隔震技術(shù)在高層建筑中的應(yīng)用探討

文/李震宇 石河子博力工程管理有限公司 新疆石河子 832000

伴隨著橡膠等隔震材料性能的提升和有關(guān)隔震技術(shù)理論的成熟，將高層建筑中的隔震技術(shù)推廣上升到了一個(gè)新的層次上。隔震設(shè)計(jì)可以延長整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的自振周期，達(dá)到預(yù)期防震要求。目前隔震技術(shù)主要是利用結(jié)構(gòu)本身材料強(qiáng)度來消耗地震能量，遭遇大地震的時(shí)候減少結(jié)構(gòu)倒塌。通過在底部設(shè)置水平柔性的隔震裝置延長結(jié)構(gòu)的基本自振周期，通過隔震層變形達(dá)到隔震的效果。對(duì)于隔震技術(shù)在高層建筑中的應(yīng)用，一般都是保證結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和延性，從而使地震能量傳遞到建筑物的隔震方法進(jìn)入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

1、隔震技術(shù)在高層建筑中的具體應(yīng)用

1.1 構(gòu)建隔振體系

隔震體系主要將基礎(chǔ)的地震能量向上部結(jié)構(gòu)傳遞，從而利用疊層橡膠墊、夾層橡膠墊構(gòu)成基礎(chǔ)隔震體系等。

一是滑動(dòng)隔震支座?；瑒?dòng)隔震支座可以使震后的隔震系統(tǒng)恢復(fù)到原來的位置；滑動(dòng)支座能減小地震對(duì)上部結(jié)構(gòu)的能量傳遞，應(yīng)用混合隔震支座來抵抗并消耗地震能量，設(shè)計(jì)的同時(shí)還具有消耗地震能量的耗能特性。

二是橡膠隔震支座。天然橡膠支座利用高溫、加壓并硫化制作而成。天然橡膠隔震支座是在天然橡膠隔震支座的中心或非中心加入鉛芯制作而成的具有良好耗能能力的隔震支座。

三是高阻尼橡膠支座。高阻尼隔震橡膠支座主要降低橡膠的存儲(chǔ)模量等來提高橡膠阻尼性能的一種隔震裝置。

四是基礎(chǔ)隔震。將隔震裝置設(shè)置在上部和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間就是基礎(chǔ)隔震，越往上部，建筑結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)就減小。

1.2 建筑結(jié)構(gòu)的隔震設(shè)計(jì)

1.2.1 地基采用特殊材料隔震

建筑物基礎(chǔ)隔震通常是采取一系列特定的方式處理建筑物的基礎(chǔ)部分，將地震時(shí)的地震波降低，進(jìn)而將地震對(duì)建筑物的破壞縮小。直接將砂子或粘土墊層設(shè)置在建筑物的基礎(chǔ)部分是比較傳統(tǒng)的方法，或者將粘土與砂子交替鋪上。與此同時(shí)，一部分相關(guān)學(xué)者在建筑物的基礎(chǔ)部分用糯米為原材料設(shè)置墊層，將地震對(duì)建筑物的破壞降低。現(xiàn)階段已經(jīng)有新的突破產(chǎn)生，一種特殊材料以瀝青為原料得到，進(jìn)而設(shè)置隔震層效果更優(yōu)。

1.2.2 建筑結(jié)構(gòu)的層間隔震措施

首先是進(jìn)行隔震結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析，建立計(jì)算模型，將影響系數(shù)最大值和峰值加速度按設(shè)防地震輸入，應(yīng)用多遇地震振型分解反應(yīng)譜法按降低烈度后的普通抗震結(jié)構(gòu)計(jì)算。

其次是設(shè)計(jì)隔震層。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，高層建筑內(nèi)部的減震隔震結(jié)構(gòu)能夠減輕其在震動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大力度的沖擊而造成損壞；在電梯井側(cè)壁則采用井道外側(cè)包皮到地下室柱、填充墻等，利用穿越減震隔震層的排水管道、電氣強(qiáng)、弱電電纜等各種必要導(dǎo)線來適應(yīng)減震隔震層在面臨高強(qiáng)度地震時(shí)發(fā)生的結(jié)構(gòu)水平方向偏移的要求。

1.2.3 隔震、減震結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施以及其維護(hù)管理

隔震減震結(jié)構(gòu)的構(gòu)造主要是隔震層的梁、柱、墩和板的加強(qiáng)，隔震層所安置的梁、柱、墩和板便于更換隔震底座的空間等一系列隔震裝置。整個(gè)設(shè)計(jì)采用橡膠隔震支座與鉛芯橡膠隔震支座混合布置），確定減震系數(shù)；對(duì)于隔震結(jié)構(gòu)的豎向地震作用進(jìn)行驗(yàn)算；在隔震層設(shè)計(jì)中要盡量利用隔震支座不出現(xiàn)拉應(yīng)力，以滿足剪切變形為主而且房屋高寬比小于隔振標(biāo)準(zhǔn)

1.2.4 制定對(duì)非隔震結(jié)構(gòu)的高寬比限制標(biāo)準(zhǔn)

高層建筑結(jié)構(gòu)的高寬比是對(duì)結(jié)構(gòu)剛度、結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)安全性的宏觀控制。高寬比越大，結(jié)構(gòu)的層間剪力也逐漸增大。水平向減震系數(shù)應(yīng)由最大層間剪力和最大層傾覆力矩的比值來確定。

1.3 隔震加固技術(shù)

采用ETABS有限元分析軟件進(jìn)行計(jì)算，然后對(duì)隔震前后的多遇和罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)樓層剪力對(duì)比、多遇和罕遇地震作用下的樓層位移和層間位移比較等，分析建筑物承受的地震力。

2、隔震設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

非隔震高層建筑結(jié)構(gòu)的周期本身已較長，為使隔震高層建筑的隔震層周期需更大，要適當(dāng)控制隔震墊的數(shù)量。因高層建筑總體重量大，且在地震作用下還會(huì)產(chǎn)生較大的傾覆力矩，因此需要隔震墊具有一定的抗拉能力。例如：通過增大隔震支座所承受的重力荷載范圍、減小地震作用引起的傾覆力或采用其他高抗拉能力的隔震支座3種基本方法來減小隔震支座受拉的可能，在結(jié)構(gòu)總質(zhì)量基本不變的情況下控制隔震層的側(cè)向剛度。

總之，高層建筑的隔震技術(shù)可以減小上部結(jié)構(gòu)的地震反映，因此， 隔震技術(shù)良好的隔震效果將會(huì)大大拓寬其應(yīng)用前景。如今的隔震技術(shù)的支座材料、阻尼器材料研究方面，將會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)高層建筑隔震技術(shù)的發(fā)展。