【專業(yè)知識】超高層隔震建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)

1、本文極具參考價(jià)值，如若有用請打賞支持我們！不勝感激!【專業(yè)知識】超高層隔震建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)一、耐震建筑物、隔震建筑物與消能建筑物中國大部分地區(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，5.125.12 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；中國大部分地區(qū)與其它世界各主要受強(qiáng)震侵襲國家也不例外。自 20082008 年 5.125.12集集地震發(fā)生后，國內(nèi)采用隔震消能新技術(shù)的建筑物案例與日俱增

2、，規(guī)范也適應(yīng)時(shí) 勢所驅(qū)，于耐震規(guī)范中列入專章包括了有關(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） 中小度地震：為回歸期約 3030 年之地震，其 5050 年超越機(jī)率約為 8080 噓右，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)，使地震過后，建筑物結(jié)構(gòu)體沒有任何損壞，以避免建筑物需在中小度地震后修補(bǔ)之麻煩。一般而言，對高韌性容量的建筑物而言，此

3、一目標(biāo)?？?制其耐震設(shè)計(jì)。（2 2） 設(shè)計(jì)地震：為回歸期 475475 年之地震，其 5050 年超越機(jī)率約為 1010 注右。于此地 震水平下建筑物不得產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p壞，以避免造成嚴(yán)重的人命及財(cái)產(chǎn)損失。對重要建 筑物而言，其對應(yīng)的本文極具參考價(jià)值，如若有用請打賞支持我們！不勝感激!回歸期更長。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)，乃對付地震的經(jīng)濟(jì)做法。 為防止過于嚴(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容許韌性容量。（3 3）最大考慮地震：為回歸期 25002500 年之地震，

4、其 5050 年超越機(jī)率約為 2 2 注右。設(shè) 計(jì)目標(biāo)在使建筑物于此罕見之烈震下不產(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。2 2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，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（leadrubberbearingleadrubberbearin

5、g ，簡稱 lrblrb），中間所加之鉛心，就是來提供消能的，而拉長周 期就靠橡膠層受水平剪力作用時(shí)具有低勁度的特性來達(dá)成。lrblrb 消能的特性很穩(wěn)定,雖經(jīng)過多周次之作用，其強(qiáng)度、勁度及消能之能力并沒有明顯的衰減。隔震建筑物 另有一個(gè)特性，就是因?yàn)楦粽饘酉鄬τ谏喜拷Y(jié)構(gòu)軟了許多，因此當(dāng)其受地震水平力 作用時(shí)，隔震層的相對變位很大，而上部結(jié)構(gòu)的相對變位很小。因此有時(shí)為簡單計(jì)， 可以將上部結(jié)構(gòu)視為剛體。3.3.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達(dá)到耐震的目的。依據(jù) 耐震設(shè)計(jì)規(guī)范 10.210.2 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

6、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（其它）則含括所 有不屬于位移型與速度型的消能組件， 其典型范本文極具參考價(jià)值，如若有用請打賞支持我們！不勝感激!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。二、世界各國隔震建筑物發(fā)展現(xiàn)況各國推展隔震建筑物數(shù)量不一，不過有一共通點(diǎn)，即大地震來臨，往往成為催生者。 如美國北嶺地震（19941994），日本阪神地震（19951995），中國大部分地區(qū)集集地震（200

7、82008） 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。三、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 25m25m 以下, 隔震建筑物造價(jià)約為耐震建筑物造價(jià)之 105%-109%105%-109%建筑物高度在 25m-31m25m-31m 隔震建 筑物造價(jià)約為耐震建筑物造價(jià)之 102%-104%102%-104%建筑物高度在 31m31m 以上，隔震建筑物造 價(jià)約為耐震建筑物造價(jià)之99%-103%99%-103%另比較隔震建筑物結(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

8、物費(fèi)用之18%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%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%8%顯示越重要之建筑物，采用隔震建筑物設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)費(fèi)用相對最經(jīng)濟(jì)。四、隔震建筑新趨勢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 1 1 層，地上 5050 層，屋突 2 2 層（src+rcsrc+rc），基礎(chǔ)隔震，樓高 177.4m,177.4m,高寬 比 5.85.8 : 1 1，隔震型式有滑動支承，積層橡膠墊，及 u u 型鋼板消能器+fluiddamper.+fluiddamper.五、超高層隔震建筑物設(shè)計(jì)技術(shù)超高層隔震建筑物

9、設(shè)計(jì)技術(shù)主要有下列關(guān)鍵因素：1.1.長周期建筑物之隔震效果本文極具參考價(jià)值，如若有用請打賞支持我們！不勝感激!隔震建筑物之最優(yōu)越抗震效果即在延長建筑物基本振動周期，但高層建筑物基本振 動周期往往超過 3 3 秒，隔震后即使將建筑物基本振動周期拉長至 5 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)。2 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)。3.3.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，隔震組件是否發(fā)揮功 能？仍有待深入探討。結(jié)論目前，國內(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、隔震消能材料認(rèn)證與驗(yàn)證機(jī)制、 以及評定機(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，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 25002500 年以上之最大地震折磨尚待深入探討，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。結(jié)語：借用拿