基础，箱型基础，连接单个剪力墙，剪力墙结构受弯处，框剪结构中受弯剪力墙处，剪力墙核心筒受弯处，多榀钢梁，大跨钢框架。

石家庄勒泰中心四个塔楼基础均为桩筏基础，筏板不可能直接承接桩基，因为这样就变成单点支撑了，当地基受到地震应力变形时，就会造成筏板的局部悬空，而且桩基是不均匀分布的，所以需要一个承台作为桩基和筏板的转换，而桩基的不均匀分布也就造成了承台不是一体的，因此在承台下部用拉梁将彼此独立的小承台连接起来，同时也增强了承台对桩基的保护作用。而裙楼基础为大底面的柱下独立基础，一共11个底面积；在裙楼和塔楼相接处，因不均匀沉降所造成的剪切力所产生的剪弯矩较大，所以改用柱下联合基础予以抵抗，并在联合基础的单柱间使用拉梁连接，并且也将独立基础和筏板上部相连，在地震应力下尽可能的保持整体性对上部结构的安全是至关重要的，特别是针对地震中的剪扭破坏。在55000平方米的裙楼使用柱下大底面独基确实是华东设计院的首创，不过考虑到-55米以下土层为黏土，且土层连续平整，沉降量不大，含水率不大，孔隙率不大，这种设计思路是偏于安全的，而且是很节约资金的，柱下独基相比筏板基础，施工技术难度大大降低，几乎没有施工难度，建筑小工就可以完成全部工作，不过仍是有技术难点的，那就是混凝土一次浇筑方量过大，因为混凝土本身具有膨胀作用，膨胀应力对混凝土基础的破坏作用是很大的，因此分开浇筑或布置伸缩缝以减少膨胀应力的破坏；另一个就是混凝土凝结中的温度应力的破坏作用，尽可能多的布置测温点，并给混凝土洒水以保持较低温度。由于裙楼面积确实很大，在土层特性改变处，增加了柱间拉梁，可以分担一定程度的扭转弯矩，不致于基础的整体破坏；在联合基础单柱间也设有拉梁，目的在于更好的减少沉降不均造成的剪弯矩对基础的整体破坏。因为拉梁锚固是深入柱的，且向下延伸，因此在支模时一定要同时支摸，不可分开支摸，并且要同时浇筑；如果分开浇筑，则锚固就没有任何意义了，锚固的作用就是让拉梁和柱成为一体。如果拉梁所处高度相比一次工作面高度超过两米，那必须搭设安全围护支架和拉梁支架，拉梁不得出现大于5‰的自然垂拱，因此拉梁下方需要偶数个数的支撑。石家庄勒泰中心塔楼筏板较厚，最深处是在万豪酒店楼深坑基础，达到11.9米，一次浇筑方量达到15000方；那么在筏板基础中有用于平衡虚铰的中空区域，在这些区域支模时自然用到箱模，但箱模高度已超过6米，那么必须在箱模内使用加劲肋，以此保证在混凝土浇筑时，混凝土的冲击不至于使箱模发生位置偏移，也避免在虚铰处产生较大扭弯矩对尚未完全凝固的混凝土造成内部破坏：产生过多内裂缝或较大的毛细管，这个内部破坏相对而言就是地震应力的外部破坏。设置中空区域的原因主要是因为混凝土是刚性材料，大方量钢筋混凝土会因刚度过大在地震中会遭受巨大的剪弯矩，所以需要有很多中空区域，仅以拉梁相连，保持整体性，这也是剪力墙结构会经常用到大面积开洞的原因。

裙楼因为负担着大屋架和冰场，特别是冰场荷载，超过设计院的设计荷载，特增加了劲钢钢筋混凝土框架柱，并将两根截面较大的悬挑梁用拉梁连接起来，悬挑梁负责承载上部结构传下的较大的叠加反弯矩，而拉梁的联合，可以承担更多上部结构传下的弯矩。另外，裙楼还设有11个钢构件连廊，用于连接各个独立裙楼，连廊两端均有合金钢锚固件直接锚固于混凝土中，而在连廊下也设有钢筋混凝土制斜撑，锚固于裙楼主梁内，这也可以看作是负担负弯矩的拉梁。

