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高层建筑防震技术发展现状与展望

中国地处环太平洋地震带和欧亚地震带之间，中国是受地震影响最为严重的国家之一，在历次重大地震灾难中，各类建筑发生了严重损坏，从而对人民生命财产安全造成了巨大损失。随着当代建筑技术的发展，高层建筑日益普遍，但高层建筑随着柔度的增加，在地震中的动力反应会更大。该文将综合分析并总结近年来国内外高层建筑抗震方面的技术成果，并提出未来的发展展望。1研究背景及意义中国地处环太平洋地震带和欧亚地震带之间，是一个地震多发的国家，地震已经成为了对我国威胁最大的自然灾害之一。因此，建筑结构的抗震设计显得尤为重要。文章将综合分析并总结近年来国内外高层建筑抗震方面的技术成果，并提出未来的发展展望。2高层建筑防震技术目前在国际上通用的减轻地震灾害的方法主要可分为两种：一是基于建筑结构本身的防震技术；二是隔震减震控制技术。除此以外，部分学者还将研究方向转向了建筑材料，希望以高性能的功能材料代替外加隔震装置，从而在达到相同抗震效果的同时保持结构的整体性。2.1结构防震技术2.1.1结构选择(1)框架结构。框架结构具有平面布置灵活，空间大，适应性强，自重轻且设计简单等特点。但是，由于其节点应力集中现象严重，侧向刚度小，且节点间的水平位移较大，因此高度有严格限制。(2)剪力墙结构。剪力墙结构以钢筋混凝土墙板代替梁柱成为主要受力构件。剪力墙结构在地震或侧向风荷载作用下能够有效抑制位移。但是，由于受力构件体积增大，将会影响层间布局的灵活性，也会使工程造价提高，施工难度增加。(3)框架-剪力墙结构。框架-剪力墙结构，简称框剪结构，是以上两种结构的混合，它通过恰当地组合达到充分利用优点并摈弃缺点的效果。结合后的结构既有布置灵活的特点，又具有良好的抗侧移能力，因此可广泛适用于一般高层建筑。(4)筒体结构。筒体结构是近年来在高层建筑需求不断提升的情况下发展起来的新体系，适用于高层和超高层的住宅、办公和综合性建筑等各类建筑。在筒体结构中，结构构件整体受力，使得筒体结构的承载力和侧向刚度大大提高，抗震效果更加显著。2.1.2多重设防在地震作用中，如果所有受力构件同时分担荷载，则会使破坏趋向脆性危害极大。因此，在结构设计中通常需要设计多道抗震防线，即使受力构件分批进入抗震阶段，依次屈服，延长破坏时间。对于框剪结构、筒体结构等自身具有双重抗侧力体系的结构，通常选择竖向荷载负担较小的柱或墙体作为第一道抗震防线，而将轴压较大的框架柱或筒体作为第二道防线。对于只有唯一抗侧力构件的纯框架体系，通常采用“强柱弱梁”的延性框架体系。2.2隔震减震技术上述结构防震技术属于一种“被动防震”技术，不免存在很多不足之处，且历次地震破坏中发现，单纯的结构设计已不能满足多元化建筑和高强地震设防的要求。因此，减震隔震技术开始快速发展。2.2.1减震技术(1)提高结构阻尼。结构的阻尼。由于地震的作用会在建筑中产生大量的能量，因此结构的阻尼性能决定着建筑抗震能力的大小。提高结构阻尼可以从两方面入手，一是采用具有较高阻尼的结构类型，二是选用具有自阻尼性能等的功能材料，在承担结构荷载的同时也可以起到耗能吸能的作用。(2)采用高延性构件。地震的抗震能力由承载能力和变形能力两部分组成，而对于高层建筑来说，变形能力在抵抗地震破坏中起着重要的作用。为了使结构能够适应更大程度的变形，通常需要采用高延性的构件和体系，例如“强柱弱梁、强节点弱构件”等。(3)设置节点耗能装置。地震过程中，主要是因为巨大的能量超出了结构构件的承载能力从而发生破坏，因此，可以通过在某些部位附加耗能部件来提高结构的整体阻尼。地震作用下，大部分能量通过附加阻尼器被消耗，从而减轻结构上的动力效应，保证结构的完整性。2.2.2隔震技术(1)软垫式隔震。软垫式隔震即在上部结构与基础的连接处设置带铅芯的钢板橡胶块隔震装置，在地震发生时，上部结构与基础之间会产生较大的滑移变形，而上部结构整体内部的层间侧移很小。(2)摆动式隔震。摆动式隔震是将基础支撑在可摆动的短柱群或桩基上，或者将基础设计成底部呈球状的整体，并在基础侧面采用圆形弹簧作为阻尼器，起到类似于铰的作用。在这种结构中，上部结构在地震作用下可以产生一定程度的倾斜和摆动，从而减轻地震的破坏作用。(3)悬吊式隔震。悬吊式隔震是将整个结构物悬挂在巨型钢架或钢筋混凝土内筒上，而不是直接作用在基础上。地震时，结构物不直接接收地面传来的地震波，而是与支撑通过弹性连接间接接收，从而大幅度减少建筑物所受到的地震惯力。3问题与展望3.1存在的问题(1)隔震技术能够提高结构的抗震能力，但同时也会使结构变柔，增大层间位移比及层间位移角。因此,在软弱场地和下部结构变形过大的情况下应谨慎使用。