張忠良

【摘要】：國內(nèi)中低層隔震建筑物發(fā)展己漸成熟，國外由鋁心橡膠隔震組件和消能組件組合及多種隔震組件組合，所構(gòu)成的隔震系統(tǒng)經(jīng)過多次地震驗證性能，證實可行，并用于超高層建筑物；國內(nèi)現(xiàn)階段采用的隔震系統(tǒng)，超高層建筑物受日本影響逐漸起步，本文以日本大阪西梅田大樓、南堀江大樓兩棟超高層建筑為例，說明超高層隔震建筑設(shè)計、施工等原則，作為國內(nèi)推動超高層隔震建筑設(shè)計和施工之參考。

【關(guān)鍵詞】：超高層建筑物；隔震；消能；

1、耐震建筑物、隔震建筑物及消能建筑物

中國大部分地區(qū)地處于環(huán)太平洋地震帶上， 每年發(fā)生大地震機率較高，因此建筑物耐震設(shè)計非常重要。傳統(tǒng)建筑物采用耐震設(shè)計規(guī)范 設(shè)計建筑物，主要考慮強度及韌性，5.12地震后，由業(yè)界引進兩種耐震新技術(shù)隔震及消能。其技術(shù)由研究階段邁入實際應(yīng)用階段。這兩種耐震新技術(shù)在日本阪神地震發(fā)生后蓬勃發(fā)展；中國大部分地區(qū)和其它世界各主要受強震破壞國家均不例外。自2008年5.12地震發(fā)生以后，國內(nèi)采用隔震消能新技術(shù)的建筑物案例與日俱增，規(guī)范也適應(yīng)時勢所驅(qū)，于是耐震規(guī)范中列入專章，包括了有關(guān)隔震與消能設(shè)計的規(guī)定。

1.1耐震建筑物

耐震建筑物耐震設(shè)計的基本原則，使建筑物結(jié)構(gòu)體在中小度地震保持在彈性限度內(nèi)，設(shè)計地震時允許產(chǎn)生塑性變形，但韌性需求不能超過允許韌性容量，最大考慮地震時的使用韌性可以達(dá)到規(guī)定韌性之容量。

1.1.1中小度地震：回歸期大約為30年的地震，50年超越機率大約在80%左右，故在建筑物使用年限中發(fā)生的機率非常高，所以要求建筑物在中小度地震下的結(jié)構(gòu)體要保持在彈性限度內(nèi)，使地震過后，建筑物結(jié)構(gòu)體不受任何損壞，以避免建筑物在中小度地震過后修補麻煩。一般來說，對于高韌性容量的建筑物，這一目標(biāo)?？刂扑哪驼鹪O(shè)計。

1.1.2設(shè)計地震：回歸期為475年的地震，50年超越機率約在10%左右。所以該地震水平下的建筑物不得產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p壞，以避免造成嚴(yán)重的人命以及財產(chǎn)損失。對于重要建筑，所對應(yīng)的回歸期更長。設(shè)計地震下如若限制建筑物必須保持彈性，并不經(jīng)濟，因此允許建筑物在某些特定的位置（比如梁端部產(chǎn)生塑鉸，以此消耗地震能量，并降低建筑物所受的地震反應(yīng)）才是對付地震的經(jīng)濟做法。對防止過于嚴(yán)重，不可修護的損壞，建筑物產(chǎn)生的韌性比不能超過允許韌性容量。

1.1.3最大考慮地震：回歸期2500年的地震，50年超越機率約在2%左右。設(shè)計要使建筑物在該罕見的烈震下不產(chǎn)生崩塌，以避免造成嚴(yán)重 損失及二次災(zāi)害。實際地震 水平己經(jīng)為最大考慮地震，如還限制其韌性容量的使用，并不經(jīng)濟，所以允許結(jié)構(gòu)物使用韌性可以達(dá)到的韌性容量。

1.2隔震建筑物

隔震建筑物是在建筑物的基面設(shè)置隔震層。其隔震層系是由側(cè)向勁度較低的隔震組件組成，使整體隔震建筑物的周期大幅拉長，借以降低作用在結(jié)構(gòu)物上的地震力。但因周期增加以后，建筑物位移增加較低，因此，再配合消能組件提高系統(tǒng)的阻尼比，從而降低位移量。隔震建筑物還有一個特性，就是因為隔震層相較于上部結(jié)構(gòu)軟了許多，所以當(dāng)它受地震水平力的作用時，隔震層的相對變位較大，但上部結(jié)構(gòu)的相對變位較小。因此可以將上部結(jié)構(gòu)視為剛體。

