日本建筑结构抗震技术现状

（ "） "(#% 年开始开发橡胶隔震构件， "(#$ 年建 成 $ 层混凝土结构的隔震住宅， 以后 "% 年间共建 了 (% 栋隔震建筑； （ 隔震建筑数量急剧增加， 到 $） "((& 年开始， 共有 $)% 栋在设计中， "((’ 年达到前年的 ) 倍强， 原因是由 "((* 年 " 月 "+ 日的美国加州北岭地震， 以及 " 年后的阪神地震引起的。 在两次地震中， 从 采用隔震装置的建筑物上观测到的地震动记录， 证 实了隔震效果。 但 "((+ 年隔震建筑却减少至 "+% 栋左右， 原因是隔震住宅骤减一半所致； （ 根据 日 本 建筑 中 心 评 定， 至 $%%" 年共 有 )） 但据推算现在约有 " %%% 栋以上 "*# 栋隔震建筑， 的隔震建筑在建。 从用途来看， "((& 年以后建的住 宅约占 &%, ， "((* 年以前少见的医院及超高层建 筑也在增加。 !" # 隔震构件基本性能 !" #" $ 橡胶隔震垫 垂直支承能力、 水平变形性能、 水平恢复性能、 耐久性、 质量等性能。 !" #" ! 阻尼器 （ 利用钢或铅等材料的弹塑性能的往复衰减 "） 型， 以及利用摩擦吸收能量的摩擦型； （ 利 用粘 （ 弹） 性材 料的粘 性抵 抗来吸 收能 $） 量。 阻尼器不能全部吸收地震作用下产生的能量， 因此隔震层要在规定的最大变形限度内具备必要 的衰减和变形能力。 !" % 隔震建筑在地震时的性能 很大程度上取决于隔震构件的设计。 橡胶隔震 器的水平刚度愈小， 建筑周期愈长， 地震作用就减 小， 加速度及地震剪力都变小， 但隔震层的水平变 形增加。 加速度和位移的反应是相反的， 但当阻尼 器的特性 （ 衰减量 ） 给到一个合适的程度时， 既减低 加速度， 又使位移控制在适当的范围内是可以做到 的。 一般隔震结构用时程分析法设计， 用地震反应 来验证。 时程法分析时， 地震作用的设定、建筑物 的模拟化、 特别是隔震材料的模拟等很重要。 !" & 上部结构设计 层积橡胶隔震垫一般在建筑物的每个柱子下 设置 " 个。 层积橡胶隔震垫的尺寸， 需由支承荷重 和必要的变形能力来决定。 隔震层的变形能力， 由 最小直径的隔震垫来决定。 ;+, 年竣工的横滨地标大楼和 $%%% 年竣 工的 67 中心塔楼， 采用了多段振子式的减震装置， 采用抗震装置的建筑 ’"’栋， 减 "++" 8 $%%, 年， 震装置 $&& 栋， 隔震装置 ’% 栋， $&& 栋减震建筑中， 采用减震构件的占 &,9 ， 采用粘性阻尼机构的占 ， 采用在往复和摩擦阻尼机构的占 其余为 $"9 .9 ， 被动式减震装置 （ 采用低屈服剪力钢板或无粘 " ）往复式减震：
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规划与设计
（ 将满足要求的性能作为目标性能； $） （ 将满足目标性能作为设计指标， 进行结构 (） 设计； （ 通过检查， 确认达到目标性能； )） （ 提出保持建筑性能的建议。 &） !" #" $ 要求 （ 等级： 分为标准级、 上级和特级 ( 种； "） （ 规定： 含外力、 荷载的频率以及较大的反应 $） 状态； （ 内容： 含设计荷重、 设定界限值 （ 包括安全 (） 界限、 损伤界限） 以及将其定量化和确定再现性。 !" $ 抗震性能设计 （ 等级： 分为标准级、 上级和特级 ( 种； "） ） （ 规定： 包括地震发生频率和烈度， 其被害程 $
* 收稿日期： $%%& ! %. ! %$ +
度均比一般设计大； （ 内容： 包括地震加速度、 反应谱、 反应值、 允 (） 许应力度、 层间变形、 塑性率和损害评价； * ) + 特级： 要求建筑在偶然荷重作用下保持建 筑功能不破坏， 不需要修复； 在极其偶然荷重作用 下确保主要功能， 只有轻微破坏， 只需轻微修复， 适 用于防灾设施和重要医院等场所； * & + 上级： 要求建筑在偶然荷重作用下保持建 筑功能不破坏， 不需要修复； 在极其偶然荷重作用 下确保指定的功能， 只发生小破坏， 只需小规模修 复， 适用于一般医院、 避难设施、 计算机中心等场 所； * ’ + 标准级： 要求建筑在偶然荷重作用下保持 建筑功能不破坏， 不需要修复； 在极其偶然荷重作 用下确保限定的功能和保护生命安全， 发生中等以 上到大规模程度的破坏时， 能通过中到大规模的修 复后继续使用， 适用于一般建筑物。 !" ! 变形限制 !" !" # 超高层建筑 （ 发生轻微破坏， 不需要修复时， 层间位移角 "） 为 " , $%% 以下； （ 虽有少量破坏， 但可以修复时， 层间位移角 $）
最先用于住宅， 它适用于医院、 学校、 广播电视 设施、 美术馆、 博物馆、 计算机中心以及保护建筑。 近 年来， 从超过 "%% - 的超高层建筑到大规模医院， 隔
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第 ’ 期・
规划与设计
