摘要

現今社會建筑抗震理論的逐步完善，抗震技術的逐步發展，抗震構件的逐步多樣化，建筑物會越來越安全，而阻尼構件是重要的抗震構件，阻尼構件是建筑物抵抗，轉移，削弱地震應力破壞的主要構件，其種類包括：拉梁，支鉸結構，彈性支撐，彈塑性支撐，屈服支撐，屈曲支撐，隔震構件。本文所要探討的就是阻尼構件在施工中的具體應用，以及可能性較高的革新理論，并詳述阻尼構件在特定建筑物中的實際應用情況，并以石家莊勒泰中心為例，為今后的阻尼構件應用提供可借鑒的參考和警示。

關鍵詞：拉梁，支鉸結構，屈曲支撐，隔震構件

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

目錄

緒論......................................................................................................................... 1

0.1 課題研究背景.............................................................................................. 1

0.2 國內外應用現狀.......................................................................................... 1

0.3 應用前景....................................................................................................... 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 地震應力下建筑物的受力分析............................................................... 3

第2章阻尼構件受力分析..................................................................................... 4

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

2.2 支鉸結構...................................................................................................... 4

2.3 彈性支撐和彈塑性支撐.............................................................................. 4

2.4 屈曲支撐和屈服支撐................................................................................ 5

2.5 隔震結構.................................................................................................... 6

第3章石家莊勒泰中心阻尼構件的應用............................................................. 6

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

3.2 支鉸結構.................................................................................................... 8

3.3 彈性支承和彈塑性支撐............................................................................ 9

3.4 屈服支撐和屈曲支撐...............................................................................10

3.5 隔震構件...................................................................................................10

結論...........................................................................................................................12

參考文獻...................................................................................................................12

致謝...........................................................................................................................13

緒論

0.1 課題研究背景

現今社會，各國都在想盡一切辦法去應對地震災害，因為地震對建筑物的毀滅性破壞，對人類的心理傷害都是無比巨大的。日本作為多地震災害國家，它的抗震技術研究是走在世界前列的；中國也是多地震災害國家，但抗震技術研究確是不斷徘徊。對本文所要論述的阻尼構件日本是深有研究的，具體的應用也要比其他國家多出一倍以上，這主要是在阪神大地震之后，日本重新編寫了抗震技術規范，并在抗震技術研究上投入頗多。

我國在汶川地震后，也加大了抗震技術研究的投入，本文所要詳述的阻尼構件是抗震技術研究的一部分，也是抗震應用最主要的一部分。

0.2 國內外應用現狀

現今各國主要使用的阻尼構件有：拉梁，支鉸結構，彈性支撐，彈塑性支撐，屈服支撐，屈曲支撐，隔震構件。

磚混結構，剪力墻結構，主要使用拉梁作為基本的阻尼構件。

可做定向移動的鋼結構，使用支鉸結構作為其基本的阻尼構件。

鋼框架，臨時設施一般使用彈性支撐作為阻尼構件。

磚混結構，剪力墻結構，筒體，勁性鋼結構使用彈塑性支撐作為阻尼構件。

屈服支撐和屈曲支撐主要用于高聳鋼框架和鋼筒體。

對于比較重要，或者計劃長期使用的建筑物，會使用彈性或彈塑性特質的隔震構件。

0.3 應用前景

地殼活動經過一個較長的休眠期，終于進入一個地殼活動活躍期，建筑物的抗震研究也就進入了大爆發時代，更多的抗震構件將會出現，不過，其原理基本還是吸收，轉移地震能量，延緩地震應力作用，充分發揮材料的彈塑性性能，滿足這些條件的構件便是阻尼構件。阻尼構件將會更加多種多樣，應用也會更普遍，造價也會更低廉。

0.4 本文主要工作

展現阻尼構件的基本原理，構造，種類，施工技術要求，以及特定條件下的安全要求。

詳述在施工中的具體應用，以及遇到的問題，解決方法，避免各種技術難點的大致方法，本文的立足點就是為后來人提供前車之鑒，避免犯相同的錯誤。

基本受力分析

要說明建筑物在地震條件下的受力情況，那就首先要簡述下建筑物的荷載傳遞路徑、整體受力和局部受力。

1.1 建筑物的受力分析

通過學習結構力學我們知道，如果要想讓結構長久的矗立，那就必須是幾何不變體系，而建筑物就是一個幾何不變體系，也就是建筑物內部受力平衡，而且外力通過建筑物使內力保持平衡，下面我們就要分開說明這種受力平衡，以及荷載傳遞路徑，荷載傳遞的有效性和穩定系決定著建筑物能夠一直通過荷載傳遞來平衡地震應力，抵抗地震應力帶來的破壞，因此荷載傳遞對抗震設防有著重要影響。

建筑物分為上部結構和基礎，我個人更喜歡這種分類方式，而不是地上結構，地下結構和基礎，因為兩分法比地平線三分法更能簡明扼要的說明荷載傳遞的路徑，而且這樣更符合唯物辯證法，物質不以人為觀念為前提，地平線就是這樣的一個人為觀念設定。

