浅谈高层建筑的隔震设计

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摘要：地震是一种随机的震动，有着很难于把握的复杂性与不确定性，为此，要想准确的掌握以及预测建筑物所遭受的地震的特性与参数，目前，科学界是尚无法做到的。综合以上所述，我们得到这样一个结论，即结构的抗震问题不能完全依赖于计算，而是应该立足于工程抗震的基本理论以及长期的抗震经验的总结，在这里我们仅提出结构的隔震设计。

关键词：结构设计； 隔震设计

Abstract: The earthquake is a random vibration, it is very difficult to grasp the complexity and uncertainty, therefore, in order to accurately grasp and predict building suffered seismic properties and parameters, at present, the scientific community is still unable to achieve. Based on the above mentioned, we get such a conclusion, namely the structure seismic problems can not be completely dependent on the calculation, but should be based on the basic theory of earthquake engineering and long-term seismic experience, here we only present the structural seismic design.

Key words: structure design; seismic design

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A文章编码：

引言

现代建筑，结构设计是重中之重，结构设计不仅追求功能性与合理性，而且更加追求着以“力学”、“美学”、“技术”、“艺术”等严格的、完美的统一。进一步把社会与环境的协调统一作为目标的安全性、适用性，结构的重要程度是根据其用途决定的，结构的功能体现在其安全性、适用性和耐久性，三者有机的结合，唯美出现代建筑的建设标准。

隔震设计——抗震新技术、新理念

传统的结构抗震是通过增强结构本身的抗震性能（比如强度、刚度、延性等）来抵抗地震作用的，也就是说传统的抗震设计是通过结构本身来储存与消耗地震能量的，这是被动的且消极的抗震。隔震设计是建筑设计为减轻地震灾害而采用的新技术、新理念，有条件的利用抗震技术来减轻建筑结构的地震灾害是完全有可能的。

隔震设计

1.1）隔震设计的原理

我们大家都知道，当一个结构体系的总水平力超出其结构基底的滑动摩擦力时，结构体系就会产生滑动；反之，结构体系就不会发生滑动。结构体系的地震作用衡量结构受力的定量指标，而对于剪切变形为主的结构，地震作用是可以通过结构的基底剪力来衡量。也就是说当V1/V2>1(在这里V1表示采用滑动减震措施后的最大基底剪力，V2表示表示该结构不产生滑动的条件下地震时可以出现的最大基底剪力，)时表示结构虽然采用了隔震设计，但是未发生滑动，也就是说隔振措施未产生其应尽的效果，这等价于传统的抗震设计。因此，隔振措施起作用的条件是：V1/V2

简单地说，隔震设计是在房屋底部设置由橡胶隔震支座等构件组成的建筑物隔震层，来减轻输入到隔震层上部的地震能量，以达到预期防震的效果。隔震设计的原理是通过隔振装置系统形成隔震层，延长结构的周期，适当的增加结构的阻尼，使得整个结构的加速度的反应大大的减少，同时使结构的位移集中于隔震层上，上部结构就像刚体一样，自身相对位移很小，因此结构上基本处于工作状态，建筑物也就不会产生破坏或倒塌。隔振系统一般由隔振器、阻尼器等所构成，它具有竖向刚度大、水平刚度小，能提供较大阻尼等特点。但是该项技术有一个特殊条件就是：风荷载和其他非地震作用的水平荷载标准值产生的水平力不宜超过结构总重力的10%。

1.2）隔震层的位置选择

其中，隔震层的设置适宜选在结构第一层以下的位置，橡胶隔震层的支座应设置在受力较大的位置，间距最好不要太大，其规格、数量与分布应该根据竖向承载力、侧向的刚度以及阻尼的要求来通过计算进行确定，在罕见地震后，隔震层不应该出现不可恢复的变形，不宜出现拉应力。

通过公式K=∑Kj以及公式￠=∑Kj(tj)/Kh其中：￠表示隔震层等效的阻尼比；K表示隔震层水平动刚度；tj表示第j层的隔震支座由实验确定的等效粘滞阻尼比，若单独设置阻尼器时，以上公式应该包括相应阻尼器的相应阻尼比；Kj表示第j层支座（包括阻尼器）由实验确定的水平动刚度，若试验中发现动刚度与加载频率有关时，宜采取相应的隔振体系基本自振周期的动刚度值。当隔震支座由实验确定设计参数时，竖向荷载应保持表一的平均压力限值，对多地震验算，宜采用水平加载频率为0.3hz且隔震支座的剪切变形为50%的水平刚度和等效粘滞阻尼比，对于罕见地震，当直径小于600mm时的隔震支座宜采用水平加载频率为0.1hz而且隔震支座剪切变形为不小于250%的水平动刚度和等效粘滞阻尼比；当隔震支座直径大于或等于600mm时可采用水平加载频率为0.2hz而且隔震支座剪切变形为100%时的水平动刚度和等效粘滞阻尼比。

