（宿遷市新筑藝建筑設(shè)計有限公司，江蘇，宿遷，223900）

【摘要】出于對工程造價和抗震安全的需要，框架剪力墻結(jié)構(gòu)形式在我國高層建筑中應(yīng)用廣泛，然而由于采用了不合理的抗震隔震技術(shù)，目前我國很多高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)出現(xiàn)輕重不同程度的震害。通過分析層間隔震技術(shù)的基本隔震減震原理，從減震效果、施工難易程度以及工程造價三個角度出發(fā)，對比分析了層間隔震與基礎(chǔ)隔震技術(shù)的適用范圍及優(yōu)缺點，并闡述了層間隔震技術(shù)的廣闊應(yīng)用前景，對于豐富我國高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震減震理論，保證廣大群眾的生命財產(chǎn)安全具有非常重要的理論和現(xiàn)實意義。

【關(guān)鍵詞】高層；框架剪力墻結(jié)構(gòu)；層間隔震

1 引言

由于高層建筑可以節(jié)省大面積的建筑用地，減少市政建設(shè)投資，縮短建筑工程工期等優(yōu)點，因此近年來高層建筑在建筑工程中的應(yīng)用日益增多。但是多高層建筑結(jié)構(gòu)與一般建筑不同，它是一種建筑面積、高度、自重大，結(jié)構(gòu)平面布置、受力情況復(fù)雜的特殊性建筑，因此必須正確選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，以保證高層建筑的安全、投資和施工進度。目前高層建筑中比較常用的結(jié)構(gòu)類型主要有框架結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)以及剪力墻結(jié)構(gòu)，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)就是在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量剪力墻的結(jié)構(gòu)體系，不僅使建筑具有相當(dāng)大的剛度來提高建筑物的抗側(cè)能力，還可以提供局部大空間，滿足使用空間的靈活自由，而且相對框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)來說工程造價比較低，抗震效果比較好，因此在我國高層建筑中應(yīng)用廣泛。

隨著高層建筑室內(nèi)外裝修以及附屬設(shè)備設(shè)施造價的提升，傳統(tǒng)的依靠結(jié)構(gòu)構(gòu)件自身的彈塑性變形和延性來抵御地震作用的抗震理論，已經(jīng)不再適合現(xiàn)代高層建筑的防震設(shè)計，而近年來新出現(xiàn)的“隔震”或“制振”理論，目前在高層建筑中的防震設(shè)計中應(yīng)用廣泛，即在建筑物基礎(chǔ)或結(jié)構(gòu)頂部設(shè)置一個減震系統(tǒng)，使地震能量不能夠直接傳遞到建筑物上，從而起到保護高層建筑結(jié)構(gòu)的作用。目前高層建筑中比較常用的隔震結(jié)構(gòu)主要包括層間隔震和基礎(chǔ)隔震，本文主要分析層間隔震技術(shù)在高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的基本隔震減震原理，然后從減震效果、施工難易程度以及工程造價三個角度出發(fā)，對比分析了層間隔震與基礎(chǔ)隔震的優(yōu)缺點，并闡述了層間隔震技術(shù)的廣闊應(yīng)用前景。

2 層間隔震技術(shù)的基本隔震減震原理

層間隔震技術(shù)的基本思想是在高層建筑結(jié)構(gòu)的某一層安裝耗能器，以實現(xiàn)消耗地震能量減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的作用。具體來說就是在高層建筑結(jié)構(gòu)某一層的柱頂與上部樓板之間安裝由質(zhì)量（具體包括增層結(jié)構(gòu)、隔熱層或質(zhì)量塊）和隔震支座（一般為疊層橡膠支座）組成的耗能器，從而有效吸收和消耗地震能量，減少地面運動的向上傳遞，進而降低甚至消除原結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。

由于隔震層上部子結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比下部子結(jié)構(gòu)（即原結(jié)構(gòu)）小，而且隔震層的水平剛度比上部子結(jié)構(gòu)的層間剛度小也要小很多，使得上部子結(jié)構(gòu)在地震作用下近乎于一種整體平動狀態(tài)，因此隔震層的減震效果具體可以用簡化的兩質(zhì)點體系模型進行解釋。假設(shè)地震作用下建筑物的層間結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示， 為下部子結(jié)構(gòu)質(zhì)量， 為下部子結(jié)構(gòu)簡化為兩質(zhì)點體系的等效剛度， 為上部子結(jié)構(gòu)的質(zhì)量， 為橡膠隔震支座的剛度， 、 分別為原結(jié)構(gòu)和上部子結(jié)構(gòu)的阻尼， 為地面運動的加速度，、 、 分別為原結(jié)構(gòu)相對于地面運動的加速度、速度和位移， 、 、 分別為上部子結(jié)構(gòu)相對于原結(jié)構(gòu)運動的運動加速度、速度和位移。當(dāng)層間隔震體系為線彈性體系時，那么這一體系的運動微分方程可以用以下方程式表示： ， 。從以上公式可以很明顯的看出，地震作用下隔震層與高層建筑建筑結(jié)構(gòu)的上下子結(jié)構(gòu)相互作用，并分擔(dān)了部分建筑本應(yīng)結(jié)構(gòu)承擔(dān)的地震反應(yīng)。

