超高層隔震建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)_圖文

1、建筑技術(shù)China New Technol啄ogies型and業(yè)Prod她ucts嗣囡團(tuán)圜疆閹嵋山譬疊盈-阻盈超高層隔震建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)趙思強(qiáng)楊志文(煤炭工業(yè)鄭州設(shè)計(jì)研究院有限公司.河南鄭州450000摘要:國(guó)內(nèi)中低層隔震建筑物發(fā)展已漸成熟,國(guó)外由鉛心橡膠隔震組件與消能組件組合或多種隔震組件組合(如滑動(dòng)隔震組件、磨擦單擺隔震組件、滾動(dòng)隔震組件所構(gòu)成之隔震系統(tǒng)經(jīng)多次地震驗(yàn)證其性能,證實(shí)可行,并使用于超高層建筑物;國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段采用隔震系統(tǒng)之超高層建筑物受日本影響已見(jiàn)起步,本文特以日本大阪西梅田大樓、南堀江大樓兩棟超高層建筑為例,說(shuō)明超高層隔震建筑之設(shè)計(jì)、施工等原則,作為國(guó)內(nèi)推動(dòng)超高層隔震建筑設(shè)計(jì)與

2、施工之參考。關(guān)鍵詞:建筑物;隔震;消能;參考1耐震建筑物、隔震建筑物與消能建筑物中國(guó)大部分地區(qū)地處環(huán)太平洋地震帶上,每年發(fā)生大地震機(jī)率甚高,因此建筑物之耐震設(shè)計(jì)非常重要。傳統(tǒng)建筑物采用耐震設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)物,主要考慮強(qiáng)度與韌性,5.12地震后,由業(yè)界引進(jìn)兩種耐震新技術(shù),一為隔震,另一為消能。其技術(shù)由研究階段邁入實(shí)際應(yīng)用階段。此兩種耐震新技術(shù)在日本阪神地震發(fā)生后,蓬勃發(fā)展;中國(guó)大部分地區(qū)與其它世界各主要受強(qiáng)震侵襲國(guó)家也不例外。自2008年5.12集集地震發(fā)生后,國(guó)內(nèi)采用隔震消能新技術(shù)的建筑物案例與日俱增,規(guī)范也適應(yīng)時(shí)勢(shì)所驅(qū),于耐震規(guī)范中列入專(zhuān)章包括了有關(guān)隔震與消能設(shè)計(jì)的規(guī)定。1.1耐震建筑物

3、耐震建筑物耐震設(shè)計(jì)之基本原則,系使建筑物結(jié)構(gòu)體在中小度地震時(shí)保持在彈性限度內(nèi),設(shè)計(jì)地震時(shí)容許產(chǎn)生塑性變形,但韌性需求不得超過(guò)容許韌性容量,最大考慮地震時(shí)則使用之韌性可以達(dá)規(guī)定之韌性容量。1.1.1中小度地震:為回歸期約30年之地震,其50年超越機(jī)率約為80%左右,所以在建筑物使用年限中發(fā)生的機(jī)率相當(dāng)高,因此要求建筑物于此中小度地震下結(jié)構(gòu)體保持在彈性限度內(nèi),使地震過(guò)后,建筑物結(jié)構(gòu)體沒(méi)有任何損壞,以避免建筑物需在中小度地震后修補(bǔ)之麻煩。一般而言,對(duì)高韌性容量的建筑物而言,此一目標(biāo)?？刂破淠驼鹪O(shè)計(jì)。1.1.2設(shè)計(jì)地震:為回歸期475年之地震,其50年超越機(jī)率約為10%左右。于此地震水平下建筑物不得產(chǎn)

4、生嚴(yán)重?fù)p壞,以避免造成嚴(yán)蓐的人命及財(cái)產(chǎn)損失。對(duì)重要建筑物而言.其對(duì)應(yīng)的回歸期更長(zhǎng)。于設(shè)計(jì)地震下若限制建筑物仍須保持彈性,殊不經(jīng)濟(jì),因此容許建筑物在一些特定位置如梁之端部產(chǎn)生塑鉸,藉以消耗地震能量,并降低建筑物所受之地震反應(yīng),乃對(duì)付地震的經(jīng)濟(jì)做法。為防止過(guò)于嚴(yán)重之不可修護(hù)的損壞,建筑物產(chǎn)生的韌性比不得超過(guò)容許韌性容量。1.1.3最大考慮地震:為回歸期2500年之地震,其50年超越機(jī)率約為2%左右。設(shè)計(jì)目標(biāo)在使建筑物于此罕見(jiàn)之烈震下不產(chǎn)生崩塌,以避免造成嚴(yán)重之損失或造成二次災(zāi)害。因?yàn)榈卣鹬揭呀?jīng)為最大考慮地震,若還限制其韌性容量之使用,殊不經(jīng)濟(jì),所以允許結(jié)構(gòu)物使用之韌性可以達(dá)到其韌性容量。1.2

