浅谈高层建筑基础隔震结构设计_建筑设计论文发表

分类：建筑设计论文发表 时间：2011-08-10 09:20 关注：(1)

浅谈高层建筑基础隔震结构设计

胡执标 董燕

摘要：采用隔震设计不仅可以减少结构在风荷载作用下的位移，对减少结构水平和竖向地震作用。论文首先概述了隔震建筑的基本原理，分析了隔震建筑优越性，并重点探讨了高层建筑基础隔震结构关键设计。

关键词：高层建筑 隔震 设计

隔震技术主要应用于使用功能有特殊要求的建筑及抗震设防烈度为8、9度的建筑。隔震是指在建筑物与上部结构之间设置隔震层，把房屋结构与基础隔离开来，隔离地面运动能量向建筑物的传递，以减小建筑物的地震反应，实现地震时建筑物只发生轻微运动和变形，从而保证建筑物的安全。其主要特征是地震时继续保持建筑物的性能，即地震时不仅要确保建筑结构上的安全，还要使作用于建筑物上的水平重力加速度尽可能小，避免室内设施、器具、物品等移动翻到，现在这种技术在我国已基本发展成熟。论文重点探讨了高层建筑基础隔震结构关键设计。

1隔震建筑的基本原理及优越性

1.1隔震建筑的基本原理

隔震建筑是结构减震控制技术运用的其中一种，在日本叫“免震建筑”，其原理为:采用隔震装置改变建筑物与地基之间连接方式。首先，通过在建筑物底部和基础顶面之间设置隔震装置，延长结构的自振周期，使结构避开地震波的高能频带;其次，提供适当阻尼使建筑物的地震反应大大减弱。简单来说，就是用隔震装置将地震时建筑物的摆动转换为建筑物对地面的横向位移，地震能量由隔震装置自身的变形来吸收。如此隔震建筑物就大大的降低扭曲及弯曲，也会明显的降低摇摆程度(地震加速度)，因而降低构造及设备的破坏。

1.2隔震建筑优越性

1）耐震性能优异。隔震建筑物无论在大、中、小地震下，由上部结构引起的加速度及层间相对位移均小于传统建筑物。加速度减小降低了居民的恐慌程度，同时降低室内摆设及设备的损坏程度，而层间相对位移变小则有利于控制非结构墙体破坏的程度。2）工程造价降低。隔震建筑物上部结构的设计地震力要低于传统建筑物，因此梁、柱截面尺寸及构件配筋减少，从而降低建筑物的总造价，并且取得比传统建筑物更大的建筑空间。3）检测修复方便。由于隔震建筑物是通过外设装置而不是通过结构本身达到耐震要求的，所以其耐震性能的检测修复也只限于外设装置。这比传统建筑物要检测修复结构本身要方便快捷，建筑物在震后的快速修复，对震后恢复正常的生产和生活意义重大。

2高层建筑基础隔震结构关键设计

2.1空间构成设计

1）上部结构。为了上部结构不阻碍隔震层在地震时发生大的变形，应采取以下措施：上部结构的周边应设置防震缝缝宽不宜小于各隔震支座在罕遇地震下的最大水平位移值的1.2倍。上部结构(包括与其相连的任何构件)与地面(包括地下室和与其相连的构件)之间，宜设置明确的水平隔离缝;当设置水平隔离缝确有困难时，应设置可靠的水平滑移垫层；在走廊、楼梯、电梯等部位，应无任何障碍物。

2）隔震层。隔震层内部空间除放置隔震系统以及必要的管线外，不作居室或其它用途使用时，隔震层不予计入建筑面积、容积率、建筑物层数。但为确保建筑物使用安全，隔震层四周应予封闭，除必要的维修人员出入口外，不得设置其他出入口。隔震层需作停车场或仓库等其他用途时，按普通楼层对待应计入建筑面积。建筑物于隔震层的外周外墙的防护构造，如属隔震层必要的构造，一般建议隔震层高度采用1.8～2.1m之间，因考虑规划等因素，隔震层应计入建筑物高度。3）下部结构。下部结构位于隔震层下方，是支承上部结构及隔震层的部分。在不设地下室的基础隔震类型中，基础相当于下部结构。在中间层隔震的情况下，下部结构与一般抗震结构采用相同的处理手法和设计，不同的只是受到上部作用的地震力要小。