LOFT和写字楼均为钢框架外筒-劲钢剪力墙核心筒组合结构：外筒各钢框架柱每层均有拉梁将其组成一个整体，这也就是抵抗地震作用侧弯矩所需的框架整体性；而在剪力墙核心筒，又有钢筋混凝土制拉梁在拐角处、结构负弯矩处将剪力墙构成一个整体，同样拉梁也是锚固于主体剪力墙内的。

和颐酒店的结构形式为劲性剪力墙-钢框架组合结构，且剪力墙部分下方地基为砂土，含水率较高，而钢框架部分为黏土，所以该塔楼局部沉降较大，所以为了平衡沉降不均，所以在地下一层的裙楼和和颐酒店之间使用了型钢转换梁，直接植入和颐酒店的剪力墙中，这个型钢转换梁就是合金钢制拉梁，用于抵抗较大的沉降弯矩，保持裙楼和和颐酒店的相对水平。钢筋混凝土制拉梁，承受弯矩的结构单元是钢筋，但有混凝土的保护不至于破坏；我们知道钢材在多重弯矩下会发生失稳，而保证其在荷载下工作的方法一般是增大截面积，同时又要保证一定的长细比，不至于因自重而失稳，短柱矮墙破坏在钢构件也是存在的。而钢构件自身在混凝土中的锚固效果不太好，所以必须依赖钢筋在混凝土中箍住钢构件，使其不会出现略微的滑移，增强其在混凝土中的一体性，这也是劲性混凝土更注重配筋率的原因。在剪力墙和钢框架相接处则是钢制拉梁较深的锚固于剪力墙内，同时避开剪力墙内的钢骨梁或钢骨柱，因为钢筋对钢构件的固定作用有限，但还是在此处设置了一排钢筋，将不同的钢结构构件隔开，而在地震应力作用下它们的相互错动会造成混凝土提前出现大裂缝，但这样会对支摸造成了不小的麻烦，为了保证节点处不断开这一原则，也就出现了较小的模板连通空间，这对于支模，还是浇筑都是较为不利的影响，增加作业人员的疲劳度。

万豪酒店是钢框架结构的，并间隔布置斜撑，斜撑也可以看作拉梁，增强框柱间的稳定性，依据的是结构设计中的三角形法则，或者叫单元体组成法则。

3.2 支铰结构

前文说到，支铰结构并不常用于建筑工程中，在石家庄勒泰中心使用支铰结构的只有两处：正门高达55米的四根钢柱和裙楼上的大屋架，--可以媲美浦东机场的大屋架。

首先叙述下那四根钢柱，我们假设钢柱为通长钢柱，在满足欧拉公式的条件下，则必须使用高强度高弹性高延展性合金钢，以及良好的弹塑性性能，而且巧合的是，恰好符合欧拉临界态的条件，所以这是一次挑战高技术的绝佳机会。作为合金钢要满足高强度、高弹性、高延展性和弹塑性性能，那我们要融合的金属元素有：钒、钨、钛、铱、铹。钒质坚且轻，且熔点不低；钨硬度极高，熔点很高；钛硬度较高且轻，熔点不高；铱，良好的延展性，但存量较少，可用铂或者黄金替代；铹，记忆性金属，耐疲劳性好，有良好的塑性性能。如果要冶炼出符合钢柱性能的合金，国内又无法冶炼此种合金钢，因此需要很大的科研投入，如果只为这四根钢柱就有些得不偿失，所以BJ多维使用的是目前现有的技术，不使用通长钢柱，而是使用分段焊接钢柱，焊接为刚脆性连接，承受弯矩能力不强，这就刚好利用了上下两个铰接元件，共同作用产生回转弯矩，抵抗来自结构自重和地震应力产生的弯矩。既然不是通长钢柱，而且又有刚脆性连接连接分节钢柱，那就可以不去考虑失稳条件；在钢柱分节的时候设置为每自然层一节，这样就降低了操作人员的危险性，不过还是会悬空作业的，所以在钢柱周围也布设了脚手架和脚手板。

