超高層隔震建筑物結構設計技術探析

牟連寶 王會娜

【摘 要】我國大部分地區(qū)都位于地震帶上，每年發(fā)生地震的幾率十分的大，因此對建筑物進行耐震設計是十分必要的，傳統(tǒng)的耐震技術主要考慮強度和韌性，隨著我國地震的頻繁發(fā)生，隔震和消能是耐震設計的兩種耐震新技術。

【關鍵詞】超高層；隔震；結構設計

地震災害是對人類造成殺傷性最大的自然災害之一，尤其是對于人口密集的城市來說，一旦發(fā)生地震災害，如果不能做好建筑物的抗震設計來抵御，那么后果將不堪設想，近些年隨著高層建筑的不斷涌現(xiàn)，讓抗震設計顯得更加重要，只有做好超高層的隔震方面的結構設計工作，才能避免在地震中最大程度的減少受影響程度，甚至可以避免受到災害波及。在此主要淺談一下超高層的隔震建筑物的結構設計相關的技術類問題，以期與同行共同探討共同進步。

1抗震設計概述

地震是目前最為常見的自然災害和破壞性隱患之一，而我國又地處太平洋地震帶附近，因此有著很強、很頻繁的地震隱患。因此，在目前的建筑工程項目中，做好建筑防震設計十分關鍵和重要，是保證建筑結構整體性安全中最為關鍵和重要的環(huán)節(jié)。

1.1地震概念

地震也被人們稱之為地動，是地殼快速釋放能量的過程中所造成的振動現(xiàn)象，在這期間極容易產(chǎn)生一定的地震波，進而形成自然災害。由于我國位于太平洋地震帶和歐亞地震帶上，因此我國每年都有大量的地震發(fā)生，其中更是產(chǎn)生了許多讓人難以忘記的血腥事件，給我們帶來了沉痛的記憶。如唐山大地震、汶川地震和玉樹地震等。

1.2隔震設計

隔震設計體系是目前建筑工程中最為常見的建筑結構之一，其主要是通過上部結構的質(zhì)心與隔震曾剛度中心不重合來進行計算和統(tǒng)計的，從而避免扭轉(zhuǎn)變形給建筑物帶來的影響。對于鋼筋混凝土結構的建筑工程施工中，其在設計的過程中通常都是采用鋼結構作為主要的抗震層來進行控制和分析的。

2隔震技術

隔震技術不僅在新建工程中獲得應用，而且已用于現(xiàn)有建筑的抗震加固改造。隔震裝置可安裝在結構的防火層或設備層，隔震層可設置在結構的不同部位，如基礎、中間層等，也可設置在房屋的頂層，同時起到結構加層和抗震加固的目的。由于傳統(tǒng)的加固改造技術對結構震后的性能和不可靠程度缺乏準確地了解，故較難達到強度和延性的合理匹配。采用隔震技術對結構進行加固改造，通過在隔震層設置剛度很小的隔震裝置，將地震變形集中到隔震裝置上，相對于依靠結構本身的較高強度和較低變形來吸引地震能量而言，隔震結構的周期和阻尼都有很多的提高，故加速度和位移反應明顯降低。

3建筑隔震結構的設計

3.1建筑隔震體系的組成

隔震系統(tǒng)由隔震支座、阻尼器、抗風裝置、限位裝置等組成，隔震系統(tǒng)須具備三項基本功能：可靠支撐上部結構的豎向承載能力、水平向耗能隔震能力、震后自復位能力。隔震系統(tǒng)通常設置在基礎和上部結構之間，故又稱之為隔震層，建筑隔震體系由上部結構、隔震層和下部結構三部分組成。隔震房屋常選用疊層橡膠支座，主要類型為普通橡膠支座和鉛芯橡膠支座。疊層橡膠支座的主要性能參數(shù)有：水平和豎向剛度、豎向承載力、屈服后的剛度比、水平變形能力、阻尼比等。疊層橡膠支座抗拉屈服強度較低，抗震設計時應盡量避免其受拉，宜通過控制建筑物高寬比來控制結構整體傾覆力矩，防止支座壓屈破壞或拉應力超過1Mpa。