基礎坐落在地基上，地基的堅實程度決定著建筑物的整體抗震性，因為如果地基不夠堅實，就造成基礎和地基之間有相對形變，而當有了相對形變，那么荷載就不能均勻的穩定的傳遞給地基，建筑物在地震中就不能很好的抵抗地震應力的破壞。而且地基可以看作是一個剛體，一個假定的剛體，地基剛性假說是建立土力學和基礎工程學的基礎。在地基剛性假說的前提下，我們假定地基幾何不變，并受到由基礎傳來的恒荷載（包含基礎自重）和活荷載，這種荷載十分巨大，地基本身幾何不變且剛性，但會影響到下方的土層，下方土層受荷，又無處釋放，只好引起土層形變，造成地基和基礎的整體下移，這也就是建筑物沉降的來源，荷載能量的釋放。下方土層本身具有一定剛度，這里就不用地基剛性假說了，因為不是基礎主要承載面，適當的變形釋放一定受荷能量，不影響整體的剛度，也不影響其上方地基和基礎的承載力，也就不影響建筑物的抗震能力。所以，這也是進行沉降觀測的原因，將沉降量維持在一定限值內，因為沉降量稍大也是會影響建筑物的使用的，畢竟建筑物是人用來居住工作娛樂的。我們知道，如果地基不均勻受力，局部變形和下方土層局部沉降差肯定會很大，甚至超過限值，就造成地基不穩不平，畢竟地基還是有一定的柔性，這也就影響到建筑物的抗震能力，而讓地基均勻受力主要在于基礎的均勻施力，我們知道在薄冰上行走要匍匐前進，因為這樣受力面積大，壓強小，基礎也是這樣，我們在上部結構荷載較大的區域，基礎水平截面盡可能的做大，而上部結構荷載較小的區域，基礎水平截面要小一些，這樣就可以制造出均勻的施力面。同樣，如果基礎某處自重比較大，那基礎水平截面就要大一些；自重較小的，水平截面就可以小一些。就是通過調整基礎水平截面的大小來限制沉降量。不過，如果地基土層柔性很大，那就只能土壤改性或者使用樁基，并且盡可能的做大基礎水平截面，不過，關于地基土壤改性不是本文重點，就不在此詳述。

上部結構和基礎的傳力都是一樣的，都是自上而下的，越靠近建筑物頂端，自重越小；只不過在通常情況下，上部結構還會受到橫向荷載的作用，如風荷載。再就是較大的活荷載，如雨載和雪載，雨載還要再附加一個沖量，特別是暴雨下的沖量是很可觀的。不同于基礎的有限結構形式，如：獨立基礎，筏板基礎，箱形基礎，連續梁基礎，以及組合基礎，基礎不只結構形式有限，而且傳力簡單明確，盡可能的都是單方向受力，一般不承擔彎矩，最多增加幾根拉梁，基本上就是靜定結構。而上部結構單從結構形式說，就有承重墻，剪力墻，梁柱剛架式，梁柱框架式，單筒，雙筒，三筒和組合式結構；上部結構除了少數結構是靜定的，大部分都是超靜定，甚至高次超靜定，荷載傳遞路徑大體上為由上而下，但常常會將豎直力轉化為彎矩后，再向下傳遞。為此，只好將這些上部結構的受力情況做出簡要敘述。

承重墻承擔自重和上部結構傳下的壓力和拉力，構造柱和圈梁增加整體剛度，開間過大的雙向板增加梁，承擔負彎矩。該受力體系基本屬于靜定結構。

剪力墻承擔自重，上部結構傳下的壓力，拉力，剪力和彎矩，剪力墻間增設的拉梁，承擔側彎矩，該受力體系為一次超靜定。

梁柱剛架式，柱承擔上部結構傳下的壓力和側彎矩，梁承擔拉力，彎矩和剪力，該受力體系屬于二次超靜定。

梁柱框架式，柱主要承擔上部結構傳下的壓力，梁承擔剪力和彎矩，屬于該受力體系屬于一次超靜定。

雙筒、三筒和單筒受力傳力大致相同，都屬于高次超靜定，這里只說下單筒結構受力，由不同筒體分別承擔壓力，拉力，彎矩，側彎矩，反彎矩，不承擔剪力，每種筒體至少承擔至少一種形式的受力，剪力傳遞到筒體外側由承重墻承擔。

1.2 地震應力下建筑物的受力分析

要敘述地震應力下建筑物的受力狀況，先要敘述下地震成因，以及作用機理。根據板塊漂移說，板塊間相互碰撞的地方就是震源，地震的源頭，因為震動，從震源處產生地震波，在地殼內傳播，地震波有橫波和縱波兩種，其中縱波的危害性更大，橫波是質點振動方向和波的傳播方向垂直，縱波是質點振動方向與波的傳播方向同軸。縱波波速快，頻率高，先到達建筑物，首先會對建筑物造成幾次破壞，這時橫波到達，縱波橫波共同作用，造成更大破壞；然后，相干縱波，相干橫波到達，發生波的干涉，通俗的說就是加成或削弱，加成的合成波對建筑物造成更大的破壞，而削弱的合成波對建筑物作用為側彎矩，起到撕裂基礎的作用。這就是地震對建筑物的作用。

震源處于建筑物下方，向四面八方輻射地震波，而地球又是圓形，地震波可以沿地表到達建筑物，這一批地震波先于其他波到達；其余地震波從建筑物下方到達。所以，建筑物在地震中是受到水平力和縱向力作用的，當然，大部分地震波并不是垂直到達，為了便于分析和計算，人們習慣上將不垂直于建筑物的地震波分解為水平方向，垂直方向和切割方向，換言之就是水平力、垂直力和彎矩。這也是為什么基礎要增設拉梁，連接到一塊，成為一個整體，不然，彎矩可以撕裂基礎，使其失去必需的承載力，這也充分說明了基礎的整體性，整體剛度大對抵抗地震力的傷害是多么的重要。這也就充分說明了，建筑物主要是基礎在承受地震力，基礎不破壞，上部結構就不會破壞。為了抵抗地震力的破壞，所以就增設阻尼構件，阻尼構件的質量決定著建筑物的抗震設防程度，這也就是本文講述阻尼構件的原因。阻尼構件的作用就是在地震中將基礎和上部結構分開，基礎雖然部分損壞了，但還能支撐上部結構，在地震結束后，修復就好了，不至于造成很大的經濟損失，人員傷亡。