钢柱的两个铰接元件，一个位于地面上，另一个位于屋架上，也就是说，钢柱的安装必须在屋架安装完成后，这样就可以避免钢柱只受一端固定，而可能出现的转动失稳了。

不过，另一个较大问题就是，这四根钢柱是空心的，需要浇筑混凝土，这一部分内容在叙述柱脚混凝土浇筑时会提到。

石家庄勒泰中心的大屋架相比其它屋架，施工难点在于节点不在同一水平面上，而且施工中并没有满堂脚手架，原因究竟是为何？屋架和裙楼的支撑来自于多个树枝型支撑钢柱，这是华东院和BJ多维共同设计的结果，提前使用这些树枝型支撑，这样就可以避免使用满堂脚手架。既然节点不共面，但节点共同承担弯矩，那么就在一个支撑钢柱上出现多个分支用以支撑上部节点，一旦整体合拢后，就如同拱式结构一样，能够承担很大的荷载，这种设计思路是偏于安全并且造价低廉。不过，这样的话，由于节点焊接量较大，所以空中作业时间就会增加很多，高出楼层面至少4米对于焊接工人来说是很危险的。当然，实现同一结构的方式多种多样，既然节点不共面，那我们就在地面上完成，待大屋架全部焊接完成后，使用顶升的方式升到各节点所要求的高度，这里我们就会用到不同型号的千斤顶的限位功能，由于千斤顶数量庞大，为了保证安装的高效率，使用小型机来为千斤顶进行定位，在最后的焊接完成后就可以拆除千斤顶了。这样就避免了在高于层面7米位置的焊接工作，屋架和支撑之间的焊接高度为2米--4米不等，相比7米要安全的多。

3.3 弹性支撑和弹塑性支撑

钢构件本身就是弹性构件，以自身的弹性特点吸收地震应力所带来的能量，并转化为自身的变形，同时依赖于一定的塑性性能，使其在变形下仍保持一定的承载能力，也就是说钢结构本身的抗震能力优于钢筋混凝土结构。

石家庄勒泰中心使用了很多钢构件，钢构件总量接近8万吨，其中万豪酒店楼钢构件约为5万吨。

在四个塔楼基础上设有钢构件柱脚，这些柱脚是植根于筏板基础的，这样做就增加了结构整体性，提升了柱脚的自身稳定性。在柱脚中是需要灌注混凝土的，而华东院不希望使用自密式混凝土，原因在于，自密实混凝土可能会出现不规则中空，在横向地震力的作用下，柱脚会出现一定程度的倾覆。因为柱脚自身的弹塑性，在地震应力下会出现些许自身变形，但仍旧能够保证上部钢构件不倾斜；如果在地下一层处设有隔震构件，则能保证地上部分的钢构件原位不变；而地下部分的钢构件只有柱脚会有些许变形。

柱脚和筏板基础的连接是刚性和弹性的连接，柱脚是通过螺栓直接打入基础中，再辅以混凝土封缝。而钢管混凝土的浇筑对于任何工程都是麻烦事，中空的结构在地震应力的横向作用下是没有任何抵抗能力，所以再麻烦都要进行浇筑。混凝土是通过下方进入，因为是流动状态，所以随着混凝土的不断增多，逐渐由下往上充满整个钢管，但混凝土本身具有粘滞性的特点，所以势必要出现中空，自密式混凝土也会出现中空，只是不规则且中空区域不大，但也是一种结构安全问题，施工作业人员只能在下方入口振捣，所以为了混凝土的充分密实，要不断敲击钢管壁，保证混凝土不会挂壁，而是聚集在一起，不出现中空区域，一般来说不会达到钢构件的共振频率。

在邻近中山路的裙房有预应力构件，预应力构件也可以看作弹塑性支撑，预应力，顾名思义就是对结构单元提前施加荷载，这样可以提高结构的承载能力。预应力构件在地震应力下的受力情况是这样的：预应力构件本身具有一定荷载，构件材料处于弹塑性状态，当地震应力传来时，构件以自身微形变为代价，吸收地震能量，直到地震应力足够大时，构件不能在以变形来吸收能量，也就是达到了塑性极限。在预应力构件安装时，最重要的阶段就是荷载施加阶段，一边都是逆时针施加，所以不要站在顺时针方向，也就是不要站在构件右侧位置，以防预应力构件锚固件挣开造成的人员伤害。在施加荷载时，一般不超过塑性极限的70%，并且是匀力施加，就像是在操纵万能试验机。

