高層建筑結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)隔震技術(shù)分析

呂玉強(qiáng)

摘 要：我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提升，在促進(jìn)各行各業(yè)發(fā)展的同時(shí)，也使得人們對(duì)于建筑安全性及穩(wěn)固性的要求越來越高。建筑行業(yè)的發(fā)展，高層建筑規(guī)模的擴(kuò)大，使高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題成為一項(xiàng)重點(diǎn)問題。而目前，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，基礎(chǔ)隔震技術(shù)的應(yīng)用十分重要，其能夠在很大水平上提升高層建筑抵抗地震的能力。文章首先基于高層建筑的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)的理念，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的特殊性進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上對(duì)其基礎(chǔ)隔震技術(shù)進(jìn)行了研究與探討，僅供參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑；建筑結(jié)構(gòu)；基礎(chǔ)隔震技術(shù)

在建筑行業(yè)中，其經(jīng)濟(jì)效益與市場(chǎng)競(jìng)爭力的提高與建筑的經(jīng)濟(jì)性、適用性及美觀性有著十分重要的關(guān)系。也就是說，一個(gè)好的建筑能夠在很大程度上使人們的需求得以滿足的同時(shí)，還能夠使建筑行業(yè)的整體實(shí)力得以增強(qiáng)。隨著高層建筑的不斷發(fā)展，建筑的高度不斷增加，在此背景下，人們對(duì)于高層建筑的耐用性與安全性提出更高的要求，對(duì)此，在高層建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用基礎(chǔ)隔震技術(shù)有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 高層建筑的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)理念

現(xiàn)如今，在建筑領(lǐng)域中，對(duì)于高層建筑的美觀性追求愈加強(qiáng)烈，因此，高層建筑變得越來越纖細(xì)，此類建筑與傳統(tǒng)體積比較大的多層高層建筑而言，其產(chǎn)生更大側(cè)移的可能性更大。從某種意義上來說，建筑的樓層越多，建筑越高，自然界所產(chǎn)生重力荷載、風(fēng)力荷載、地震荷載就越大，因此，在高層建筑設(shè)計(jì)的過程中，采取某種措施來對(duì)自然界所產(chǎn)生的這些荷載進(jìn)行抵消十分必要。高層建筑對(duì)側(cè)向荷載的動(dòng)力反應(yīng)，可以通過對(duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)或者是建筑形式進(jìn)行有效的選擇來對(duì)其進(jìn)行控制。所以，結(jié)構(gòu)的有效性能夠在很大程度上對(duì)高層建筑的形式產(chǎn)生影響，從而對(duì)建筑的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生決定性的作用。通常來說，我們可以把建筑抵抗側(cè)移的能力和承受荷載的能力視為建筑的結(jié)構(gòu)性能，同時(shí)，也能夠?qū)ㄖ黧w量的組成產(chǎn)生影響。

建筑師在對(duì)建筑物的初始方案進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，在詳細(xì)確定其具體結(jié)構(gòu)的過程中需要同時(shí)更加留意建筑物的空間組成特點(diǎn)。然而，在建筑物中，從其空間形式的整體設(shè)想方面上來說，建筑師需要對(duì)建筑形式中與抗力及荷載之間關(guān)系中存在的某些準(zhǔn)則與規(guī)定進(jìn)行綜合的考慮，主要可以從以下幾點(diǎn)進(jìn)行了解：第一，所設(shè)想的空間形式上，應(yīng)當(dāng)在地面上進(jìn)行固定。第二，對(duì)于所設(shè)想的空間形式來說，要必須能夠?qū)λ斤L(fēng)力作用等進(jìn)行抵抗。因此，建筑師在對(duì)高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，其基本的工作任務(wù)要從兩個(gè)方面進(jìn)行：一方面，是要加強(qiáng)與建筑結(jié)構(gòu)工程師及其他工程技術(shù)人員的合作與協(xié)調(diào)力度；另一方面，需要與建筑的功能要求、場(chǎng)地情況、建筑立面、外力特征、施工條件等方面相結(jié)合，來對(duì)最為科學(xué)合理、最為經(jīng)濟(jì)的建筑方案進(jìn)行選擇。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的特殊性

