分析高層建筑結構隔震設計關鍵問題

雷博 張小祥

（1.蘭州理工大學建筑勘察設計院 甘肅省蘭州市 730050 2.中國市政工程西北設計研究院有限公司 甘肅省蘭州市 730000）

分析高層建筑結構隔震設計關鍵問題

雷博1張小祥2

（1.蘭州理工大學建筑勘察設計院 甘肅省蘭州市 730050 2.中國市政工程西北設計研究院有限公司 甘肅省蘭州市 730000）

隨著城市化進程的不斷加快，城市中各種高層建筑仿佛雨后春筍般不斷涌現出來，這種形勢之下，高層建筑的結構設計也是十分重要的。現在使用的隔震技術在高層建筑的結構設計中是一種至關重要的技術，本文將對高層建筑隔震設計進行簡要闡述，對其中的一些重要問題進行分析，并對設計中存在的不足提出相關的改善建議。

高層；建筑結構；隔震設計

甘肅省位于青藏高原北部地震區(qū)，是我國地震活動比較活躍的地區(qū)之一，歷史上曾發(fā)生過多次破壞性地震。省內有天水地震帶、民勤地震帶、河西走廊地震帶、祁連山地震帶等地震帶。地震作為一種突發(fā)性很強的自然災害，其可預見性是很低的，甘肅省作為處于多個地震帶的位置，對建筑結構的抗震性研究也就成為亟待解決的關鍵問題。

1 建筑結構隔震設計的相關要求

1.1 設計使用方案

建筑結構在進行隔震方面的設計時，應該遵循建筑的抗震設防類別、建筑所處場地的條件、建筑結構的設計方案以及抗震設防烈度、建筑投入使用之后的各方面要求，然后再進行抗震設計方案的確定。

1.2 設防目標

具備隔震設計的建筑，抗震方面的設防目標應該比抗震建筑的設防目標還要高，尤其是對于水平方向上的地震，隔震的結構應該高出抗震結構0.5個設防烈度使用的抗震安全儲備甚至以上，與此同時豎直方向上的抗震措施也不能有一點忽視。

1.3 隔震部件

在設計過程中要在文件上標注上有關隔震部件的性能方面的要求，要在實際進行試驗之后確定隔震部件使用的相關參數，確定其耐久性；安裝開始之前要檢查工程中使用的各種類別的元部件，可以選擇抽樣檢測的方式，其中各種類型的元件都應該檢測三個或者以上，要求檢測得到的結果是百分之百合格，才能投入使用；有隔震部件安置的部位，應該通過計算進行確定，這樣能給以后的檢查和部件的替換提供方便。

2 隔震基礎裝置

通常隔震裝置的組成是隔震器、阻尼器、復位裝置這三個部分組成。其中隔震器主要負責對上部結構產生的荷載力進行支撐，使建筑結構自振的周期延長，并能抵抗很大程度上的形變。阻尼器要對地震產生的能量進行抵消，防止建筑結構因為地震產生能量過大出現位移。復位裝置則是要將建筑的隔震系統(tǒng)前期的剛度，讓建筑結構在震級比較小的情況下能保證建筑的安全。

隔震器和阻尼器可以組合成隔震支座，在隔震支座不能提供足夠的阻尼的時候，才需要加額外的阻尼器。具體組成部分為：①滑動支座。以前滑動方式主要使用的是滾珠隔震法，也就是要在上部分和基礎之間加設滾珠。滾珠可以是圓形也可以是橢圓形，放置在平板上或者凹板上，這樣能在一定程度上形成復位力。使用滾珠的目的是將地面上的運動情況隔離開來，保證建筑結構不受地面振動的影響。需要注意的是使用滾珠隔震要具備輔助的裝置幫助復位，還要具備風穩(wěn)定裝置，避免因為風載出現水平方向上的位移。②疊層橡膠支座。組成部分為橡膠片和薄鋼板，將鋼板的邊緣部分深入到橡膠中，能在很大程度上預防鋼板出現生銹的情況。

隔震基礎裝置的第二個組成部分是阻尼器，鉛芯疊層的橡膠支座、高阻尼疊層橡膠支座和部分滑動支座中都具備隔震系統(tǒng)必要的阻尼。在隔震支座中的阻尼不夠的時候，需要另外加上阻尼器，經常使用的基底隔震阻尼器分為彈塑性阻尼器和干摩擦阻尼器。

