隔震支座在高層建筑抗震中的應(yīng)用研究

張 妍 彭 景

（中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院有限公司 陜西西安 710082）

1 高層隔震結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀

所謂隔震技術(shù)主要是指通過(guò)在結(jié)構(gòu)基底或下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)之間安裝剛度很小的柔性裝置來(lái)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的自振周期，從而能夠進(jìn)一步降低地震結(jié)構(gòu)帶來(lái)的作用，目前在我國(guó)隔震支座主要是使用了橡膠隔震墊。為了進(jìn)一步降低地震反應(yīng)所帶來(lái)的危害，可以選擇使用隔震技術(shù)，目前企業(yè)被廣泛的應(yīng)用高層建筑中，在高層建筑中使用隔震技術(shù)具有很好的效果，但是也存在著一些問(wèn)題，例如高層建筑，因?yàn)橹芷诒容^長(zhǎng)，使用隔震技術(shù)會(huì)進(jìn)一步延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的周期，從而會(huì)對(duì)整個(gè)隔斷效果產(chǎn)生一定的影響。高層建筑在水平地震的作用下，會(huì)出現(xiàn)非常明顯的傾覆效應(yīng)，隔震支座很容易出現(xiàn)抗拉應(yīng)力等。因此高層建筑設(shè)置隔震結(jié)構(gòu)需要不斷地進(jìn)行減震方面的控制，目前主要是進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)、隔震層結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行優(yōu)化，從而進(jìn)一步提高抗震墊的性能，采用科學(xué)合理的隔震技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而能夠更好地確保高層建筑的安全。

2 高層隔震技術(shù)原理

對(duì)于傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震能量的抵消，主要是通過(guò)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件來(lái)進(jìn)行的，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中會(huì)選擇將地震作用力作為外加荷載，將其和結(jié)構(gòu)的其他荷載進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，從而能夠滿足相關(guān)結(jié)構(gòu)要求。隔震建筑主要是使用了一些耗能裝置，目前主要是包括以下幾種，橡膠隔震支座和阻尼器（如鉛阻尼器、油阻尼器、粘彈性阻尼器、滑板支座等），這些裝置都具有很好的承載能力，同時(shí)具有很好的變形能力。不僅如此，隔震支座還會(huì)消耗很多的地震能量，因此也是越來(lái)越受到重視。另外使用傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)體系會(huì)延長(zhǎng)低層震建筑的周期一般是2～5s，有效地控制地震加速度反應(yīng)時(shí)間。[2]

3 隔震支座在高層建筑抗震中的應(yīng)用

3.1 隔震支座選型

3.1.1 橡膠隔震支座

對(duì)于天然橡膠隔震支座的組成，主要是包括薄橡膠層和薄鋼板層交互疊置，通過(guò)高溫以及加壓等方面制作。對(duì)于天然橡膠隔震支座主要具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：①橡膠層與鋼板層粘結(jié)成為了一個(gè)整體，而鋼板的剛度對(duì)相交成所產(chǎn)生的變形進(jìn)行限制；②因?yàn)槭艿较鹉z隔震層的作用，橡膠單層的厚度對(duì)橡膠的厚度都會(huì)產(chǎn)生直接的影響；③天然橡膠制作耐久性非常好，因此一般情況下，在使用了10年之后，也是處于比較完整的狀態(tài)。

3.1.2 鉛芯橡膠支座

鉛芯橡膠隔震支座主要是具有很好的耗能能力，其主要是通過(guò)非中心加入鉛芯制作而成的。

3.1.3 高阻尼橡膠支座

高阻尼隔震橡膠支座主要是添加一些配合料在天然橡膠中，從而能夠進(jìn)一步降低所帶來(lái)的損失，同時(shí)也能夠進(jìn)一步提高橡膠阻尼性能。

3.2 滑動(dòng)隔震支座

滑動(dòng)隔震支座主要是設(shè)置一些滑動(dòng)材料在制作上，通過(guò)隔震支座來(lái)降低地震所帶來(lái)的影響，更好的確保結(jié)構(gòu)安全。滑動(dòng)隔震支座具有相關(guān)性能，主要是在地震之前，隔震支座的各個(gè)系整個(gè)系統(tǒng)，因?yàn)樽哉裰芷诤徒ㄖ锏恼駝?dòng)周期是一樣的，如果地震開(kāi)始滑動(dòng)以后，系統(tǒng)最多周期會(huì)變得無(wú)窮大，從而會(huì)有效地避開(kāi)地震所帶來(lái)的共振效應(yīng)，從而達(dá)到抗振的目的。

