分析高層建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題

雷博 張小祥

（1.蘭州理工大學(xué)建筑勘察設(shè)計(jì)院 甘肅省蘭州市 730050 2.中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司 甘肅省蘭州市 730000）

分析高層建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題

雷博1張小祥2

（1.蘭州理工大學(xué)建筑勘察設(shè)計(jì)院 甘肅省蘭州市 730050 2.中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司 甘肅省蘭州市 730000）

隨著城市化進(jìn)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(xiàn)出來(lái)，這種形勢(shì)之下，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是十分重要的?，F(xiàn)在使用的隔震技術(shù)在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是一種至關(guān)重要的技術(shù)，本文將對(duì)高層建筑隔震設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述，對(duì)其中的一些重要問(wèn)題進(jìn)行分析，并對(duì)設(shè)計(jì)中存在的不足提出相關(guān)的改善建議。

高層；建筑結(jié)構(gòu)；隔震設(shè)計(jì)

甘肅省位于青藏高原北部地震區(qū)，是我國(guó)地震活動(dòng)比較活躍的地區(qū)之一，歷史上曾發(fā)生過(guò)多次破壞性地震。省內(nèi)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(qiáng)的自然災(zāi)害，其可預(yù)見(jiàn)性是很低的，甘肅省作為處于多個(gè)地震帶的位置，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性研究也就成為亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

1 建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)的相關(guān)要求

1.1 設(shè)計(jì)使用方案

建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)行隔震方面的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該遵循建筑的抗震設(shè)防類(lèi)別、建筑所處場(chǎng)地的條件、建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案以及抗震設(shè)防烈度、建筑投入使用之后的各方面要求，然后再進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)方案的確定。

1.2 設(shè)防目標(biāo)

具備隔震設(shè)計(jì)的建筑，抗震方面的設(shè)防目標(biāo)應(yīng)該比抗震建筑的設(shè)防目標(biāo)還要高，尤其是對(duì)于水平方向上的地震，隔震的結(jié)構(gòu)應(yīng)該高出抗震結(jié)構(gòu)0.5個(gè)設(shè)防烈度使用的抗震安全儲(chǔ)備甚至以上，與此同時(shí)豎直方向上的抗震措施也不能有一點(diǎn)忽視。

1.3 隔震部件

在設(shè)計(jì)過(guò)程中要在文件上標(biāo)注上有關(guān)隔震部件的性能方面的要求，要在實(shí)際進(jìn)行試驗(yàn)之后確定隔震部件使用的相關(guān)參數(shù)，確定其耐久性；安裝開(kāi)始之前要檢查工程中使用的各種類(lèi)別的元部件，可以選擇抽樣檢測(cè)的方式，其中各種類(lèi)型的元件都應(yīng)該檢測(cè)三個(gè)或者以上，要求檢測(cè)得到的結(jié)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(yīng)該通過(guò)計(jì)算進(jìn)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(chǔ)裝置

通常隔震裝置的組成是隔震器、阻尼器、復(fù)位裝置這三個(gè)部分組成。其中隔震器主要負(fù)責(zé)對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的荷載力進(jìn)行支撐，使建筑結(jié)構(gòu)自振的周期延長(zhǎng)，并能抵抗很大程度上的形變。阻尼器要對(duì)地震產(chǎn)生的能量進(jìn)行抵消，防止建筑結(jié)構(gòu)因?yàn)榈卣甬a(chǎn)生能量過(guò)大出現(xiàn)位移。復(fù)位裝置則是要將建筑的隔震系統(tǒng)前期的剛度，讓建筑結(jié)構(gòu)在震級(jí)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(shí)候，才需要加額外的阻尼器。具體組成部分為：①滑動(dòng)支座。以前滑動(dòng)方式主要使用的是滾珠隔震法，也就是要在上部分和基礎(chǔ)之間加設(shè)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(fù)位力。使用滾珠的目的是將地面上的運(yùn)動(dòng)情況隔離開(kāi)來(lái)，保證建筑結(jié)構(gòu)不受地面振動(dòng)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(fù)位，還要具備風(fēng)穩(wěn)定裝置，避免因?yàn)轱L(fēng)載出現(xiàn)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(yù)防鋼板出現(xiàn)生銹的情況。

隔震基礎(chǔ)裝置的第二個(gè)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(dòng)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(shí)候，需要另外加上阻尼器，經(jīng)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(yīng)變已經(jīng)達(dá)到規(guī)定幾十倍的情況之下，承受住形狀的變化而且不會(huì)出現(xiàn)斷裂情況。通過(guò)對(duì)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(lèi)的阻尼器。鉛棒阻尼器在使用上的優(yōu)勢(shì)是，鉛是一種軟化剛度很強(qiáng)，塑性之后也具備滯回能的特點(diǎn)的一種金屬，使用獨(dú)立鉛棒的變形吸能能力可以制作成為鉛阻尼器，在出現(xiàn)強(qiáng)地震帶的時(shí)候，鉛棒會(huì)出現(xiàn)軟化，軟化的過(guò)程中要消耗很多振動(dòng)產(chǎn)生的能量，這樣能減少給建筑帶來(lái)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(jié)構(gòu)底部放置不銹的上滑板，在疊層支座的頂部設(shè)置青銅鉛板制的下滑板。地震發(fā)生時(shí)上下兩個(gè)滑板之間會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)，從而產(chǎn)生阻尼，在保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)的同時(shí)也是對(duì)疊層式隔震器的保護(hù)。

