中国高层建筑抗震设计方法及前景展望

2010-08-29蒋长江柳玉良

科技传播 2010年18期

蒋长江，柳玉良

西南交通大学土木工程学院，四川成都 611756

随着社会的发展和科技的进步，世界各地的高层建筑犹如雨后春笋，迅速拔地而起，中国也不例外。改革开放以来，我国高层建筑的数量不断增多，高度不断的增加，结构抗震分析和设计已经变得越来越重要，尤其是在汶川大地震和玉树大地震之后，中国对建筑结构物的抗震研究越发重视。高层建筑结构的抗震成为建筑物要考虑的重要问题。

1 我国高层建筑的现状

近几年，中国的高层建筑进入一个飞速发展的阶段，除香港、北京、上海、深圳、广州等沿海城市之外，内地其它大中城市的高层建筑也在迅速发展。随着高层建筑高度的不断攀升，抗震设防就显得尤为重要。以下是中国各地高层建筑的部分实例：

表1 中国各地高层建筑的部分实例

2 高层建筑抗震设计方法

地震是一种自然现象，至今尚不能科学地定量、定时、定点预测，其破坏具有多发性、连锁性和严重性等特点。对于一些超高层建筑物，目前很多设计已经不再局限于“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防标准，对重要结构必要时可以高于上述标准，很多抗震设计思想和方法是在总结国内外工程震害经验的基础上提出来的。

2.1 阻尼器的使用

进入20世纪以来，人们对建筑物抗振动能力的提高做出了巨大的努力，取得了显著的成果。其中尤为重要的是阻尼器在结构抗震减灾中的运用。人们利用阻尼器抗振、减震和吸能的特点，结合结构的动力性能，巧妙的避免或减少了地震对高层建筑的破坏作用。

目前，运用于高层建筑的结构调谐振动控制装置有多种：调谐质量阻尼器（ Tuned Mass Dampers ,TMD）、调谐液体阻尼器（Tuned Liquid Dampers，TLD）、质量泵（Mass Pumps ,MP）、摆式质量阻尼器、液体—质量控制器等。其中，调谐液体阻尼器（Tuned Liquid Damper，简称TLD）是一种被动耗能减振装置，近年来进行了大量的研究和应用。TLD 这一名称为孙利民教授和其导师藤野阳三（东京大学）最先提出，后来在国内外被广泛使用。调谐液体阻尼器利用固定水箱中的液体在晃动过程中产生的动侧力来提供减振作用。其具有构造简单，安装容易，自动激活性能好，不需要启动装置等优点，可兼作供水水箱使用。

2.2 柔性结构的运用

中国自古有“以柔克刚”的思想，即刚劲的东西不一定要用更刚劲的去征服，有时需要用柔软的事物去克制。在高层建筑抗震当中，即由传统的以“硬抗”为主的抗震体系转变为以“柔抗”为主的结构减震控制体系。建筑采用动力平衡的建筑结构体系防震减震效果会更好，这样可以以柔克刚、刚柔相济，有效的释放地震冲击力。这方面的运用，有很多例子，比如拱结构在高层抗震当中的运用：迪拜帆船酒店，外观如同一张鼓满了风的帆，一共有56 层、321m高，就是运用拱结构抗震减灾的很好的例子。又如，在新建建筑物四周一定范围内，沿基础设置消震装置，在建筑物上部设置隔震减震装置。基础部分的消震装置起隔断地震冲击力作用，上部设置的隔震减震装置则将冲击力的传力进一步切断。这就可以从根本上降低地震的破坏力。

2.3 高延性构件的运用

目前，我国的高层建筑很多采用延性结构体系来抗震设防，即适当控制结构的刚度，容许结构构件在地震时进入塑性状态，具有较大的延性，以此消耗地震能量，减小地震反应，减轻地震给高层建筑带来的破坏与损失。如果一座高层建筑物具有较大的延性，即使承载能力较低，它所能吸收的能量也会较大，虽然较早出现损坏，但能经受住较大的变形，避免倒塌；而仅有较高强度而无塑性变形能力的脆性结构，吸收能量的能力弱，一旦遭遇超过设计水平的地震时，很容易因脆性破坏而突然倒塌。所以，延性结构的运用这种体系，在很多情况下是有效的，它可以消耗地震能量，减轻地震反应，使结构物“裂而不倒”。

2.4 设置多道抗震防线

高层建筑结构需要设置多道抗震防线。建筑物应设置多道抗震防线，当第一道防线的构件在强烈地震作用下遭到破坏后，后备的第二道乃至第三道防线能抵挡后续的地震动的冲击，使建筑物免于倒塌。