【摘要】建筑结构设计过程的隔震减震是比较重要的内容，应做到小震不坏、中震能能修、大震不倒的标准。科学合理的隔震措施可以加强建筑结构设计的安全性能及质量，在某种程度上发挥着不可忽视的作用。本文根据工程案例，对高层建筑结构的隔震措施应用进行分析，供同行借鉴参考。
【关键词】 高层建筑；结构设计；隔震结构
引言
隔震措施比较多样化，如应用特殊材料的地基、层间隔震，其中应用特殊材料的地基一般采用黏土、砂子、沥青特殊材料等实现地基隔震。而基础隔震是属于高效隔震措施，混合隔震装置、夹层橡胶垫隔震装置等则属于该措施较常使用的隔震装置；层间隔震则属于抗震和隔震相结合的一种方法，在原结构上安装由质量和隔震支座组成的耗能减震装置属于该方法的基本原理。而减震措施主要借助建筑物以外的部件增加阻尼，实现地震能量在传递过程中的消耗，因此，优化布置消能部件、确定结构主轴方向，实现地震能量的消减，从而提高建筑的安全性。
一、隔震措施在建筑结构设计中的应用
（一）工程概况
某项目32层，其隔震层设置在 3.2m层高的非机动车夹层，塔楼屋面高度为 93.07m、最大建筑总高度为 99.75m，抗震设防烈度为 8 度、场地类别为Ⅱ类、地面粗糙度为 B 类，基本风压取 0.33kN/m2，采用基础隔震措施。
（二）结构计算与分析
该建筑的抗震设计目标为“小震不坏，中震即用，大震可修”，因此，设计人员在设计之初明确了如下抗震性能目标：①隔震层以上结构。多遇地震下“弹性”、设防地震下“除连梁外，保持不屈服且层间位移角≤1/800”、罕遇地震下“除连梁外，个别抗侧构件屈服层间位移角≤1/500”。②隔震层。隔震装置在多遇地震下“弹性”、设防地震下“正常工作”、罕遇地震下“不丧失功能且剪应变≤250%”，支墩保持“弹性”。③地下室直接支承构件。在多遇地震、设防地震下“弹性”，罕遇地震下“抗剪弹性”。整体抗震目标为水平向减震系数小于 0.4，因此，设计人员采用了布置铅锌橡胶支座（LRB）、天然橡胶支座（LNR）的隔震支座布置设计，其中铅锌橡胶支座与天然橡胶支座共计 26 个。
（三）隔震分析
为提升抗震措施在研究对象塔楼的应用质量，设计人员应用 ETABS 软件开展了具体隔震分析，这一分析主要围绕中震、大震阶段的隔震结构非线性时程分析展开，同时引入 YJK软件开展结构的配筋计算和施工图设计，由此可发现，2种软件得出的隔震前后相应周期、结构总质量等参数差异较小，因此，可确定计算结果和分析的可靠性。在前3阶振型周期的隔震前后结构对比中，T 1周期隔震前与隔震后的结构振型周期分别为 1.507s 和 4.673s；T 2周期隔震前与隔震后的结构振型周期分别为 1.475s 和 4.669s；T 3周期隔震前与隔震后的结构振型周期分别为 1.173s 和 3.903s，可见隔震措施的应用实现了结构扭转不利影响的显著消减、场地特征周期远离，结构基本周期振型质量、平动因素也因此大幅增加。此外，通过时程函数输入、水平向减震系数开展时程分析，可得出上部结构中震时结构最大层间位移角为 1/893，大震时上部结构最大层间位移角则为 1/537，可确定研究对象 32 层塔楼的基础隔震措施应用可满足需要。
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（四）具体隔震构造