5、隔震建筑物隔震建筑物系在建筑物基面設(shè)置隔震層。該隔震層系由側(cè)向勁度很低的隔震組件構(gòu)成,讓整體隔震建筑物之周期大幅拉長(zhǎng),藉以降低作用在結(jié)構(gòu)物上之地震力。然因周期增加后,建筑物之位移增加很多,因此再配合消能組件,提高系統(tǒng)的阻尼比,進(jìn)而降低位移量。最常用的隔震組件為鉛心橡膠支承墊(Lead rubber bearing,簡(jiǎn)稱(chēng)LRB,中間所加之鉛心,就是來(lái)提供消能的,而拉長(zhǎng)周期就靠橡膠層受水平剪力作用時(shí)具有低勁度的特性來(lái)達(dá)成。LRB消能的特性很穩(wěn)定,雖經(jīng)過(guò)多周次之作用,其強(qiáng)度、勁度及消能之能力并沒(méi)有明顯的衰減。隔震建筑物另有一個(gè)特性,就是因?yàn)楦粽饘酉鄬?duì)于上部結(jié)構(gòu)軟了許多,因此當(dāng)其受地震水平力作用時(shí),隔

6、震層的相對(duì)變位很大,而上部結(jié)構(gòu)的相對(duì)變位很小。因此有時(shí)為簡(jiǎn)單計(jì),可以將上部結(jié)構(gòu)視為剮體。1_3消能建筑物消能建筑物就是加上一些阻尼器,藉增加建筑物的阻尼比來(lái)達(dá)到耐震的目的。依據(jù)耐震設(shè)計(jì)規(guī)范lO.2節(jié)之定義,消能組件概分為位移型、速度型與其它型式。位移型消能組件顯現(xiàn)剛塑性(摩擦組件、雙線性(金屬降伏組件或三線性遲滯行為.且其反應(yīng)需與速度及激振頻率無(wú)關(guān)。速度型消能組件因不同的阻尼比、勁度及材料可分為:包含固態(tài)與液態(tài)之黏彈性組件及液態(tài)黏滯性組件。第三類(lèi)(其它則含括所有不屬于位移型與速度型的消能組件,其典型范例包括形狀記憶合金(超彈性效應(yīng)、摩擦.彈簧組件,以及兼具回復(fù)力與阻尼的液態(tài)消能組件。2世界各國(guó)

7、隔震建筑物發(fā)展現(xiàn)況各國(guó)推展隔震建筑物數(shù)量不一,不過(guò)有一共通點(diǎn)。即大地震來(lái)臨,往往成為催生者。如美國(guó)北嶺地震(1994,日本阪神地震(1995,中國(guó)大部分地區(qū)集集地震(2008等,雖然地震造成工程產(chǎn)官學(xué)界痛定思痛之痛楚,但經(jīng)由其它建筑物損壞情形。終于肯定隔震建筑物在地震中的優(yōu)越性。3耐震建筑與隔震建筑造價(jià)比較由日本統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,隔震建筑物與耐震建筑物造價(jià)比較,建筑物高度在25m以下,隔震建筑物造價(jià)約為耐震建筑物造價(jià)之105%一109%;建筑物高度在25m一3lm,隔震建筑物造價(jià)約為耐震建筑物造價(jià)之102%一104%;建筑物高度在31m以上,隔震建筑物造價(jià)約為耐震建筑物造價(jià)之99%一103%。另比

8、較隔震建筑物結(jié)構(gòu)造價(jià)比較,辦公室隔震建筑物之結(jié)構(gòu)費(fèi)用約占建筑物費(fèi)用之18%,旅館建筑隔震建筑物之結(jié)構(gòu)費(fèi)用約占建筑物費(fèi)用之13%,醫(yī)院隔震建筑物之結(jié)構(gòu)費(fèi)用約占建筑物費(fèi)用之8%。顯示越熏要之建筑物,采用隔震建筑物設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)費(fèi)用相對(duì)最經(jīng)濟(jì)。4隔震建筑新趨勢(shì)高層與超高層隔震建筑物,目前日本最高隔震建筑物為位于大阪城之西梅田超高層計(jì)。劃,地下l層,地上50層,屋突2層(SRC+RC,基礎(chǔ)隔震,樓高177.4M,高寬比5.8:1,隔震型式有滑動(dòng)支承,積層橡膠墊,及U型鋼板消能器+fluid damper。5超高層隔震建筑物設(shè)計(jì)技術(shù)超高層隔震建筑物設(shè)計(jì)技術(shù)主要有一FYtl關(guān)鍵因素:5.1長(zhǎng)周期建筑物之隔震效

