高层隔震建筑抗震及抗风研究

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摘要：隔振是针对建筑来说，在出现地震时，能够通过隔振垫降低震动对建筑的影响，是被动的控制地震的反应向受保护的区域传递。其技术原理是通过隔振装置安放在建筑中来使其整体的构架自震的时长，从结构上控制地震的反应。近几年来随着隔振技术的不断成熟，逐渐向基础层隔振向更高层抗震应用。相比底层隔振高层的隔振工艺有其个性化的设置，本文将通过对高层隔振的抗震效果以及抗风的效果来进行重点研究。

关键词：高层隔震建筑；地震响应；风荷载模拟；风振响应

近几年来，频频爆发的地震对人们的生命财产造成了重大的损失，一部分是由于地壳的自然运动造成，另一部分是与人类不合理的改造自然资源的结果。人们一直在试图能够通过各种途径来降低地震带来的损害，但自然的力量不容小觑，无论从探索的深度和广度上来说都还有很大的提升空间。人们在每一次抵御强震和强风的行动中，不断积累成功的经验，只在丰富和发展抗震及抗风理论能够在实际中真正发挥效用，从而指导更先进的技术理论的完成。在通过分析地震反应逐步从传统的刚性、柔性发展成今天流行广泛被多数人认可并使用到建筑中的延性结构体系。利用结构性能吸收，不断减损强风和强震的能量，从而减轻对建筑物的损伤。

1、基础隔震系统相关含义介绍和原理分析

以结构控制为基础，发展了隔震技术，因其技术成熟度较高，所以在该领域内被多次的使用在到建筑中。首先基础隔震是将建筑物分割为三个理论组成部分，中间通过添加隔震层来将分为上下两个结构，当地震对建筑发生作用时，正常情况下是需要通过下部结构传导到上部结构，但由于在两个结构之间加入了隔震层，从而将更多的反应阻隔到隔震层和下部结构，只将很少一部分反应又经隔震层传导到上部结构，上部结构的稳固程度可以承受传导到上部结构的反应，至少大大降低了原发应力度，上部结构承受的反应仅为下部结构承受的四分之一到六分之一。

基础隔振技术区别于传统的抗震技术，通过增加新的能够减能的构件而非通过建筑与其他构件的组合来增加抗震能力来提高稳固性。另外，在发生地震时，隔振技术能够使原本等同于地震震动反应卓越周期的建筑自身周期延长，也就是能够推迟建筑的反应时间。主要是为了防止在震动中加速震动反应。实践证明经过严格的设计和施工有隔振技术应用的建筑，多数情况下在地震发生时所能感受到的震感很小，结构上部的人员和建筑内外部的功能设施都可以正常使用，受损率相对较低。甚至无需要因躲避强震而逃到其它区域，最多在震后对建筑表面做基础性的修理，不会在震中建筑的坠落对人员造成伤害，如此在最大程度上保证了建筑和人员的安全稳定。

2、高层隔震建筑的地震响应分析

对于高层的隔振应该与一般的隔振相区别，首先高层隔震建筑，上部结构不能满足刚体运动的假定，高振型反应分量的影响不能忽视，不能简单地以结构第一振型为主确定上部结构反应;其次在强震和强风的作用下，高层会出现拉应力；最后，由于层数多周期也就自然会逐步累加比一般的周期要长，从而才能起到与一般隔振体系的效果。所以对于高层隔震应该从高层的特性入手分析。

（一） 计算方法选

虽然在研究隔振建筑时可以运用并总结出来的计算方法有很多种，但是最能够进行有效分析的计算方法是时程分析法，顾名思义是通过检测地震一开始一直到最终停止的数据进行分析，它能够更全面的对地震随机性震动分析动力特征，反应结果更直接更准确，故又被成为直接动力法。在时程分析法中需要掌握的数据有每个时刻的个结构的内力和位移然后按内力包络值配筋和按地震作用过程每个时刻的内力最大值进行配筋。相比其他几种分析法时程分析法依然就有其个性化的特点，首先能够通过分析直观的表现出结构中承受力相对弱或是设计上不完善的地方，起到了一定的检测的作用，从而及时的加强防御，如果使用经历分析法只能了解到部分时刻的状态，在动力反应发生的过程中存在的问题便无从知晓，留下了安全隐患。其次，通过实时的数据可以调节物资的平衡，尽量减少浪费和短缺的情况，再次，可以清晰的指导震害的具体发生部分，然后在进行补救。可用时程分析方法作为其他简化设计方法的比较标准。

（二） 隔震体系动力分析模型

高层隔震建筑抗震及抗风分析某些隔震建筑的上部结构是较为高柔的多层结构，其层间刚度相对较小(如多层钢框架结构和层数较多的钢筋混凝土结构)，在地震中，结构的地震反应宜按多质点体系进行分析。在一般情况下，因为叠层橡胶垫隔震装置的竖向刚度远远大于其水平刚度，这种平动体系的模型如图1所示。

图 1

3、高层隔震建筑的风振响应研究

对于高层隔震建筑，强风比地震更常见的动力作用，而关于高层基础建筑在强风作用下的动力响应研究较少见，风荷载较频繁地作用于结构，强风作用下高层基础隔震的动力响应，关系到此类建筑的居住舒适度问题，因此有必要对高层隔震建筑在强风作用下的动力影响展开研究。影响人体感觉不舒适的主要因素有建筑物振动频率、.振动速度和振动持续时间等，一般采用限制结构加速度的方法来满足舒适度的设计要求。风荷载是结构的重要设计荷载。

根据大量风的实测资料可以看出，在风的时程曲线中，包含两种成分：一种是长周期部分，其值常在10分钟以上；另一种是短周期部分，常只有几秒左右。根据上述两种成分，实用上把风分为平均风和脉动风来加以分析。平均风是给定时间间隔内，把风对建筑物的作用力的速度、方向以及其他物理量都看成不随时间而改变的量，考虑到风的长周期大于一般结构的自振周期，因而其作用性质相当于静力。脉动风是由于风的不规则引起的，它的强度是随时间随机变化的。由于周期较短，因而其作用性质是动力的，引起结构的振动。对于高层隔震建筑，风荷载是其经常抵御的外部水平荷载。

4、总结

本文从抗震和抗风两个方面来介绍对于高层建筑应该予以特殊性的技术处理，虽然目前该技术相对该领域内的其他技术比较适宜，并且短时间内收到了比较好的效果，但是由于技术水平和辅助工具具有一定的限制性因素，所以其发展提升的空间还有很大，同时对于技术实施过程中仍然有很多问题需要予以特别的注意，比如竖向的减震效果对于水平减震效果来说还有一定的差距，还有高层建筑特有的竖层拉应力，目前隔振技术还不能很好的起到作用。;在考虑风振作用时没有考虑横风向的尾流旋涡干扰，日后的工作中应该尝试去将其作为影响因素之一。希望通过更多的技术来推动隔振技术的力量更新。

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