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高層建筑結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)隔震技術(shù)分析
摘要:本文結(jié)合高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及特點(diǎn),對高層基礎(chǔ)隔震系統(tǒng)紐成和隔震原理進(jìn)行了研究,并詳細(xì)分析高層膈震體系的特殊性,為高層建筑抗震領(lǐng)域的研究提供指導(dǎo)和幫助。
關(guān)鍵詞:高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);隔震體系;技術(shù)
Abstract: In this paper, design and characteristics of high-rise buildings, high-rise New York into a base isolation system and the principle of isolation were studied and a detailed analysis of the particularity of the top diaphragm shock system, provide guidance and assistance for the study of high-rise buildings in seismic areas .
Keywords: tall building; structural design; isolation system; technology
建筑的誕生之初就被認(rèn)為是技術(shù)與審美融合的產(chǎn)物。這就意味著一個(gè)好的建筑,它必經(jīng)得起適用性、經(jīng)濟(jì)性與美觀性這三重考驗(yàn)。而伴隨著高層建筑在我國的迅速發(fā)展和建筑高度的不斷增加,高層建筑的安全性,堅(jiān)固耐用性亦成為人們所追求的目標(biāo)。
一、高層建筑的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)理念
現(xiàn)代的高層建筑變得越來越纖細(xì),產(chǎn)生更大側(cè)移的可能性比以往大體積的多層高樓要大。建筑愈高,自然界所產(chǎn)生的重力荷載、風(fēng)荷載和地震荷載的影響愈大。正因?yàn)槿绱耍窒@些荷載的結(jié)構(gòu)作用成為高層建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。高層建筑對側(cè)向荷載的動力反應(yīng),可以通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)以及選擇有效建筑形式的措施加以控制。因此,高層建筑的形式在很大程度上和結(jié)構(gòu)的有效性有關(guān),這也就決定了建筑的經(jīng)濟(jì)性。建筑的結(jié)構(gòu)性能可以定義為建筑承受荷載以及抵抗側(cè)移的能力,同時(shí)也決定著建筑各體量的組成。
從表象層面看,建筑表現(xiàn)為空間方面的概念的形式是表現(xiàn)總體環(huán)境的。對于某個(gè)建筑物最初方案設(shè)計(jì)。建筑師考慮更多的是它的空間組成特點(diǎn),而不是詳細(xì)地確定它的具體結(jié)構(gòu)。但是,關(guān)于空間形式的整體設(shè)想,也要求建筑師必須考慮建筑形式中有關(guān)荷載與抗力之間關(guān)系的某些準(zhǔn)則。即結(jié)構(gòu)概念。這包括以下幾方面:一是所設(shè)想的空間形式應(yīng)當(dāng)固定在地面上。二是所設(shè)想的空間形式必須能抵抗水平風(fēng)力作用的地震作用。所以,在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時(shí),建筑師的基本任務(wù)是;一方面要與結(jié)構(gòu)工程師及其他工程技術(shù)人員協(xié)調(diào)合作,另一方面要根據(jù)建筑功能要求、建筑立意,場地情況、外力特征,施工條件及效率等因素,尋找出最經(jīng)濟(jì)、合理、美觀的建筑方案。
二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特殊性
(一)水平荷載成為決定因素。一方面。因?yàn)闃欠孔灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值,僅與樓房高度的一次方成正比,而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩,以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力,是與樓房高度的兩次方成正比;另一方面,對某一定高度樓房來說,豎向荷載大體上是定值,而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用,其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。
(二)軸向變形不容忽視。高層建筑中,豎向荷載數(shù)值很大,能夠在柱中引起較大的軸向變形,從而會對連續(xù)粱彎矩產(chǎn)生影響,造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小,跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大,還會對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響,要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值,對下料長度進(jìn)行調(diào)整。另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響,與考慮構(gòu)件豎向變形比較,會得出偏于不安全的結(jié)果。
