概述超高層隔震建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計

李琪

【摘要】地震對于人類社會的發(fā)展而言危害極大，同時也是一個危害面積廣的自然災(zāi)害。自新世紀(jì)以來，因為地震引發(fā)的國民經(jīng)濟(jì)損失不可估量，人員傷亡更是數(shù)以萬計。遠(yuǎn)的不說，就08年至今，無論是汶川地震、玉樹地震還是雅安地震，都給我們留下刻骨銘心的傷害，也給中華民族帶來了重大災(zāi)難。但是就這些地震所造成的損失進(jìn)行分析，大多數(shù)的損失都是因為建筑物倒塌而引發(fā)的，因此也提起了人們對建筑物抗震設(shè)計觀念，使得人們越來越多的關(guān)注建筑物的抗震設(shè)計。隔震建筑物結(jié)構(gòu)便是基于這種時代背景下產(chǎn)生的，是當(dāng)前建筑業(yè)內(nèi)人士研究的焦點之一。

【關(guān)鍵詞】隔震建筑物；結(jié)構(gòu)設(shè)計；超高層

1、隔震建筑的形式

1.1基礎(chǔ)隔震

基礎(chǔ)隔震是建筑抗震新技術(shù)家族中的佼佼者，大量試驗研究及多次強(qiáng)震實踐表明，基礎(chǔ)隔震以其極少的投資換取很大的安全系數(shù)?；A(chǔ)滑動隔震效果受地面運(yùn)動頻率特性的影響較小，幾乎不會發(fā)生共振現(xiàn)象。

所謂基礎(chǔ)隔震，就是在建筑物的基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間增設(shè)高度很矮，具有足夠可靠性的隔震層，控制地面運(yùn)動向上部結(jié)構(gòu)傳遞，地震時其能量可反饋到地面或由隔震層吸收，以大大減小結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的地震反應(yīng)，確保建筑物的整體安全，其內(nèi)部設(shè)備不發(fā)生破壞或喪失使用功能，室內(nèi)人員不遭受傷害也不會有強(qiáng)烈震感。同時，還可防止結(jié)構(gòu)內(nèi)部的次生災(zāi)害。主震后無需避震疏散，即使發(fā)生罕遇大震隔震房屋也不會倒塌。

1.2基地隔震形式

1）夾層橡膠墊隔震裝置用于隔震裝置的橡膠墊塊，可用天然橡膠，也可用人工合成橡膠（氯丁膠）。為提高墊塊的垂直承載力和豎向剛度，橡膠墊塊一般由橡膠片與薄銅板疊合而成.

2）鉛芯橡膠支座這樣就使支座具有足夠的初始剛度，在風(fēng)荷來和制動力等常見載荷作用下保持具有足夠的剛度，以滿足正常使用要求，但強(qiáng)地震發(fā)生時，裝置柔性滑動，體系進(jìn)入消能狀態(tài)。

3）滾珠（或滾軸）隔震有自復(fù)位能力的；有加銅拉桿風(fēng)穩(wěn)定裝置；橫向油壓千斤頂位的。另外，還有加消能裝置的，消能裝置有軟消能桿剪，鉛擠壓消能器，油阻尼器，光阻尼器等。

1.3中間層隔震

在基礎(chǔ)以上的中間樓層設(shè)置隔震層，下部結(jié)構(gòu)同普通建筑物一樣直接與地基接觸，因此它不存在基礎(chǔ)隔震建筑的底部體積和墻體數(shù)量問題，但隔震層以下的樓層需要做抗震處理。在市區(qū)場地不太寬裕時，可把隔震層設(shè)計在地面以上，在空中變形有利于節(jié)約用地，同時也能有效減少地基的挖土量。

1.4懸掛隔震

懸掛隔震使將結(jié)構(gòu)的全部或大部分質(zhì)量懸掛起來，是地震動傳遞不到主體質(zhì)量上，產(chǎn)生較小的慣性力，從而起到隔震作用。懸掛結(jié)構(gòu)在橋梁、火電廠鍋爐架等方面有大量應(yīng)用。著名的43層香港匯豐銀行新大樓采用的就是懸掛結(jié)構(gòu)。

2、耐震建筑與隔震建筑造價比較

由統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，隔震建筑物與耐震建筑物造價比較，建筑物高度在25m以下，隔震建筑物造價約為耐震建筑物造價之105%～109%；建筑物高度在25m～31m，隔震建筑物造價約為耐震建筑物造價之102%～104%；建筑物高度在31m以上，隔震建筑物造價約為耐震建筑物造價之99%～103%。

另比較隔震建筑物結(jié)構(gòu)造價比較，辦公室隔震建筑物之結(jié)構(gòu)費(fèi)用約占建筑物費(fèi)用之18%，旅館建筑隔震建筑物之結(jié)構(gòu)費(fèi)用約占建筑物費(fèi)用之13%，醫(yī)院隔震建筑物之結(jié)構(gòu)費(fèi)用約占建筑物費(fèi)用之8%。顯示越重要之建筑物，采用隔震建筑物設(shè)計，結(jié)構(gòu)費(fèi)用相對最經(jīng)濟(jì)。

3、超高層建筑結(jié)構(gòu)的隔震設(shè)計要求與步驟

針對超高層建筑結(jié)構(gòu)的隔震設(shè)計，需要嚴(yán)格按照有關(guān)高層建筑規(guī)范條例的相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合建筑物所在環(huán)境的實際情況，遵循隔震設(shè)計的一般要求，采取合理的設(shè)計步驟，確保超高層隔震建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計達(dá)到最優(yōu)化的效果。