現在分別說明各類基礎形式是如何抵抗地震作用的：

獨立基礎，多用于柱下或墻下，能夠承擔拉力，壓力，承擔不大的彎矩，承受剪力能力較差，主要因為整體剛度不夠大，在地震中被損壞可能性很大，一般都是做成聯合基礎，或者用拉梁連接起來，以提升其整體剛度。

連續梁基礎，連續梁基礎只是在墻下做了一個圈在一起的地下墻，雖然整體剛度較大，但不能承受彎矩，且面對地基變形會立即破壞，因為中間是中空的，只用于早期的平房建筑，雖然有一階段也使用過鋼筋混凝土制連續梁基礎，且增設梯度，在地震中也不會有良好的抵抗力。

筏板基礎，整體剛度大，且完整性好，可以承受壓力，拉力，剪力，彎矩，對地基變形有良好的抵抗，對側彎矩，反彎矩承受不好，不過可以在基礎柱處增設鋼筋混凝土制肋用以抵抗側彎矩，反彎矩。

箱形基礎，可以說是現階段最完美的基礎形式，可以抵抗各種地震力和地基變形，不過用于造價過于高昂，且設計技術難度大，所以很少應用，除非是非常重要的建筑物，另外，箱形基礎本身具有很好的隔震性能。

樁基，隸屬于地基改性范疇，除非發生地層錯位現象，樁基一般不會發生斷裂性損壞。樁基可以抵抗由于地基變形產生的拉力，壓力，摩擦力，側彎矩，扭轉破壞，主要依賴于樁基的類別，和土層的空隙剪應力，樁基屬于靜定構件范疇，每種樁型可以承擔兩種類型以上的地震力。至于樁基的具體應用在描述石家莊勒泰中心的技術問題時會說到。

關于上部結構的結構特點和抗震性能會在后面的章節里說明，因為有一些在前面描述基礎時已經說過，剩下的會結合阻尼構件并在具體實例里進行說明。

第2章阻尼構件

在第一章就已經提過，目前常用的阻尼構件有：拉梁、支鉸結構、彈性支撐、彈塑性支撐、屈服支撐、屈曲支撐和隔震構件。這一章我們就一一敘述常用阻尼構件的基本特點。

2.1 拉梁

拉梁在受力結構中不是主要的受力構件，也不是主要的傳力構件，只是一種分散受力構件，并且起著增加結構整體性，結構完整性的作用。

拉梁主要是起連接整體的作用，同時也要分擔一部分側彎矩，所以在錨固上有一些不同，我們知道，凡是桿狀結構都需要在連入主體結構的同時，做長度不等的錨固，且拉梁長度不宜過大，目的是為了增強結構的整體完整性，主要因為桿狀構件因為長細比的原因，容易在端部被剪破，因為混凝土構件本身剛度很大，所以一般不會在中部斷裂，只是端部破壞。拉梁的錨固部分相別比的構件要長上一倍，目的是為了更好的承受剪力和端彎矩。錨固部分在配筋上是有要求的，縱截面要使用腰筋，縱向箍筋要加密，而且要在縱向下部使用負彎矩筋，上部使用截面較大的架立筋；不僅是錨固部分要這樣布置，拉梁的三分之一處也要這么布置。拉梁的作用就是在地震力作用下，保護主要受力構件在地震力中不破壞，抵抗由于地震力施力面和結構面有夾角所產生的側彎矩，因此，拉梁可以算作最簡單的阻尼構件。

2.2 支鉸結構

我們知道支鉸結構是組成靜定結構中的簡支梁的主要受力構件，通常用于橋梁和涵洞，建筑物用的并不是很多，支鉸結構可以承擔兩個方向的受力，水平力和豎向力，還可以承擔端部彎矩，起到一定程度的分散應力的作用，因此，支鉸結構也可以作為抵抗地震應力的阻尼構件。

為什么說靜定的支鉸結構也可以用做作地震應力作用下的阻尼構件呢？那我們就從位移法成立的前提說起，在狹義力學中，有一個力作用于物體，那么就產生一個與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，也就是說，位移是實位移，而在廣義力學中，由于力的承受體是剛性的，不會產生變形，位移也隨之為零，位移依舊存在，只不過有方向，而沒有大小，這就是虛位移，這也就是位移法的來源；反過來講，有位移而無力，也就是虛力，這便是力法的來源。

在自然界中絕對剛度的物體是不存在的，也就必產生力方向下位移，而支鉸結構要以發生形變或轉動，這兩種能量轉移的方式來抵抗地震應力的作用，也就是地震能量的轉換，因此，支鉸結構當然可以用作阻尼構件。

在建筑工程中，由于極限設計法和結構幾何不變的要求，基本上為剛性連接，而支鉸結構作為一種柔性連接，出現的頻率并不多，大部分應用在鋼結構或多種結構材料形式的組合結構上，下文會對具體建筑工程中支鉸結構的應用做出詳細解釋，畢竟支鉸結構在建筑工程中的應用屬于個例，不具備整體概象。

2.3 彈性支撐和彈塑性支撐

就物質的變形性質來說，我們可以將物質分為剛性，塑性，彈塑性和彈性。剛性是沒有任何變形，直角坐標系曲線為一條過零點的直線；塑性是指物質會發生漸進變形，而不具備形狀可逆性，直角坐標系曲線為一條過零點的對數曲線；彈塑性是指物質會發生漸進變形，并具備一定的形狀可逆性，直角坐標系曲線是復合曲線，對數曲線和上下限往復曲線；彈性是指物質具備形狀可逆性，直角坐標系曲線為更大范圍的上下限往復曲線。