(三)側(cè)移成為控制指標(biāo)。與較低樓房不同,結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加,水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大,因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。
(四)結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)。相對于較低樓房而言,高樓結(jié)構(gòu)更柔一些,在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力,避免倒塌,特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧,來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
三、高層隔震體系的特殊性
高層、超高層隕震體系與常規(guī)的隔震體系相比,具有特殊性。首先對高層隔震建筑,上部結(jié)構(gòu)不能滿足剛體運(yùn)動的假定,高振型反應(yīng)分量的影響不能忽視,不能簡單地以結(jié)構(gòu)第一振型為主確定上部結(jié)構(gòu)反應(yīng);二是由于高層、超高層結(jié)構(gòu)的水平地震力產(chǎn)生的傾覆力矩比較大,在較大地震和強(qiáng)風(fēng)作用下,隔震支座可能會有拉應(yīng)力的出現(xiàn),如何避免和控制隔震支座的拉應(yīng)力是一個(gè)問題。三是高層、超高層的自振周期都比較長,所以必須進(jìn)一步延長高層、超高層隔震建筑的基本周期,以達(dá)到更好的隔震效果。低彈性、大變形能力的隔震支座的開發(fā)和性能研究是在強(qiáng)震和強(qiáng)風(fēng)作用下的各種分析,具有較高的研究價(jià)值和重大的工程意義。
四、高層基礎(chǔ)隔震系統(tǒng)組成
基礎(chǔ)隔震建筑體系通過在建筑物的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震層,將建筑物分為上部結(jié)構(gòu)、隔震層和下部結(jié)構(gòu)3部分。地震能量經(jīng)由下部分結(jié)構(gòu)傳到隔震層,大部分被隔震層的隔震裝置吸收,僅有少部分傳到上部結(jié)構(gòu),從而大大減輕地震作用,提高隔震建筑的安全性。經(jīng)過人們不斷的探索,如今基礎(chǔ)隔震技術(shù)已經(jīng)系統(tǒng)化、實(shí)用化,它包括摩擦滑移系統(tǒng),疊層橡膠支座系統(tǒng)、摩擦擺系統(tǒng)等。目前工程最常用的是疊層像膠支座隔震系統(tǒng)。這種隔震系統(tǒng)。性能穩(wěn)定可靠,采用專門的疊層橡膠支座作為隔震元件,該支座是由一層層的薄鋼板和橡膠相互盛置,經(jīng)過專門的硫化工藝粘合而成,其結(jié)構(gòu)、配方、工藝需要特殊的設(shè)計(jì),屬于一種橡膠厚制品。目前常用的橡膠隔震支座有:天然橡膠支座、鉛芯橡膠支座、高阻尼橡膠支座等。
五、高層基礎(chǔ)隔震技術(shù)原理
傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)是通過結(jié)構(gòu)和構(gòu)件來抵抗并消耗地震能量的,設(shè)計(jì)時(shí)將地震作用力作為一種外加荷載,與作用在結(jié)構(gòu)上的其他荷載進(jìn)行組合來設(shè)計(jì)和驗(yàn)算結(jié)構(gòu)是否滿足設(shè)計(jì)和使用要求。隔震建筑則增加了專門的變形和耗能裝置:橡膠隔震支座和阻尼器(如鉛阻尼器、油阻尼器、鋼棒阻尼器、粘彈性阻尼器、滑板支座等)橡膠隔震支座具有提供豎向承載能力、彈性得位能力、良好的變形能力等特性。此外鉛芯橡膠隔震支座同時(shí)還具有消耗地震能量的耗能特性。另一方面,傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)體系中,低層震建筑的周期延長到2―5秒,有效地降低了結(jié)構(gòu)的地震加速度反應(yīng)。
采用隔震技術(shù),上部結(jié)構(gòu)的地震作用一般可減小3―6倍,地震時(shí)建筑物上部結(jié)構(gòu)的反應(yīng)以第一振型為主。類似干剛體平動,基本無反應(yīng)放大作用,通過隔震層的相對大位移來降低上部結(jié)構(gòu)所受的地震荷載。按照較高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和采用基礎(chǔ)隔震措施后,地震時(shí)上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)很小,結(jié)構(gòu)構(gòu)件和內(nèi)部設(shè)備都不會發(fā)生破壞或喪失正常的使用功能,在房屋內(nèi)部工作和生活的人員不僅不會遭受傷害。也不會感受到強(qiáng)烈的搖晃,強(qiáng)震發(fā)生后人員無需疏散,房屋無需修理或僅需一般修理。從而保證建筑物的安全甚至避免非結(jié)構(gòu)構(gòu)件如設(shè)備、裝修破、壞等次生災(zāi)害的發(fā)生。
參考文獻(xiàn):
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