許振龍

（大慶筑安建工集團(tuán)有限公司）

摘 要：隨著中國經(jīng)濟(jì)的起飛和城市化進(jìn)程的加速，高層建筑在全國各地大量興建，復(fù)雜高層建筑得到了飛速發(fā)展。目前，由于城市用地日益緊張和社會需求日趨多樣化，建筑物的高度和跨度不斷增加，體型越來越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)抗震分析與設(shè)計(jì)難度不斷增加。復(fù)雜高層建筑的震害在近來的歷次地震中都有發(fā)生，其抗震分析和設(shè)計(jì)難度較大，提高其抗震性能是當(dāng)前建筑抗震的難點(diǎn)之一。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜高層建筑；結(jié)構(gòu)抗震；消能減震；非線性分析；性態(tài)設(shè)計(jì)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及社會需求的多樣性，建筑的高度越來越高，體型變得更加復(fù)雜，抗震設(shè)計(jì)也變得愈加困難。建筑設(shè)計(jì)為了追求多功能、多變的使用空間及豐富的立面設(shè)計(jì)效果，常采用復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)體系，從而使高層建筑抗震工作成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

1 復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)抗震

復(fù)雜高層建筑和普通建筑相比是有很大的不同的，復(fù)雜高層建筑在建設(shè)施工時(shí)需要經(jīng)歷非常復(fù)雜的流程，而且高度也比較高，如果出現(xiàn)了一些自然災(zāi)害或者是緊急事故，對救援工作的展開是非常不利的，在這樣的情況下對復(fù)雜高層建筑設(shè)計(jì)就提出了更高的要求，在復(fù)雜高層建筑建設(shè)施工中主要要考慮以下要素：

1.1 抗震設(shè)計(jì)時(shí)要保證其為彈性狀態(tài)

在發(fā)生地震災(zāi)害時(shí)，復(fù)雜高層建筑由于其高度過高，所以會對周圍其他的建筑產(chǎn)生非常大的影響，這種現(xiàn)象的存在會在造成一定的災(zāi)害，所以對高層建筑的進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)是非常有必要的，在抗震設(shè)計(jì)中要春分考慮其彈性，這樣能夠在地震發(fā)生時(shí)減少建筑物所受的損害。

1.2 抗震倒塌設(shè)計(jì)

在對復(fù)雜高層建筑進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，要對建筑所承受的地震災(zāi)害和其能夠承受的地震損害進(jìn)行科學(xué)的運(yùn)算和分析，這可以在一定程度上減輕地震給建筑物帶來的傷害。另一方面在建筑物的抗震設(shè)計(jì)中延展性要素要格外注意，不斷加強(qiáng)抗震結(jié)構(gòu)所能承受的壓力，在控制方面一定要保證其非彈性形變的能力不能超過其本身能夠承受的壓力，在設(shè)計(jì)的過程中要對結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計(jì)進(jìn)行合理科學(xué)的控制，使其能夠保證地域自然災(zāi)害的能力。

2 復(fù)雜高層建筑消能減震設(shè)計(jì)

隨著人們安全意識的不斷增強(qiáng)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念的不斷更新，人們對建筑結(jié)構(gòu)的減震、隔震設(shè)計(jì)越來越重視。我們在設(shè)計(jì)的時(shí)候，除了對建筑物的基礎(chǔ)部分采用特殊處理之外，還可以借助消能減震裝置或者元件削弱地震對建筑物的作用力，保護(hù)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，這些減震裝置和元件是為一些建筑工程的后期防震工作的加強(qiáng)而研發(fā)的。

2.1 建筑結(jié)構(gòu)消能減震的形式

建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)行消能減震時(shí)主要是根據(jù)消能減震設(shè)備或部件來區(qū)分其形式。第一種形式是支撐部件和消能器共同負(fù)責(zé)消能減震工作，其中應(yīng)用比較廣泛的為單斜杠式支撐、交叉式支撐等。第二種是在樓層之間的支架內(nèi)安裝消能減震設(shè)備，一般采用的人字形或V字形兩種結(jié)構(gòu)。第三種是在建筑墻體上設(shè)計(jì)消能減震縫，并利用各種消能材料進(jìn)行填充，增加墻體本身的粘彈性和粘滯性。第四種主要是在建筑結(jié)構(gòu)的梁柱各節(jié)點(diǎn)位置安裝消能減震設(shè)備，形成點(diǎn)狀分布的消能網(wǎng)絡(luò)，提高建筑整體的抗震效果，這一技術(shù)在樓體主體與相鄰樓體間的減震設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。