3 層間隔震技術(shù)與基礎(chǔ)隔震的對比分析

基礎(chǔ)隔震技術(shù)出現(xiàn)的比較早，主要通過在建筑物的基礎(chǔ)頂部設(shè)置一套隔震裝置，來增加建筑結(jié)構(gòu)的自振周期，使其遠離地面運動的卓越周期，以實現(xiàn)保護上部建筑結(jié)構(gòu)的作用?；A(chǔ)隔震技術(shù)隔震機理明確，適用于不同地震烈度和抗震等級要求的建筑物，但是由于基礎(chǔ)隔震層除了要具備足夠的豎向剛度、豎向承載力、變形能力、復(fù)位功能、阻尼和初始剛度，還必須具備充分小的水平剛度，這就決定了建筑物的高度不能太大，上、下剛度要分布均勻，因此對于高層框架剪力墻這一上、下剛度突變的建筑物來說，設(shè)置基礎(chǔ)隔震層則不會發(fā)揮明顯的抗震效果。由于隔震層位置上移，層間隔震技術(shù)克服了基礎(chǔ)隔震技術(shù)的缺點，具有其獨特的優(yōu)越性，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 不用設(shè)置水平隔離縫，設(shè)計、施工方便

由于隔震層的水平剛度很小，在地震發(fā)生時隔震層較其他樓層要發(fā)生較大的位移變形，因此對于基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)來說，由于隔震層設(shè)置在了室外地面以下，為了能夠使隔震層能更好的發(fā)揮隔震作用，在上部建筑結(jié)構(gòu)的周邊應(yīng)設(shè)置防震縫，而且在上部結(jié)構(gòu)與地面之間還要設(shè)置水平隔離縫或水平滑移墊層。但是對于層間隔震結(jié)構(gòu)來說，由于隔震層設(shè)置在建筑物某一層的柱頂上，這樣就使地震時建筑結(jié)構(gòu)的大變形位置上移到了地面以上甚至空中，從而消除對于預(yù)留空間的顧慮，方便了建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工。

3.2 隔震層頂部無需加設(shè)梁板式樓蓋，節(jié)約工程成本

為了增加隔離層樓蓋的梁板剛度和承載力，對于基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)來說，需要在隔震層頂部增設(shè)一層很厚的梁板式樓蓋，這樣就增大了結(jié)構(gòu)自重，增加施工成本。但是對于層間隔震結(jié)構(gòu)來說，則不需要另外加設(shè)這一梁板式樓蓋，只是將結(jié)構(gòu)原來的樓蓋按隔震要求設(shè)計即可，這樣就減小了隔震層上部結(jié)構(gòu)自重，減少了隔震層支座的數(shù)量和尺寸，進而節(jié)約了加設(shè)梁板式樓蓋和隔震支座的費用，節(jié)約了高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)的施工成本。

3.3 可有效利用結(jié)構(gòu)增層或隔熱層進行隔震，增加高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震能力

由于層間隔震結(jié)構(gòu)隔震層位置設(shè)置的特殊性，因此高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)的增層或隔熱層在進行適當(dāng)改建之后，可以做成隔震層，使其在發(fā)揮原有功能的同時，承擔(dān)了部分隔震減震作用，成為了高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的第二道防線。這種方法簡單方便，在節(jié)約工程成本的基礎(chǔ)上，大大提高了高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震能力。

4 結(jié)束語

目前層間隔震技術(shù)還沒有形成系統(tǒng)的設(shè)計方法，因此在我國高層建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的還不夠廣泛，但是據(jù)統(tǒng)計層間隔震技術(shù)的隔震效果一般在10%～40%之間，雖然小于基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)，然而對于高層框架剪力墻這一結(jié)構(gòu)自重大、剛度分布不均的結(jié)構(gòu)來說特別適用，不僅會滿足建筑結(jié)構(gòu)高度、剛度等方面的要求，還能提高其隔震減震能力。因此高層建筑工程的設(shè)計和施工人員應(yīng)合分析擬建場地的巖土性質(zhì)、上部結(jié)構(gòu)特點等因素，進行高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)的隔震技術(shù)選擇和設(shè)計，充分滿足現(xiàn)行規(guī)范允許的強度、剛度和延性的要求，從而保證高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)的安全可靠、經(jīng)濟合理。

參考文獻

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作者簡介：

李茂鋒（1982-5），男，江蘇泗洪縣，職稱：助工，學(xué)歷：本科，主要研究方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計。