高层建筑结构隔震设计关键问题的探究

绍了隔震装置的结构组成,然后指出高层建筑结构隔震设计要求，最后阐述了隔震设计的关键问题，以供参考。［关键词］高层建筑；隔震设计；要求；关键问题

隔震技术指的是在建、构筑物的基底部位，设置 隔震装置，能对地震产生的能量进行隔离或消减，避 免或减少地震能量传输给上部结构，从而减轻结构损 害，保证震时建、构筑物的安全性。该技术最初应用 在中低层建筑中，近年来又推广到高层建筑，实践证 实具有良好的效果。以下探讨了高层建筑结构隔震设 计问题。1隔震装置的结构组成在建筑结构中，隔震装置是由以下三个部分组成。第一，隔震支座。作用是支承上部结构的重量, 延长结构的自振周期，可以应对较大变形。常见支座 类型如下。①滑动支座。在上部结构和平板基础之间 使用滚珠，可以隔开地面运动，避免结构产生振动。 实际应用时，需要配合风稳定装置与辅助复位装置。 ②叠层橡胶支座。使用橡胶片和薄钢板相互叠合而 成，将钢板嵌入橡胶内，可避免发生锈蚀。其中，叠 层橡胶具有良好的非线性特征，能有效应对结构小变 形或大变形，减轻地震反应⑴。③摩擦摆支座。类似 于钱装置，上部是摆头，下部是承台，中间是网状增 强纤维，通过摩擦阻力耗散地震能量，并在自重作用 下恢复原始位置。第二，阻尼器。作用是消耗地震产生的能量，阻 止结构发生较大的位移。常见阻尼器类型有，①弹塑 性阻尼器。塑性变形能力强，可在超过屈服应变的条 件下使用。②铅棒阻尼器。面对强震铅棒可以软化, 用来损耗振动能量。③干摩擦阻尼器。由叠层橡胶支 座+摩擦板组成，既能产生阻尼，又具有保护作用。第三，复位装置。作用是提高装置的早期刚度, 促使结构在风载与微震作用下具备较高安全性。一般 需要设置微震和风反应控制装置，抗倾覆支座。

2高层建筑结构隔震设计要求2. 1适用范围隔震技术适用于高烈度地区或功能要求高的建筑 物，具体如下⑵。①不隔震时，建筑结构周期在Is 以内的砌体结构，钢混框架结构；②外观形态规则， 可采用底部剪力法的建筑结构；③建筑场地为1 - 3 类，且基础稳定的建筑结构；④风，地震，水平荷载 在结构总重力中占比＜10%的建筑结构。2 2 设计要求在设计方案上，综合考虑场地条件，抗震设防类 别，设防烈度，使用要求，主体结构等要素，针对不 同设计方案，从技术性，经济性两个方面进行比较,