2.2 復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)消能減震方法

阻尼器是消能減震結(jié)構(gòu)中的耗能元件，目前已經(jīng)研制出了多種阻尼元件。一旦建筑物建成以后，如果想對其進(jìn)行抗震加固，就要采用增加阻尼的辦法，在建筑物的結(jié)構(gòu)上重新添加消能減震裝置，這樣的話不僅會增加施工成本，導(dǎo)致工程造價(jià)的增加，還給施工造成了不便，因?yàn)樵黾幼枘岬氖┕こ绦蛞^隔震層的施工復(fù)雜的多。

2.2.1 粘彈性阻尼結(jié)構(gòu)

粘彈性阻尼結(jié)構(gòu)的風(fēng)洞試驗(yàn)、地震模擬振動臺試驗(yàn)及大量的結(jié)構(gòu)分析表明，在結(jié)構(gòu)中安裝粘彈性阻尼器可減小風(fēng)振反應(yīng)和地震反應(yīng)40%～80%，可確保主體結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)和強(qiáng)震中的安全性，并使結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)作用下，結(jié)構(gòu)的舒適度控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。西雅圖哥倫比亞中心大廈起初是因?yàn)樵陲L(fēng)振的影響下，頂部幾層有明顯的不舒適感，安上粘彈性阻尼器后，不再有不舒適感，效果良好。由此可見，采用粘彈性阻尼器減小建筑的風(fēng)振或地震效應(yīng)在經(jīng)濟(jì)上是相當(dāng)可觀的。

2.2.2 粘滯阻尼器

粘滯阻尼器是一種速度相關(guān)型阻尼器，一般由缸體、活塞和粘滯流體組成，通過附設(shè)粘滯性阻尼器，消能建筑相對于普通的混凝土框架建筑，在抗震性能方面有所提高，通過附設(shè)的阻尼器在地震過程中的工作，粘滯阻尼器發(fā)揮耗能減震作用。軍事以及航空領(lǐng)域經(jīng)常會用到粘滯阻尼器，但目前也應(yīng)用于建筑振動控制之中，其原理是通過活塞桿的運(yùn)動壓迫液體通過活塞小孔，進(jìn)而產(chǎn)生較大的阻尼力，最終實(shí)現(xiàn)了能量的耗損。

粘滯阻尼器具有很多優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)的阻尼力得到了有效的提升，自身結(jié)構(gòu)在較寬的頻帶內(nèi)依舊保持線性反應(yīng)，外界溫度的變化對其影響不大，除此之外阻尼力和位移并不保持同步，能夠?qū)娱g剪力和加速度進(jìn)行較好的控制。但其自身的制作工藝難度較大，容易出現(xiàn)粘滯液體滲漏的現(xiàn)象。但是粘滯阻尼器的減震耗能效果非常的好，在土木工程領(lǐng)域的越來越受到青睞，如果遇到強(qiáng)震，該阻尼器會將結(jié)構(gòu)的自振頻率予以改變，這樣也就實(shí)現(xiàn)減震耗能的目標(biāo)。

2.2.3 先進(jìn)的減震體系

如何考慮附加的阻尼和剛度是消能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮的核心問題。結(jié)構(gòu)消能減震體系是把結(jié)構(gòu)物的某些非承重構(gòu)件（如支撐，剪力墻，連接件等）設(shè)計(jì)成消能桿件?，F(xiàn)在隨著科技的發(fā)展，主動和半主動控制也正在被廣泛地研究中，它是在不同學(xué)科和專業(yè)之間開展合作和交叉研究，開發(fā)使用的感應(yīng)和接收裝置、結(jié)合控制專業(yè)的配套技術(shù)，形成新的產(chǎn)業(yè)，以支持新技術(shù)的推廣應(yīng)用。結(jié)構(gòu)振動控制的研究和應(yīng)用需要將傳統(tǒng)的建造技術(shù)與高新技術(shù)相結(jié)合，使結(jié)構(gòu)的安全保障系統(tǒng)成為智能結(jié)構(gòu)的重要組成部分。如在建筑物基礎(chǔ)安裝像汽車安全氣囊的感應(yīng)氣墊，一旦地震來臨，縱波感應(yīng)器啟動，在橫波能量對建筑物造成破壞前感應(yīng)氣墊膨脹并把來自于縱波的能量進(jìn)行消能，真正實(shí)現(xiàn)了像汽車一樣的智能減震體系。

結(jié)束語

建筑物的抗震與消能減震設(shè)計(jì)直接關(guān)系到建筑物抗擊地震的能力和保護(hù)人們財(cái)產(chǎn)和生命健康的能力，所以，是施工中必須要重視的重點(diǎn)問題之一。建筑物的抗震措施是非常多的，如對地基進(jìn)行特殊處理、設(shè)置抗震裝置、對建筑的上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行防震設(shè)計(jì)等等，每一種裝置和方法都是工程人員在實(shí)踐中不斷摸索總結(jié)出來的，一般情況下為了達(dá)到更好的抗震防震效果，在工程中這幾種措施通常是混合使用的。

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