【专业知识】超高层隔震建筑物结构设计技术

1、本文极具参考价值，如若有用请打赏支持我们！不胜感激!【专业知识】超高层隔震建筑物结构设计技术一、耐震建筑物、隔震建筑物与消能建筑物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，5.125.12 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 20082008 年 5.125.12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

2、，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。1.1.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。（1 1） 中小度地震：为回归期约 3030 年之地震，其 5050 年超越机率约为 8080 噓右，所以 在建筑物使用年限中发生的机率相当高，因此要求建筑物于此中小度地震下结构体 保持在弹性限度内，使地震过后，建筑物结构体没有任何损坏，以避免建筑物需在中小度地震后修补之麻烦。一般而言，对高韧性容量的建筑物而言，此

3、一目标常控 制其耐震设计。（2 2） 设计地震：为回归期 475475 年之地震，其 5050 年超越机率约为 1010 注右。于此地 震水平下建筑物不得产生严重损坏，以避免造成严重的人命及财产损失。对重要建 筑物而言，其对应的本文极具参考价值，如若有用请打赏支持我们！不胜感激!回归期更长。于设计地震下若限制建筑物仍须保持弹性，殊不 经济，因此容许建筑物在一些特定位置如梁之端部产生塑铰，藉以消耗地震能量， 并降低建筑物所受之地震反应，乃对付地震的经济做法。 为防止过于严重之不可修 护的损坏， 建筑物产生的韧性比不得超过容许韧性容量。（3 3）最大考虑地震：为回归期 25002500 年之地震，

4、其 5050 年超越机率约为 2 2 注右。设 计目标在使建筑物于此罕见之烈震下不产生崩塌，以避免造成严重之损失或造成二 次灾害。因为地震之水平已经为最大考虑地震，若还限制其韧性容量之使用，殊不 经济，所以允许结构物使用之韧性可以达到其韧性容量。2 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（leadrubberbearingleadrubberbearin

5、g ，简称 lrblrb），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。lrblrb 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。3.3.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 10.210.2 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

6、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， 其典型范本文极具参考价值，如若有用请打赏支持我们！不胜感激!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。二、世界各国隔震建筑物发展现况各国推展隔震建筑物数量不一，不过有一共通点，即大地震来临，往往成为催生者。 如美国北岭地震（19941994），日本阪神地震（19951995），中国大部分地区集集地震（200

7、82008） 等，虽然地震造成工程产官学界痛定思痛之痛楚，但经由其它建筑物损坏情形，终 于肯定隔震建筑物在地震中的优越性。三、耐震建筑与隔震建筑造价比较由日本统计数据显示，隔震建筑物与耐震建筑物造价比较， 建筑物高度在 25m25m 以下, 隔震建筑物造价约为耐震建筑物造价之 105%-109%105%-109%建筑物高度在 25m-31m25m-31m 隔震建 筑物造价约为耐震建筑物造价之 102%-104%102%-104%建筑物高度在 31m31m 以上，隔震建筑物造 价约为耐震建筑物造价之99%-103%99%-103%另比较隔震建筑物结构造价比较，办公室隔震建 筑物之结构费用约占建筑

8、物费用之18%18%旅馆建筑隔震建筑物之结构费用约占建筑物 费用之 13%13%医院隔震建筑物之结构费用约占建筑物费用之8%8%显示越重要之建筑物，采用隔震建筑物设计，结构费用相对最经济。四、隔震建筑新趋势高层与超高层隔震建筑物，目前日本最高隔震建筑物为位于大阪城之西梅田超高层计划，地下 1 1 层，地上 5050 层，屋突 2 2 层（src+rcsrc+rc），基础隔震，楼高 177.4m,177.4m,高宽 比 5.85.8 : 1 1，隔震型式有滑动支承，积层橡胶垫，及 u u 型钢板消能器+fluiddamper.+fluiddamper.五、超高层隔震建筑物设计技术超高层隔震建筑物

9、设计技术主要有下列关键因素：1.1.长周期建筑物之隔震效果本文极具参考价值，如若有用请打赏支持我们！不胜感激!隔震建筑物之最优越抗震效果即在延长建筑物基本振动周期，但高层建筑物基本振 动周期往往超过 3 3 秒，隔震后即使将建筑物基本振动周期拉长至 5 5 秒以上，由反应 谱显示，两者加速度反应相差有限。但是在增加阻尼比降低地震位移反应，则有其 贡献。2 2倾覆作用造成隔震组件受拉力隔震组件设计时必须考虑拉力作用，因此拉力试验成为规范修订之首要任务。3.3.风力作用隔震层设计时必须考虑地震力作用，但是小地震或风力作用，隔震组件是否发挥功 能？仍有待深入探讨。结论目前，国内有关超高层隔震建筑物设计与施工之相关研 究仍相当欠缺，已完成之研究报告仍有待产、官、学之意见补充，使研究成果得以 展现，鉴于隔震建筑日趋普及，隔震建筑设计审查、隔震消能材料认证与验证机制、 以及评定机构之指定工作，已刻不容缓，如何有效结合产、官、学三方，尽早订定 完善之超高层隔震建筑设计审查机制、隔震消能材料试验标准、以及装设前中后之 检测，实为当务之急。本文认为，在相关机制与配套措施均付之阙如下，隔震建筑 物是否得以应付 25002500 年以上之最大地震折磨尚待深入探讨，则超高层隔震建筑物发 展，应在上述疑虑未澄清前，应采取更为保守之作为。结语：借用拿