本书即将出版

前  言

提到结构保护系统，很多结构工程界的工程师已经不陌生。液体黏滞阻尼器、屈曲约束支撑及隔震支座等系统已经在结构应用上得到广泛发展，其他如金属屈服阻尼器、摩擦阻尼器、阻尼墙等设备在我国也大量涌现出来得到应用。

从1999年北京火车站在抗震加固中安置了32个液体黏滞阻尼器开始到现在，我们已经为北京银泰中心、北京盘古大观、广州大学体育场、上海东航机库、武汉保利大厦、天津国贸等20几个建筑工程进行过减振设计，并安置了世界先进的Taylor公司液体黏滞阻尼器，以增加这些超高层或大跨度建筑的耗能能力。近20年来，通过对这些建筑的抗风、抗震分析，及阻尼器的生产和测试、安装和验收都为我们提供了宝贵的经验，这些项目中有的已经成为我国建筑结构上阻尼器应用的标志性工程。我们在中国铁道出版社帮助下出版了介绍液体黏滞阻尼器在桥梁上应用的《桥梁工程液体黏滞阻尼器设计与施工(配盘)》一书，翻译了美国康斯坦丁诺（MICHAEL. C. Constantinou）教授的专著《桥梁地震保护系统》，2015年针对我国减隔震耗能系统上的发展和存在的问题，我们又撰写了《结构保护系统的应用与发展》一书作进一步讨论。作为兄弟篇，本书是想总结液体黏滞阻尼器在建筑工程上的应用与发展。

我们所完成的建筑项目，多数都属于一些超高、超限的超高层结构及大跨度空间结构，几乎每个工程都经过我们的充分分析计算完成，最终通过设置阻尼器巧妙地提高了结构性能并实现设计意图。本书希望和大家交流的内容很多，其中针对在结构设计计算和阻尼器应用上所遇到的问题，介绍了我们做过的工作和发表的论文中的观点：包括针对特殊结构应用阻尼器方面的优化设计及经济分析、新式阻尼器安置方法、加强层上设置阻尼器的效果、TMD系统和直接安置阻尼器的效果对比、阻尼器简化计算方法和数值积分结果的对比、结构上的能量耗散及阻尼比的计算、对规范剪重比的控制标准等问题。书中我们也尽可能地摘录了一些国际上液体黏滞阻尼器工程的理论讨论和优秀工程案例。

关于阻尼器在结构工程上的运用，其中一部分是如何设计使其满足相应功能要求，即消能减震的设计阶段；另外则是如何将设计成果进行具体实施，即消能减震的实施阶段，这部分内容涵盖了阻尼器的生产、测试以及安装、验收等多个环节，这部分内容正如画龙点睛，是整个项目成败的关键，也是目前我国亟待改善之处。

我国在建筑工程上飞速发展，大量新建建筑及需要加固的建筑都会给我们提出越来越多的阻尼器应用需求，我国很多自主品牌的阻尼器正是在此背景下产生的。在未经严格检查管理的情况下，很多产品的基本理念和核心技术仍有很大需要改进之处，一些其产品的质量和水平也都很难与其相悖。在我国已经发展使用二十多年的阻尼器理论和大量的实用产品中，仍然存在以下不足和问题：

1. 有的知名大学的教授不花心血研究减隔震产品的原理和技术，简单地抄袭国外的论文和专利，把可以正确发展的理论引上歧途，申报了很多并未真正理解的“抄袭专利”，更可怕的是把错误和偏向带到实际的工程中；

2. 国际上早已被否定的一些减震技术被我国有的知名学者未加发展地搬过来， 在不能解决其致命缺点的前提下在国内工程中使用并报奖；

3. 近十年来，我国已经安置了多套检测阻尼器的动力测试设备， 但长期不能解决的严格检测减隔震产品的问题并不能得到解决。 新安置地检测设备可能很好，但使用和操作的人有的并不负责，也不去研究所必须经过的检测和控制质量，向美国土木工程学会上世纪九十年代组织的HITEC第三方联合预检测在我国一次类似地活动都安排不起来，真正遵循并实施到位的工程极其罕见；

4. 我国有不少“新发展减震技术”，例如金属阻尼器地抗小震及抗风技术， 阻尼墙的减震技术。在我国发展应用的文章有之，但关于产品的严格检测和对比其使用效果的文章几乎没有。与此形成鲜明反差的是，美国大学加州伯克利分校对液体黏滞阻尼器、BRB及阻尼墙三者的优缺点、其测试和检测办法、产品的体积、减震效果进行了大量实验和对比分析，并通过对比判定其发展方向，从而引导工程界能够正确运用这些产品；