彈塑性阻尼器使用的鋼材在塑性變形能力上通常都是很好的，能在屈服應變已經達到規(guī)定幾十倍的情況之下，承受住形狀的變化而且不會出現斷裂情況。通過對軟鋼這種變形能力以及耗能能力的利用，可以做成很多種類的阻尼器。鉛棒阻尼器在使用上的優(yōu)勢是，鉛是一種軟化剛度很強，塑性之后也具備滯回能的特點的一種金屬，使用獨立鉛棒的變形吸能能力可以制作成為鉛阻尼器，在出現強地震帶的時候，鉛棒會出現軟化，軟化的過程中要消耗很多振動產生的能量，這樣能減少給建筑帶來的傷害。干摩擦阻尼器的組成部分是疊層橡膠支座和摩擦板，將摩擦板放置在疊層橡膠支座上，在結構底部放置不銹的上滑板，在疊層支座的頂部設置青銅鉛板制的下滑板。地震發(fā)生時上下兩個滑板之間會出現滑動，從而產生阻尼，在保護建筑結構的同時也是對疊層式隔震器的保護。

復位裝置是為了避免在微震情況或者風反應給建筑物帶來的影響，也能保證建筑物在大震之后能夠自行及時回復原位，因此建筑在結構設計過程中一定要設置微震和風反映控制的裝置。現在經常使用的是具備復位功能的支座和抗傾覆支座。

3 隔震結構的設計

隔震結構能將地震產生的能量隔離開來，利用隔震層的大變形以及隔震結構產生的阻尼，讓地震產生的能量大量消耗，這樣就不能向上傳輸給建筑上層，也正是因為隔震結構的存在，建筑上部結構才不會出現較大的地震反應，因為地震造成的振動情況也會減弱很多，結構也不會受到很大程度上的破壞，保證了人們的生命和財產安全。

3.1 在隔震方面的設計要求

因為隔震結構要在地震比較高烈度的地區(qū)使用，或者是在使用功能上有比較特殊需要的建筑中，能設置隔震結構的建筑需要滿足如下幾點：①在不需要隔震的情況下，建筑結構的周期要比1.0S小，還必須是多層砌體房屋或者鋼筋混凝土的框架房屋；②在體型方面的原則是，應該是可以使用剪力法進行抗震計算的房屋建筑可以設計隔震結構；③建筑所處場地應該是一、二、三類中的一種，而且應該選擇使用穩(wěn)定性比較好的基礎類型；④風荷載或者其他地震的相關作用、水平方向產生的荷載度不能比總重力的百分之百多。在隔震建筑方案的選擇上，要選擇建筑抗震設防類別、設防烈度、建筑的場地條件以及建筑設計方案等，對以上各個因素進行技術方面以及使用成本方面的衡量之后再確定設計方案。

3.2 隔震層的設計要求

在布置隔震層之前要保證滿足以下幾個要求：①隔震層的組成部分是隔震支座、阻尼裝置以及抗風裝置。其中阻尼裝置以及抗風裝置跟隔震支座結合成一個部分可以使用，單獨出現的時候也可以使用，在需要的使用還應該進行限位裝置的設定；②隔震層的崗地中心和上部結構的質量中心應該保證吻合；③隔震支座在平面布置上應該和上下部分在豎直方向上的受力情況一致，并和受力部件的位置保持對應的狀態(tài)；④在同一個建筑中，如果面對不同規(guī)格隔震支座的選擇時，應該將各個橡膠支座的承載能力和支撐能力進行充分考慮再選擇使用；⑤在一個支撐處需要很多隔震支座的情況下，隔震支座之間的靜距離應該比操作需要的空間大，這樣才能保證正常進行工作。

4 結束語

隔震技術能在很大程度上減弱地震給建筑帶來的損害，從前在低層建筑中有十分廣泛的應用，在高層的建筑抗震結構設計中也是十分有效的，能將高層建筑的抗震能力大幅度提高，保證建筑的使用壽命得到延長，也保證人們的生命財產安全少受地震的威脅。

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TU352.1+2

A

1004-7344（2016）35-0273-02

2016-12-1

雷博（1986-），女，漢族，甘肅白銀會寧人，結構師，本科，主要從事結構設計工作。

張小祥（1988-），男，漢族，甘肅永登人，助理工程師，本科，主要從事結構設計工作。