隔震技術(shù)在高層建筑中的應用探討

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)推廣上升到了一個新的層次上。隔震設計可以延長整個結(jié)構(gòu)體系的自振周期，達到預期防震要求。目前隔震技術(shù)主要是利用結(jié)構(gòu)本身材料強度來消耗地震能量，遭遇大地震的時候減少結(jié)構(gòu)倒塌。通過在底部設置水平柔性的隔震裝置延長結(jié)構(gòu)的基本自振周期，通過隔震層變形達到隔震的效果。對于隔震技術(shù)在高層建筑中的應用，一般都是保證結(jié)構(gòu)具有足夠的強度、剛度和延性，從而使地震能量傳遞到建筑物的隔震方法進入結(jié)構(gòu)設計領(lǐng)域。

1、隔震技術(shù)在高層建筑中的具體應用

1.1 構(gòu)建隔振體系

隔震體系主要將基礎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)成基礎隔震體系等。

一是滑動隔震支座。滑動隔震支座可以使震后的隔震系統(tǒng)恢復到原來的位置；滑動支座能減小地震對上部結(jié)構(gòu)的能量傳遞，應用混合隔震支座來抵抗并消耗地震能量，設計的同時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模量等來提高橡膠阻尼性能的一種隔震裝置。

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

1.2 建筑結(jié)構(gòu)的隔震設計

1.2.1 地基采用特殊材料隔震

建筑物基礎隔震通常是采取一系列特定的方式處理建筑物的基礎部分，將地震時的地震波降低，進而將地震對建筑物的破壞縮小。直接將砂子或粘土墊層設置在建筑物的基礎部分是比較傳統(tǒng)的方法，或者將粘土與砂子交替鋪上。與此同時，一部分相關(guān)學者在建筑物的基礎部分用糯米為原材料設置墊層，將地震對建筑物的破壞降低。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，進而設置隔震層效果更優(yōu)。

1.2.2 建筑結(jié)構(gòu)的層間隔震措施

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

其次是設計隔震層。當?shù)卣鸢l(fā)生時，高層建筑內(nèi)部的減震隔震結(jié)構(gòu)能夠減輕其在震動時產(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、弱電電纜等各種必要導線來適應減震隔震層在面臨高強度地震時發(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，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。整個設計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)；對于隔震結(jié)構(gòu)的豎向地震作用進行驗算；在隔震層設計中要盡量利用隔震支座不出現(xiàn)拉應力，以滿足剪切變形為主而且房屋高寬比小于隔振標準

1.2.4 制定對非隔震結(jié)構(gòu)的高寬比限制標準

高層建筑結(jié)構(gòu)的高寬比是對結(jié)構(gòu)剛度、結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性以及經(jīng)濟安全性的宏觀控制。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有限元分析軟件進行計算，然后對隔震前后的多遇和罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)樓層剪力對比、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、隔震設計注意事項

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大大拓寬其應用前景。如今的隔震技術(shù)的支座材料、阻尼器材料研究方面，將會進一步推動高層建筑隔震技術(shù)的發(fā)展。