如果說到變形，也必須說一下能量轉換，因為物質發生形變，以分子動力學的觀點來看，就是能量的轉化。剛性物質沒有形變，所以不涉及能量轉化，只要有足夠大的力，就會發生物質脆性破壞；塑性物質，因為是逐漸變形的，所以涉及的能量轉化最多，這種能量叫做塑性勢能；彈塑性物質，能量總轉化量少于塑性物質，且有一部分彈性勢能，還有一部分彈性勢能轉化為熱能；彈性物質，只有彈性勢能，轉化為熱能的勢能更多，但能量轉化總量比彈塑性物質更少，彈性物質的能量主要用于自身的形變以及恢復原先形態，根據分子動力學，形變是分子熱運動的結果，有一部分勢能轉化為熱能耗散到空氣中，這就是能量守恒原理的表達。也就是說，彈性支撐和彈塑性支撐在地震中的作用就是吸收地震能量，以此減少地震應力的破壞。

我們知道在建筑工程中，構件間的連接主要是剛性連接，彈性以及彈塑性連接主要用于可移動構件，如天棚，升降柱，抗震結構，組合結構轉換區域，因此，一般來說，彈性支撐和彈塑性支撐主要用于鋼結構和預應力結構，具體實例在下文中的具體建筑工程有詳述。

2.4 屈服支撐和屈曲支撐

屈服支撐和屈曲支撐主要用于鋼結構和鋼--鋼筋混凝土組合結構，有時也會用于預應力結構。而這類阻尼構件的基本原理就是抵抗材料的屈服或者屈服后變形，以防止屈服或屈服后變形對結構的荷載傳遞路徑造成重大影響。

我們知道混凝土是剛性材料，鋼筋是彈塑性材料，鋼構件也是彈塑性材料。混凝土屈服強度很大，不過，當施加荷載超過屈服強度時，混凝土發生粉碎性破壞，因此需要鋼筋這種彈塑性材料用于束縛混凝土的粉碎性破壞，同時，鋼筋也依賴于混凝土的保護和錨固作用，另外，當混凝土凝結時，由于水的表面張力和毛細作用，混凝土會發生局部微膨脹，混凝土表觀體積略微增大，會出現些許裂縫，不過由于鋼筋的束縛力，混凝土的反拉力，可以使鋼筋混凝土具備更好的抗壓抗拉效果，這也是鋼筋混凝土帶裂縫工作的基本原理。有時，我們需要混凝土的毛細管現象，利用其膨脹效果，我們會在鋼筋連接中使用屈服液壓桿，目的是拉長鋼筋，同時又不至于使鋼筋達到受拉屈服強度，使鋼筋處于安全應力范圍。屈服液壓桿就是屈服支撐和屈曲支撐實現的主要途徑。這種方式也是較安全的實現預應力效果的一種簡單方式，它和預應力的原理是一致的，都是在正式使用前施加荷載。

使用屈服支撐的目的就是不讓材料在較大的外力荷載下達到屈服強度，使建筑物能夠更好的為人類提供庇護作用，通常用于門式鋼架，單鉸鋼架，無鉸鋼架，鋼拱式結構，鋼桁架等盡可能避免材料荷載過大的結構樣式。

那使用屈曲支撐的目的呢？屈曲支撐的目的就是不讓材料在達到屈服強度后發生變形，因為材料在變形后，受力極限大大減小。通常屈曲支撐用于鋼框架、鋼桁架，鋼--鋼筋混凝土組合結構和勁鋼混凝土中鋼構件部分，有時也會用于預應力構件。

現在來說一下預應力的特點，預應力顧名思義就是在結構正式使用前預先施加荷載，而任何材料都是有受荷極限的，超過這個極限就會屈服或逐漸屈服，一般來說，預應力材料多為彈塑性材料，盡可能多的利用材料的塑性性能。材料在提前受荷時，是絕對不會超過其屈服強度的，只是達到屈服強度的70%，而這時候如果使用屈曲支撐，抑制材料變形，這樣會大大提升預應力構件的抗震性能，雖然預應力構件的抗震性能本身就不低，使預應力構件在強震下盡可能的不破壞。

目前國內使用的屈曲支撐和屈服支撐大都由液壓桿作為其核心部件，驅動液壓桿需要極大的力，僅靠自重或很大的施工荷載，或使用中很大的活荷載，都很難驅動液壓桿。那么，在鋼框架中使用此類支撐，在地震中，基礎傳來的地震應力將很難對鋼框架造成損害。

2.5 隔震構件

隔震構件相比其他阻尼構件，最大的區別的就是，其他阻尼構件只是將地震能量轉移或轉化，而隔震構件則是把基礎或地下室與地上結構隔開，保證地上結構不會受到地震應力的影響，使建筑物在地震中仍能發揮作用，但其造價較高，一般只對具有重要價值的建筑物使用。

隔震構件的核心組成部分是多個勁度巨大的彈簧支座，在日常使用中，我們可以將這個彈簧看作絕對剛度，關于這個彈簧的組成，可以是液壓彈簧，也可以是合金鋼彈簧。當地震發生時，地震應力傳遞到這些彈簧時，這些彈簧就把地上結構和地下結構分開，結構的晃動只存在于地下，而地上部分沒有任何地震表象。

隔震構件的安裝開始于建筑物的主體結構的完工，由上向下傳遞的荷載穩定了，那么在基礎或者地下室挑選適合安裝彈簧支座的位置，且不破壞荷載傳遞路徑。關于位置選擇要遵循一些條件：必須是承重結構，高寬比不大，較矮較粗的剪力墻或框架柱，且不能出現短柱矮墻，短柱破壞在地震中是對承重結構的毀滅性破壞，因為短柱破壞會產生較大的小偏壓現象，毀滅性的扭彎矩；彈簧支座出現區域，墻柱不宜過多，且不要出現拉梁、懸挑梁等受拉構件，因為剪切彎矩對彈簧支座在地震中具有毀滅性破壞。

