建筑技術ChinaNewTechnol啄ogies型and業(yè)Prod她ucts嗣囡團圜疆閹■嵋■■■山‘譬■疊盈-阻盈■超高層隔震建筑物結構設計技術趙思強楊志文(煤炭工業(yè)鄭州設計研究院有限公司.河南鄭州450000摘要:國內(nèi)中低層隔震建筑物發(fā)展已漸成熟,國外由鉛心橡膠隔震組件與消能組件組合或多種隔震組件組合(如滑動隔震組件、磨擦單擺隔震組件、滾動隔震組件所構成之隔震系統(tǒng)經(jīng)多次地震驗證其性能,證實可行,并使用于超高層建筑物;國內(nèi)現(xiàn)階段采用隔震系統(tǒng)之超高層建筑物受日本影響已見起步,本文特以日本大阪西梅田大樓、南堀江大樓兩棟超高層建筑為例,說明超高層隔震建筑之設計、施工等原則,作為國內(nèi)推動超高層隔震建筑設計與施工之參考。關鍵詞:建筑物;隔震;消能;參考1耐震建筑物、隔震建筑物與消能建筑物中國大部分地區(qū)地處環(huán)太平洋地震帶上,每年發(fā)生大地震機率甚高,因此建筑物之耐震設計非常重要。傳統(tǒng)建筑物采用耐震設計規(guī)范設計建筑結構物,主要考慮強度與韌性,5.12地震后,由業(yè)界引進兩種耐震新技術,一為隔震,另一為消能。其技術由研究階段邁入實際應用階段。此兩種耐震新技術在日本阪神地震發(fā)生后,蓬勃發(fā)展;中國大部分地區(qū)與其它世界各主要受強震侵襲國家也不例外。自2008年5.12集集地震發(fā)生后,國內(nèi)采用隔震消能新技術的建筑物案例與日俱增,規(guī)范也適應時勢所驅(qū),于耐震規(guī)范中列入專章包括了有關隔震與消能設計的規(guī)定。1.1耐震建筑物耐震建筑物耐震設計之基本原則,系使建筑物結構體在中小度地震時保持在彈性限度內(nèi),設計地震時容許產(chǎn)生塑性變形,但韌性需求不得超過容許韌性容量,最大考慮地震時則使用之韌性可以達規(guī)定之韌性容量。1.2隔震建筑物隔震建筑物系在建筑物基面設置隔震層。該隔震層系由側(cè)向勁度很低的隔震組件構成,讓整體隔震建筑物之周期大幅拉長,藉以降低作用在結構物上之地震力。然因周期增加后,建筑物之位移增加很多,因此再配合消能組件,提高系統(tǒng)的阻尼比,進而降低位移量。最常用的隔震組件為鉛心橡膠支承墊(Leadrubberbearing,簡稱LRB,中間所加之鉛心,就是來提供消能的,而拉長周期就靠橡膠層受水平剪力作用時具有低勁度的特性來達成。LRB消能的特性很穩(wěn)定,雖經(jīng)過多周次之作用,其強度、勁度及消能之能力并沒有明顯的衰減。隔震建筑物另有一個特性,就是因為隔震層相對于上部結構軟了許多,因此當其受地震水平力作用時,隔震層的相對變位很大,而上部結構的相對變位很小。因此有時為簡單計,可以將上部結構視為剮體。1_3消能建筑物消能建筑物就是加上一些阻尼器,藉增加建筑物的阻尼比來達到耐震的目的。依據(jù)耐震設計規(guī)范lO.2節(jié)之定義,消能組件概分為位移型、速度型與其它型式。位移型消能組件顯現(xiàn)剛塑性(摩擦組件、雙線性(金屬降伏組件或三線性遲滯行為.且其反應需與速度及激振頻率無關。速度型消能組件因不同的阻尼比、勁度及材料可分為:包含固態(tài)與液態(tài)之黏彈性組件及液態(tài)黏滯性組件。第三類(其它則含括所有不屬于位移型與速度型的消能組件,其典型范例包括形狀記憶合金(超彈性效應、摩擦.彈簧組件,以及兼具回復力與阻尼的液態(tài)消能組件。2世界各國隔震建筑物發(fā)展現(xiàn)況各國推展隔震建筑物數(shù)量不一,不過有一共通點。即大地震來臨,往往成為催生者。