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日本超高层建筑抗震新技术的应用实例！

2016-08-15 17:47阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/5777421205

日本超高层建筑抗震新技术的应用实例！
从20世纪初到现今，日本关于结构抗震技术的发展经历了四次“刚”、“柔”之争，“刚”和“柔”并非通常理解的周期长短和侧向刚度大小的狭义概念，“刚”是指满足重力荷载的结构再附加上对地震作用的抵抗能力，需要加大结构的刚度及强度来实现，也就是在确定了水平震度为0.1之后（关东大地震后），强化以“刚性结构”作为设计目标；“柔”主要是指将提高建筑物吸收能量的能力，作为建筑结构必备条件，使其基本强度和为吸收能量所需的变形能力均得到保证。如今，“柔”的设计理念逐步成为日本高层建筑抗震设计的主流。以下介绍近年来日本最新抗震与减震技术的应用实例。尤其是日本结构设计师把性能不同的阻尼器恰当地用到同一高层建筑中而达到最优的减震效果，值得借鉴和思索。
1 实例一
（1）工程概况
工程为地上23层（高138m），地下3层长×宽为131m×31.5m，东侧为131m×24.3m的办公空间，西侧131m&
times;7.2m主要为电梯、设备间等。
日本超高层建筑抗震新技术的应用实例！
（2）抗震体系
结构为隔震结构，隔震层由积层橡胶隔震支座（φ1100~φ1500）、油压阻尼器以及钢阻尼器构成。对于外侧核心筒的悬臂结构，为降低中柱的轴向力，在超过7m的悬臂前端，采用粘弹性支撑构件与柱顶连接，以降低垂直振动和相对变形。 日本超高层建筑抗震新技术的应用实例！
该项目采用设有可控机构的油压阻尼器减震系统，并采用冷却周边环境的新型环保技术，使超高层建筑的设计向前又迈进一步。
2 实例二
（1）工程概况
工程为地上60层，地下5层，总高度为300m，建筑平面尺寸：低层（商业）为71m×80m，中间层（办公、博物馆）为71m×59m，高层（酒店）为71m×29m，图4为结构剖面示意图。
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（2）结构方案
底层、中层、高层之间的分界处设有连通的转换桁架，并在办公楼的中间层设伸臂桁架。低层部分四角均衡地设置油压阻尼器及回转摩擦阻尼器（图5）；中层部分的中央结构周边沿X方向（平面的长边向）设波纹钢板阻尼墙（图6），沿Y方向（平面的短边向）设钢骨抗震支撑；在高层部分，在各房间墙内Y方向设钢骨抗震支撑。
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（3）新技术的采用
低层部分布置的油压阻尼器及回转摩擦阻尼器在地震的任何阶段都可以发挥作用。高层部分的结构周边设油压阻尼器可使高层部分层间变形减小10%，其顶部布置调谐质量阻尼器（图7），右侧为常规的吊摆与倒立摆组合的被动质量减震器（AMD），左侧为主动控制的调谐质量阻尼器（ATDM），可将强风时的加速度控制在3gal以内，保证了人员居住的舒适性。
本工程是日本迄今为止新设计的最高建筑，汇集了日本高层结构的最新技术，目前在施工中。
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3 实例三
（1）工程概况
工程的总建筑面积24.4万m2，地上52层，地下5层，总高247m，标准层平面为85m×61m，标准层平面见图8，6~35层为办公区，36~46层为住宅区，47层以上酒店，本工程目前在施工，预计2014年完工。地上高层部分是以钢结构为主并设置抗震装置的框架结构，大型雨篷为钢结构，地下为钢骨、钢骨混凝土及钢筋混凝土结构，地铁涵洞上部顶板是1m厚的预应力板。
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（2）减震体系
在核心筒内设置耗能构件，采用了516个油压阻尼器、448个屈服约束支撑、620个摩擦阻尼器共三种阻尼器组合（图9），采用耗能减震装置与不采用耗能减震装置的抗震设计相比，前者层间位移减小了50%，保证了高抗震性能。
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（3）防振措施
地铁从建筑的地下2层所设的独立的涵洞中穿过，在涵洞底板以下设置聚氨酯减震器与建筑物主体隔绝（图10），以控制地铁振动对建筑物的影响。