石家莊勒泰中心阻尼構件的應用

這一章主要講述阻尼構件在建筑工程石家莊勒泰中心的應用和技術組織，為后來人提供借鑒，更好的使用阻尼構件。并將結構原理進行詳細說明，因為辯證法告訴我們，知識是對客觀存在的反映和指導，從客觀存在得到知識，又將知識用到更廣泛的客觀存在中去，這就是認識論和實踐論的統一。

在開始敘述阻尼構件的應用前，先將石家莊勒泰中心的樁基描述一下，因為它們與阻尼構件在地震應力作用下的表現息息相關。石家莊勒泰中心擁有四個塔樓，LOFT樓高169米，寫字樓212米，萬豪酒店196米，和頤酒店137米，四個塔樓均超過120米，這樣的話，僅自重就十分巨大，在不到4000平方米的地基土上，是不可能很好承擔的：黏性地基不可能承擔這樣的變形，和頤酒店下的砂性地基當然更承受不了，所以在四個塔樓下使用混凝土灌注樁：LOFT有359根基礎樁，寫字樓有484根，萬豪酒店有440根，和頤酒店有274根。樁基就是地基土層的骨架，不讓其有過大的變形和沉降，以免影響承載筏板基礎傳來的上部荷載。這里使用的是混凝土灌注樁，而不是沖壓預制樁，無論何種安裝方式對土層都會帶來不可避免的擾動，而當樁孔超過15米長時，僅自重和土層擠壓擾動力會出現塌孔，所以在成孔時，要注入根據泥漿比重計測定的調配好的泥漿，在成孔完成時，安放泥漿護壁。混凝土灌注樁有一步施工工藝是很重要的，這就是壓力后注漿，一般在澆筑完成后2天進行，冬期施工是在混凝土凝結完成80%，一般是在4天后進行，壓力后注漿注入的是水灰比在0.8-0.95的砂漿，作用是排開混凝土中的泥漿，并保持樁身完整性，樁身完整關系到樁基和基礎在地震中不受到破壞，這也是樁基超聲波探傷的重要評價指標，日本的樁基規范要求樁身完整度在98%以上，遠高于國內標準，從這里我們就能看出樁身完整對阻尼構件的發揮作用是非常重要的。在混凝土澆筑前要拆除泥漿護壁，下放壓力注漿管，壓力注漿管下放到樁尖上1.2米，高出樁底表面1.4米-2米，且要用大扳手擰緊注漿帽，否則會導致無法進行壓力注漿，除非是由于混凝土的毛細管效應可以使特定水灰比的砂漿滲透進入混凝土間，排出泥漿。

下面開始分別敘述各種阻尼構件應用技術特點。

3.1 拉梁

拉梁是一種結構形式簡單，傳力明確的結構單元，所以在工程的實際應用中會經常出現；因為拉梁可以更好的保障結構的整體性，所以設計院、評審機構也愿意盡可能多的布置拉梁，而不去尋找其它形式的結構單元作替代品。

拉梁從材料區分有合金鋼、鋼筋混凝土、勁性鋼筋混凝土，一般來說鋼筋混凝土制拉梁居多。拉梁可以用在很多的結構單元節點處，只要是起到連接，增強結構整體性的地方就都可以：連接柱下或墻下獨立基礎，連接單個柱下或墻下聯合基礎單柱，筏板基礎，箱型基礎，連接單個剪力墻，剪力墻結構受彎處，框剪結構中受彎剪力墻處，剪力墻核心筒受彎處，多榀鋼梁，大跨鋼框架。

石家莊勒泰中心四個塔樓基礎均為樁筏基礎，筏板不可能直接承接樁基，因為這樣就變成單點支撐了，當地基受到地震應力變形時，就會造成筏板的局部懸空，而且樁基是不均勻分布的，所以需要一個承臺作為樁基和筏板的轉換，而樁基的不均勻分布也就造成了承臺不是一體的，因此在承臺下部用拉梁將彼此獨立的小承臺連接起來，同時也增強了承臺對樁基的保護作用。而裙樓基礎為大底面的柱下獨立基礎，一共11個底面積；在裙樓和塔樓相接處，因不均勻沉降所造成的剪切力所產生的剪彎矩較大，所以改用柱下聯合基礎予以抵抗，并在聯合基礎的單柱間使用拉梁連接，并且也將獨立基礎和筏板上部相連，在地震應力下盡可能的保持整體性對上部結構的安全是至關重要的，特別是針對地震中的剪扭破壞。在55000平方米的裙樓使用柱下大底面獨基確實是華東設計院的首創，不過考慮到-55米以下土層為黏土，且土層連續平整，沉降量不大，含水率不大，孔隙率不大，這種設計思路是偏于安全的，而且是很節約資金的，柱下獨基相比筏板基礎，施工技術難度大大降低，幾乎沒有施工難度，建筑小工就可以完成全部工作，不過仍是有技術難點的，那就是混凝土一次澆筑方量過大，因為混凝土本身具有膨脹作用，膨脹應力對混凝土基礎的破壞作用是很大的，因此分開澆筑或布置伸縮縫以減少膨脹應力的破壞；另一個就是混凝土凝結中的溫度應力的破壞作用，盡可能多的布置測溫點，并給混凝土灑水以保持較低溫度。由于裙樓面積確實很大，在土層特性改變處，增加了柱間拉梁，可以分擔一定程度的扭轉彎矩，不致于基礎的整體破壞；在聯合基礎單柱間也設有拉梁，目的在于更好的減少沉降不均造成的剪彎矩對基礎的整體破壞。因為拉梁錨固是深入柱的，且向下延伸，因此在支模時一定要同時支摸，不可分開支摸，并且要同時澆筑；如果分開澆筑，則錨固就沒有任何意義了，錨固的作用就是讓拉梁和柱成為一體。如果拉梁所處高度相比一次工作面高度超過兩米，那必須搭設安全圍護支架和拉梁支架，拉梁不得出現大于5‰的自然垂拱，因此拉梁下方需要偶數個數的支撐。石家莊勒泰中心塔樓筏板較厚，最深處是在萬豪酒店樓深坑基礎，達到11.9米，一次澆筑方量達到15000方；那么在筏板基礎中有用于平衡虛鉸的中空區域，在這些區域支模時自然用到箱模，但箱模高度已超過6米，那么必須在箱模內使用加勁肋，以此保證在混凝土澆筑時，混凝土的沖擊不至于使箱模發生位置偏移，也避免在虛鉸處產生較大扭彎矩對尚未完全凝固的混凝土造成內部破壞：產生過多內裂縫或較大的毛細管，這個內部破壞相對而言就是地震應力的外部破壞。設置中空區域的原因主要是因為混凝土是剛性材料，大方量鋼筋混凝土會因剛度過大在地震中會遭受巨大的剪彎矩，所以需要有很多中空區域，僅以拉梁相連，保持整體性，這也是剪力墻結構會經常用到大面積開洞的原因。

