隔震支座對某高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能影響分析

李俊龍

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

高層抗震技術(shù)一直是建筑行業(yè)面對的難題之一，近些年來通過技術(shù)升級與發(fā)展，高層隔震支座技術(shù)得到了發(fā)展，其成熟度較高，已經(jīng)具備了規(guī)模推廣與應用的價值。為了進一步探討高層隔震支座在高層建筑抗震方面的作用，現(xiàn)就其技術(shù)原理介紹如下。

1 高層隔震支座概述

1.1 技術(shù)原理

高層隔震支座的技術(shù)原理并不復雜，其與傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)類似，都采用了結(jié)構(gòu)件對地震作用力產(chǎn)生的附加載荷進行對沖、抵消，以此來降低地震過程中產(chǎn)生的破壞性的能量，從而降低建筑物本身受到的影響與損傷。為了實現(xiàn)這個技術(shù)目的，需要配置的高層隔震支座設備包括有橡膠支座、阻尼器以及滑板支座等等，通過這些設備的使用可以有效抵御變形帶來的影響，同時也可以提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在抗震結(jié)構(gòu)的使用過程中，可以延長地層建筑的周期2～5 s，所以對于控制地震加速度具有顯著的功效。

1.2 應用現(xiàn)狀

高層隔震支座在我國已經(jīng)有一段時間的應用，其主要被用于高層、超高層建筑中，可以在一定程度上消除地震帶來的能量影響，提升建筑物的穩(wěn)定性。在高層建筑中應用高層隔震支座結(jié)構(gòu)可以延長結(jié)構(gòu)的周期，降低加速度的影響，不過也會因此而出現(xiàn)隔斷影響。在水平地震作用影響下，由于高層建筑的層高較高，很容易出現(xiàn)傾覆的情況，所以需要借助于橫向的抗拉應力來保持建筑物的形態(tài)，而高層隔震支座的主要技術(shù)原理就是提供橫向的抗拉應力。盡管國內(nèi)該技術(shù)得到了應用，不過依然存在一定的缺陷，需要繼續(xù)研究、推廣，提升隔振技術(shù)的應用面，確保實現(xiàn)隔震效果。

2 隔震支座在高層建筑結(jié)構(gòu)中的應用

2.1 支座類型

高層隔震支座的選型十分關(guān)鍵，目前應用于高層建筑的支座類型包括有橡膠隔震支座、鉛芯橡膠支座以及高阻尼橡膠支座等多種類型。其中天然橡膠構(gòu)成的支座由多種橡膠、鋼板交疊制作而成，本身具有整體性較強、韌性較強的特征，在使用過程中厚度的要求也不高，整體耐久性良好，在大多數(shù)情況下即使連續(xù)使用十年以上也不會影響到其本身的抗震性能。鉛芯支座的優(yōu)勢在于能耗較低，成本控制難度小，這是由于原材料來源相對比較廣泛。

2.2 隔震支座的布置

高層隔震支座的布置需要結(jié)合建筑物的特征，選擇合適的平面進行布置。一般來說，要考慮到重力載荷的特征以及速降壓力在合適的范圍內(nèi)，這個過程要結(jié)合建筑物的類型進行參數(shù)選擇。為了提升載荷的應對能力，增強抗拉能力，需要做好高抗震結(jié)構(gòu)的抗扭處理，比如說選擇高層隔震支座的密集布置，通過剛度中心與建筑物重疊的方式可以快速完成設置任務。

2.3 隔震支座的構(gòu)造與維護

高層隔震支座設置完成后還需要定期對其進行構(gòu)造管理以及系統(tǒng)維護，這樣才能夠確保其保持良好的工作狀態(tài)，提升抗震的效率。在構(gòu)造中涉及的內(nèi)容較多，包括有支座布置、上下結(jié)構(gòu)銜接以及防火層的控制等等，需要同時做好水平隔離以及抗震管理，這些細節(jié)對于高層的抗震性能都具有重要的作用。在維護過程中還需要借助于隔層技術(shù)來確保高層建筑的施工規(guī)范，根據(jù)技術(shù)指導的內(nèi)容與要求來進行高層隔震結(jié)構(gòu)的管理，從而為順利實現(xiàn)抗震效果創(chuàng)造條件。后期的維護難度不高，但是影響卻很大，所以依然需要設立專門的維修隊伍進行日常巡查。