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4 实例四
（1）工程概况
工程地上38层，地下6层并有3层塔楼，总高199.75m，总建筑面积19.8万m2。项目地下为混凝土结构，地上为钢结构，采用CFT柱，核心部分设置减震构件，形成具有抗震支撑的框架结构，阻尼器采用了油压阻尼器及低屈服点钢材（LY225）的屈曲约束支撑，可有效地吸收地震能量。结构转换采用巨型转换桁架的形式。在楼顶设置了抗风的主动调谐质量阻尼器（ATDM），结构剖面图见图11。 日本超高层建筑抗震新技术的应用实例！
（2）高强材料的使用
建筑设计要求在1层建造3600m2的绿化区，地铁中央大厅还需要大型空间，因此建筑底部的大跨需要超高强CFT柱来支承（图12），本工程局部采用的780N/mm2级的钢材与C150级混凝土的临界应变相近，可最大限度地发挥高强度材料优化组合。 日本超高层建筑抗震新技术的应用实例！
5 实例五
工程地上54层为钢结构，地下4层为钢骨混凝土结构，建筑面积为18万m2，基本周期：长边方向为5.2s，短边方向为6.2s（图13），于20世纪70年代按抗震设计（即按中国目前的设计方法）进行的设计，因考虑长周期地震动的影响需要进行抗震加固改造，在16~39层每层长边设置4个、短边设置8个，共288个高性能位移型油阻尼器，位置见图14。2011年3·11大地震前刚好完成了对该结构的加固改造。在3·11大地震中的记录表明，增设阻尼器后结构的阻尼比由原来的1.3%增到2.7%，顶部位移从1745px降到1355px，降低了22%。该结构在142gal输入地震动的作用下，即使安装了288个油阻尼器，其阻尼比也只有2.7%，设计人认为值得深入研究的是，如何判断结构实际具有的阻尼比。
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6 实例六
工程地上47层，地下4层，总高度为206.69m，平面为50.4m×50.4m，办公层的结构平面见图15，为由预制钢筋混凝土柱、梁以及钢梁构成的混合结构，仅内筒外框间跨度较大的梁采用钢梁，钢梁与混凝土柱的连接见图16。预制混凝土构件采用了C150级混凝土及屈服强度685N级的纵筋和785N级的高强约束钢筋。
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核心筒中采用了粘滞阻尼墙和滞回型阻尼墙（摩擦阻尼器），现场照片见图17。摩擦阻尼器是应用于汽车底盘的制动装置，在一定荷载下滑动，将建筑物的振动能量转换成摩擦热，以降低建筑物的地震响应及损伤。它可以反复使用，并无需维护，其构造情况见图18。
近十年来，日本很多高层建筑采用预制混凝土结构，主要得益于高强混凝土和钢筋等新材料的研制及梁柱节点连接及焊接技术的提高。
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7 实例七
工程为一栋5层平面为133m×23m的办公楼（图19），采用了1000N级高强度钢材制作一部分底层柱子。日本多年来，企业、大学、设计单位开展了对高强钢材、焊接材料以及焊接方法条件的研究，1000N级钢材作为目前世界上强度最高的钢材，其抗拉强度是950N/mm2，本工程是首次在实际中应用1000N级钢材的项目。 日本超高层建筑抗震新技术的应用实例！
8 实例八
（1）工程概况
项目地上54层，地下1层，塔楼2层，高190m、长42.7m、宽39m，高宽比4.51，为钢筋混凝土结构，为目前世界最高的隔震建筑。
（2）抗震体系
结构为基础隔震结构，隔震层由外周铅芯橡胶支座、内部弹性滑板支座及油压阻尼器构成（图21）。
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在水准二罕遇地震作用下，隔震层吸收约70%的地震输入能量。其中铅芯橡胶支座和油阻尼器吸收约40%~60%，弹性滑移支座吸收约20%~30%。结构为超高层结构，受风荷载影响比较大。在水准二风荷载作用下，隔震层顺风方向变形约139.8mm，垂直风方向变形约39.7mm，矢量方向则为145.3mm，均在隔震装置的规定变形以内。

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