淺談高層建筑結構中的基礎隔震技術
論文關鍵詞：高層建筑 結構設計 隔震體系 技術
論文摘要：本文結合高層建筑的結構設計及特點，對高層基礎隔震系統紐成和隔震原理進行了研究，并詳細分析高層膈震體系的特殊性，為高層建筑抗震領域的研究提供指導和幫助。
建筑的誕生之初就被認為是技術與審美融合的產物。這就意味著一個好的建筑，它必經得起適用性、經濟性與美觀性這三重考驗。而伴隨著高層建筑在我國的迅速發展和建筑高度的不斷增加，高層建筑的安全性，堅固耐用性亦成為人們所追求的目標。
一 高層建筑的結構與設計理念
現代的高層建筑變得越來越纖細，產生更大側移的可能性比以往大體積的多層高樓要大。建筑愈高，自然界所產生的重力荷載、風荷載和地震荷載的影響愈大。正因為如此，抵消這些荷載的結構作用成為高層建筑設計的一個重要方面。高層建筑對側向荷載的動力反應，可以通過改進結構系統以及選擇有效建筑形式的措施加以控制。因此，高層建筑的形式在很大程度上和結構的有效性有關，這也就決定了建筑的經濟性。建筑的結構性能可以定義為建筑承受荷載以及抵抗側移的能力，同時也決定著建筑各體量的組成。
從表象層面看，建筑表現為空間方面的概念的形式是表現總體環境的。對于某個建筑物最初方案設計．建筑師考慮更多的是它的空間組成特點，而不是詳細地確定它的具體結構。但是，關于空間形式的整體設想，也要求建筑師必須考慮建筑形式中有關荷載與抗力之間關系的某些準則．即結構概念。這包括以下幾方面：一是所設想的空間形式應當固定在地面上。二是所設想的空間形式必須能抵抗水平風力作用的地震作用。所以，在進行高層建筑設計時，建筑師的基本任務是；一方面要與結構工程師及其他工程技術人員協調合作，另一方面要根據建筑功能要求、建筑立意，場地情況、外力特征，施工條件及效率等因素，尋找出最經濟、合理、美觀的建筑方案。
二 高層建筑結構設計的特殊性
(一)水平荷載成為決定因素。一方面。因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與樓房高度的一次方成正比，而水平荷載對結構產生的傾覆力矩，以及由此在豎構件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面，對某一定高度樓房來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨結構動力特性的不同而有較大幅度的變化。
(二)軸向變形不容忽視。高層建筑中，豎向荷載數值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續粱彎矩產生影響，造成連續梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大，還會對預制構件的下料長度產生影響，要求根據軸向變形計算值，對下料長度進行調整。另外對構件剪力和側移產生影響，與考慮構件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結果。
(三)側移成為控制指標。與較低樓房不同，結構側移已成為高樓結構設計中的關鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結構的側移變形迅速增大，因而結構在水平荷載作用下的側移應被控制在某一限度之內。
(四)結構延性是重要設計指標。相對于較低樓房而言，高樓結構更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當的措施，來保證結構具有足夠的延性。
三 高層隔震體系的特殊性
高層、超高層隕震體系與常規的隔震體系相比，具有特殊性。首先對高層隔震建筑，上部結構不能滿足剛體運動的假定，高振型反應分量的影響不能忽視，不能簡單地以結構第一振型為主確定上部結構反應；二是由于高層、超高層結構的水平地震力產生的傾覆力矩比較大，在較大地震和強風作用下，隔震支座可能會有拉應力的出現，如何避免和控制隔震支座的拉應力是一個問題。三是高層、超高層的自振周期都比較長，所以必須進一步延長高層、超高層隔震建筑的基本周期，以達到更好的隔震效果。低彈性、大變形能力的隔震支座的開發和性能研究是在強震和強風作用下的各種分析，具有較高的研究價值和重大的工程意義。
四 高層基礎隔震系統組成
基礎隔震建筑體系通過在建筑物的基礎和上部結構之間設置隔震層，將建筑物分為上部結構、隔震層和下部結構3部分。地震能量經由下部分結構傳到隔震層，大部分被隔震層的隔震裝置吸收，僅有少部分傳到上部結構，從而大大減輕地震作用，提高隔震建筑的安全性。經過人們不斷的探索，如今基礎隔震技術已經系統化、實用化，它包括摩擦滑移系統，疊層橡膠支座系統、摩擦擺系統等。目前工程最常用的是疊層像膠支座隔震系統。這種隔震系統．性能穩定可靠，采用專門的疊層橡膠支座作為隔震元件，該支座是由一層層的薄鋼板和橡膠相互盛置，經過專門的硫化工藝粘合而成，其結構、配方、工藝需要特殊的設計，屬于一種橡膠厚制品。目前常用的橡膠隔震支座有：天然橡膠支座、鉛芯橡膠支座、高阻尼橡膠支座等。
五 高層基礎隔震技術原理
傳統的抗震結構是通過結構和構件來抵抗并消耗地震能量的，設計時將地震作用力作為一種外加荷載，與作用在結構上的其他荷載進行組合來設計和驗算結構是否滿足設計和使用要求。隔震建筑則增加了專門的變形和耗能裝置：橡膠隔震支座和阻尼器(如鉛阻尼器、油阻尼器、鋼棒阻尼器、粘彈性阻尼器、滑板支座等)橡膠隔震支座具有提供豎向承載能力、彈性得位能力、良好的變形能力等特性．此外鉛芯橡膠隔震支座同時還具有消耗地震能量的耗能特性。另一方面，傳統的抗震結構體系中，低層震建筑的周期延長到2—5秒，．有效地降低了結構的地震加速度反應。
采用隔震技術，上部結構的地震作用一般可減小3—6倍，地震時建筑物上部結構的反應以第一振型為主．類似干剛體平動，基本無反應放大作用，通過隔震層的相對大位移來降低上部結構所受的地震荷載。按照較高標準設計和采用基礎隔震措施后，地震時上部結構的地震反應很小，結構構件和內部設備都不會發生破壞或喪失正常的使用功能，在房屋內部工作和生活的人員不僅不會遭受傷害．也不會感受到強烈的搖晃，強震發生后人員無需疏散，房屋無需修理或僅需一般修理。從而保證建筑物的安全甚至避免非結構構件如設備、裝修破、壞等次生災害的發生。
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