文章编号：2095 -4085 (2019)04 - 0030 - 02从而确定最佳设计方案。在设防目标上，要求抗震设 防目标高于抗震建筑。其中，水平方向上要比抗震结 构高出0. 5个设防烈度，竖直方向上不低于抗震结 构的设防烈度即可⑶。在隔震部件上，要在设计文件 中明确隔震部件的性能，经试验确定设计参数，耐久 性指标，并在施工前抽样检测，要求合格率达到 100% o2. 3隔震层设置隔震层设置时，满足以下要求。①阻尼与抗风装 置可以设置，也可以融为一体，必要时使用限位 器。②隔震层的刚度中心，上部结构的质量中心，两 者应该相互重合。③支座的平面位置，上、下部结构 竖向受力构件的平面位置，两者要相互对应。④在同 一支承部位，如果使用多个隔震支座，设置间距时要 预留出合适的操作空间。⑤抗风装置对称设置，分布 在建筑物的周围。3高层建筑结构隔震设计的关键问题3. 1减震效果问题高层建筑本身周期长，其中高度为100m的建筑 周期约为2. 5s,采用隔震技术后周期能延长至3. 5s⑷。依据《建筑抗震设计规范》，长周期高层建筑 在隔震设计前后，地震剪力的变化不大，隔震效果不 佳，然而实际工程并不是这样。以某高层建筑为例, 共计23层，纵向、横向长度为50. 6m、26. 2m,高 度约90m,局部最高为97. 2mo采用等效分析法, 计算隔震前后基底部位的剪力见表1。分析可知，采 用隔震技术后，高层建筑的等效周期从2. 4s延长至4. 3s,因此减震效果比较明显。3. 2支座受拉问题和多层建筑相比，高层建筑在水平地震作用下, 倾覆效应更明显。采用隔震技术，在大地震作用下, 隔震支座可能产生拉应力。考虑到叠层橡胶支座的抗 拉性能差，成为影响减震效果的因素之一。分析认 为，隔震支座受拉，是因为水平地震荷载产生的倾覆 力，竖向地震振动的作用力，超出结构自重对支座施 加的压力。对此，解决措施如下。一是增大支座承受 的重力荷载范围。二是减小地震荷载产生的倾覆力。 三是提高支座的抗拉能力。以框架一抗震墙结构为 例，边缘柱和隔震支座承受的竖向重力荷载小于其它 内柱，但倾覆力引起的轴力大于其他内柱，因此边缘 隔震支座更容易产生拉应力。对抗震墙进行设计时, 将其设置在边缘部位，有利于隔震支座受拉。设计z表i隔震前后基底部位的剪力结果结构类型等效位移/mm等效质量/t等效周期/s等效刚度/ (kN/m)222065基底剪力/kN隔震前隔震后57. 231595. 435827. 12. 44. 3126787944105. 3752113. 3支座面压问题高层建筑在使用中，隔震支座长期承受上部结构 的重量，面对地震可能发生水平位移。在上部结构重 量与地震力的双重作用下，对滑移类支座的承压面积 影响不大，对叠层橡胶支座的承压面积影响大，因承 压面积减小，导致承载能力降低⑸。结合规范标准, 采用隔震支座验算法，存在的问题如下。①计算支座 的平均压应力时，要考虑到地震作用，如此会导致支 座直径偏差增大，不仅提高了成本，也会加大隔震层 的水平刚度，不利于隔震效果。②在罕遇地震作用 下，没有对隔震支座的面压进行验算，只是了支 座的水平变形，难以保证支座的安全稳定性。对此, 其一在长期荷载作用下，只需验算长期荷载对隔震支 座产生的面压即可，不需利用设计值进行验算，也不 需要考虑地震作用。其二，面对罕遇地震，可适当放 宽设计平均压力限值，采用极限面压一变形关系曲线 进行变形控制。3. 4地震响应问题在隔震设计上，普遍采用以下理念。①针对不同 阻尼比，绘制结构加速度反应谱曲线，采用等效线性 法计算隔震层位移，基底剪力。②利用非线性时程分 析法，分析隔震结构，得到上部结构的速度，位移, 加速度。③要求以上两种方法的误差小，具有可比 性。在工程实践中，发现两种方法的误差较大，原因 在于两点。一是在规范中，长周期段地震影响系数值 (上接第29页)随着连接件间隔的减小，采用板连接件和梁板连 接件的楼板混凝土受拉破坏的面积逐渐增大，连接件 间隔越小越接近整板模型的破坏。梁连接件间隔的减 小对楼板混凝土受拉破坏的约束，影响不大。因而连 接件的形式和连接件之间的距离对于楼板拉力损伤来 说都有不同的影响，实际设计连接方案时需要综合进 行考量。2. 4. 3楼板连接应力效果装配式钢结构楼板本身会受到多种压力，本身需 要产生相应的应力来保证结构稳定性。利用连接件连 接楼板板缝，楼板的应力效果得到提升。经过计算分 析发现，连接件之间间距变小楼板的受力面积会扩 大，力的作用会分散到楼板各处，楼板的应力作用就 随之增强。其中板连接件与梁连接件的应用，楼板应 力效果优化幅度较大。在本文研究设计的几种连接方 案当中，应用板连接件间距小于0. 75m的方案和应 用梁连接件间距小于1・0m的方案楼板连接应力效 果良好。2. 4. 4 承载力通过模型计算分析发现梁连接件应用后，楼板结 构的承载力没有明显的变化，而且与标准的楼板承载 力相比还有较大的差距。板连接楼板和梁板连接件应 用可以提升楼板结构的承载力，连接件之间的间距与 拼接缝变化成正比变化趋势，间距越小拼接缝位移就

偏高。二是结构阻尼＞5%时，阻尼调整系数也会增 大。对此，设计时应该注意提高建筑结构的延性，优 化阻尼调整系数，以便在地震作用下，能有效吸收地 震能量，保证结构稳定性。4结语综上所述，高层建筑在设计期间，隔震设计是一 个重点。本文介绍了隔震装置的结构组成，指出隔震 技术的适用范围和设计要求，并从减震效果，支座受 拉，支座面压，地震响应四个方面，介绍了隔震装置 设计的关键问题。希望为类似工程提供经验借鉴，以 保证建筑结构的安全性和稳定性。参考文献：[1] 杨参天，解琳琳，李爱群，等.适用于高层隔震结构

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术与设计，2017, (32)： 2827.越小。在实际连接期间通过计算可以找到最佳的间距 距离。2. 4. 5 结论通过对不同连接方式和不同连接间距形式所产生 效果的分析，可以发现影响装配式钢结构楼板拼接缝 的关键问题是连接件应用种类，连接件间距。总体来 讲，梁连接件需要与其它连接件种类共同使用，板连 接件和梁板连接件应用能够有效提升楼板拼接缝的质 量。同时连接件间距控制也是关键，板连接件间距不 能超过0. 75m,梁板连接件间距不能超过1. 0mo

3结语装配式钢结构楼板拼接板缝的存在对整体结构施 工质量影响较大，通过本文的研究与分析，利用连接 件连接楼板拼接缝能够优化拼接缝的使用质量，能够 减少楼板结构的损伤使楼板受力作用均衡，提升楼板 整体结构的承载力。但想要切实实现优化效果，需要 对连接件种类和连接件间距分布进行合理的规划，从 而保证装配式钢结构楼板拼接板缝应用质量和安全。 参考文献：[1] 张建强，张传庆，Zhang Jianqiang,等.模块化装配式

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