第一，水平荷載與高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間有著十分重要的關(guān)系。主要從以下幾點(diǎn)表現(xiàn)出來：首先，在豎向構(gòu)件中，樓房自重及樓面的使用荷載形成的軸力及彎矩的數(shù)據(jù)與建筑高度的一次方之間的關(guān)系是正比例的，結(jié)構(gòu)受到水平荷載形成的傾覆力矩和軸力與建筑高度的平方之間的關(guān)系是正比例的。其次，從總體上來說，對(duì)于一些高層建筑，其豎向荷載一般是定值，而隨著結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的變化，水平荷載中的荷載以及地震的作用也會(huì)隨之出現(xiàn)比較大的變化。

第二，結(jié)構(gòu)側(cè)移在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是一項(xiàng)關(guān)鍵性的存在。隨著建筑高度的不斷增加，水平荷載作用下會(huì)出現(xiàn)比較大的結(jié)構(gòu)側(cè)移變形現(xiàn)象，促使在水平荷載的作用之下，在某一個(gè)限度內(nèi)應(yīng)該采取措施來制約結(jié)構(gòu)位移。

第三，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)延性是最為重要的指標(biāo)，同時(shí)其對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也有著關(guān)鍵性的作用。與較低的建筑物相比來說，在發(fā)生地震的時(shí)候，高層建筑更容易出現(xiàn)較大的變形。為了能夠使建筑結(jié)構(gòu)在塑性變形的階段中避免發(fā)生倒塌的問題，可以采取一定措施來改善其構(gòu)造，促使結(jié)構(gòu)能夠使延性性能得以一定的發(fā)揮。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)分析

3.1 高層建筑隔震技術(shù)

隔震技術(shù)重點(diǎn)是采用隔震支座進(jìn)而提高建筑當(dāng)中結(jié)構(gòu)抗震功能的技術(shù)，建筑應(yīng)用的隔震支座重點(diǎn)包含滑動(dòng)隔震支座以及橡膠隔震支座兩種類型，這當(dāng)中的橡膠隔震支座還可以劃分為普通橡膠支座以及鉛芯橡膠支座兩種類型，普通橡膠支座重點(diǎn)是將鋼板以及橡膠層進(jìn)行融合，進(jìn)而提升建筑結(jié)構(gòu)的承載能力、水平位移水平以及側(cè)向抗壓水平，但是，對(duì)于鉛芯隔離支座來說，其阻尼比較高，在能夠使地震對(duì)于建筑的不利影響得以很大程度上降低的同時(shí)，還能夠使隔離層出現(xiàn)位移的情況得以有效的避免，從而使高層建筑的穩(wěn)固性得以提高，延長建筑壽命。對(duì)于滑動(dòng)隔離支座而言，其主要是通過對(duì)動(dòng)力學(xué)原理進(jìn)行利用，并結(jié)合內(nèi)部存在的低摩擦系數(shù)的滑動(dòng)材料，能夠在很大程度上使地震對(duì)高層建筑的不利影響得以降低。除此之外，也能夠通過對(duì)滑動(dòng)隔離支座的隔震層摩擦力進(jìn)行利用來對(duì)在發(fā)生地震期間建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的振動(dòng)能力得以消耗，使建筑結(jié)構(gòu)中的阻尼得以加大，進(jìn)而使在發(fā)生地震時(shí)候建筑的穩(wěn)固性得以極大地增強(qiáng)。