3 隔震支座對某高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能影響

3.1 工程概況

本次選取某餐飲大樓作為隔震支座抗震性能的分析目標，該大樓層高為32層，地區(qū)的抗震設防烈度為8度，抗震設防類別為丙類，設計使用年限為50年。工程的設計等級為乙級，主要采用后壓漿鉆孔灌注樁施工技術(shù)。本建設項目的占地面積較大，存在區(qū)域內(nèi)的不均勻沉降。

3.2 隔震支座的參數(shù)與布置

綜合考慮本項目施工特征，其底部的地下室底板具有較高的剛度，地下室的變形則相對比較小，周圍的覆土則存在一定支撐，需要在地下室的頂板部分進行隔震設置。在制作的柱底與墻底根據(jù)尺寸以及交叉面選擇合適的支座壓力，具體的參數(shù)與布置分布情況則需要結(jié)合上述分析進行選取。選擇的高層隔震支座型號分別為LRB600、LRB700、LNR700、LNR800等。

3.3 隔震支座對高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能影響分析

根據(jù)已有的區(qū)域內(nèi)地震記錄，選擇合適的地震波進行抗震性能分析，分析的標準以多遇地震層間的位移角來作為判斷隔震性能的標準。在加入隔震支座后，可以發(fā)現(xiàn)層間的位移角減少相對比較明顯，對于上部的結(jié)構(gòu)反應具有明顯的抑制作用，同時也可以保護地下室的結(jié)構(gòu)，提升周圍土體的安全性。根據(jù)平均的時程響應的情況來進行分析判斷，發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)中層間的剪力變化最大。根據(jù)隔震的效果來看，水平向的減震系數(shù)良好，對比未設置高層隔震支座的改善明顯，其中軸力部分主要涉及支座的安全性，可以顯著改善建筑物的整體抗傾覆性能。通過界面的切割分析來看，輸出層的剪力抗側(cè)力構(gòu)件以及下節(jié)點的指定情況都可以作為水平向減震系數(shù)的分析基數(shù)，在規(guī)范譜、平均譜的影響下，能夠直觀地看出隔震層在設置隔震支座后能夠顯著降低剪力帶來的不良影響。

從數(shù)值上來看，通過設置高層隔震支座，可以將結(jié)構(gòu)層的剪力控制在400 kN上下，而未設置高層隔震支座的結(jié)構(gòu)層的剪力則高達15 000 kN，剪力的峰值控制效果超過了80%，顯著改善了應力條件，對于減少建筑物的變形量具有積極的作用。除此之外，在設置柔性隔震層的過程中，變形會進一步集中在隔震層的部分，所以此時的層間位移角會具有明顯的降低趨勢，此時的下部結(jié)構(gòu)以及土體都可以得到安全保障。根據(jù)規(guī)范化的設計減震系數(shù)要求來看，隔震結(jié)構(gòu)的設置能夠在下層剪力、傾覆彎矩兩個方面取得明顯的優(yōu)勢，整體為非隔震結(jié)構(gòu)效率的70%以上，所以如果參考上述條件設置了相應高層隔震支座，就能夠根據(jù)相關(guān)設計條件以及建筑物的特征降低地震力，從而更好的實現(xiàn)建筑物抗震穩(wěn)定性，保護人員財產(chǎn)與生命安全。

4 結(jié)語

綜上所述，高層隔震支座的應用與推廣不僅可以解決高層建筑的基礎抗震問題，通過適當?shù)膬?yōu)化，還可以減少高層建筑對于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的配置要求，從而降低自身的重量，減少投資成本，同時也能夠更好地兼顧建筑物的整體穩(wěn)定性。為了推廣技術(shù)，提升高層隔震支座的應用規(guī)模，本文也結(jié)合實際案例分別對高層隔震支座的參數(shù)、布置以及抗震性能進行了介紹，希望可以為技術(shù)應用提供思路和借鑒，提升我國高層建筑的整體抗震水平。