5. 我国前减振设备厂家南京某公司由于在一次国内的联合测试中，参与测试的阻尼器完全破坏而在其后不久破产，但该公司的阻尼器产品在参与此次测试之前，已经在国内37个工程项目上安置了这种不合格的阻尼器。我国也有大量类似的工程案例。这些已经知道安置了不合格的阻尼器的工程未经处理；

在产品未经严格检测就放到结构上使用，又并没有经过安置后的检测会给我国实际工程的抗震、抗风能力上带来难于估量的大问题，不能达到这些核心技术的阻尼器是不能在长期工作中保证设计要求的。随着减振产品在建筑结构上的应用越来越广泛，国家已经认识到这些问题发布了，建设部最近发布了“建设工程抗震管理条例”（征求意见稿），对阻尼器等减震产品提出了严格的要求和管理。我们盼望能尽快执行这些条例，彻底改变我国这个领域中的乱象和问题。为了结构的安全着想，我们迫切希望国内相关部门能够加强使用前公开测试和几年后的定期检测这一要求。

在提高管理水平的同时，同样重要的是生产厂家能够理解和攻下阻尼器的以下三个核心技术方面。第一，为了使阻尼器能在地震发生时快速启动、在各种环境下都能按设计的本构关系耐久、严格地工作，并能在长期使用时检查阻尼器的内压及工作状态。黏滞阻尼器预加高压是十分必要的，当然，采用这种高压动密封设计，更需要很高的加工精度，也才能在长期使用中保证不漏油。第二，阻尼器本构关系的同一性。阻尼器应能在不同工作频率和速度，不同的温度环境下，均能够保持设计的本构关系。其核心技术是美国泰勒公司上世纪80年代发明出来的内部活塞头上，这种高科技产品也就需要阻尼器厂家在产品出厂前提供包括各种不同环境下完整同一的测试报告。第三，阻尼器长期使用的耐久性。《建筑消能减震技术规程（JGJ 297-2013）》第8.7.2条明确指出：“黏滞消能器和黏弹性消能器在正常使用情况下一般10 年或二次装修时应进行目测检查，在达到设计使用年限时应进行抽样检验。消能部件在遭遇地震、强风、火灾等灾害后应进行抽样检验”，这也是我们一直想提倡的保证抗震质量的目标；这比使用阻尼器时在线健康监测更有实际意义。

20年来结构减振技术飞速发展，很多工程案例是早期写的文章，有待改进和提高。笔者的精力和水平有限，本书讲述的内容，遗漏和不足之处在所难免，还望不吝指正。

陈永祁  马良喆  彭程

2018年4月

致  谢

      我要感谢我在中国建筑科学研究院工程抗震研究所及在美国纽约州立大学布法罗分校的学习，尤其是T.T.Soong教授。美国的康斯坦丁诺教授作为世界“结构抗震保护系统”的重要开创者之一，他从上世纪80年代末开始构思、研究试验，再到工程试用、编制“结构保护系统”实际工程设计规范，在这个领域里起了重要作用。我很荣幸，能作为他们的学生，经常得到他们的教诲，听到他们对土木工程里各种问题的看法。为了完成这本书，他们的著作和论文是给我们主要的参考之一。

我对Taylor公司的总裁道格拉斯·泰勒(Douglas P. Taylor)先生对我的帮助也是感激不尽的。当我从“Taylor”路走向这个小工厂，为北京火车站找寻加固需要的阻尼器时，绝不会想到这个不起眼的工厂竟然孕育着这么多我们结构工程师所希望了解的知识，也不会想到这个工厂的总裁竟然不仅对这个领域的产品有着深入的体会和了解，而且对我们结构工程领域有这么多值得参考的看法。泰勒先生时常对我讲述他的理论、经验和体会，我们大部分对产品的认识、很多工程的经验，也大都来自他大量的优秀文章。当然对该公司的Alan副总裁、Bob、 Craig、 John也都表示感谢。

本书是集体工作的成果，包括帮助液体黏滞阻尼器进入到中国的原抗震所副所长韦承基、和我们共同研究课题也培养学生的北京工业大学赵均教授、燕山大学郑久建教授、美国阿拉斯加大学退休的刘荷教授，对他们的帮助我们深表感谢。

本书的部分章节由北京奇太振控科技发展有限公司的同事共同完成。其中8.3、8.5、9.4、11.2、11.3节由薛恒丽硕士撰写，14.1、14.2节由陈夏楠硕士撰写，第5-6章、9.1-9.3、10.1、15.2节由崔禹成翻译，还有曾和我们一起工作过的曹铁柱先生撰写了8.2、10.2、15.1节。其中薛恒丽对本书进行了大量整理和校对工作。对他们的努力一并表示感谢。