裙樓因為負擔著大屋架和冰場，特別是冰場荷載，超過設計院的設計荷載，特增加了勁鋼鋼筋混凝土框架柱，并將兩根截面較大的懸挑梁用拉梁連接起來，懸挑梁負責承載上部結構傳下的較大的疊加反彎矩，而拉梁的聯合，可以承擔更多上部結構傳下的彎矩。另外，裙樓還設有11個鋼構件連廊，用于連接各個獨立裙樓，連廊兩端均有合金鋼錨固件直接錨固于混凝土中，而在連廊下也設有鋼筋混凝土制斜撐，錨固于裙樓主梁內，這也可以看作是負擔負彎矩的拉梁。

LOFT和寫字樓均為鋼框架外筒-勁鋼剪力墻核心筒組合結構：外筒各鋼框架柱每層均有拉梁將其組成一個整體，這也就是抵抗地震作用側彎矩所需的框架整體性；而在剪力墻核心筒，又有鋼筋混凝土制拉梁在拐角處、結構負彎矩處將剪力墻構成一個整體，同樣拉梁也是錨固于主體剪力墻內的。

和頤酒店的結構形式為勁性剪力墻-鋼框架組合結構，且剪力墻部分下方地基為砂土，含水率較高，而鋼框架部分為黏土，所以該塔樓局部沉降較大，所以為了平衡沉降不均，所以在地下一層的裙樓和和頤酒店之間使用了型鋼轉換梁，直接植入和頤酒店的剪力墻中，這個型鋼轉換梁就是合金鋼制拉梁，用于抵抗較大的沉降彎矩，保持裙樓和和頤酒店的相對水平。鋼筋混凝土制拉梁，承受彎矩的結構單元是鋼筋，但有混凝土的保護不至于破壞；我們知道鋼材在多重彎矩下會發生失穩，而保證其在荷載下工作的方法一般是增大截面積，同時又要保證一定的長細比，不至于因自重而失穩，短柱矮墻破壞在鋼構件也是存在的。而鋼構件自身在混凝土中的錨固效果不太好，所以必須依賴鋼筋在混凝土中箍住鋼構件，使其不會出現略微的滑移，增強其在混凝土中的一體性，這也是勁性混凝土更注重配筋率的原因。在剪力墻和鋼框架相接處則是鋼制拉梁較深的錨固于剪力墻內，同時避開剪力墻內的鋼骨梁或鋼骨柱，因為鋼筋對鋼構件的固定作用有限，但還是在此處設置了一排鋼筋，將不同的鋼結構構件隔開，而在地震應力作用下它們的相互錯動會造成混凝土提前出現大裂縫，但這樣會對支摸造成了不小的麻煩，為了保證節點處不斷開這一原則，也就出現了較小的模板連通空間，這對于支模，還是澆筑都是較為不利的影響，增加作業人員的疲勞度。

萬豪酒店是鋼框架結構的，并間隔布置斜撐，斜撐也可以看作拉梁，增強框柱間的穩定性，依據的是結構設計中的三角形法則，或者叫單元體組成法則。

3.2 支鉸結構

前文說到，支鉸結構并不常用于建筑工程中，在石家莊勒泰中心使用支鉸結構的只有兩處：正門高達55米的四根鋼柱和裙樓上的大屋架，--可以媲美浦東機場的大屋架。

首先敘述下那四根鋼柱，我們假設鋼柱為通長鋼柱，在滿足歐拉公式的條件下，則必須使用高強度高彈性高延展性合金鋼，以及良好的彈塑性性能，而且巧合的是，恰好符合歐拉臨界態的條件，所以這是一次挑戰高技術的絕佳機會。作為合金鋼要滿足高強度、高彈性、高延展性和彈塑性性能，那我們要融合的金屬元素有：釩、鎢、鈦、銥、鐒。釩質堅且輕，且熔點不低；鎢硬度極高，熔點很高；鈦硬度較高且輕，熔點不高；銥，良好的延展性，但存量較少，可用鉑或者黃金替代；鐒，記憶性金屬，耐疲勞性好，有良好的塑性性能。如果要冶煉出符合鋼柱性能的合金，國內又無法冶煉此種合金鋼，因此需要很大的科研投入，如果只為這四根鋼柱就有些得不償失，所以BJ多維使用的是目前現有的技術，不使用通長鋼柱，而是使用分段焊接鋼柱，焊接為剛脆性連接，承受彎矩能力不強，這就剛好利用了上下兩個鉸接元件，共同作用產生回轉彎矩，抵抗來自結構自重和地震應力產生的彎矩。既然不是通長鋼柱，而且又有剛脆性連接連接分節鋼柱，那就可以不去考慮失穩條件；在鋼柱分節的時候設置為每自然層一節，這樣就降低了操作人員的危險性，不過還是會懸空作業的，所以在鋼柱周圍也布設了腳手架和腳手板。

