消能减震技术在某文化中心改造项目中的设计与应用

引言

我国位于环太平洋地震带与欧亚地震带交汇处，地震频发，许多上世纪建造的公共建筑存在抗震能力不足的问题，需要进行抗震加固改造。传统加固方法施工复杂，影响使用功能，而消能减震技术是一种新型抗震技术，通过设置消能装置耗散地震能量，加固效果好，对原结构影响小，某文化中心经鉴定不满足现行抗震规范要求，采用消能减震技术进行改造。

一、文化中心改造项目消能减震技术设计方案

（一）结构抗震性能评价与加固需求研究

该文化中心为五层钢筋混凝土框架结构，建筑面积 12000 平方米，通过现场检测发现梁柱节点构造不足、楼层侧向刚度分布不均，弹塑性分析显示在设防烈度地震下，第二、三层层间位移角超限，部分框架柱出现塑性铰。根据抗震鉴定结果，确定采用消能减震加固方案，重点加固薄弱层，目标是满足 " 中震可修、大震不倒" 的抗震设防要求[1]。

（二）消能减震装置的选型与布置优化研究

根据结构动力特性，选择粘滞阻尼器为主、金属屈服型阻尼器为辅的消能方案，粘滞阻尼器阻尼系数 800kN⋅s/m ，阻尼指数 0.3。金属阻尼器屈服力500kN，将 24 个粘滞阻尼器布置在 2-4 层外围框架，8 个金属阻尼器布置在楼梯间周围，经过优化分析，使得附加阻尼比达到 15% ，有效地降低了地震响应，满足了抗震性能目标[2]。

（三）减震结构体系设计及性能目标设定

创建“主体结构－消能器－支撑系统”协同工作体系，选用高强度螺栓与焊接组合连接，确定分级性能目标，小震时消能器处于弹性工作状态，中震时部分消能器开始耗能。大震时发挥全部减震效果，时程分析显示，改造之后罕遇地震下最大层间位移角降到 1/120，基底剪力下降 35% ，各项指标均符合规范需求，达到预期的性能目标[3]。

二、消能减震技术在改造工程中的实施应用

（一）消能器安装技术与质量控制研究

消能器安装属于改造工程的重要环节，对减震效果的达成有着直接的影响，施工技术要点包含精确的定位，牢靠的链接以及严格的质量把控体系。安装过程要利用精准度高的测量设备以保证定位准确，偏差需控制在毫米级别，连接节点是传力的关键之处。必须用强度高并且连接可靠的材料，质量控制覆盖整个施工流程，分成材料进场检查，过程控制和成品验收这三个部分，每一项工序都要创建起检验准则并形成台账，做到可追查[4]。

例如，实际施工时，先用全站仪、水准仪对预埋件位置精准放样，三维坐标偏差不大于 3 毫米。支撑框架安装时，用临时支撑固定，水平尺、铅垂线反复校正垂直度和水平度，消能器就位用专门吊装设备，缓慢平稳放到指定地方，连接螺栓按设计扭矩值分三次逐级拧紧，每个螺栓做标记，焊接由有证焊工操作，焊缝做外观检查和超声波探伤，保证焊接质量达到一级标准。

（二）既有结构改造与减震系统新增协调性研究

既有结构改造需妥善解决新旧体系的配合协调问题，改造前应全面加固原有结构，提升其承载能力以适应新增减震系统的需求，新增构件与原有结构的连接要可靠，既要保证传力效果，又要防止损伤原有结构。施工组织要合理安排，尽可能减少对建筑正常使用的干扰，装饰装修的处理既要考虑美观性，又要顾及功能需求，为后期检修留出余地，管线改造也要与结构改造同步进行，避免相互影响。

例如，具体实施时，先对原框架梁柱进行碳纤维加固，每根柱子贴三层碳纤维布，结构胶均匀涂抹，滚筒反复压实气泡。在消能器连接处，钻孔植入直径 25 毫米钢筋，植筋深度 40 倍钢筋直径，注满植筋胶后静置 72 小时，新增支撑采用型钢框架，抱箍与原柱连接，抱箍内衬橡胶垫层，避免应力集中，施工按楼层分区进行，每层施工周期不超过15 天，夜间开展噪音较大的作业。

（三）减震效果监测与性能验证评估

监测系统是检验减震效果并保障长久性能的关键途径，监测的内容涵盖结构动力响应、消能器工作状况以及环境振动这些参数，传感器布置时要覆盖到关键之处，从而形成一个完整的监测网络，数据采集系统须要有及时传送并自行报警的功能。凭借定期开展的测试与分析，评判减震系统的工作情况，创建起维护保养制度，保证系统长久稳定地运行，监测数据的分析结果会给以后的设计改良给予宝贵的经验。

例如，实际监测时，每层楼板中心和边角各放一个三向加速度传感器，共30 个测点，每个消能器两端装一个位移传感器，实时观测变形量，数据采集频率设成 100Hz ，经无线传到中控室。每月做一次环境振动检测，用脉动法测定结构自振情况，每季给消能器做一次外观检查，看静态位置有无偏移，每年检测时做小幅激振试验，在楼顶施加瞬时冲击荷载，记录结构响应衰减曲线，算出实际阻尼比。

结语

本文通过某文化中心改造项目，证实了消能减震技术在既有建筑抗震加固中具备可行性和有效性，依靠科学的设计手段和细致的施工管理，达成了结构抗震性能的明显改善。该项目取得成功的经验显示，消能减震技术有着加固效果佳，施工方便，对原结构影响小等优点，是既有建筑抗震加固的合适选择，以后要继续探究消能器的耐久性问题，充实设计规范，促使消能减震技术在更多工程中得到应用。

参考文献：

[1] 刘涛 , 刘振文 , 胡雪瀛 , 等 . 消能减震技术在某社区卫生服务中心抗震加固中的设计应用 [J]. 建筑结构 ,2022,52(S02):802-806.

[2] 郑建文 . 消能减震在某加固改造项目中的设计及应用 [J]. 建筑施工 ,2022,44(06):1186-1190.

[3] 黄能文 . 消能减震加固技术在某养老公寓改造中的应用 [J]. 中国建筑金属结构 ,2025,24(14):79-81.

[4] 邬险峰 , 李成 , 胡伟 . 抗震性能化设计在某医院改造加固中的应用 [J]. 建筑结构 ,2024,54(21):57-62+16.