多高层抗震体系的隔振研究

唐山曹妃甸发展投资集团有限公司 王哲元

多高层抗震体系的隔振研究

唐山曹妃甸发展投资集团有限公司 王哲元

地震是一种随机震动，有着难以把握的复杂性和不确定性，很难准确测得建筑物所遇到的地震的特性和参数。在结构应力分析方面，由于不能充分考虑建筑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等因素，也存在欠准确性等问题。在建筑抗震理论远未达到科学严密程度的今天，单靠计算，很难保证房屋具有足够的抗震可靠度。因此，着眼于提高建筑整体的抗震能力的措施，会越来越受到国内外工程界的重视。

一、高层建筑结构的抗震研究方法

目前，我国的建筑结构抗震设计的基本思想是“三水准设防和两阶段设计”，两阶段设计是达到三水准设防的基本手段，以达到多遇地震(小震)不坏，罕遇地震(大震)不倒的设防目标。

二、高层建筑物的抗震设计原则

1. 刚柔相济。在建筑抗震设计过程中若一味提高结构抗力，增加结构刚度，在地震发生过程中的地震作用也会相应增大，即在增加结构刚度的同时也增强了地震作用，当地震发生时往往会造成建筑物局部受损，最后导致建筑物整体受损。但若建筑物刚度过柔，虽然可以依靠其柔性消减地震作用，但也容易导致建筑物形变过大而不能继续使用，甚至在地震发生时导致建筑物整体倾覆。因此在高层建筑设计过程中应做到刚柔相济，即建筑物在地震过程中要达到既能满足变形要求又能有效减小地震力的双重目标。

2. 多道设防。由于每次强震之后都会伴随多次余震，因此在建筑物的抗震设计中若只有一道设防，则其在余震来临时，建筑结构将因损伤积累而倒塌。因此，建筑物的抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，在地震发生时由具有较好延性的结构构件协同工作来抵挡地震作用。

三、高层建筑的抗震方法及设计要点

1. 地基选择。建筑地基应选择位于开阔平坦地带的坚硬土场地或密实均匀的中硬土场地，但不得同时跨在两类土壤上，不得采用振陷土作天然地基。同时应远离河岸，避开不利地形、避免在断层、山崖、滑坡、地陷等抗震危险地段建造房屋。

2. 恰当的结构材料。从抗震角度来说，结构体系的抗震等级，其实质是在宏观上控制不同结构的延性要求。这要求我们根据建设工程的各方面条件，选择既符合抗震要求又经济适用的结构类别。按此标准衡量，使用不同材料的集中结构类型，依其抗震延性性能优劣的顺序是：钢结构、型钢混凝土结构、现浇钢筋混凝土结构、装配式混凝土结构、配筋砌体结构。

3. 结构的规则性。建筑物尤其是高层建筑物设计应符合抗震概念的设计要求，对建筑进行合理的布局，大地震灾害表明，平立面简单且对称的结构类型建筑物在地震时具有较好的抗震性能，因为该种结构建筑容易估算出其地震反映，便于采取相应的抗震构造措施进行细部处理。建筑结构的规则性是指对建筑物对立面外形尺寸、抗侧力构件布置、承载力分布等多方面因素的要求。建筑物F面应对称均匀、结构刚度较大，质量沿建筑物竖向变化均匀，同时应保证建筑物有足够的扭转刚度以减小结构的扭转影响，并应尽量使建筑物在竖向上的重力荷载受力均匀，以减少结构内应力和碴向构件间的差异变形对建筑结构产生的不利影响。

4. 加强结构的整体性。

（1）电梯及其他开洞的楼屋面布置应保证结构的连续性。对高层钢筋混凝土房屋，电梯及其他开洞应尽量居中，不允许电梯及其他开洞靠边，破坏楼板周边的连续性，边部楼屋面板宽度应不小于2m，开洞后剩余楼屋面板的总宽度应不少于5m，并应加强开洞后剩余楼屋面板的厚度及配筋。当满足不了上述条件时，应补充附加构件，保证楼屋面板在周边的连续性。

（2）补充附加构件，加强复杂平面高层建筑的整体性。井字形高层建筑，需另加拉梁和外挑板，错叠平面加斜角板，阴角楼板加斜筋，连体建筑应加强连接部位。

（3）加强屋面的整体性。屋面结构在高层钢筋混凝土结构建筑中十分重要，屋面一旦破坏，结构就有可能散架，整个建筑结构就会失去整体性，故应加强屋面的整体性。对于高层钢筋混凝土结构房屋，屋面板厚度不应小于140～150mm，并应配备双向双层钢筋网，配筋率不小于0.25%～0.30%。

（4）加强构件间连接的可靠性。构件之间的连接在地震时一旦遭受破坏，建筑结构就会失去整体性，故必须加强结构构件间的连接，使连接处的强度高于构件强度。应尽量采用全现浇钢筋混凝土结构，不用或少用装配式结构；应加强框架节点及梁与柱、楼板与梁、楼板与剪力墙之间的连接与锚固。

四、建筑隔振的其他措施

支撑钢框架体系是一种理想的抗侧力体系，是在框架体系中的某一跨或某几跨间，沿框架竖向设置由框架梁、柱和支撑斜杆共同构成的支撑桁架，与钢框架一起共同承担侧向荷载，形成两道抗侧力防线：第一道防线是竖向支撑，第二道防线是框架。常见的钢框架支撑体系有：框架中心支撑体系和框架偏心支撑体系。

1. 框架中心支撑体系。中心支撑具有较大的侧向刚度，在提高结构整体刚度、抗震性能方面能起到一定作用，尤其是在多层钢结构中，以其设计简单、施工方便的优点，得到广泛应用。但在水平地震作用下，中心支撑容易产生侧向屈曲，尤其是在往复的水平地震作用下，当结构的受力进入弹塑性范围时，楼层的抗剪能力和结构的抗侧刚度会急剧下降，层间侧移不断增大，最终导致结构整体失稳。

2. 框架偏心支撑体系。偏心支撑框架在弹性阶段的刚度接近中心支撑框架，弹塑性阶段的延性和耗能能力接近延性框架，是一种高效的钢结构抗震结构体系，尤其是在高层结构中，能够充分发挥其耗能梁段屈曲耗能的优点。

五、结论与建议

多高层建筑结构的抗震非常重要，必须全面考虑地基基础、结构的材料和变形以及非结构附件等方面，因而多高层建筑的抗震研究必将推动和健全建筑结构抗震规范和设计方法的发展。