高層建筑防震技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

吳鑫旖 曲連宇 曹宇

摘 要：中國(guó)地處環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶之間，中國(guó)是受地震影響最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，在歷次重大地震災(zāi)難中，各類建筑發(fā)生了嚴(yán)重?fù)p壞，從而對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成了巨大損失。隨著當(dāng)代建筑技術(shù)的發(fā)展，高層建筑日益普遍，但高層建筑隨著柔度的增加，在地震中的動(dòng)力反應(yīng)會(huì)更大。該文將綜合分析并總結(jié)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外高層建筑抗震方面的技術(shù)成果，并提出未來(lái)的發(fā)展展望。

關(guān)鍵詞：高層建筑 結(jié)構(gòu)防震 隔震減震

中圖分類號(hào)：TU973 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）02（b）-0076-02

1 研究背景及意義

中國(guó)地處環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶之間，是一個(gè)地震多發(fā)的國(guó)家，地震已經(jīng)成為了對(duì)我國(guó)威脅最大的自然災(zāi)害之一。因此，建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

文章將綜合分析并總結(jié)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外高層建筑抗震方面的技術(shù)成果，并提出未來(lái)的發(fā)展展望。

2 高層建筑防震技術(shù)

目前在國(guó)際上通用的減輕地震災(zāi)害的方法主要可分為兩種：一是基于建筑結(jié)構(gòu)本身的防震技術(shù)；二是隔震減震控制技術(shù)。除此以外，部分學(xué)者還將研究方向轉(zhuǎn)向了建筑材料，希望以高性能的功能材料代替外加隔震裝置，從而在達(dá)到相同抗震效果的同時(shí)保持結(jié)構(gòu)的整體性。

2.1 結(jié)構(gòu)防震技術(shù)

2.1.1 結(jié)構(gòu)選擇

（1）框架結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)具有平面布置靈活，空間大，適應(yīng)性強(qiáng)，自重輕且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。但是，由于其節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，側(cè)向剛度小，且節(jié)點(diǎn)間的水平位移較大，因此高度有嚴(yán)格限制。

（2）剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)以鋼筋混凝土墻板代替梁柱成為主要受力構(gòu)件。剪力墻結(jié)構(gòu)在地震或側(cè)向風(fēng)荷載作用下能夠有效抑制位移。但是，由于受力構(gòu)件體積增大，將會(huì)影響層間布局的靈活性，也會(huì)使工程造價(jià)提高，施工難度增加。

（3）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱框剪結(jié)構(gòu)，是以上兩種結(jié)構(gòu)的混合，它通過恰當(dāng)?shù)亟M合達(dá)到充分利用優(yōu)點(diǎn)并擯棄缺點(diǎn)的效果。結(jié)合后的結(jié)構(gòu)既有布置靈活的特點(diǎn)，又具有良好的抗側(cè)移能力，因此可廣泛適用于一般高層建筑。

（4）筒體結(jié)構(gòu)。筒體結(jié)構(gòu)是近年來(lái)在高層建筑需求不斷提升的情況下發(fā)展起來(lái)的新體系，適用于高層和超高層的住宅、辦公和綜合性建筑等各類建筑。在筒體結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件整體受力，使得筒體結(jié)構(gòu)的承載力和側(cè)向剛度大大提高，抗震效果更加顯著。

2.1.2 多重設(shè)防

在地震作用中，如果所有受力構(gòu)件同時(shí)分擔(dān)荷載，則會(huì)使破壞趨向脆性危害極大。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中通常需要設(shè)計(jì)多道抗震防線，即使受力構(gòu)件分批進(jìn)入抗震階段，依次屈服，延長(zhǎng)破壞時(shí)間。

對(duì)于框剪結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等自身具有雙重抗側(cè)力體系的結(jié)構(gòu)，通常選擇豎向荷載負(fù)擔(dān)較小的柱或墻體作為第一道抗震防線，而將軸壓較大的框架柱或筒體作為第二道防線。對(duì)于只有唯一抗側(cè)力構(gòu)件的純框架體系，通常采用“強(qiáng)柱弱梁”的延性框架體系。

2.2 隔震減震技術(shù)

上述結(jié)構(gòu)防震技術(shù)屬于一種“被動(dòng)防震”技術(shù)，不免存在很多不足之處，且歷次地震破壞中發(fā)現(xiàn)，單純的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已不能滿足多元化建筑和高強(qiáng)地震設(shè)防的要求。因此，減震隔震技術(shù)開始快速發(fā)展。

2.2.1 減震技術(shù)

（1）提高結(jié)構(gòu)阻尼。結(jié)構(gòu)的阻尼。由于地震的作用會(huì)在建筑中產(chǎn)生大量的能量，因此結(jié)構(gòu)的阻尼性能決定著建筑抗震能力的大小。提高結(jié)構(gòu)阻尼可以從兩方面入手，一是采用具有較高阻尼的結(jié)構(gòu)類型，二是選用具有自阻尼性能等的功能材料，在承擔(dān)結(jié)構(gòu)荷載的同時(shí)也可以起到耗能吸能的作用。