隔震构造包括：①水平隔震沟设置。在建筑隔震层房屋周边设置水平隔震沟，考虑到罕遇地震最大化水平位移，可得出 600mm 的设备管线（相关构件）防碰撞宽度。②水平隔离缝设置。在隔墙、通风井等上部结构与下部结构间设置水平隔离缝（完全贯通），结合计算确定水平隔离缝高为 20mm 并采用柔性材料进行填充。同时，还需要在必要位置设置隔离井和分缝，以避免碰撞问题出现，如隔震层及以下的楼梯等部位。③开展专门的构造设计。
（五）隔震设计关键点
1.减震效果与结构经济性
设计人员采用了控制隔震前结构周期、减小上部结构质量、合理布置剪力墙（结合建筑功能）、取消电梯井周边墙等具体措施。为避免出现较大拉力，设计人员还采用了大空间井字形布置的长墙且弱化了周边剪力墙。具体设计中，设计人员在初设中进行了上部结构基本周期的调整，这一调整在不增加混凝土用量和墙体总面积的基础上将基本周期从 2.1s 调整为 1.5s，而在隔震后则将基本周期放大为 4.67s （隔震层以上结构），同时采用了混合布置铅锌橡胶支座（LRB）、天然橡胶支座（LNR）的设计方式，2 种大直径支座的应用有效实现了隔震层偏心率的控制，罕遇地震下的隔震层变形由此得到了更好控制，由此建筑在未设置阻尼器前实现了水平向减震系数小于 0.4 且地下空间大幅优化的成果。
2.抗倾覆验算
为进一步保证隔震设计有效性，设计人员还开展了隔震设计后的建筑抗倾覆验算，这一验算采用了大震作用计算倾覆力矩，并需要保证大震作用隔震支座不出现拉应力、瞬时压应力不大于 30MPa，由此求得了 X 方向、Y 方向抗倾覆安全系数分别为 2.84 和 3.17，抗倾覆验算证明了隔震设计的有效性。
3.三向时程分析复核
开展罕遇地震下三向时程分析，可发现单向与三向水平减震系数分别为 0.368 和 0.336，单向和三向的大震下支座最大拉应力分别为 0.42MPa 和 0.61MPa，单向和三向下的大震下支座最大压应力分别为 27.0MPa 和 26.7MPa，单向和三向的大震下隔震层最大侧移则分别为 467mm 和 503mm，结合具体计算结果可确定隔震设计满足抗震规范要求。
4.下部结构与基础构件设计
基于上部结构整体进行隔震层顶盖计算，将地下室顶板作为嵌固部位计算，由此可得出，X 方向、Y 方向的嵌固刚度比计算结果分别为 2.04 和 2.07。值得注意的是，中震和大震中的地下室结构设计存在等效模型底部总剪力计算结果略大于非线性时程分析平均值的情况，这种情况的出现源于上部结构进入弹塑性未被纳入考量，因此，支承构件的配筋、抗剪承载力验算需要按中震组合下内力设计值进行，同时还需要采用隔震前中震和大震对应的 α max （地震影响系数最大值）作为模型计算中采用的地震影响系数最大值。
二、结语
综上所述，高层建筑结构设计中的隔震措施应用具备较高现实意义。而在此基础上，本文涉及的减震效果与结构经济性、抗倾覆验算、三向时程分析复核、下部结构与基础构件设计等内容，则证明了研究的实践价值。因此，在高层建筑结构设计、隔震措施相关的理论研究和实践探索中，本文内容能够发挥一定程度的参考作用。
参考文献：
[1] 修明慧 . 高层框架—剪力墙隔震结构设计理论与试验研究 [D]. 广州大学 ,2017.
[2] 张桢 . 高层混凝土抗震墙隔震结构地震反应的支座力学参数影响分析 [D]. 太原理工大学 ,2017,85(8)123-129.
论文作者:叶阳阳,
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第01期
论文发表时间:2019/4/1
标签：结构论文; 支座论文; 周期论文; 措施论文; 分别为论文; 结构设计论文; 大震论文; 《城镇建设》2019年第01期论文;