3.2隔震結構設計的方法

隔震設計前應對建筑物的結構形式、荷載、所在地區(qū)設防烈度等認真分析，設定經(jīng)濟合理的預期控制目標。預估隔震結構所能達到的水平向減震系數(shù)和隔震層在罕遇地震下的最大位移，隔震支座的規(guī)格、數(shù)量和布置形式應根據(jù)其材料性能參數(shù)通過計算確定。隔震結構通常采用分部設計法，即將整個隔震結構分為上部結構、隔震層和下部結構及基礎，分別進行設計。上部結構計算仍采用傳統(tǒng)結構多遇地震下的振型分解反應譜法，水平地震作用下的地震加速度和地震影響系數(shù)最大值采用隔震以后的折算值，豎向地震作用不降低；隔震層除滿足正常使用狀況下豎向承載力要求外，還應滿足罕遇地震下的壓應力、拉應力以及隔震支座的位移，隔震層與上下部結構的連接構件應進行罕遇地震下強度驗算；下部結構應進行設防地震的抗震承載力驗算，并按罕遇地震進行抗剪承載力驗算；地基基礎的抗震驗算不考慮隔震產(chǎn)生的減震效應，按本地區(qū)抗震設防烈度設計。

3.3隔震結構的計算分析

建立隔震和非隔震兩種計算模型，按抗震規(guī)范要求選取一定數(shù)量的地震波，其中地震影響系數(shù)最大值和峰值加速度按設防地震輸入，兩種模型應選用在統(tǒng)計意義上相符的相同地震波，分別采用時程分析法計算各層剪力包絡值。對于多層建筑，隔震與非隔震結構各層層間剪力的最大比值即為水平向減震系數(shù)β。隔震后的水平地震影響系數(shù)最大值αmax1=βαmax/ψ，其中αmax為非隔震的地震影響系數(shù)最大值，ψ為調(diào)整系數(shù)，一般取0.80，αmax1減小相當于降低了設防地震烈度，上部結構可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構計算。隔震后的設防地震烈度和加速度以減震系數(shù)0.40劃分界限，隔震結構抗震等級按照降低后的烈度取值，隔震結構設計最小水平地震烈度不得低于6度。如某工程抗震設防烈度8度，設計基本地震加速度值0.2g，隔震設計模型計算所得水平向減震系數(shù)0.35<0.40，根據(jù)規(guī)范隔震后結構水平地震作用所對應的設防地震烈度7度，設計基本地震加速度值0.1g，即采用此隔震技術本工程結構能達到降低一度設防的目標。

4超高層隔震建筑物設計技術

4.1長周期建筑物之隔震效果

隔震建筑物之最優(yōu)越抗震效果即在延長建筑物基本振動周期，但高層建筑物基本振動周期往往超過3秒，隔震后即使將建筑物基本振動周期拉長至5秒以上，由反應譜顯示，兩者加速度反應相差有限。但是在增加阻尼比降低地震位移反應，則有其貢獻。

4.2傾覆作用造成隔震組件受拉力

隔震組件設計時必須考慮拉力作用，因此拉力試驗成為規(guī)范修訂之首要任務。

4.3風力作用

隔震層設計時必須考慮地震力作用，但是小地震或風力作用，隔震組件是否發(fā)揮功能？仍有待深入探討。

5結束語

在當前的高層建筑結構設計工作中，減震隔震措施的采用是防止地震對建筑以及生命財產(chǎn)造成威脅的重要保障，在此，本文主要針對減震隔震結構的設計進行了簡單的說明和敘述，希望能對今后高層建筑工程結構設計中關于減震隔震措施的研究和采用提供一些文本上的幫助和思考。

參考文獻：

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[2]吳星海.建筑結構隔震與減震設計問題分析與措施探討[J].科技風，2014.