付維宏

摘要：在高層建筑結(jié)構(gòu)的施工和設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，對(duì)于隔震層的設(shè)計(jì)和驗(yàn)算是一個(gè)非常重要的考量，因?yàn)楦邔咏ㄖY(jié)構(gòu)的隔震層上部傾覆彎矩一般都比較大，這樣就需要嚴(yán)格控制高層建筑隔震支座的水平方向的剪應(yīng)力和垂直方向的壓應(yīng)力、橫向位移和縱向位移，防止隔震層上部結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重變形。本文試結(jié)合筆者多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)淺談隔震設(shè)計(jì)方法在高層建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用和實(shí)施方案。

關(guān)鍵詞：高層建筑 組合 隔震 方法 應(yīng)用

1 基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的動(dòng)力體系設(shè)計(jì)

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)一般安裝在樓層上部結(jié)構(gòu)水平面寬度較小而樓層之間剛度較大、樓層高度在三十層以下的樓房建筑中。假如該樓房上部結(jié)構(gòu)水平面寬度較大而不同樓層之間剛度又很小、樓層數(shù)量又較大，這時(shí)候的樓房上部結(jié)構(gòu)就是多質(zhì)點(diǎn)的隔震結(jié)構(gòu)體系，需要采取相應(yīng)的多質(zhì)點(diǎn)隔震模型，而且另外還要想辦法防止隔震結(jié)構(gòu)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)和發(fā)生傾覆等意外情況。

如果發(fā)生強(qiáng)烈地震，高烈度地區(qū)的地震沖擊波產(chǎn)生強(qiáng)作用力，高層建筑組合隔震層的上部結(jié)構(gòu)就會(huì)由于劇烈顛簸和搖晃而產(chǎn)生彎曲和變形，破壞樓層的穩(wěn)定性，使得高層建筑有坍塌的危險(xiǎn)。所以對(duì)于位于強(qiáng)地震帶和高烈度地區(qū)的高層建筑要采用橡膠材料的隔震結(jié)構(gòu)，因?yàn)橄鹉z隔震結(jié)構(gòu)中的隔震支座在沖擊波作用下會(huì)產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力或者發(fā)生輕微的非線性變形，從而保證高層建筑結(jié)構(gòu)的整體安全和穩(wěn)定。對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)的組合隔震體系而言，如果隔震層上部結(jié)構(gòu)傾覆彎矩太大的話，發(fā)生的水平地震作用力就會(huì)使得隔震層轉(zhuǎn)動(dòng)起來，加大隔震結(jié)構(gòu)在垂直方向的負(fù)載，那么該高層建筑隔震層就會(huì)發(fā)生較為突出的縱向變形。因此，在考慮高層建筑基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的動(dòng)力體系時(shí)，一方面要考慮到隔震結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)，另一方面還要考慮到隔震結(jié)構(gòu)的多質(zhì)點(diǎn)平動(dòng)受力，最好是采用多質(zhì)點(diǎn)擺動(dòng)加平動(dòng)隔震計(jì)算模型。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)的組合隔震的設(shè)計(jì)要求

首先，高層建筑結(jié)構(gòu)的組合隔震設(shè)計(jì)要按照該建筑抗震的級(jí)別要求、防烈度的等級(jí)要求、建筑施工場地的狀況、建筑使用目的和用途、建筑的整體設(shè)計(jì)方案等綜合情況來討論隔震的可行性、技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性，最終確定一套完整可行的隔震方案。其次，在高層建筑結(jié)構(gòu)的隔震目標(biāo)上，應(yīng)該規(guī)定采用組合隔震設(shè)計(jì)的高層抗震效果至少高于一般抗震建筑。水平地震隔震結(jié)構(gòu)在安全儲(chǔ)備上要比抗震結(jié)構(gòu)在防烈度方面至少高出半個(gè)值。同時(shí)縱向抗震措施也不能減弱。在對(duì)高層建筑的組合隔震部件要求上，要對(duì)部件性能要求有明確規(guī)定；通過試驗(yàn)先確定每個(gè)隔震組成部件的耐久性和具體設(shè)計(jì)參數(shù)；先進(jìn)行抽樣采集檢測各種零部件的原型類型和規(guī)格，然后再去安裝，采集和抽樣的數(shù)量不少于三個(gè)，抽樣合格率必須保證是100%；隔震部件要便于安裝、檢查和更換。