3.1隔震設(shè)計要求

（1）設(shè)計方案：建筑結(jié)構(gòu)的隔震設(shè)計，應(yīng)根據(jù)建筑抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、場地條件、建筑結(jié)構(gòu)方案和建筑使用要求，與建筑抗震的設(shè)計方案進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性的對比分析后，確定其設(shè)計方案。（2）設(shè)防目標(biāo)：采用隔震設(shè)計的房屋建筑，其抗震設(shè)防目標(biāo)應(yīng)高于抗震建筑。在水平地震方面，隔震結(jié)構(gòu)具有比抗震結(jié)構(gòu)至少高0.5個設(shè)防烈度的抗震安全儲備。豎向抗震措施不應(yīng)降低。（3）隔震部件：設(shè)計文件上應(yīng)注明對隔震部件的性能要求；隔震部件的設(shè)計參數(shù)和耐久性應(yīng)由試驗確定；并在安裝前對工程中所有各種類型和規(guī)格的部件原型進(jìn)行抽樣檢測，每種類型和每一規(guī)格的數(shù)量不應(yīng)少于3個，抽樣檢測的合格率應(yīng)為100%。

3.2隔震設(shè)計步驟

（1）結(jié)構(gòu)隔震控制目標(biāo)的確定。依據(jù)設(shè)防烈度或地震危險性場地條件以及工程的重要性，確定設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計。確定上部結(jié)構(gòu)方案與結(jié)構(gòu)布置，初步確定上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸及材料強(qiáng)度等級。由于設(shè)置了隔震層，上部結(jié)構(gòu)所受地震作用降低很多。因此，對柱子軸壓比的限制可適當(dāng)降低，柱子的截面也可適當(dāng)減少。這部分設(shè)計內(nèi)容與非隔震建筑相同。（3）隔震裝置的選用。根據(jù)隔震裝置的承載力、剛度、變形等性能要求和規(guī)定，確定隔震支座的類型、個數(shù)和隔震支座的尺寸、布置并進(jìn)行隔震支座設(shè)計。（4）結(jié)構(gòu)隔震體系動力參數(shù)的確定。選擇隔震結(jié)構(gòu)動力計算分析模型，確定結(jié)構(gòu)的剛度、自振周期、阻尼比等動力參數(shù)。（5）結(jié)構(gòu)隔震控制驗算。計算結(jié)構(gòu)地震作用和結(jié)構(gòu)的加速度、速度、位移、隔震的水平位移、支座軸力等地震反應(yīng)，確認(rèn)是否滿足設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。

4、超高層隔震建筑物設(shè)計技術(shù)

超高層隔震建筑物設(shè)計技術(shù)主要有下列關(guān)鍵因素：

4.1長周期建筑物之隔震效果

隔震建筑物之最優(yōu)越抗震效果即在延長建筑物基本振動周期，但高層建筑物基本振動周期往往超過3秒，隔震后即使將建筑物基本振動周期拉長至5秒以上，由反應(yīng)譜顯示，兩者加速度反應(yīng)相差有限。但是在增加阻尼比降低地震位移反應(yīng)，則有其貢獻(xiàn)。

4.2傾覆作用造成隔震組件受拉力

隔震組件設(shè)計時必須考慮拉力作用，因此拉力試驗成為規(guī)范修訂之首要任務(wù)。

4.3風(fēng)力作用

隔震層設(shè)計時必須考慮地震力作用，但是小地震或風(fēng)力作用，隔震組件是否發(fā)揮功能？仍有待深入探討。

5、隔震應(yīng)用的注意事項

5.1隔震實際上會使原有結(jié)構(gòu)的固有周期演唱，在下列情況下不宜采用隔震設(shè)計：

①基礎(chǔ)土層不穩(wěn)定；

②下部結(jié)構(gòu)變性大，原有結(jié)構(gòu)的固有周期比較長；

③位于軟弱場地，延長周期可能引起共振；

④制作中出現(xiàn)負(fù)反力；

5.2隔震裝置必須具有足夠的初始剛度，這樣能滿足正常使用要求。當(dāng)強(qiáng)震發(fā)生時，裝置柔性消震，體系進(jìn)入消能狀態(tài)。

5.3隔震裝置能使結(jié)構(gòu)在基礎(chǔ)面上柔性滑動，在地震來時這樣必然會產(chǎn)生很大的位移。為減低結(jié)構(gòu)的位移反應(yīng)，隔震裝置應(yīng)提供較大的阻尼，具有較大的消能能力。

6、結(jié)語

我國也是世界上多地震的國家之一，百分之七十八的國土面積都需要進(jìn)行抗震設(shè)防，而隔震技術(shù)則是一種經(jīng)濟(jì)有效的防震減災(zāi)技術(shù)。雖然，它的體制還西藥進(jìn)一步健全，但由其原理名了、結(jié)構(gòu)簡單、造價低等技術(shù)優(yōu)勢，必然會在日后得到長足的發(fā)展，但就現(xiàn)有技術(shù)水平還未能達(dá)到可以安全面對最大等級的地震水平，所以，就目前情況而言，我們更要對人們的生命財產(chǎn)負(fù)責(zé)，采取更為保守的作為。

參考文獻(xiàn)：

[1]商昊江，祁皚. 基礎(chǔ)隔震技術(shù)在中國的研究與應(yīng)用[J]. 福建建筑. 2007（09）

[2]權(quán)吉柱，熊仲明. 隔震結(jié)構(gòu)等代體系的力學(xué)模型[J]. 工程抗震與加固改造. 2006功（06

[3]周錫元 中國建筑結(jié)構(gòu)抗震研究和實踐六十年建筑結(jié)構(gòu) 2009/09

[4]宋濤； 趙歆冬 層間隔震建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法與應(yīng)用 低溫建筑技術(shù) 2010/07

[5]楊淑紅 隔震技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)中的發(fā)展與應(yīng)用 山西建筑 2013/03