• 作者：黄明、石诚等　　
• 出处：《钢结构（中英文）》，2025，40(01) 　　
• 主题：研究减震装置在钢结构医院建筑中的应用，保证地震下建筑功能不中断、安全可靠

一、研究背景与研究出发点

当前消能减震工艺已在各类公共建筑抗震设计中普及，工程领域主流减震构件分为两大类别：一类是以屈曲约束支撑为代表的位移型消能装置，依靠金属构件塑性变形耗散地震能量；另一类为黏滞阻尼器这类速度型消能构件，依托流体黏滞效应削减结构振动加速度。两类装置受力机制、耗能区间存在明显差异。

现阶段多数建筑抗震设计仅单独选用其中一类减震构件，单一减震体系的适配性存在短板，很难实现医院这类关键公共建筑 “设防地震正常使用” 的高标准抗震底线。医院属于地震应急保障核心建筑，一旦遭遇设防烈度地震，若结构变形过大、楼面振动剧烈，会造成诊疗设备损毁、病区功能瘫痪，直接影响伤员救治与公共应急保障能力。

基于以上工程痛点，该论文提出位移型 + 速度型构件协同工作的组合减震体系，充分发挥两种消能装置互补特性，以此满足钢结构医院中震可继续投入使用的硬性设计需求。

二、工程案例与数值分析方案

论文选取 8 度抗震设防区域一栋钢结构住院楼作为实体研究案例，采用 ETABS 有限元分析软件搭建精细化结构计算模型，同步设置三类对照方案开展多水准地震工况对比验算：

1. 无控原始钢结构方案（不增设任何消能减震构件）；
2. 仅布置屈曲约束支撑的单一位移减震方案；
3. 屈曲约束支撑搭配黏滞阻尼器协同布设的组合减震优化方案。
5. 分析过程覆盖两大地震作用等级：设防地震（中震）、罕遇地震（大震），统一选取三项核心评价指标量化结构抗震表现：层间位移角、各楼层楼面水平振动加速度、钢框架主体构件塑性损伤发展程度，参照建筑抗震韧性评价标准判定结构使用状态。

三、不同减震方案计算结果对比分析

（一）层间位移角控制效果

层间位移角是评判建筑整体变形、墙体与围护构件完好度的核心指标。计算数据显示，仅采用单一减震构件时，结构层间变形控制能力存在明显局限；而屈曲约束支撑与黏滞阻尼器组合布设后，依托屈曲约束支撑提供稳定抗侧刚度、约束侧移，搭配黏滞阻尼器实时消耗振动能量，全楼层层间位移角控制效果全面优于另外两套对比方案，有效避免地震下围护墙体、医疗管线、设备支架发生开裂、脱落。

（二）楼面水平加速度限值表现

楼面振动加速度直接决定精密医疗仪器、监护设备、手术室器械能否在地震中正常运行，也是保障医院震后持续诊疗的关键参数。

验算结果：除建筑顶层屋面板区域外，组合减震方案下其余全部楼层，设防地震作用楼面加速度均低于 0.25g；罕遇地震工况下楼面加速度控制在 0.45g 以内。相较单一减震体系，组合方案大幅削弱楼层振动冲击，显著降低高端医疗设备受损、失灵的风险。

（三）结构塑性损伤发展规律

按照建筑抗震性能分级 IO（立即使用）、LS（生命安全）、CP（防止倒塌）开展构件损伤判定：

1. 设防地震阶段：组合减震体系的钢梁柱、支撑构件均未生成塑性铰，结构整体维持弹性工作状态，震后无需检修即可恢复全部诊疗功能；
2. 罕遇地震阶段：仅有少量次要受力构件产生塑性铰，塑性发展程度未突破 IO 性能状态限值，主体承重钢框架保持完好，建筑不存在整体坍塌隐患；反观无控结构、单一减震方案，中震阶段即出现大范围塑性损伤，大震下构件塑性发展严重，震后需要大规模维修才能重新投入使用，无法满足医院应急保障需求。

（四）两类减震构件协同工作机理拆解

1. 屈曲约束支撑：多遇地震阶段仅提供侧向刚度、不参与耗能；进入设防、罕遇地震区间后构件屈服，依靠金属塑性变形吸收大量地震输入能量，核心作用是限制建筑整体侧移；
2. 黏滞阻尼器：全程不改变结构抗侧刚度，仅提升整体附加阻尼比，重点削弱楼层振动速度与加速度，保护内部医疗设备；二者组合后实现 “控变形 + 减振动” 双重目标，弥补单一构件功能短板。

四、研究结论与工程应用价值

1. 相比单独使用位移型或速度型消能构件，屈曲约束支撑与黏滞阻尼器搭配的组合减震体系，可同步优化钢结构医院的侧移控制、楼面振动抑制、构件损伤防控三大抗震指标；
2. 采用该组合减震方案的 8 度区钢结构医院，能够稳定达成 “设防地震正常使用” 的抗震韧性目标，中震后建筑结构、医疗设备基本完好，无需中断诊疗工作，适配医院应急救灾的特殊功能定位；
3. 组合减震技术思路可为疾控中心、急救中心、医疗综合楼等同类高韧性医疗钢结构建筑提供标准化设计参考，在不显著提升结构造价的前提下，大幅提升关键公共建筑的地震安全储备；
4. 论文提出的多工况有限元对比分析方法、减震构件协同布置思路，可为后续医院钢结构消能减震专项设计提供完整验算流程与性能判定依据。