9、果隔震建筑物之最優(yōu)越抗震效果即在延長(zhǎng)建筑物基本振動(dòng)周期,但高層建筑物基本振動(dòng)周期往往超過(guò)3秒,隔震后即使將建筑物基本振動(dòng)周期拉長(zhǎng)至5秒以上,由反應(yīng)譜顯示,兩者加速度反應(yīng)相差有限。但是在增加阻尼比降低地震位移反應(yīng)。則有其貢獻(xiàn)。5.2傾覆作用造成隔震組件受拉力隔震組件設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮拉力作用,因此拉力試驗(yàn)成為規(guī)范修訂之首要任務(wù)。5.3風(fēng)力作用隔震層設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮地震力作用,但是小地震或風(fēng)力作用i隔震組件是否發(fā)揮功能?仍有待深入探討。結(jié)論目前,國(guó)內(nèi)有關(guān)超高層隔震建筑物設(shè)計(jì)與施工之相關(guān)研究仍相當(dāng)欠缺,已完成之研究報(bào)告仍有待產(chǎn)、官、學(xué)之意見(jiàn)補(bǔ)充,使研究成果得以展現(xiàn),鑒于隔震建筑日趨普及,隔震建筑設(shè)計(jì)審查、

10、隔震消能材料認(rèn)證與驗(yàn)證機(jī)制、以及評(píng)定機(jī)構(gòu)之指定工作,已刻不容緩,如何有效結(jié)合產(chǎn)、官、學(xué)三方。盡早訂定完善之超高層隔震建筑設(shè)計(jì)審查機(jī)制、隔震消能材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、以及裝設(shè)前中后之檢測(cè),實(shí)為當(dāng)務(wù)之急。本文認(rèn)為,在相關(guān)機(jī)制與配套措施均付之闕如下,隔震建筑物是否得以應(yīng)付2500年以上之最大地震折磨尚待深人探討,則超高層隔震建筑物發(fā)展。應(yīng)在上述疑慮未澄清前,應(yīng)采取更為保守之作為。參考文獻(xiàn)II黨育,杜永峰,畢長(zhǎng)松.隔震建筑的經(jīng)濟(jì)性分析fJ】;工程抗震與加固改造;2006年04期.21尚九平,杜永峰.疊層橡膠支座隔震建筑的質(zhì)量控制.工程建設(shè)與設(shè)計(jì);2006年03期.f31權(quán)吉柱,熊仲明.隔震結(jié)構(gòu)等代體系的力學(xué)模

11、型fJl.工程抗震與加固改造;2006年06期.【41商昊江,祁皚.基礎(chǔ)隔震技術(shù)在中國(guó)的研究與應(yīng)用J】.福建建筑;2007年09期.【5】邱曉玲.框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔震地震反應(yīng)分析J1廣東建材;2006年08期.16】雷麗.考慮樓板變形時(shí)平面非規(guī)則隔震結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析研究Dl廣州大學(xué);2006年.一71鄧凡.地下室早期裂縫開(kāi)展規(guī)律及機(jī)理研究fDl;重慶大學(xué);2006年,【81李作勤.預(yù)應(yīng)力混凝土框架抗震性能試驗(yàn)研究及分析fDl.重慶大學(xué);2006年.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品一169萬(wàn)方數(shù)據(jù) 超高層隔震建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)作者:趙思強(qiáng), 楊志文作者單位:煤炭工業(yè)鄭州設(shè)計(jì)研究院有限公司,河南,鄭州,450000刊名:中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品英文刊名:CHINA NEW TECHNOLOGIES AND PRODUCTS年,卷(期:2009(16參考文獻(xiàn)(8條1.黨育.杜永峰.畢長(zhǎng)松隔震建筑的經(jīng)濟(jì)性分析期刊論文-工程抗震與加固改造 2006(042.尚九平.杜永峰疊層橡膠支座隔震建筑的質(zhì)量控制期刊論文-工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2006(033.權(quán)吉柱.熊仲明隔震結(jié)構(gòu)等代體系的力學(xué)模型期刊論文-工