1.3消能建筑物

消能建筑物就是加上一些阻尼器，以增加建筑物的阻尼比來達(dá)到耐震 目的。依據(jù)耐震設(shè)計規(guī)范10.2節(jié)定義，消能組件大概分為位移型、速度型以及其它型式。位移型消能組件顯現(xiàn)剛塑性 、雙線性或三線性遲滯行為，其反應(yīng)需和速度及激振頻率無關(guān)。速度型消能組件由于不同的阻尼比、勁度及材料分為：包含固態(tài)與液態(tài)黏彈性組件和液態(tài)黏滯性組件。第三類則包括括所有不屬于位移型和速度型的消能組件，典型范例包括形狀記憶合金、摩擦、彈簧組件，及兼具回復(fù)力及阻尼的液態(tài)消能組件。

2.世界各國隔震建筑物發(fā)展現(xiàn)狀

各國推展隔震建筑物數(shù)量不同，不過有一個共通點，即大地震來臨，往往成為催生者。比如美國北嶺地震（1994），日本阪神地震（1995），中國大部分地區(qū)集集地震（2008）等，雖然地震造成工程產(chǎn)官學(xué)界痛定思痛的痛楚，但經(jīng)建筑物損壞情形來看，終于肯定隔震建筑物在地震中的優(yōu)越性能。

3.耐震建筑與隔震建筑造價的比較

由日本統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，隔震建筑物和耐震建筑物造價相比較，如建筑物的高度在25m以下，那么隔震建筑物造價為耐震建筑物造價的105%-109%；如建筑物高度在25m-31m，隔震建筑物造價為耐震建筑物造價的102%-104%；如建筑物高度在31m以上，隔震建筑物造價為耐震建筑物造價的99%-103%。

另外比較隔震建筑物的結(jié)構(gòu)造價，辦公室的隔震建筑物結(jié)構(gòu)費用大概占建筑物費用的18%，旅館隔震建筑物結(jié)構(gòu)費用大概占建筑物費用的13%，醫(yī)院隔震建筑物的結(jié)構(gòu)費用大概占建筑物費用的8%。數(shù)據(jù)顯示越重要的建筑物，采用隔震建筑物設(shè)計，結(jié)構(gòu)費用相對來講最經(jīng)濟。

4.隔震建筑的新趨勢

高層和超高層隔震建筑物，目前日本最高隔震建筑物為位于大阪城的西梅田超高層計劃，地下1層，地上50層，屋突2層（SRC+RC）， 基礎(chǔ)隔震，樓高177.4M，高寬比5.8：1，隔震型式有滑動支承，積層橡膠，及U型鋼板消能器+fluid damper。

5.超高層隔震建筑物設(shè)計技術(shù)

超高層隔震建筑物設(shè)計技術(shù)主要有下列關(guān)鍵因素：

5.1長周期建筑物的隔震效果

隔震建筑物最優(yōu)越的抗震效果是延長建筑物的基本振動周期，但是高層建筑物的基本振動周期通常超過3秒，隔震后使建筑物基本振動周期拉長至5秒以上，由反應(yīng)譜顯示，兩者之間加速度反應(yīng)相差有限。但增加阻尼比降低地震位移反應(yīng)，則有貢獻(xiàn)。

5.2傾覆作用造成隔震組件受拉力

隔震組件在設(shè)計時必須要考慮地震力作用，因此拉力試驗成為規(guī)范修訂之首要任務(wù)。

5.3風(fēng)力作用

隔震層設(shè)計必須考慮地震力作用，小地震或風(fēng)力作用，隔震組件是否發(fā)揮功能？仍有待深入探討。

結(jié)論

目前，國內(nèi)有關(guān)超高層隔震建筑物設(shè)計與施工的相關(guān)研究仍然欠缺，己完成的研究報告仍有待產(chǎn)、官、學(xué)的意見補充，使研究成果得以展現(xiàn)，基于隔震建筑日趨普及，隔震建筑設(shè)計的審查、隔震消能材料的認(rèn)證以及驗證機制、和評定機構(gòu)的指定工作刻不容緩，該如何有效結(jié)合產(chǎn)、官、學(xué)三方，盡早制定完善超高層隔震建筑設(shè)計的審查機制、隔震消能材料試驗標(biāo)準(zhǔn)、以及裝設(shè)前中后的檢測，為當(dāng)務(wù)之急。本文認(rèn)為，在相關(guān)機制和配套措施仍然欠缺的情況下，隔震建筑物能否得以應(yīng)付千年以上的最大地震折磨、還有待深入探討，而超高層隔震建筑物的發(fā)展，應(yīng)當(dāng)在上述疑慮未澄清之前，應(yīng)該采取更為保守的做法。

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