3.3 混合隔震支座

混合隔震支座主要是有橡膠隔震支座和滑動(dòng)隔震支座組成的。橡膠支座恢復(fù)剛度能力非常強(qiáng)，能夠快速地進(jìn)行隔斷系統(tǒng)的恢復(fù)。而滑動(dòng)支座耗能能力方面非常強(qiáng)，同時(shí)阻力非常大，能夠有效地降低帶來(lái)的能量傳遞，從而更好地確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

混合隔震支座一般有兩個(gè)自振周期，在地震之前沒(méi)有進(jìn)行滑動(dòng)的時(shí)候，結(jié)構(gòu)的自振周期就是自然周期，而當(dāng)發(fā)生地震后，其開(kāi)始進(jìn)行滑動(dòng)，這個(gè)時(shí)候隔震結(jié)構(gòu)周期，主要是為橡膠隔震制作周期。就目前的情況來(lái)看，在建筑工程中使用混合隔震支座就非常重要的意義，能夠有效地確保整個(gè)過(guò)程的安全。

3.4 隔震支座的布置

在進(jìn)行初步平面布置的時(shí)候，需要保證隔震支座受到重力荷載的情況下，速降壓力不能夠大于15MPa，其主要是針對(duì)丙類(lèi)建筑。同時(shí)也能夠增加上部的荷載，有利于控制隔震支座的拉應(yīng)力值。為了能夠進(jìn)一步提高抗震結(jié)構(gòu)的抗扭作用，需要確保橡膠隔震支座按照叫密集的方式進(jìn)行布置，確保其能夠使剛度中心和上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行重合。[3]

3.5 隔震結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施及維護(hù)管理

隔震結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施涉及的內(nèi)容比較多，主要是和隔震支座的布置、上下部結(jié)構(gòu)的連接、隔震層的防火控制以及之間存在的空隙等。同時(shí)還要設(shè)置好防震縫和水平隔離縫，確保樓梯、電梯、擋土墻和坡道等方面滿足要求，對(duì)于這些方面對(duì)高層結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)非常重要。另外還需要有效地保證配管和配線設(shè)備構(gòu)造符合高等級(jí)隔震要求。在一般情況下建筑結(jié)構(gòu)還需要不斷加強(qiáng)維護(hù)管理，從而能夠有效地發(fā)揮其性能。使用隔層技術(shù)能夠有效地確保高層建筑符合相關(guān)要求，其不僅能夠給予建筑管理者指導(dǎo)性要求，同時(shí)也能夠更好地認(rèn)識(shí)到高層隔震結(jié)構(gòu)的特殊性，為后期工作的開(kāi)展提供基礎(chǔ)。[4]

3.6 多種隔震技術(shù)的采用

就目前的情況來(lái)看，我國(guó)的高層建筑內(nèi)部抗震結(jié)構(gòu)制定的相關(guān)的規(guī)定和要求，一般情況下會(huì)使用分部設(shè)計(jì)法進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)，也就是將隔震設(shè)計(jì)分為上下兩個(gè)結(jié)構(gòu)層，同時(shí)兩個(gè)隔成構(gòu)造之間需要使用支柱以及構(gòu)建的來(lái)進(jìn)行連接，而其中主要是和隔振層設(shè)計(jì)以及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等方面。

總之，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的隔震技術(shù)方面進(jìn)行研究具有非常重要的意義，通過(guò)優(yōu)化隔震支座設(shè)計(jì)，能夠進(jìn)一步提高整體的抗震效果，更好地確保高層建筑的安全，因此需要重點(diǎn)加強(qiáng)研究。