2.2隔震建筑的形式

1）基础隔震。采用基础隔震设计上应注意：在建筑物周边，隔震层部分要比基础大一圈，因此场地要宽裕。隔震层的凋围设挡土墙，其上部有墙外狭道等，因此要确保地震时不因上部结构的移动而带来其它问题；方便检查和更换隔震装置。为使设备管线适应隔震层的位移和变形，常采用柔性连接或球型接点，但要考虑安放装置及检修的空间。隔震建筑物与其它建筑物之间的联系通道要适应相对变形，确保畅通无阻。2）中间层隔震。为适应隔震层的移动变形，该部分的建筑外墙应设水平缝，但要考虑防水、隔音、防火等，也要注意立面的协调美观。解决楼梯、电梯井、机器升降、设备管线等贯穿隔震层的问题，并考虑防火区间的划分。便于检查、更换隔震装置及耐火材料等。3）人工隔震地基。采用人工隔震地基，设计上应注意：人工地基作为基本建设项目属共同财产，为各建筑物共同使用，应先明确所有权问题。人工地基上的建筑物不一定一次建成，应考虑部分竣工或增建改建等情况。人工地基设计时的标准掌握，建筑物的分摊份额及付款等法律上的问题，还有防火规范等，都应慎重考虑。

2.3场地与规划

隔震建筑设置有隔震层，在地震时上部结构会产生位移。因此，外部空间应作包括邻栋间距、

碰撞距离、消防及外观的舒适感等安全上的考虑。此外，建筑外墙、外围设施、坡地、挡土墙等，在场地规划时，也应从适应上部结构位移特性方面考虑。建筑物的长期使用过程中，其整个可移动范围内均不得堆放任何障碍物。在可移动范围，一般设有建筑的出入口，要注意不能因为上部结构的移动而使人受到伤害，为避免人、车轻易进入(出入口除外)，最好设置门墙或指示标记等。

2.4设计性能目标

抗展性能。大地震时具有高安全性是隔震建筑的特点，因此隔震设计以建设地区大地震的烈度为基准，以建筑本身及室内物品无损坏为目标确定抗震性能指标。非隔震的下部结构及基础部分(桩、挡土墙、地下室等)也要求有一定抗震能力，在大地震中结构基本保持在弹性范围以内。抗风性能。由于隔震建筑水平刚度小容易产生微小晃动，应考虑季节风等带来的不适，还会出现因风压而使隔震层的阻尼装置失效或高衰减的叠层橡胶的隔震效果降低等情况。因此风压产生的水平振动可能会有损建筑的使用性及隔震部件的耐久性。此外，罕遇的大台风也会使隔震层产生大的变形，所以要求隔震层具有抗风性。

2.5安全间距

为满足上部结构在地震时的变形，在水平方向，应保证具有上部结构地震变形量的1.5～2倍的安全距离，通常设计为30～40cm。对于竖向的安全间距，应考虑到支座橡胶的变形(徐变、温度变形、水平变形时的竖向沉降等)设定为橡胶总厚的百分比再加上施工误差。水平方向除避免结构体的碰撞外，还应采取必要措施使变形部位的装修及设备管线不受损坏。此外，建筑物在长期使用中必须保证所设定的安全间距，设计人员在工程竣工前，应提供以下说明:确立有效的维护管理体制;为隔震建筑的业主和使用者制定使用管理手册;在隔震层等可移动部位周围设置明显标志。

2.6隔震装置布置

在隔震建筑的设计中，原则上应使隔震层所有隔震构件的刚心与上部结构的重心一致，不产生扭转。但是，由于建筑物的不规则和柱网尺寸的限制，仅靠柱下配置的隔震支座会产生隔震层的刚心与上部结构的重心不一致。采用与隔震支座独立的阻尼器设计，在阻尼器的弹性范围内，可以使隔震层的刚心与上部结构的重心一致，避免隔震层的振动扭转。如果阻尼器布置在建筑外周，抑制扭转变形的效果更好。

3结语

总之，国内外对高层建筑采用隔震技术的需求不断增多，高层隔震也成为隔震技术发展的新趋势。本文对隔震关键设计提出了建议，对高层隔震设计中的关键问题进行了研究，希望对高层建筑基础隔震结构设计提供借鉴。

参考文献：

[1]党育，杜永峰，李慧.基础隔震结构设计及施工指南[M].北京:中国水利水电出版社，知识产权出版社，2007

[2]周福霖.工程结构减震控制[M].北京:地震出版社，1997

[3]梁兴文，邓明科，李晓文.钢筋混凝土高层建筑结构基于位移的抗震设计方法研究[J].2006.