本书是我们对液压黏滞阻尼器在结构工程设计和应用的一些体会，同时我们也在不断学习和研究相关的分析和设计资料，希望能给大家带来帮助，也更希望大家能对以上内容提出建设性的意见，在我国的实际工程中更好的使用这一最新成果，填补我国在此领域的空白，对世界阻尼器的理论和实际的发展作出贡献。

目  录 

作者简介 5

前  言 6

致  谢 8

目  录 9

第1章 建筑结构阻尼器应用概述 11

1.1 阻尼器应用的发展简介 11

1.2 阻尼器应用的设计目标和理念 14

1.3 不同阻尼器的选择 15

第2章 液体黏滞阻尼器 20

2.1 液体阻尼器的发展历史 20

2.2 用于土木工程领域的液体黏滞阻尼器内部构造 23

2.3 液体黏滞阻尼器发展中的三个阶段 28

2.4 液体黏滞阻尼器的设计 34

2.5 液体黏滞阻尼器在结构上应用的发展过程 38

第3章 基于性能的消能减震设计 47

3.1 基于性能的结构设计理念 47

3.2 性能设计发展现状 48

3.3 消能减震措施在结构性能设计中的作用 50

3.4 国外消能减震工程的应用实例 52

第4章 阻尼器的安置模型及安置的一般概念 53

4.1 阻尼器的连接形式 53

4.2 阻尼器的连接节点 60

4.3 阻尼器的优化布置 62

4.4 阻尼器的特殊用途 66

第5章 美国建筑用阻尼器相关内容 70

5.1 NIST - Nonlinear Structural Analysis For Seismic Design相关内容 70

5.2 NEHRP2015相关内容 80

第6章 消能减震结构的阻尼分析及阻尼比计算 82

6.1 消能减震结构的阻尼分析 82

6.2 阻尼比计算原理 85

6.3 消能减震结构的阻尼比计算 90

6.4 附加阻尼比实用计算方法 102

第7章 建筑结构消能减振技术应用与检测 106

7.1 高层结构上阻尼器的安置与作用 106

7.2 大跨空间结构阻尼器的设置 108

7.3 阻尼器减振结构的时程分析法 110

7.4 TMD的原理和计算方法 114

7.5 TMD的结果测试及规范要求 120

7.6 阻尼器的设计审查及检测验收要求 120

7.7 阻尼器尺寸的估计与价格 122

第8章 阻尼器在国内建筑结构上的应用实例 123

8.1 北京银泰中心 124

8.2 北京盘古大观 132

8.3 武汉保利文化广场 138

8.4 天津国际贸易中心 145

8.5 阿图什布拉克大厦 154

8.6 重庆来福士广场景观天桥 160

第9章 阻尼器在国外建筑结构上的应用实例 170

9.1 波士顿亨廷顿大街111号 170

9.2 纽约西55大街250号 176

9.3 旧金山Fremont 181 179

9.4 其他国外主要阻尼器项目 185

第10章 TMD在建筑结构上的应用实例 189

10.1 芝加哥凯悦酒店 189

10.2 迪拜梅丹赛马场 197

10.3 郑州会展中心 205

10.4 临沂文化广场 208

10.5 河北师大体育楼 213

第11章 建筑用阻尼器的安装方案及安装案例 216

11.1 建筑阻尼器的一般安装方案 216

11.2 天津国际贸易中心安装方案 223

11.3 阿图什布拉克大厦安装方案 226

第12章 阻尼器应用中的问题及未来发展 234

12.1 油阻尼器与黏滞阻尼器的性能差异探讨 234

12.2 缸筒锅式流体阻尼器的适用范围 244

12.3 黏滞阻尼器应用中的问题及产品发展 250

第13章 TMD应用中的问题讨论和未来发展 261

13.1 超高层结构风荷载 261

13.2 TMD与直接安置阻尼器方案对比 261

13.3 TMD用于抗震存在的问题 270

13.4 TMD的阻尼比 271

13.5 频率敏感的范围 273

13.6 电涡流TMD应用分析 276

第14章 阻尼器结构可靠性分析 284

14.1 采用阻尼器建筑的抗震可靠性分析 284

14.2 采用阻尼器建筑的抗风可靠性分析 293

第15章 消能减振结构经济分析 305

15.1 一次性投资经济分析 305

15.2 结构生命周期成本分析 310

参考文献 318

附录A： 其它阻尼器厂家与Taylor公司阻尼器性能对比 321

附录B： 奇太振控完成的Taylor阻尼器建筑工程 322