表一：橡胶隔振支座平均压力限值

1.3）隔震层以上的特殊规定

隔震层以上的隔振措施应当符合以下隔振措施的规定，首先隔震层以上结构应当采用隔震层在罕见地震下的隔振措施，具体的说，上部结构的周围应该设置防震缝，缝的宽度不宜小于隔震支座在最大的见地震下的最大位移的1.2倍；上部结构与地面之间，最好设置明确的水平隔振缝，若这时不能确定水平隔缝时，应设置水滑移垫层；其次，在走廊、电梯等处无障碍物；另外，丙类建筑物在隔震层以上的抗震措施，当水平向减震系数为0.75时不应当降低非隔振时的有关抗震措施，当水平向减震系数不大于0.5时可适当降低相应要求，但是，这时候抵抗竖向力的抗震设施标准不应当降低。比如，根据设计验算隔震后现浇混凝土结构的抗震等级应该如下：

隔震后现浇混凝土结构的抗震等级

隔震层部构造连接要求

2.1）隔振层顶部应当设置梁板式楼盖，且应符合以下要求：

当采用现浇或者装配式混凝土板，现浇板厚度应当不宜小于140mm，配筋现浇面层厚度不应小于50mm，隔振支座的纵向、横向梁应采用现浇混凝土结构；隔震层顶部梁板的刚度和承载力，宜大于一般楼面梁板的刚度和承载力；隔震支座附近的梁、柱应当计算冲切和局部承压。

2.2）隔震支座和阻尼器的连接构造要求。

隔震支座和阻尼器应当安装在便于检修人员施工的部位，隔震支座上部、基础结构之间的连接件，应能传递罕见地震下支座的水平剪切力，抗震墙下的隔震支座的间距不应大于2.0m，外露的预埋件应有可靠地防腐措施，其中预埋件的锚固钢筋应当与钢板焊牢固，锚固筋的锚固长度不宜大于20倍的钢筋直径且不应当小于250mm。

2.3）隔振结构的优点。

隔振结构提高了地震时的安全性，使得上部结构设计更加灵活，减少了次生灾害的发生，防止了非结构构件的损坏；抑制了由于震动产生的不舒服感觉，提高了安全感与居住感，地震过后无需再修复，降低了工程造价，有明显的社会效益和经济效益。

2.4）特殊要求

最后抗震层以下的结构（含地下室）的地震作用和抗震验算，应采用地震下隔震支座底部的竖向力、水平力和力矩来另行计算；地基基础的抗震验算和地基处理仍旧按本地区抗震设防烈度进行设计计算。

隔振结构的使用范围。

1.医院、银行、保险公司、通讯、消防、电力等重要建筑物；2.首脑机关、指挥中心以及放置贵重设备、物品的书房等；3.纪念性的建筑物；4.一般工业与民用建筑。

结语

抗震设计的原则为频繁地震作用下，建筑物基本上不产生损坏；在罕见地震的作用下，建筑物允许产生破坏但是不倒塌。经过抗震设计的建筑物，不能避免地震时的强烈晃动，当遭遇强大地震时，虽然可以保证人身安全，但不能保证建筑物及其内部设备及设施的安全，而且建筑物由于受到严重破坏时常常会遇到不可修护的境遇，若采用隔振就可以避免这些的发生。建筑结构设计是合理运用可行性方案，合理的选择构建的组成材料，做到社会与环境的和谐统一，美学、技术、适用的有机集合。运用新思想、新策略打造建筑结构设计第一品牌。真正做到建筑物的适用性。

参考文献

[1]赵新铭.工程结构设计原理.科学出版社.2007.3.

[2]熊丹安.建筑结构.华南理工大学出版社.2009.1.

[3]董晓峰.房屋建筑学.武汉理工大学出版社.2009.2.

[4]王社良.抗震结构设计.武汉理工大学出版社.2001.9.