復(fù)位裝置是為了避免在微震情況或者風(fēng)反應(yīng)給建筑物帶來(lái)的影響，也能保證建筑物在大震之后能夠自行及時(shí)回復(fù)原位，因此建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中一定要設(shè)置微震和風(fēng)反映控制的裝置?，F(xiàn)在經(jīng)常使用的是具備復(fù)位功能的支座和抗傾覆支座。

3 隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

隔震結(jié)構(gòu)能將地震產(chǎn)生的能量隔離開(kāi)來(lái)，利用隔震層的大變形以及隔震結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的阻尼，讓地震產(chǎn)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?yàn)楦粽鸾Y(jié)構(gòu)的存在，建筑上部結(jié)構(gòu)才不會(huì)出現(xiàn)較大的地震反應(yīng)，因?yàn)榈卣鹪斐傻恼駝?dòng)情況也會(huì)減弱很多，結(jié)構(gòu)也不會(huì)受到很大程度上的破壞，保證了人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

3.1 在隔震方面的設(shè)計(jì)要求

因?yàn)楦粽鸾Y(jié)構(gòu)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(shè)置隔震結(jié)構(gòu)的建筑需要滿足如下幾點(diǎn)：①在不需要隔震的情況下，建筑結(jié)構(gòu)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(yīng)該是可以使用剪力法進(jìn)行抗震計(jì)算的房屋建筑可以設(shè)計(jì)隔震結(jié)構(gòu)；③建筑所處場(chǎng)地應(yīng)該是一、二、三類(lèi)中的一種，而且應(yīng)該選擇使用穩(wěn)定性比較好的基礎(chǔ)類(lèi)型；④風(fēng)荷載或者其他地震的相關(guān)作用、水平方向產(chǎn)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(shè)防類(lèi)別、設(shè)防烈度、建筑的場(chǎng)地條件以及建筑設(shè)計(jì)方案等，對(duì)以上各個(gè)因素進(jìn)行技術(shù)方面以及使用成本方面的衡量之后再確定設(shè)計(jì)方案。

3.2 隔震層的設(shè)計(jì)要求

在布置隔震層之前要保證滿足以下幾個(gè)要求：①隔震層的組成部分是隔震支座、阻尼裝置以及抗風(fēng)裝置。其中阻尼裝置以及抗風(fēng)裝置跟隔震支座結(jié)合成一個(gè)部分可以使用，單獨(dú)出現(xiàn)的時(shí)候也可以使用，在需要的使用還應(yīng)該進(jìn)行限位裝置的設(shè)定；②隔震層的崗地中心和上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心應(yīng)該保證吻合；③隔震支座在平面布置上應(yīng)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(duì)應(yīng)的狀態(tài)；④在同一個(gè)建筑中，如果面對(duì)不同規(guī)格隔震支座的選擇時(shí)，應(yīng)該將各個(gè)橡膠支座的承載能力和支撐能力進(jìn)行充分考慮再選擇使用；⑤在一個(gè)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(yīng)該比操作需要的空間大，這樣才能保證正常進(jìn)行工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

隔震技術(shù)能在很大程度上減弱地震給建筑帶來(lái)的損害，從前在低層建筑中有十分廣泛的應(yīng)用，在高層的建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(zhǎng)，也保證人們的生命財(cái)產(chǎn)安全少受地震的威脅。

[1]賀秋梅.地震動(dòng)的速度脈沖對(duì)結(jié)構(gòu)反應(yīng)及結(jié)構(gòu)減隔震性能影響研究[D].中國(guó)地震局地球物理研究所，2012.

[2]王亞楠.脈沖型地震下考慮支座位移需求的減震-隔震混合控制體系抗震性能研究[D].蘭州理工大學(xué)，2014.

[3]范曉翠.大型渡槽考慮多點(diǎn)地震輸入與樁-地基-結(jié)構(gòu)相互作用的動(dòng)力耦合分析[D].西安理工大學(xué)，2009.

[4]周錫元，李萬(wàn)舉，閆維明，郭米娜，周宏宇.構(gòu)造柱約束的混凝土小砌塊墻體抗震性能的試驗(yàn)研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2006（08）.

[5]殷許鵬，潘文，宋廷蘇，管慶松，張龍飛.建筑隔震工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)研究[J].施工技術(shù)，2013（09）.

[6]朱岱森，林志毅，黃康才，劉鳳陽(yáng).復(fù)合型簡(jiǎn)易隔震層力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J].建設(shè)科技，2016（12）.

TU352.1+2

A

1004-7344（2016）35-0273-02

2016-12-1

雷博（1986-），女，漢族，甘肅白銀會(huì)寧人，結(jié)構(gòu)師，本科，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。