须控制隔震层阻尼器的变形。 阻尼器的总量控制， 参考地震反应来设置。 为控制建筑物扭转变形， 应 使建筑物重心 （ 地震力的作用中心 ） 和隔震层的刚 心（ 抵抗力的中心 ） 尽可能重合， 这样来配置隔震垫 或阻尼器效果较好。 !" ’ 隔震建筑的实际地震反应 隔震建筑 -./0 大 "((& 年兵库县南部地震时， 楼观测到的地震记录如下： 地上 ’ 层加 $ 层塔楼， 平 -./0 大楼是办公楼， 楼高 $#3 & 1， 建筑面积 *’ #$) 面尺寸 "%% 1 2 +)3 # 1， 天然地基、 独立基础， 上部结构为 /45 1$ ， !类场地， 加钢支撑和抗震墙， 隔震构件采用橡胶隔震垫和钢 棒阻尼器。 作为抗震目标： 在第 $ 水准 （ 最大速度 *% 作用下， 隔震层的最大变形 $& 61 以下、 最大 61 7 8） 加速度 $%% 9:; 以下时， 上部结构在允许应力范围 内。 建筑物阻尼比 %3 %& < %3 %)， 自振周期 )3 ( 8。 基地距离兵库县南部地震中心约 )& =1。 第’ 层和基础相比， 观测到的地震加速度， 垂直方向增 幅为 "3 # 倍、 南北方向为 " 7 )3 & 、 东西方向为 " 7 ) ， 加速度明显减小， 发挥了很好的隔震效果。 隔震层 的最大变形约 "% 61， 层积橡胶垫无异常发现。 !" ( 隔震结构展望 阪神、 淡路大地震后， 隔震结构的适用范围扩 大了， 隔震设计技术日趋普及。 以前一直认为隔震 结构不适用于高层建筑以及软弱地基， 但近年来高 （ ） 层建筑 "%% 1 以上 及软弱地基上的建筑也开始采 用隔震结构。 这主要是由于隔震构件本身的性能愈 来愈好， 以及能充分掌握其界限性能的结果。 在隔震设计时， 除了对结构反应分析的理解及 隔震构件性能的评价外， 对隔震建筑的构成方法也 应充分了解， 并对隔震装置进行改良。 当不能充分 保证建筑净空或在建筑密集场地如何设隔震装置 是亟需研讨的课题。 作者： 东京理科大学 寺本 # 性能设计和变形限制 （ 隆幸） #" $ 性能设计 业主或使用者更加追求建筑的居住 $" 世纪， 性、 功能性、 安全性以及可修复性和耐久性。 性能设 计就是将上述要求作为目标， 设计出使人放心的建 筑。 #" $" $ 流程 （ 通过与业主对话， 充分了解其要求， 明确建 "） 筑物应达到的性能；
板的振动， 以及强风时的晃动等对居住适宜性的要 求； （ 今后的高性能建筑， 需研究隔震、 减震等新 $） 技术的适用性； （ 建造既使人安心、 又经济 （ 减少建设维修等 (） 总费用） 的建筑。 !" & 性能设计可采用的结构形式 包括减震结构和隔震结构。 减震结构主要依据 振动反应， 采用能抵御或减少振动的结构形式， 比 如能量吸收机构、 质量效果机构、 主动减震机构和 被动减震机构等。 !" ’ 今后的抗震设计 机能性、 易进行性能评价的隔震和减震机构、 修复 性、 将承 重构件 和吸 收地震 能量 的构件 分离 * 分别进行设计 + 。 !" ( 提高建筑居住性能的方法 对地震以外的荷重、 外力， 根据建筑振动大小 来区分居住性能。 提高居住性能的手段除增加建筑 刚性外， 还有如下方法： （ 对步行或机械等产生的垂直振动， 采用能 "） 控制楼板垂直振动的体系等措施； （ 对风产生的横向晃动， 采用减震体系等措 $） 施； （ 对地震产生的摇动， 采用隔震、 减震、 楼板 (） 隔震体系等措施。
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日本建筑结构抗震技术现状
霍维捷
上海江南建筑设计院有限公司
笔者有幸参加， 并将 $%%& 年 ( 月在日本东京举行， 减震、 隔震和性能设计的部分论文编译如下， 以使技 术人员对日本建筑结构抗震技术现状有所了解。 （ 作者： 株） 日本设计 大越俊 ! 减震结构的开发 （ 男） !" ! 高度限制和减震墙 ) " * "+$, 年关东大地震， 浅草塔倒下以后， 当时 建筑物限高 ," - 以下； ) $ * "+,’ 年修改建筑基准法， 废除了高度限制； ) , * "+’. 年高度超过 "%% - 的霞关大楼建成， 为减少强风和地震时的摇动， 采用了预制钢筋混凝 土耗能剪力墙和钢框架结构， 此后京王宾馆、 新宿三 井大厦等 ’% 多幢超高层建筑采用了这种结构形式； ) ( * "+#+ 年竣工的新宿中心大楼， 采用了装有 起到抗震 往复式阻尼器的预制钢筋混凝土 /01 墙， 作用。 !" # 减震装置的应用 ) " * 减震装置起用于 "+.’ 年竣工的千叶港口塔 楼， 采用了一种质量效果装置 ) /23 * ， 能减少建筑物 强风时的摇动； ) $ * "++% 年竣工的クリスタル塔楼， 采用了粘 性阻尼器减震； ) , * "++$ 年竣工的新横滨王子宾馆， 采用了有 ； 多个水槽的减震装置（ 423） ) ( * "++% 年以后各种主动及半主动减震装置被 用于建筑； ) & * 上世纪 +% 年代前期， 很多超高层建筑采用 混合质量阻尼器（ ； 523） ) ’ * $%%% 年以后半数超高层建筑采用了被动式 减震装置；