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1、dont pay too much attention to the looks of yourself and others, and your abilities are not written on your face.(頁眉可刪)超高層隔震建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)論文 1 耐震建筑物、隔震建筑物與消能建筑物中國大部分地區(qū)地處環(huán)太平洋地震帶上,每年發(fā)生大地震機(jī)率甚高,因此建筑物之耐震設(shè)計非常重要。傳統(tǒng)建筑物采用耐震設(shè)計規(guī)范設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)物,主要考慮強(qiáng)度與韌性,5.12地震后,由業(yè)界引進(jìn)兩種耐震新技術(shù),一為隔震,另一為消能。其技術(shù)由研究階段邁入實際應(yīng)用階段。此兩種耐震新技術(shù)在日本阪神地震發(fā)生后,蓬
2、勃發(fā)展;中國大部分地區(qū)與其它世界各主要受強(qiáng)震侵襲國家也不例外。自20_年5.12集集地震發(fā)生后,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)計之基本原則,系使建筑物結(jié)構(gòu)體在中小度地震時保持在彈性限度內(nèi),設(shè)計地震時容許產(chǎn)生塑性變形,但韌性需求不得超過容許韌性容量,最大考慮地震時則使用之韌性可以達(dá)規(guī)定之韌性容量。1.1.1 中小度地震:為回歸期約30年之地震,其50年超越機(jī)率約為80%左右,所以在建筑物使用年限中發(fā)生的機(jī)率相當(dāng)高,因此要求建筑物于此中小度地震下結(jié)構(gòu)體保持在彈性限度內(nèi),使地震過后
3、,建筑物結(jié)構(gòu)體沒有任何損壞,以避免建筑物需在中小度地震后修補(bǔ)之麻煩。一般而言,對高韌性容量的建筑物而言,此一目標(biāo)常控制其耐震設(shè)計。1.1.2 設(shè)計地震:為回歸期475年之地震,其50年超越機(jī)率約為10 %左右。于此地震水平下建筑物不得產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p壞,以避免造成嚴(yán)重的人命及財產(chǎn)損失。對重要建筑物而言,其對應(yīng)的回歸期更長。于設(shè)計地震下若限制建筑物仍須保持彈性,殊不經(jīng)濟(jì),因此容許建筑物在一些特定位置如梁之端部產(chǎn)生塑鉸,藉以消耗地震能量,并降低建筑物所受之地震反應(yīng),乃對付地震的經(jīng)濟(jì)做法。為防止過于嚴(yán)重之不可修護(hù)的損壞,建筑物產(chǎn)生的韌性比不得超過容許韌性容量。1.1.3 最大考慮地震:為回歸期2500年之
4、地震,其50年超越機(jī)率約為2%左右。設(shè)計目標(biāo)在使建筑物于此罕見之烈震下不產(chǎn)生崩塌,以避免造成嚴(yán)重之損失或造成二次災(zāi)害。因為地震之水平已經(jīng)為最大考慮地震,若還限制其韌性容量之使用,殊不經(jīng)濟(jì),所以允許結(jié)構(gòu)物使用之韌性可以達(dá)到其韌性容量。1.2 隔震建筑物隔震建筑物系在建筑物基面設(shè)置隔震層。該隔震層系由側(cè)向勁度很低的.隔震組件構(gòu)成,讓整體隔震建筑物之周期大幅拉長,藉以降低作用在結(jié)構(gòu)物上之地震力。然因周期增加后,建筑物之位移增加很多,因此再配合消能組件,提高系統(tǒng)的阻尼比,進(jìn)而降低位移量。最常用的隔震組件為鉛心橡膠支承墊(lead rubber bearing,簡稱lrb),中間所加之鉛心,就是來提供消
5、能的,而拉長周期就靠橡膠層受水平剪力作用時具有低勁度的特性來達(dá)成。lrb消能的特性很穩(wěn)定,雖經(jīng)過多周次之作用,其強(qiáng)度、勁度及消能之能力并沒有明顯的衰減。隔震建筑物另有一個特性,就是因為隔震層相對于上部結(jié)構(gòu)軟了許多,因此當(dāng)其受地震水平力作用時,隔震層的相對變位很大,而上部結(jié)構(gòu)的相對變位很小。因此有時為簡單計,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,藉增加建筑物的阻尼比來達(dá)到耐震的目的。依據(jù)耐震設(shè)計規(guī)范10.2節(jié)之定義,消能組件概分為位移型、速度型與其它型式。位移型消能組件顯現(xiàn)剛塑性(摩擦組件)、雙線性(金屬降伏組件)或三線性遲滯行為,且其反應(yīng)需與速度及激振頻率無關(guān)
6、。速度型消能組件因不同的阻尼比、勁度及材料可分為:包含固態(tài)與液態(tài)之黏彈性組件及液態(tài)黏滯性組件。第三類(其它)則含括所有不屬于位移型與速度型的消能組件,其典型范例包括形狀記憶合金(超彈性效應(yīng))、摩擦.彈簧組件,以及兼具回復(fù)力與阻尼的液態(tài)消能組件。 2 世界各國隔震建筑物發(fā)展現(xiàn)況各國推展隔震建筑物數(shù)量不一,不過有一共通點,即大地震來臨,往往成為催生者。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(20_)等,雖然地震造成工程產(chǎn)官學(xué)界痛定思痛之痛楚,但經(jīng)由其它建筑物損壞情形,終于肯定隔震建筑物在地震中的優(yōu)越性。3 耐震建筑與隔震建筑造價比較由日本統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,隔震建筑
7、物與耐震建筑物造價比較,建筑物高度在25m以下,隔震建筑物造價約為耐震建筑物造價之105%-109%;建筑物高度在25m-31m,隔震建筑物造價約為耐震建筑物造價之102%-104%;建筑物高度在31m以上,隔震建筑物造價約為耐震建筑物造價之99%-103%。另比較隔震建筑物結(jié)構(gòu)造價比較,辦公室隔震建筑物之結(jié)構(gòu)費用約占建筑物費用之18%,旅館建筑隔震建筑物之結(jié)構(gòu)費用約占建筑物費用之13%,醫(yī)院隔震建筑物之結(jié)構(gòu)費用約占建筑物費用之8%。顯示越重要之建筑物,采用隔震建筑物設(shè)計,結(jié)構(gòu)費用相對最經(jīng)濟(jì)。4 隔震建筑新趨勢高層與超高層隔震建筑物,目前日本最高隔震建筑物為位于大阪城之西梅田超高層計劃,地下1
8、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,積層橡膠墊,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 長周期建筑物之隔震效果隔震建筑物之最優(yōu)越抗震效果即在延長建筑物基本振動周期,但高層建筑物基本振動周期往往超過3秒,隔震后即使將建筑物基本振動周期拉長至5秒以上,由反應(yīng)譜顯示,兩者加速度反應(yīng)相差有限。但是在增加阻尼比降低地震位移反應(yīng),則有其貢獻(xiàn)。5.2 傾覆作用造成隔震組件受拉力隔震組件設(shè)計時必須考慮拉力作用,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)計時必須考慮地震力作用,但是小地震或風(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)計與施工之相關(guān)研究仍相當(dāng)欠缺,已完成之研究報告仍有待產(chǎn)、官、學(xué)之意見補(bǔ)充,使研究成果得以展現(xiàn),鑒于隔震建筑日趨普及,隔震建筑設(shè)計審查、隔震消能材料認(rèn)證與驗證機(jī)制、以及評定機(jī)構(gòu)之指定工作,已刻不容緩,如何有效結(jié)合產(chǎn)、官、學(xué)三方,盡早
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