浅谈减震技术在高层建筑中的应用().docVIP

浅谈减振技术在高层建筑中的应用 黄明芯 （烟台大学） 摘要：近几十年来, 高层建筑结构的减振技术有了很大的发展。在突发的、强度大的地震中，怎样保证建筑物的稳定和安全以及如何使结构体系变得更加安全、有效和合理对有效减轻由地震导致的灾害有着举足轻重的现实意义。本文介绍了消能减震体系、隔震体系、结构被动体系以及结构主动体系的建筑结构减震控制新体系，并列举了各种体系在工程中的应用，为工程结构的抗震减振设计提供参考。 关键词：消能减震体系 隔震体系 结构被动体系 结构主动体系 1.前言 我国处于全球两大地震带交汇处，地震突发频繁。在地震中，建筑物大量破坏和倒塌，造成了严重的地震灾害[1]。在突发的、强度大的地震中，怎样保证建筑物的稳定和安全以及如何使结构体系变得更加安全、有效和合理对有效减轻由地震导致的灾害有着举足轻重的现实意义。此外，我国也是多台风的国家，超高层建筑的兴建对风力作用下的振动控制也提出了新的要求。 在高层建筑结构设计中，风和地震荷载是起控制作用的主要因素，按常规设计方法，为了抵御飓风和强震的袭击，常要强化结构的抗侧力系统，这样必导致建筑造价的增加[2]。据我国国情，要在较大范围内实施抗震设防，必须寻找一种既安全、适用，又经济的建筑结构减震控制新体系，随着高层建筑的越来越普遍，消能减震体系（图1.1）、隔震体系（图1.2），结构被动体系（图1.3）及主动控制体系（图1.4）也在结构抗振体系中得到广泛应用[1]。 图1.1 消能减震体系 图1.2隔震体系 图1.3 被动控制体系 图1.4 主动控制体系 抗震设计、隔震设计和制振设计的结构特征可归纳为表1所示[1]： 表1 抗震设计、隔震设计和制振设计的结构特点 2 结构消能减震体系 2.1 结构消能减震体系简介 结构消能减震体系的原理是通过迅速减缓结构的地震反应，与此同时使主体结构不能进入明显的非弹性状态，这样便可确保主体结构在强震中的稳定和安全。在结构消能减震体系中，起重要作用的是效能构件以及消能装置，一般效能构件由结构物的某些非承重构件设计而成，消能装置则设置在结构物的某些部位，在强震突发时，结构受力从而发生较大变形，这时，设置在结构中的消能装置率先进入消能状态，产生较大的阻尼从而大量消耗了输入结构中的地震能量，是结构得到保护。从策略上讲，结构消能减震是将地震输入结构的能量引向特别设置的机构和元件加以吸收和耗散，以保护主体结构的安全[6]。消能减震体系被广泛应用于高层建筑的抗震以及高耸构筑物（塔、架等）的抗震或抗风[1]。 2.2 工程应用[1] 首都规划大厦 首都规划大厦建于北京城市，是我国 至今为止自行设计的最高的全钢结构超高层建筑，是一座有50层的全钢结构超高层建筑，高205米，由北京市建筑设计研究院设计。该结构的结构平面为缺角的正方形，整个结构由钢框架和人字形支撑组成的钢核芯筒加外圈四片钢框架所构成。在结构设计时，在结构的14层、30层和47层设置了三个刚性层，这样便提高了结构的抗侧刚度。 该结构本着不增加或减小结构造价的原则，采用粘弹性阻尼器来保证在大震烈度下不超过我国高层钢结构技术规程中舒适度的设计界限具体做法如下： 除第一~三层和三个刚性层处外，将所有其余结构层内的人字形钢支撑改为人字型粘弹性阻尼器支撑。 粘弹性阻尼器的钢支撑必须保持与原人字型支撑有相同的抗侧刚度，以保证结构整体抗侧刚度不变。 粘弹性阻尼器支撑必须是具有足够的耗能能力，以减少结构的地震和风振反应。 依据上述做法，设计了首都规划大厦结构内筒上的人字型粘弹性阻尼器支撑，详见图所示： 图2.1 结构内筒上的粘弹性阻尼器支撑 3 隔震体系 3.1 隔震体系简介 在结构物底部与基础面之间设置某些隔震消能装置而构成的结构体系为抗震体系[1]。具体来说，在隔震层设计时，要满足以下要求[5]：①隔震层应具有足够的竖向刚度和竖向承载力，能稳定的承载上部结构；②具有足够的水平刚度，能保证将建筑物基本周期延长，减小地震作用；③隔震层要有一定的阻尼，能起到衰减振动、限制结构位移的作用，同时减小结构在强风和小震作用下的晃动；④选用的隔震支座要具有足够的耐久性，至少要大于建筑物设计基准周期；⑤隔震建筑的构造措施应满足