关键词：高层建筑；结构设计；隔震体系；技术
建筑的诞生之初就被认为是技术与审美融合的产物。这就意味着一个好的建筑，它必经得起适用性、经济性与美观性这三重考验。而伴随着高层建筑在我国的迅速发展和建筑高度的不断增加，高层建筑的安全性，坚固耐用性亦成为人们所追求的目标。
1.高层隔震体系的特殊性
高层、超高层陨震体系与常规的隔震体系相比，具有特殊性。首先对高层隔震建筑，上部结构不能满足刚体运动的假定，高振型反应分量的影响不能忽视，不能简单地以结构第一振型为主确定上部结构反应；二是由于高层、超高层结构的水平地震力产生的倾覆力矩比较大，在较大地震和强风作用下，隔震支座可能会有拉应力的出现，如何避免和控制隔震支座的拉应力是一个问题。三是高层、超高层的自振周期都比较长，所以必须进一步延长高层、超高层隔震建筑的基本周期，以达到更好的隔震效果。低弹性、大变形能力的隔震支座的开发和性能研究是在强震和强风作用下的各种分析，具有较高的研究价值和重大的工程意义。
2.高层基础隔震系统组成
基础隔震建筑体系通过在建筑物的基础和上部结构之间设置隔震层，将建筑物分为上部结构、隔震层和下部结构3部分。地震能量经由下部分结构传到隔震层，大部分被隔震层的隔震装置吸收，仅有少部分传到上部结构，从而大大减轻地震作用，提高隔震建筑的安全性。经过人们不断的探索，如今基础隔震技术已经系统化、实用化，它包括摩擦滑移系统，叠层橡胶支座系统、摩擦摆系统等。目前工程最常用的是叠层像胶支座隔震系统。这种隔震系统．性能稳定可靠，采用专门的叠层橡胶支座作为隔震元件，该支座是由一层层的薄钢板和橡胶相互盛置，经过专门的硫化工艺粘合而成，其结构、配方、工艺需要特殊的设计，属于一种橡胶厚制品。目前常用的橡胶隔震支座有：天然橡胶支座、铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座等。
3.叠层橡胶垫体系的隔震原理
对建筑物地震反应有重要影响的主要因素有两个：一个是结构的周期，一个是阻尼比．普通非隔震中低层建筑物的刚度大、周期短，其基本周期正好在地震输入能量最大的频段上．因此相应的加速度反应比地面运动放大得多，而位移反应却较小，如果延长建筑物的周期，而保持阻尼不变，则加速度反应被大大降低，但位移反应却有所增加，如果继续加大结构的阻尼，加速度反应则继续减弱，且位移反应也得到明显降低，这就是说，通过延长结构的周期并给予较大的阻尼，就可使结构上的加速度反应大大降低．同时，对结构产生的较大位移可由上部结构底部和基础顶部之间设置的隔震层来提供，而不由上部结构自身的相对位移来承担．这样，上部结构在地震过程中就会发生接近平移的运动，大大提高了上部结构的安全度。
叠层橡胶垫基础隔震体系的隔震层是由若干个隔震器所组成．隔震器包括叠层橡胶垫和阻尼器，分普通叠层橡胶垫、铅芯橡胶垫和高阻尼橡胶垫．这种隔震体系的周期长、阻尼比大，隔震效果明显．尤其采用后两种隔震器，不需再另外附加阻尼器，便于施工。
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4.叠层橡胶垫基础隔震体系的性能评价
在诸多基础隔震体系中，通过大量的实验和研究，根据国际上对隔震体系的评价标准，叠层橡胶垫隔震体系有下面一些性能优势：
（1）该体系的竖向承载力大。一般单个的隔震器竖向承载力设计值可达数千吨，极限承载力可达上万吨。
（2）该体系的隔震层具有稳定的弹性复位功能，能在多次地震中自动瞬时复位．这是摩擦滑移隔震体系所完全不能相比的。
（3）隔震器的耐久性好，抗低周疲劳性能、抗热空气老化、抗臭氧老化、耐酸性、耐水性均较好．通过对产品试件的各类性能测试，其使用寿命在60～80年．最近日本曾将一幢使用了10年之久的叠层橡胶垫基础隔震楼中的隔震器更换下来进行各类性能测试，结果发现，其各类指标与10年前相比，几乎没有什么变化。
（4）隔震效果明显，其加速度反应大大低于非隔震结构，且理论分析结果与实验结果比较吻合。
（5）与其它隔震体系相比，隔震器受地基不均匀沉降的影响并不十分明显，且构造简单、安装方便，传力方式简单明确。
尽管叠层橡胶垫隔震结构有诸多明显的优点，但在研究过程中发现，该体系在动力性能方面要求相当严格，不论从设计还是到施工，都与传统的非隔震结构有很大的区别．为了保证分析与计算结果的可靠性，分别采用4条途径分析了不同类型的4种结构体系的动力响应，发现：
1）叠层橡胶垫基础隔震结构的动力特性，不但随结构体系的类型不同而变化，而且与隔震器安装位置的不同也有很大关系．因此，在设计时不但要对其进行专门的概念设计，而且应从多角度进行动力分析，合理、准确地把握其动力响应，才能保证做出安全、可靠的设计。
2）在隔震结构中，为了真正实现上部结构与地面的“隔离”，还需注意一些关键部位的构造处理．如底层楼梯与主体结构的隔离处理，上下水、煤气、供暖及配电管道穿越隔震层时的柔性化问题等，有一方面疏忽都会在地震中带来巨大的灾难。
3）除此之外，叠层橡胶垫基础隔震体系的隔震层对施工的要求是比较严格的．隔震层的位移不能受任何原因的干扰和约束，施工时不能损伤隔震器及其附件，并要求隔震器安置有较高的水平度，以确保地震时隔震层能发生水平位移并瞬时复位。
5.结论
（1）由于叠层橡胶垫隔震体系具有竖向承载力大、弹性复位功能强、隔震效果明显等性能优势，因此在设计中，对传统楼房的高度限值和安全距离等限制条件均可适当放宽。
（2）研究结果表明，叠层橡胶垫基础隔震体系上部结构的设防烈度可降低1～2度，且仍有较大的安全储量。
（3）虽然隔震体系要增加一层隔震层，似乎造价有所增高．但随上部结构设防烈度的降低而节约的造价，可用于建造隔震层．因此，对整个隔震建筑的工程造价来说，和同类非隔震建筑相比，造价会在—5～+5之间浮动．如果把建筑物全寿命及地震时建筑结构的破坏、内部财产的损失、人员伤亡以及建筑物损坏造成的停工停产所带来的损失加起来，该基础隔震体系的经济效益和社会效益十分巨大，是一种极具推广和应用的新技术。
参考文献
［１］姚亚雄.建筑创作与结构形态[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2000.
［２］美国高层建筑和城市环境协会.高层建筑设计[M].北京：中国建筑工业出版社，1997．
［３］雷春浓.现代高层建筑设计[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.
论文作者:蒙莹
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/19
标签：结构论文; 体系论文; 支座论文; 高层论文; 基础论文; 阻尼论文; 橡胶垫论文; 《建筑学研究前沿》2018年第25期论文;