高層建筑結(jié)構(gòu)中的基礎隔震施工技術研究

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　　建筑的誕生之初就被認為是技術與審美融合的產(chǎn)物。這就意味著一個好的建筑，它必經(jīng)得起適用性、經(jīng)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(fā)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。當今世界自然環(huán)境生態(tài)平衡被嚴重破壞，自然災害不加發(fā)生，為了人們生活安定，家園和諧，我們專門對高層建筑的結(jié)構(gòu)設計特點做了分析，并對高層基礎隔震體系做了研究，為高層建筑抗震領域的研究提供的指導和幫助，以減少自然災害對人類所造成的傷害。

　　一 高層建筑的結(jié)構(gòu)與設計理念

　　現(xiàn)代的高層建筑變得越來越纖細，產(chǎn)生更大側(cè)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(chǎn)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(jié)構(gòu)作用成為高層建筑設計的一個重要方面。高層建筑對側(cè)向荷載的動力反應，可以通過改進結(jié)構(gòu)系統(tǒng)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(jié)構(gòu)的有效性有關，這也就決定了建筑的經(jīng)濟性。建筑的結(jié)構(gòu)性能可以定義為建筑承受荷載以及抵抗側(cè)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(xiàn)為空間方面的概念的形式是表現(xiàn)總體環(huán)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(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)工程師及其他工程技術人員協(xié)調(diào)合作，另一方面要根據(jù)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(jīng)濟、合理、美觀的建筑方案。

　　二 高層建筑結(jié)構(gòu)設計的特殊性

　?。ㄒ唬┧胶奢d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(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與樓房高度的一次方成正比，而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎構(gòu)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(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。

　?。ǘ┹S向變形不容忽視。高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)粱彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)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(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計算值，對下料長度進行調(diào)整。另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結(jié)果。

　?。ㄈ﹤?cè)移成為控制指標。與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設計中的關鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應被控制在某一限度之內(nèi)。

　　（四）結(jié)構(gòu)延性是重要設計指標。相對于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)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(gòu)造上采取恰當?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)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(guī)的隔震體系相比，具有特殊性。首先對高層隔震建筑，上部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)第一振型為主確定上部結(jié)構(gòu)反應；二是由于高層、超高層結(jié)構(gòu)的水平地震力產(chǎn)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(xiàn)，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(fā)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(tǒng)組成

　　基礎隔震建筑體系通過在建筑物的基礎和上部結(jié)構(gòu)之間設置隔震層，將建筑物分為上部結(jié)構(gòu)、隔震層和下部結(jié)構(gòu)3部分。地震能量經(jīng)由下部分結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，從而大大減輕地震作用，提高隔震建筑的安全性。經(jīng)過人們不斷的探索，如今基礎隔震技術已經(jīng)系統(tǒng)化、實用化，它包括摩擦滑移系統(tǒng)，疊層橡膠支座系統(tǒng)、摩擦擺系統(tǒng)等。目前工程最常用的是疊層像膠支座隔震系統(tǒng)。這種隔震系統(tǒng)。性能穩(wěn)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(jīng)過專門的硫化工藝粘合而成，其結(jié)構(gòu)、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(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)是通過結(jié)構(gòu)和構(gòu)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(jié)構(gòu)上的其他荷載進行組合來設計和驗算結(jié)構(gòu)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(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)體系中，低層震建筑的周期延長到2-5秒，。有效地降低了結(jié)構(gòu)的地震加速度反應。

　　采用隔震技術，上部結(jié)構(gòu)的地震作用一般可減小3-6倍，地震時建筑物上部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的地震反應很小，結(jié)構(gòu)構(gòu)件和內(nèi)部設備都不會發(fā)生破壞或喪失正常的使用功能，在房屋內(nèi)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(fā)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(jié)構(gòu)構(gòu)件如設備、裝修破、壞等次生災害的發(fā)生。