3.2 隔震結(jié)構(gòu)的基本原理和特性

對(duì)一般的房屋來說，其地基與上部結(jié)構(gòu)是連接在一起的。在發(fā)生地震的時(shí)候，地面振動(dòng)的能量經(jīng)由地基能夠傳輸?shù)椒课莸纳喜拷Y(jié)構(gòu)當(dāng)中，結(jié)構(gòu)可以利用變形以及振動(dòng)來耗費(fèi)能量。隔離技術(shù)就是在房屋地基與上部結(jié)構(gòu)之間增設(shè)了一層隔震裝備。在發(fā)生地震的時(shí)候，地震帶來能量的一部分可以被隔離裝備所損耗，這樣就能夠降低傳送到上層結(jié)構(gòu)的能量，進(jìn)而很好地維護(hù)了建筑當(dāng)中的設(shè)備與人員。隔震裝置具備自動(dòng)復(fù)位以及調(diào)整剛度的作用。如果建筑物受到了較輕的地震作用時(shí)，隔震設(shè)備能夠帶來一個(gè)充足的水平力來確保建筑物上部在受到地震沖擊的時(shí)候，可以維持相對(duì)地面沒有位移的情況；在發(fā)生中度地震的時(shí)候，隔震層的外形就會(huì)發(fā)生比較大的變化，這樣就能夠使得地震帶來的大多數(shù)能量被吸收，這樣一來相對(duì)于地面而言，建筑物的上部結(jié)構(gòu)只有一些很小的位移，大體上是處在不動(dòng)的情況。在發(fā)生地震之后，隔震裝置還能夠自動(dòng)回到最初的情況，仍然可以正常利用，進(jìn)而滿足建筑物正常使用的要求。

3.3 高層建筑隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

首先，在設(shè)計(jì)高層建筑基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的過程中可以對(duì)隔震系數(shù)與分離式計(jì)算方法進(jìn)行采用，其中，隔震系數(shù)主要指的是建筑隔震結(jié)構(gòu)中其樓層剪力與非隔震結(jié)構(gòu)樓層剪力之間比較值的最大值。在高層建筑結(jié)構(gòu)中，在對(duì)樓層剪力隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行考慮的同時(shí)還需要對(duì)樓層傾覆力矩的減震系數(shù)進(jìn)行重視，在保證高層建筑隔震結(jié)構(gòu)的減震系數(shù)與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)相符合之后，在后續(xù)設(shè)計(jì)過程中可與對(duì)非隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行參照來進(jìn)行，而在對(duì)橡膠隔震技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的過程中，在計(jì)算減震系數(shù)的時(shí)候，需要在對(duì)橡膠隔震支座的性能進(jìn)行考慮的基礎(chǔ)上，來對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的減震系數(shù)值來進(jìn)行適當(dāng)?shù)靥岣?，如此一來，能夠使隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的施工安全得以很大程度上的保證，而在具體計(jì)算減震系數(shù)期間，需要對(duì)時(shí)程分析法進(jìn)行利用來對(duì)高層建筑隔震結(jié)構(gòu)的減震系數(shù)進(jìn)行確定，同時(shí)還可以在建筑結(jié)構(gòu)受拉中對(duì)折線形彈性型的橡膠隔震支座模型進(jìn)行應(yīng)用，從而使建筑結(jié)構(gòu)的抗張拉承載力和水平荷載以及建筑的穩(wěn)固性得以增強(qiáng)，并提高高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，保障人們的居住安全。

4 結(jié)語

在高層建筑結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用基礎(chǔ)隔震技術(shù)能夠在很大程度上使建筑的抗震能力得以增強(qiáng)，意味著人類在地震多發(fā)區(qū)能夠更加安全的生活，其除了能夠在高層建筑領(lǐng)域中應(yīng)用之外，還可以在城市生命線工程、防災(zāi)指揮中心等工程中進(jìn)行應(yīng)用，在防震減災(zāi)的事業(yè)中有著不可磨滅的突出作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 宋玉旺.房屋基礎(chǔ)隔震技術(shù)應(yīng)用分析[J].經(jīng)營管理者，2011（19）.

[2] 劉昱彤.基礎(chǔ)隔震技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用探討[J].山西建筑，2011（09）.

[3] 劉娟，馬玉宏，趙桂峰，譚平，羅佳潤，鄒勤.高層基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)基于性態(tài)的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2013（26）.