3 高層建筑組合隔震的設(shè)計(jì)方案

首先，高層建筑組合隔震裝置的選取原則是要保證有足夠的橫向變形和縱向承載能力，這樣當(dāng)大的地震發(fā)生時(shí)，隔震層能夠較為穩(wěn)定安全地把高層建筑物支撐起來，防止樓層因?yàn)槭艿經(jīng)_擊而失去重心，保持其穩(wěn)定的隔震作用。高層建筑組合隔震層設(shè)計(jì)上的重點(diǎn)之一是橡膠隔震支座的平均拉應(yīng)力和壓應(yīng)力限值，無論是在可變的負(fù)載作用下還是永久性負(fù)載作用下，橡膠隔震支座組合的縱向平均壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值都不能超過限值。如果高層建筑隔震層橡膠支座產(chǎn)生拉應(yīng)力，那就說明隔震層的上部結(jié)構(gòu)有被顛覆的危險(xiǎn)和可能，所以要在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到這一點(diǎn)。

設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮到高層建筑組合隔震層必須滿足一定的水平剛度，這樣當(dāng)有強(qiáng)風(fēng)來襲時(shí)，因?yàn)楦粽饘拥某跏紕偠葔蛴玻幢惆l(fā)生強(qiáng)度較大的地震，隔震層也能通過柔性的變形來降低地震的水平作用力，防止樓房倒塌。

除了保證良好的自動(dòng)回位功能以外，高層建筑組合隔震層的上部結(jié)構(gòu)質(zhì)心要和橫向剛度保持一致?？v向剛度要能夠滿足在縱向負(fù)載的作用下，縱向位移保持在安全范圍之內(nèi)。除此之外，高層建筑組合隔震的阻尼和剛度必須保持穩(wěn)定，變化范圍越小越好。

隔震裝置的變形和受力在滿足規(guī)定要求的同時(shí)還要具有一定的抗老化、防徐變、經(jīng)久耐用的性能，這樣能夠保證建筑物在使用期限內(nèi)發(fā)揮良好的隔震作用。

其次，關(guān)于高層建筑隔震層的平面設(shè)置原則。高層建筑組合隔震層最好設(shè)置在樓房第一層下面地基頂面或地下室頂板的位置，保證有很好的對(duì)稱效果，隔震層最好安裝在樓房受力較大的位置，而且保持適當(dāng)?shù)拈g距。

最后，關(guān)于水平地震作用下高層建筑組合隔震層的驗(yàn)算方案。按照隔震層相關(guān)力學(xué)原理和參數(shù)，當(dāng)不同強(qiáng)度的地震來臨時(shí)，隔震層的等效阻尼比和等效剛度，按照動(dòng)力時(shí)程分析的方法，選用相應(yīng)的隔震計(jì)算模型來驗(yàn)算，并拿隔震結(jié)構(gòu)和不隔震結(jié)構(gòu)分別在地震頻繁發(fā)生時(shí)的反應(yīng)和很少地震發(fā)生時(shí)的反應(yīng)進(jìn)行分析和對(duì)比。

4 結(jié)語

實(shí)踐證明，在高層建筑組合隔震結(jié)構(gòu)中采用橡膠墊隔震既有它的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢，同時(shí)還有良好的隔震性能。這種隔震結(jié)構(gòu)一方面能夠通過隔震作用的發(fā)揮使得建筑穩(wěn)定，從而在地震發(fā)生時(shí)保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全不受到威脅；另一方面還能夠幫我們節(jié)省地震受災(zāi)后災(zāi)區(qū)重建和維修高額的成本和巨額的費(fèi)用。因此，在高層建筑設(shè)計(jì)中要采用橡膠墊隔震支座裝置，同時(shí)用多質(zhì)點(diǎn)平動(dòng)體系分析地震反應(yīng)，用多質(zhì)點(diǎn)平動(dòng)加擺動(dòng)計(jì)算隔震模型，用動(dòng)力時(shí)程分析法驗(yàn)算地震到來時(shí)高層建筑組合隔震結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力反應(yīng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]高俊江，熊仲明.高層隔震結(jié)構(gòu)現(xiàn)存問題及改進(jìn)策略[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2010（S2）.

[2]王曙光，杜東升，劉偉慶.高層建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009（01）.

[3]高杰.高層建筑變剛度隔震技術(shù)試驗(yàn)研究[D].中國建筑科學(xué)研究院，2013.endprint