《地震工程学课程论文-超高层隔震建筑物结构设计技术》.doc

《地震工程学》课程论文论文名称：超高层隔震建筑物结构设计技术超高层隔震建筑物结构设计技术摘要在建筑结构中加入隔震设计或是在已有建筑中加入隔震技术的改造将有助于降低建筑物特别是高层建筑在地震中的影响。 关键词structural design 1 引言 近代的基础隔震技术基本上可分为两大类,即弹性隔震和基础滑动隔震[1-4]。在弹性隔震中,叠层钢板橡胶垫隔震技术[5, 6]应用最多。这类隔震方案主要是在房屋底层与基础顶面之间增设一个侧向刚度很低的隔震层,使在地震过程中整个结构体系的周期变长,变形集中在底层,上部结构基本上是刚性运动。但主要用于隔震水平地震动,对于竖向震动则几乎没有隔离作用;另一方面,这种隔震体系实际上是在地震时对上部结构起着低通滤波的作用,地震中的中高频成分几乎全部可以滤掉,但并不能完全避免结构共振。中国大部分地区地处环太平洋地震带上，每年发生大地震机率甚高，因此建筑物之耐震设计非常重要。传统建筑物采用耐震设计规范设计建筑结构物，主要考虑强度与韧性，5.12地震后，由业界引进两种耐震新技术，一为隔震，另一为消能。其技术由研究阶段迈入实际应用阶段。此两种耐震新技术在日本阪神地震发生后，蓬勃发展；中国大部分地区与其它世界各主要受强震侵袭国家也不例外。自2008年5.12集集地震发生后，国内采用隔震消能新技术的建筑物案例与日俱增，规范也适应时势所驱，于耐震规范中列入专章包括了有关隔震与消能设计的规定。 隔震技术隔震技术不仅在新建工程中获得应用而且已用于现有建筑的抗震加固改造[7, 8]。隔震装置可安装在结构的防火层或设备层隔震层可设置在结构的不同部位如基础、中间层等也可设置在房屋的顶层同时起到结构加层和抗震加固的目的。由于传统的加固改造技术对结构震后的性能和不可靠程度缺乏准确地了解故较难达到强度和延性的合理匹配。采用隔震技术对结构进行加固改造通过在隔震层设置刚度很小的隔震装置将地震变形集中到隔震装置上相对于依靠结构本身的较高强度和较低变形来吸引地震能量而言隔震结构的周期和阻尼都有很多的提高故加速度和位移反应明显降低。同时耗能减震加固改造技术智能材料加固改造技术以及吸振减震加固改造技术等开辟了房屋加固改造的新途径。 耐震建筑物、隔震建筑物与消能建筑物 .1 耐震建筑物耐震建筑物耐震设计之基本原则系使建筑物结构体在中小度地震时保持在弹性限度内，设计地震时容许产生塑性变形，但韧性需求不得超过容许韧性容量，最大考虑地震时则使用之韧性可以达规定之韧性容量。 .2 隔震建筑物隔震建筑物系在建筑物基面设置隔震层。该隔震层系由侧向劲度很低的隔震组件构成，让整体隔震建筑物之周期大幅拉长，藉以降低作用在结构物上之地震力。然因周期增加后，建筑物之位移增加很多，因此再配合消能组件，提高系统的阻尼比，进而降低位移量。最常用的隔震组件为铅心橡胶支承垫(Lead rubber bearing，简称LRB)，中间所加之铅心，就是来提供消能的，而拉长周期就靠橡胶层受水平剪力作用时具有低劲度的特性来达成。LRB消能的特性很稳定，虽经过多周次之作用，其强度、劲度及消能之能力并没有明显的衰减。 　　隔震建筑物另有一个特性，就是因为隔震层相对于上部结构软了许多，因此当其受地震水平力作用时，隔震层的相对变位很大，而上部结构的相对变位很小。因此有时为简单计，可以将上部结构视为刚体。 .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来达到耐震的目的。依据耐震设计规范10.2节之定义，消能组件概分为位移型、速度型与其它型式。位移型消能组件显现刚塑性(摩擦组件)、双线性(金属降伏组件)或三线性迟滞行为，且其反应需与速度及激振频率无关。速度型消能组件因不同的阻尼比、劲度及材料可分为：包含固态与液态之黏弹性组件及液态黏滞性组件。第三类(其它)则含括所有不属于位移型与速度型的消能组件，其典型范例包括形状记忆合金(超弹性效应)、摩擦.弹簧组件，以及兼具回复力与阻尼的液态消能组件。 隔震建筑的形式.1 基础隔震基础隔震是建筑抗震新技术家族中的佼佼者大量试验研究及多次强震实践表明基础隔震以其极少的投资换取很大的安全系数。基础滑动隔震效果受地面运动频率特性的影响较小几乎不会发生共振现象[9]。 　　所谓基础隔震就是在建筑物的基础与上部结构之间增设高度很矮具有足够可靠性的隔震层控制地面运动向上部结构传递地震时其能量可反馈到地面或由隔震层吸收以大大减小结构及构件的地震反应确保建筑物的整体安全其内部设备不发生破坏或丧失使用功能室内人员不遭受伤害也不会有强烈震感[10]。同时还可防止结构内部的次生灾害。主震后无需避震疏散即使发生罕遇大震隔震房屋也不会倒塌。 　　在其中使用的橡胶隔震垫不仅有良好的隔震性能而且该技术在造价方面也有其优越性。隔震结构与一般结构相