3.4 屈服支撑和屈曲支撑

在石家庄勒泰中心使用屈曲支撑的部位是万豪酒店楼，这里先不提屈曲支撑，而是先叙述屈曲支撑的来源，屈服支撑。

屈服支撑，前面说过，是抵抗构件的屈服状态，不让其达到屈服状态，在钢结构中，大都是受弯屈服，主要考虑的受力因素是弯矩。根据D值法我们知道，梁下屈服支撑设于跨内三分之一或四分之一处，这里是弯矩最大点。承重柱处一般不设屈服支撑，但在大偏心柱一侧设屈服支撑，小偏心柱两侧均设屈服支撑，主要由于偏心柱会造成剪弯失稳，会增加跨内梁和跨间梁受到的弯矩，会造成层结构的整体失稳，特别是在地震应力的横向作用下。

屈曲支撑相比屈服支撑更进了一步，限制结构单元的微形变，因为某些结构会由于微形变造成层结构重心的偏移，以此导致结构失稳，特别是在地震应力中的作用下造成层状滑移垮塌。因此，屈曲支撑尤其适合钢框架和钢框筒核心筒。万豪酒店楼就是钢框架结构，并辅以斜梁构成三角形稳定结构。不过在水平力下，还是会有侧移弯矩对框架柱梁有影响。屈曲支撑的安装属于零载安装，即两端不受力安装，安装完屈曲支撑，即可完成每榀钢框架的安装。对于屈曲支撑的成品保护也很重要，因为驱动屈曲支撑的力量极大，大多数情况下不可能驱动，因为国内大部分屈曲支撑均为液压杆，所以只要保证液压部分无阻隔就可以保证屈曲支撑的正常工作；因为液压杆件通常由金属制成，因此液压杆件也要涂一层防锈防腐蚀涂料。不过如果是预加载的方式安装屈服支撑，那就比较麻烦了，不过我们可以参照预应力构件的安装方法，因为是预加载，一般都要预防施加荷载过大，所以技术人员要查阅说明书，熟知正常使用最大荷载和极限荷载，一般是加载到正常使用最大荷载的50%，最好不要超过70%，当然在安装前一定要检查构件初试复试报告，有时候还要查看材料初试复试报告。安装于指定位置时，我们要让屈曲支撑中心和结构接触，而不是截面全接触，留出屈曲支撑的膨胀空间，隔震支座安装时也是这样布置的。

另外，在预应力结构中，我们也会使用屈服支撑作为预应力杆件，这样做的目的可以承担更大的地震荷载，因为屈服支撑等于是增强了钢筋的受拉极限。在裙房的预应力柱就是这样做的，主要是为了平衡上部附加结构产生的负弯矩和大偏心扭转弯矩。

3.5 隔震构件

石家庄勒泰中心在设计阶段华东院确实考虑过百年建筑构想，增设隔震构件。隔震构件最关键的部分就是弹簧，是一个劲度趋于无穷大的弹簧，平时不可能驱动，只在地震应力作用下，弹簧才可能驱动，微微弹起，将地下结构和地上结构隔开，使得建筑物的地上结构仍旧可以正常使用，不会受到地震的任何影响。后来由于国内的隔震构件报价偏高，业主不想为隔震构件买单，也就取消了隔震构件。

前面已经说过，隔震构件的安装开始于建筑物的主体结构的全部完工，由上向下的荷载传递稳定了，尤其是扭转弯矩部分传递稳定了，因为扭转弯矩对隔震构件的破坏是不可逆转的。那么就可以在基础或者地下室挑选适合安装隔震构件的位置，但不能破坏荷载传递路径。关于位置选择要遵循一些条件：必须是承重结构，高宽比不大，较矮较粗的剪力墙或框架柱，且不能出现短柱矮墙，短柱矮墙破坏在地震中是对承重结构的扭转弯矩的毁灭性破坏；弹簧支座出现区域，墙柱不宜过多，且不要出现拉梁等受拉构件，因为剪切弯矩对弹簧支座也具有破坏作用，缩短其寿命。不过，100%符合条件的位置是不存在的，那就要分析该处的弯矩包络图，根据最不利荷载来布置隔震构件。另外，柱上安装隔震构件，离不开剃凿混凝土，因此在剔凿时不能触及受力主筋、箍筋以及受弯钢构件，剔凿面不宜过大，大概比所需安装面多出5-15mm，给受力主弹簧留出微变形空间，但不宜过大。

