高層建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)過程中常見問題分析

趙振鑫　梁爽

摘要：在城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快下，高層建筑工程的建設(shè)規(guī)模正在不斷的提高，在對高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，其隔震設(shè)計(jì)成為其中的關(guān)鍵技術(shù)，但是由于高層建筑實(shí)際高度和結(jié)構(gòu)等方面的影響，使隔震設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了長周期高層建筑減震效果不明顯、計(jì)算隔震結(jié)構(gòu)地震相應(yīng)偏大等方面的問題，本文結(jié)合隔震技術(shù)的主要含義，對高層建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)過程中的常見問題進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)；常見問題

1.首先是高層隔震建筑的減震效果問題

對于高層建筑來說，本身周期較長，一般情況下，100m高度的高層建筑基本周期在2.5s左右，在采用隔震技術(shù)之后，這樣的基本周期一般可以維持到3.5s，根據(jù)我國《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜來看，周期較長的高層建筑在進(jìn)行應(yīng)用隔震設(shè)計(jì)前后的地震剪力并不大，其隔震效果并不明顯，這樣的說法是根據(jù)相關(guān)規(guī)范計(jì)算而來的，但是就實(shí)際情況來看，事實(shí)并不是這樣的，下面結(jié)合實(shí)際工程案例來對長周期高層建筑進(jìn)行隔震后仍然具有較好減震效果的原因進(jìn)行分析。

此高層建筑的主樓結(jié)構(gòu)為地上23層，地下室作為隔震層，整個(gè)高層建筑的高度為90m，縱向長為50.6m，橫向長為26.2m，長邊方向高寬比值為1.78，短邊方向高寬比值為1.78，在采用等效線性法和動(dòng)力分析法對隔震效果進(jìn)行分析計(jì)算之后，其結(jié)構(gòu)體現(xiàn)在表1：

通過表一可以看出，等效周期為2.35s的高層建筑在采用隔震設(shè)計(jì)之后其等效周期延長到4.30，其基層剪力在隔震設(shè)計(jì)之后的減震效果并不明顯。也就是說，高層建筑在合理采用隔震設(shè)計(jì)之后，其減震效果較為明顯。

2.隔震支座的受拉問題

在目前的高層建筑隔震技術(shù)當(dāng)中，隔震支座受拉問題是其中需要關(guān)注的主要問題，在發(fā)生地震的情況下，瞬間的傾覆力會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過隔震支座所能夠承受的最大結(jié)構(gòu)重量，從而使高層建筑的豎向荷載產(chǎn)生較大程度的軸向變形，在這樣的情況下，連續(xù)梁中間支座負(fù)彎矩值和跨中的負(fù)彎矩值會(huì)在一定程度上減小，這樣的結(jié)構(gòu)變化和應(yīng)力變化能夠使高層建筑的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)側(cè)向偏移的情況。在另外一個(gè)方面，這樣的結(jié)構(gòu)偏移情況會(huì)隨著建筑高度的增加而增加，軸向變形和側(cè)向偏移情況會(huì)對高層建筑的整體穩(wěn)定性造成較大的影響，在嚴(yán)重的情況下，就會(huì)導(dǎo)致高層建筑的倒塌。所以說在對高層建筑進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)的過程中，需要重視軸向力值，并且結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況和建筑的實(shí)際高度，來合理的擴(kuò)大隔震支座，以此來提高隔震支座所能夠承受重力荷載的實(shí)際范圍，保證在遇到強(qiáng)烈地震的情況下，能夠減少由于地震作用引起的傾覆力。在另外一個(gè)方面，除了可以采用擴(kuò)大隔震支座承受范圍的情況來減少傾覆力，也可以采用抗拉能力較高的隔震支座，來保證其整體受拉力能夠高于地震引起的傾覆力。

3.隔震支座面壓計(jì)算方法

隔震支座在長期使用的情況下，由于長期承受著來自建筑上部的重量，在地震來臨的情況下，隔震支座會(huì)發(fā)生一定程度的水平位移，在這種情況下，隔震支座不僅需要承受來自建筑結(jié)構(gòu)的重量，同時(shí)也需要承受由于地震所帶來的橫向應(yīng)力，在這兩種力的作用下，根據(jù)隔震支座類型的不同，其承載能力會(huì)發(fā)生不同程度的變化。

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中對隔震支座面壓驗(yàn)算方法的計(jì)算來說，其中主要出現(xiàn)了以下幾種問題。首先是在對隔震支座的平均應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算的過程中，主要是采用設(shè)計(jì)值來進(jìn)行帶人計(jì)算，并沒有考慮地震所帶來的作用，對于滑移形的隔震支座來說，水平位移對其有效承載壓力面積的影響并不大，但是對于一般的隔震支座來說，這樣的計(jì)算方法會(huì)在一定程度上增大了隔震支座的直徑，加大了隔震層的水平剛度，對隔震效果產(chǎn)生了不利的影響。在另外一方面，在實(shí)際設(shè)計(jì)計(jì)算的過程中只是對隔震支座的水平變形進(jìn)行了限制，這樣就不能全面的把握隔震支座的安全性和穩(wěn)定性。

4.計(jì)算隔震結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)偏大

我國在相應(yīng)的隔震設(shè)計(jì)規(guī)范當(dāng)中遵循以下幾種思路：提出不同阻尼比下的結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)譜曲線，并且采用等效線性法來對相應(yīng)的應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行求解。另外是可以采用非線性方程來對隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步分析。高層建筑結(jié)構(gòu)在整體承載力沒有發(fā)生變化的情況下，建筑結(jié)構(gòu)會(huì)保持著塑性變化，但是在水平荷載的不斷增加下，受彎構(gòu)件和相應(yīng)受拉區(qū)的建筑結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)不同程度變化，在嚴(yán)重的情況下可能會(huì)出現(xiàn)非彈性變形，所以說在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中需要注意提高建筑結(jié)構(gòu)延性，以此來保證隔震結(jié)構(gòu)能夠在地震來臨的時(shí)候吸收地震的能量，保證建筑的完整和安全。

5.結(jié)束語

作為時(shí)代進(jìn)步的標(biāo)志，高層建筑的隔震設(shè)計(jì)是目前建筑設(shè)計(jì)中較為重要的一部分，能夠有效保證高層建筑的安全，針對目前高層建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)中的主要問題，需要在對其進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證建筑安全。