鋼柱的兩個鉸接元件，一個位于地面上，另一個位于屋架上，也就是說，鋼柱的安裝必須在屋架安裝完成后，這樣就可以避免鋼柱只受一端固定，而可能出現的轉動失穩了。

不過，另一個較大問題就是，這四根鋼柱是空心的，需要澆筑混凝土，這一部分內容在敘述柱腳混凝土澆筑時會提到。

石家莊勒泰中心的大屋架相比其它屋架，施工難點在于節點不在同一水平面上，而且施工中并沒有滿堂腳手架，原因究竟是為何？屋架和裙樓的支撐來自于多個樹枝型支撐鋼柱，這是華東院和BJ多維共同設計的結果，提前使用這些樹枝型支撐，這樣就可以避免使用滿堂腳手架。既然節點不共面，但節點共同承擔彎矩，那么就在一個支撐鋼柱上出現多個分支用以支撐上部節點，一旦整體合攏后，就如同拱式結構一樣，能夠承擔很大的荷載，這種設計思路是偏于安全并且造價低廉。不過，這樣的話，由于節點焊接量較大，所以空中作業時間就會增加很多，高出樓層面至少4米對于焊接工人來說是很危險的。當然，實現同一結構的方式多種多樣，既然節點不共面，那我們就在地面上完成，待大屋架全部焊接完成后，使用頂升的方式升到各節點所要求的高度，這里我們就會用到不同型號的千斤頂的限位功能，由于千斤頂數量龐大，為了保證安裝的高效率，使用小型機來為千斤頂進行定位，在最后的焊接完成后就可以拆除千斤頂了。這樣就避免了在高于層面7米位置的焊接工作，屋架和支撐之間的焊接高度為2米--4米不等，相比7米要安全的多。

3.3 彈性支撐和彈塑性支撐

鋼構件本身就是彈性構件，以自身的彈性特點吸收地震應力所帶來的能量，并轉化為自身的變形，同時依賴于一定的塑性性能，使其在變形下仍保持一定的承載能力，也就是說鋼結構本身的抗震能力優于鋼筋混凝土結構。

石家莊勒泰中心使用了很多鋼構件，鋼構件總量接近8萬噸，其中萬豪酒店樓鋼構件約為5萬噸。

在四個塔樓基礎上設有鋼構件柱腳，這些柱腳是植根于筏板基礎的，這樣做就增加了結構整體性，提升了柱腳的自身穩定性。在柱腳中是需要灌注混凝土的，而華東院不希望使用自密式混凝土，原因在于，自密實混凝土可能會出現不規則中空，在橫向地震力的作用下，柱腳會出現一定程度的傾覆。因為柱腳自身的彈塑性，在地震應力下會出現些許自身變形，但仍舊能夠保證上部鋼構件不傾斜；如果在地下一層處設有隔震構件，則能保證地上部分的鋼構件原位不變；而地下部分的鋼構件只有柱腳會有些許變形。

柱腳和筏板基礎的連接是剛性和彈性的連接，柱腳是通過螺栓直接打入基礎中，再輔以混凝土封縫。而鋼管混凝土的澆筑對于任何工程都是麻煩事，中空的結構在地震應力的橫向作用下是沒有任何抵抗能力，所以再麻煩都要進行澆筑。混凝土是通過下方進入，因為是流動狀態，所以隨著混凝土的不斷增多，逐漸由下往上充滿整個鋼管，但混凝土本身具有粘滯性的特點，所以勢必要出現中空，自密式混凝土也會出現中空，只是不規則且中空區域不大，但也是一種結構安全問題，施工作業人員只能在下方入口振搗，所以為了混凝土的充分密實，要不斷敲擊鋼管壁，保證混凝土不會掛壁，而是聚集在一起，不出現中空區域，一般來說不會達到鋼構件的共振頻率。

在鄰近中山路的裙房有預應力構件，預應力構件也可以看作彈塑性支撐，預應力，顧名思義就是對結構單元提前施加荷載，這樣可以提高結構的承載能力。預應力構件在地震應力下的受力情況是這樣的：預應力構件本身具有一定荷載，構件材料處于彈塑性狀態，當地震應力傳來時，構件以自身微形變為代價，吸收地震能量，直到地震應力足夠大時，構件不能在以變形來吸收能量，也就是達到了塑性極限。在預應力構件安裝時，最重要的階段就是荷載施加階段，一邊都是逆時針施加，所以不要站在順時針方向，也就是不要站在構件右側位置，以防預應力構件錨固件掙開造成的人員傷害。在施加荷載時，一般不超過塑性極限的70%，并且是勻力施加，就像是在操縱萬能試驗機。

3.4 屈服支撐和屈曲支撐

在石家莊勒泰中心使用屈曲支撐的部位是萬豪酒店樓，這里先不提屈曲支撐，而是先敘述屈曲支撐的來源，屈服支撐。

屈服支撐，前面說過，是抵抗構件的屈服狀態，不讓其達到屈服狀態，在鋼結構中，大都是受彎屈服，主要考慮的受力因素是彎矩。根據D值法我們知道，梁下屈服支撐設于跨內三分之一或四分之一處，這里是彎矩最大點。承重柱處一般不設屈服支撐，但在大偏心柱一側設屈服支撐，小偏心柱兩側均設屈服支撐，主要由于偏心柱會造成剪彎失穩，會增加跨內梁和跨間梁受到的彎矩，會造成層結構的整體失穩，特別是在地震應力的橫向作用下。