大部分弹簧，无论何种构造，均为金属制造，防锈防腐蚀也是必须要做的工作。

结论

本文主要展示了阻尼构件在石家庄勒泰中心的使用，以及施工中需要注意的难点，以提醒后来者不会出现相同的错误。另外就是在安全和成本上能比在石家庄勒泰中心做的更好。在完成了石家庄勒泰中心以后，获得了很多第一手的实践资料，我就感到要写些什么，帮助后来者避免已经发生过的错误，在技术组织上对后来者提供借鉴，比较，警示，以便于后来者能更多的在技术组织中考虑安全和成本因素。

写这篇论文，我对自己还有一个要求，就是要让没上过学的人也能看懂，爱因斯坦的相对论论文就是小学生都能看懂，霍金写的《时间简史》和《果壳中的宇宙》就是写给小孩子的科普读物，我非常痛恨鄙视说这些书难懂的人，所以，我的硕士论文也要让没上过学的人看懂，那些有技术的工人虽然没上过学，但是对于施工技术的了解要比刚毕业的大学生多得多，希望他们能在技术上有新的进步。当然，对于初入工程的新员工、刚从大学毕业的职场新人，特别是对希望了解更多工程技术的人起到引导作用。

我想要说的就是阻尼构件并不是什么神奇的东西，都是对现有结构单元进行改造，让建筑物在地震后能够继续存在和使用。就如同毛泽东在《论持久战》中说过，最关键的要素是人，是人不断变化的认识能力，创造力：人的创造能力是无穷的，只要肯动脑筋，就能做出在很多人看来不可能的事情。这个世上的成功者，或者称为站在巨人的肩上，都是不断地开发自己的大脑，无穷的创造力就是这个巨人，这就是最简单最真实的辩证唯物主义。独立思考，打破思维屏障，不断创造，不仅仅是节约金钱。

最后，我只想说，本文只是抛砖引玉，让更多的人能写出更多的关于推动阻尼构件革新的论文，制造出更新更好用更环保的阻尼构件，更好的让知识指导生产。

参考文献

[1]李俊宝桁架结构振动阻尼控制中的阻尼构件的优化配置[J]，振动测试与诊断，1996（12）

[2]胡正宇三角形钢板加劲阻尼减震装置设计方法研究[J]，钢结构，2010 （6）

[3]王思棋带高位转换层的消能结构抗震性能分析[J]，安徽建筑大学，2013（3）

[4]吕西林结构抗震设计的新概念--可恢复功能的结构[J]，同济大学学报（自然科学版），2011（7）

[5]门进杰不规则钢筋混凝土框架结构基于性能的抗震设计理论和合法[J]，西安建筑科技大学学报，2007（4）

[6]薛强考虑二阶效应的钢框架抗震设计研究[J]，西安建筑科技大学学报，2012（4）

[7]章红梅剪力墙结构基于性态的抗震设计方法研究[D]，同济大学 2007（8）

[8]张海燕基于位移的概率地震需求分析与结构抗震设计研究[D]，湖南大学，2005（3）

[9] Manfred H.Pahl Hydrodynamische Beanspruchung von Ruhrorganen [J]，Chemie Ingenieur Technik，2004 (4)

[10] Binggeng Lu Estimating equivalent viscous damping ratio for RC members under seismic and blast loadings [J]，Mechanics Research Communications，2006(6)

[11] McGarry Matthew D J Use of a Rayleigh damping model in elastography [J]，Medical & Biological Engineering & Computing，2008 (8)

[12] Milner T E Damping of the wrist joint during voluntary movement [J]，Experimental brain research，1998(3)

[13] N.Bazeos Comparison of three seismic design methods for plane steel frame [J]，Soil Dynamics and Earthquake Engineering，2008(3)

[14] Qiang Xue The draft code for performance-based seismic design of buildings in Taiwan [J]，Engineering Structures，2007(6)

[15] K.Goda Application of cumulative prospect theory:Implied seismic design preference [J]，Structure Safety， 2007(6)

致谢

在本文的最后感谢我的导师提出中肯的意见，感谢校领导组织授课，感谢授课教师们辛勤的传授知识，为我能写出学位论文提供重要的帮助。

感谢论文评议专家们在夏日中的辛劳。

感谢读到本文，获得灵感，用于生产实践的人，这也是作者的希望。