中國高層建筑抗震設計方法及前景展望

蔣長江，柳玉良

西南交通大學土木工程學院，四川成都 611756

隨著社會的發展和科技的進步，世界各地的高層建筑猶如雨后春筍，迅速拔地而起，中國也不例外。改革開放以來，我國高層建筑的數量不斷增多，高度不斷的增加，結構抗震分析和設計已經變得越來越重要，尤其是在汶川大地震和玉樹大地震之后，中國對建筑結構物的抗震研究越發重視。高層建筑結構的抗震成為建筑物要考慮的重要問題。

1 我國高層建筑的現狀

近幾年，中國的高層建筑進入一個飛速發展的階段，除香港、北京、上海、深圳、廣州等沿海城市之外，內地其它大中城市的高層建筑也在迅速發展。隨著高層建筑高度的不斷攀升，抗震設防就顯得尤為重要。以下是中國各地高層建筑的部分實例：

表1 中國各地高層建筑的部分實例

2 高層建筑抗震設計方法

地震是一種自然現象，至今尚不能科學地定量、定時、定點預測，其破壞具有多發性、連鎖性和嚴重性等特點。對于一些超高層建筑物，目前很多設計已經不再局限于“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設防標準，對重要結構必要時可以高于上述標準，很多抗震設計思想和方法是在總結國內外工程震害經驗的基礎上提出來的。

2.1 阻尼器的使用

進入20世紀以來，人們對建筑物抗振動能力的提高做出了巨大的努力，取得了顯著的成果。其中尤為重要的是阻尼器在結構抗震減災中的運用。人們利用阻尼器抗振、減震和吸能的特點，結合結構的動力性能，巧妙的避免或減少了地震對高層建筑的破壞作用。

目前，運用于高層建筑的結構調諧振動控制裝置有多種：調諧質量阻尼器（ Tuned Mass Dampers ,TMD） 、調諧液體阻尼器（Tuned Liquid Dampers，TLD）、質量泵（Mass Pumps ,MP）、擺式質量阻尼器、液體—質量控制器等。其中，調諧液體阻尼器（Tuned Liquid Damper，簡稱TLD）是一種被動耗能減振裝置，近年來進行了大量的研究和應用。TLD 這一名稱為孫利民教授和其導師藤野陽三（東京大學）最先提出，后來在國內外被廣泛使用。調諧液體阻尼器利用固定水箱中的液體在晃動過程中產生的動側力來提供減振作用。其具有構造簡單，安裝容易，自動激活性能好，不需要啟動裝置等優點，可兼作供水水箱使用。

2.2 柔性結構的運用

中國自古有“以柔克剛”的思想，即剛勁的東西不一定要用更剛勁的去征服，有時需要用柔軟的事物去克制。在高層建筑抗震當中，即由傳統的以“硬抗”為主的抗震體系轉變為以“柔抗”為主的結構減震控制體系。建筑采用動力平衡的建筑結構體系防震減震效果會更好，這樣可以以柔克剛、剛柔相濟，有效的釋放地震沖擊力。這方面的運用，有很多例子，比如拱結構在高層抗震當中的運用：迪拜帆船酒店，外觀如同一張鼓滿了風的帆，一共有56 層、321m高，就是運用拱結構抗震減災的很好的例子。又如，在新建建筑物四周一定范圍內，沿基礎設置消震裝置，在建筑物上部設置隔震減震裝置。基礎部分的消震裝置起隔斷地震沖擊力作用，上部設置的隔震減震裝置則將沖擊力的傳力進一步切斷。這就可以從根本上降低地震的破壞力。

2.3 高延性構件的運用

目前，我國的高層建筑很多采用延性結構體系來抗震設防，即適當控制結構的剛度，容許結構構件在地震時進入塑性狀態，具有較大的延性，以此消耗地震能量，減小地震反應，減輕地震給高層建筑帶來的破壞與損失。如果一座高層建筑物具有較大的延性，即使承載能力較低，它所能吸收的能量也會較大，雖然較早出現損壞，但能經受住較大的變形，避免倒塌；而僅有較高強度而無塑性變形能力的脆性結構，吸收能量的能力弱，一旦遭遇超過設計水平的地震時，很容易因脆性破壞而突然倒塌。所以，延性結構的運用這種體系，在很多情況下是有效的，它可以消耗地震能量，減輕地震反應，使結構物“裂而不倒”。

2.4 設置多道抗震防線

高層建筑結構需要設置多道抗震防線。建筑物應設置多道抗震防線，當第一道防線的構件在強烈地震作用下遭到破壞后，后備的第二道乃至第三道防線能抵擋后續的地震動的沖擊，使建筑物免于倒塌。

3 高層建筑抗震設計前景展望

今后若干年，中國仍將是世界上修建高層建筑最多的國家，這將會給高層建筑抗震設防帶來新的難題。展望21世紀高層建筑抗震設防的前景，具體的可以表現如下。

3.1 抗震設防計算方法的轉變

從振型分解反應誰法到時程分析法的轉變；從線性分析到非線性分析的轉變；從確定性分析到非確定性分析的轉變。

3.2 結構振動控制的研究與應用

基底隔震、懸掛隔震、耗能減震、吸能減震方面的運用和研究將會大力加強。

3.3 地震力分析理論的完善和轉變

地震力分析理論會由目前運用最廣的反應譜理論向動態時程理論發展。

3.4 新型建筑材料的運用和計算機模擬抗震試驗將得到廣泛應用

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