屈曲支撐相比屈服支撐更進了一步，限制結構單元的微形變，因為某些結構會由于微形變造成層結構重心的偏移，以此導致結構失穩，特別是在地震應力中的作用下造成層狀滑移垮塌。因此，屈曲支撐尤其適合鋼框架和鋼框筒核心筒。萬豪酒店樓就是鋼框架結構，并輔以斜梁構成三角形穩定結構。不過在水平力下，還是會有側移彎矩對框架柱梁有影響。屈曲支撐的安裝屬于零載安裝，即兩端不受力安裝，安裝完屈曲支撐，即可完成每榀鋼框架的安裝。對于屈曲支撐的成品保護也很重要，因為驅動屈曲支撐的力量極大，大多數情況下不可能驅動，因為國內大部分屈曲支撐均為液壓桿，所以只要保證液壓部分無阻隔就可以保證屈曲支撐的正常工作；因為液壓桿件通常由金屬制成，因此液壓桿件也要涂一層防銹防腐蝕涂料。不過如果是預加載的方式安裝屈服支撐，那就比較麻煩了，不過我們可以參照預應力構件的安裝方法，因為是預加載，一般都要預防施加荷載過大，所以技術人員要查閱說明書，熟知正常使用最大荷載和極限荷載，一般是加載到正常使用最大荷載的50%，最好不要超過70%，當然在安裝前一定要檢查構件初試復試報告，有時候還要查看材料初試復試報告。安裝于指定位置時，我們要讓屈曲支撐中心和結構接觸，而不是截面全接觸，留出屈曲支撐的膨脹空間，隔震支座安裝時也是這樣布置的。

另外，在預應力結構中，我們也會使用屈服支撐作為預應力桿件，這樣做的目的可以承擔更大的地震荷載，因為屈服支撐等于是增強了鋼筋的受拉極限。在裙房的預應力柱就是這樣做的，主要是為了平衡上部附加結構產生的負彎矩和大偏心扭轉彎矩。

3.5 隔震構件

石家莊勒泰中心在設計階段華東院確實考慮過百年建筑構想，增設隔震構件。隔震構件最關鍵的部分就是彈簧，是一個勁度趨于無窮大的彈簧，平時不可能驅動，只在地震應力作用下，彈簧才可能驅動，微微彈起，將地下結構和地上結構隔開，使得建筑物的地上結構仍舊可以正常使用，不會受到地震的任何影響。后來由于國內的隔震構件報價偏高，業主不想為隔震構件買單，也就取消了隔震構件。

前面已經說過，隔震構件的安裝開始于建筑物的主體結構的全部完工，由上向下的荷載傳遞穩定了，尤其是扭轉彎矩部分傳遞穩定了，因為扭轉彎矩對隔震構件的破壞是不可逆轉的。那么就可以在基礎或者地下室挑選適合安裝隔震構件的位置，但不能破壞荷載傳遞路徑。關于位置選擇要遵循一些條件：必須是承重結構，高寬比不大，較矮較粗的剪力墻或框架柱，且不能出現短柱矮墻，短柱矮墻破壞在地震中是對承重結構的扭轉彎矩的毀滅性破壞；彈簧支座出現區域，墻柱不宜過多，且不要出現拉梁等受拉構件，因為剪切彎矩對彈簧支座也具有破壞作用，縮短其壽命。不過，100%符合條件的位置是不存在的，那就要分析該處的彎矩包絡圖，根據最不利荷載來布置隔震構件。另外，柱上安裝隔震構件，離不開剃鑿混凝土，因此在剔鑿時不能觸及受力主筋、箍筋以及受彎鋼構件，剔鑿面不宜過大，大概比所需安裝面多出5-15mm，給受力主彈簧留出微變形空間，但不宜過大。

大部分彈簧，無論何種構造，均為金屬制造，防銹防腐蝕也是必須要做的工作。

結論

本文主要展示了阻尼構件在石家莊勒泰中心的使用，以及施工中需要注意的難點，以提醒后來者不會出現相同的錯誤。另外就是在安全和成本上能比在石家莊勒泰中心做的更好。在完成了石家莊勒泰中心以后，獲得了很多第一手的實踐資料，我就感到要寫些什么，幫助后來者避免已經發生過的錯誤，在技術組織上對后來者提供借鑒，比較，警示，以便于后來者能更多的在技術組織中考慮安全和成本因素。

寫這篇論文，我對自己還有一個要求，就是要讓沒上過學的人也能看懂，愛因斯坦的相對論論文就是小學生都能看懂，霍金寫的《時間簡史》和《果殼中的宇宙》就是寫給小孩子的科普讀物，我非常痛恨鄙視說這些書難懂的人，所以，我的碩士論文也要讓沒上過學的人看懂，那些有技術的工人雖然沒上過學，但是對于施工技術的了解要比剛畢業的大學生多得多，希望他們能在技術上有新的進步。當然，對于初入工程的新員工、剛從大學畢業的職場新人，特別是對希望了解更多工程技術的人起到引導作用。

我想要說的就是阻尼構件并不是什么神奇的東西，都是對現有結構單元進行改造，讓建筑物在地震后能夠繼續存在和使用。就如同毛澤東在《論持久戰》中說過，最關鍵的要素是人，是人不斷變化的認識能力，創造力：人的創造能力是無窮的，只要肯動腦筋，就能做出在很多人看來不可能的事情。這個世上的成功者，或者稱為站在巨人的肩上，都是不斷地開發自己的大腦，無窮的創造力就是這個巨人，這就是最簡單最真實的辯證唯物主義。獨立思考，打破思維屏障，不斷創造，不僅僅是節約金錢。

最后，我只想說，本文只是拋磚引玉，讓更多的人能寫出更多的關于推動阻尼構件革新的論文，制造出更新更好用更環保的阻尼構件，更好的讓知識指導生產。

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致謝

在本文的最后感謝我的導師提出中肯的意見，感謝校領導組織授課，感謝授課教師們辛勤的傳授知識，為我能寫出學位論文提供重要的幫助。

感謝論文評議專家們在夏日中的辛勞。

感謝讀到本文，獲得靈感，用于生產實踐的人，這也是作者的希望。