如美國北嶺地震(1994,日本阪神地震(1995,中國大部分地區(qū)集集地震(2008等,雖然地震造成工程產(chǎn)官學界痛定思痛之痛楚,但經(jīng)由其它建筑物損壞情形。終于肯定隔震建筑物在地震中的優(yōu)越性。3耐震建筑與隔震建筑造價比較由日本統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,隔震建筑物與耐震建筑物造價比較,建筑物高度在25m以下,隔震建筑物造價約為耐震建筑物造價之105%一109%;建筑物高度在25m一3lm,隔震建筑物造價約為耐震建筑物造價之102%一104%;建筑物高度在31m以上,隔震建筑物造價約為耐震建筑物造價之99%一103%。另比較隔震建筑物結構造價比較,辦公室隔震建筑物之結構費用約占建筑物費用之18%,旅館建筑隔震建筑物之結構費用約占建筑物費用之13%,醫(yī)院隔震建筑物之結構費用約占建筑物費用之8%。顯示越熏要之建筑物,采用隔震建筑物設計,結構費用相對最經(jīng)濟。4隔震建筑新趨勢高層與超高層隔震建筑物,目前日本最高隔震建筑物為位于大阪城之西梅田超高層計。劃,地下l層,地上50層,屋突2層(SRC+RC,基礎隔震,樓高177.4M,高寬比5.8:1,隔震型式有滑動支承,積層橡膠墊,及U型鋼板消能器+fluiddamper。5超高層隔震建筑物設計技術超高層隔震建筑物設計技術主要有一FYtl關鍵因素:5.1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。5.2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。5.3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i隔震組件是否發(fā)揮功能?仍有待深入探討。結論目前,國內(nèi)有關超高層隔震建筑物設計與施工之相關研究仍相當欠缺,已完成之研究報告仍有待產(chǎn)、官、學之意見補充,使研究成果得以展現(xiàn),鑒于隔震建筑日趨普及,隔震建筑設計審查、隔震消能材料認證與驗證機制、以及評定機構之指定工作,已刻不容緩,如何有效結合產(chǎn)、官、學三方。盡早訂定完善之超高層隔震建筑設計審查機制、隔震消能材料試驗標準、以及裝設前中后之檢測,實為當務之急。本文認為,在相關機制與配套措施均付之闕如下,隔震建筑物是否得以應付2500年以上之最大地震折磨尚待深人探討,則超高層隔震建筑物發(fā)展。應在上述疑慮未澄清前,應采取更為保守之作為。參考文獻[II黨育,杜永峰,畢長松.隔震建筑的經(jīng)濟性分析fJ】;工程抗震與加固改造;2006年04期.『21尚九平,杜永峰.疊層橡膠支座隔震建筑的質(zhì)量控制….工程建設與設計;2006年03期.f31權吉柱,熊仲明.隔震結構等代體系的力學模型fJl.工程抗震與加固改造;2006年06期.【41商昊江,祁皚.基礎隔震技術在中國的研究與應用[J】.福建建筑;2007年09期.【5】邱曉玲.框架結構基礎隔震地震反應分析[J1廣東建材;2006年08期.16】雷麗.考慮樓板變形時平面非規(guī)則隔震結構的計算分析研究『Dl廣州大學;2006年.一『71鄧凡.地下室早期裂縫開展規(guī)律及機理研究fDl;重慶大學;2006年,【81李作勤.預應力混凝土框架抗震性能試驗研究及分析fDl.重慶大學;2006年.中國新技術新產(chǎn)品一169—萬方數(shù)據(jù)超高層隔震建筑物結構設計技術作者:趙思強,楊志文作者單位:煤炭工業(yè)鄭州設計研究院有限公司,河南,鄭州,450000刊名:中國新技術新產(chǎn)品英文刊名:CHINANEWTECHNOLOGIESANDPR