广州大学 土木工程学院 广东广州 510006
摘要：基础隔震技术由于安全、稳定而且施工方便，已经被广泛应用于各类实际工程当中高层建筑之中。但高层建筑由于高宽比相对较大，倾覆效应明显，当采用隔震技术时有可能使隔震支座出现拉应力，而通常使用的叠层橡胶隔震支座抗拉能力不足的问题却让隔震技术难以在高层建筑中更深入地推广。因此，隔震支座受拉问题成为隔震技术在高层建筑中推广应用的主要障碍之一。本文总结了高层隔震建筑的发展、高层隔震建筑整体抗倾覆的研究、隔震抗拉装置的研究和高层隔震建筑设计，研究的目的在于了解目前我国隔震抗拉支座的发展情况以及存在问题，为今后研究提供方向。
关键词：高层隔震建筑；叠层橡胶隔震支座；抗倾覆；抗拉支座
引言
我国是受地震灾害影响较为严重的国家之一，每一次地震都会带来巨大的能量，是目前人类面临最严重的自然灾害之一。地震具有突发性、毁灭性以及不可预测性，对人类的生命安全造成了极大威胁[1]。隔震技术由于具有概念明确、效果明显、经济效益显著等特点，一直是国内外研究与应用的热点，而叠层橡胶支座隔震是目前运用广泛且成熟的隔震技术[2]。
随着全球经济的发展和城市化进程的加快，建筑的高度也在不断地刷新。基础隔震作为一种简单有效的减震技术也开始被逐步推广应用于高层及超高层建筑中[3]，但由于高层及超高层建筑的水平地震力产生的倾覆力矩较大，在强地震动作用下，橡胶隔震支座容易出现受拉现象。当橡胶隔震支座受轴向拉伸时，虽然从外观上看并无太大损伤，但其内部容易形成负压状态而产生许多空孔。研究表明，橡胶隔震支座经较大受拉变形后再受压，其竖向受压刚度降低为初期刚度的1/2左右[1]并且在拉应力达到1.5~3MPa时支座抗拉刚度会急剧下降[4]，胶隔震支座受拉问题成为限制隔震技术在高层及超高层建筑中推广应用的主要障碍之一。针对现行橡胶隔震支座无法承受拉力的缺陷，目前国内已有学者进行了隔震结构高宽比限值方面的理论研究，也有少数学者对具有抗拉功能的隔震支座进行了研究。
本文将从高层隔震建筑的发展、高层隔震建筑整体抗倾覆的研究、隔震抗拉装置的研究和隔震支座拉伸性能研究与工程应用四个方面介绍、论述高层隔震建筑的发展历程与研究现状，总结目前高层隔震建筑关于减小隔震支座拉应力的方法以及存在问题，以便高层隔震建筑研究的进一步成熟，并推进其在实际工程中的广泛应用，为今后的研究提供一定的借鉴。
一、国内外高层隔震结构研究形状
在仙台森大厦1997年3月动工兴建，1999年3月竣工，为日本最早的超过60m隔震建筑。共20层，高84.19m，成双轴对称的矩形平面形状，长边向47.13m，短边向41.17m。该结构隔震层设置于首层和地下室之间，共使用了36隔震支座。隔震支座受拉分析时，考虑了水平地震作用和竖向地震作用的共同作用，大震时，产生的隔震支座拉应力仅为0.13MPa，在隔震支座允许的弹性受拉范围之内[5]。
1998年6月动工，2000年10月完工，东京杉并花园城位于东京都杉并区，其主体部分共有30层（地上28层，塔屋2层），高度为93.1m，是日本当时应用基础隔震技术的最高建筑物。采用了隔震支座和阻尼器协同工作的基础隔震体系，其中隔震支座采用了高强橡胶支座和普通橡胶支座两种类型。高强橡胶支座是由竹中工务店和石桥公司联合开发的新产品，通过在橡胶中加入碳和其它材料，提高橡胶支座的硬度和强度。高强橡胶支座通常布置在结构物的四周，以抵抗地震作用引起的柱子拔力[6]。
2018建成的西昌领地悦邛海项目[7]位与西昌市航天大道东延线建昌水镇旁，由北京建筑设计研究院设计，抗震设防烈度为9度，设计基本地震加速度为0.4g，且工程场地有断裂带，考虑断裂带近场影响系数1.5倍，隔震层设置铅芯橡胶支座、设置可提离装置的铅芯橡胶支座和抗拔装置，达到保护隔震支座免受较大拉力。
二、高层隔震建筑抗倾覆研究
2008年Kikuchi等对15层高层隔震结构进行了数值反应分析。Pourzeynali等通过遗传算法研究了高层基础隔震建筑的隔震层最优阻尼比及刚度。2009年Takewaki等研究了按规范确定的地震动作用下附加摩擦支座的高层隔震结构的鲁棒性。2010年Ougiya等在概率基础上基于地震荷载和风荷载作用下的整体安全性估计方法来估计高层隔震结构的结构参数。2011年Fukuda等基于地震观测记录研究了高层隔震结构的叠层橡胶支座的拉拔力。2012年Kato等对2011年Tohoku地震中的高层隔震结构强震观测进行了调查研究。
2017天津大学张光宁针对大高宽比高层隔震结构支座拉应力较大、结构易倾覆问题，进行了适用于高层剪力墙结构的厚板转换隔震层研究，提出了新的支座布置原则，并对基本模型进行了设防地震与罕遇地震等效弹性分析。昆明理工大学马健考虑了支座竖向阻尼、结构转动动能对高层剪力墙隔震结构倾覆过程的影响，建立了简化分析模型及其动力微分方程，并针对高层剪力墙隔震结构推导了考虑转动动能的高宽比限值公式。为了验证高层剪力墙隔震结构的隔震效果以及抗倾覆性能，针对高宽比为3.96的高层剪力墙隔震结构进行振动台试验。陈鹏、周颖等采用带抗拉支座的高层结构震动台实验，结果表明抗拉支座起到了很好的抗拉效果，而且不影响隔震结构的隔震性能。宋晓等降低隔震层刚度、增大隔震层阻尼可提高结构高宽比限值，容许支座出现拉应力可在一定程度上提高结构高宽比限值，最后结合20层框剪结构工程算例，验证隔震结构高宽比限值公式的有效性。
三、存在问题
通过以上内容发现隔震技术运用在高层之中存在以下几点问题：
（1）虽然许多试验结果和工程分析显示高层隔震结构具有较好的减震效果，但都尚未明确给出隔震机理，高层隔震结构抗倾覆问题的研究刚刚开始，对于高层隔震建筑倾覆问题主要由于什么原因导致，没有明确的指出，仍需进一步研究。
（2）目前对于隔震支座拉伸实验研究较少，隔震支座厂家只对隔震支座水平和竖向力学性能给出准确数值，对于其竖向拉伸刚度却未指出。
（3）造价是制约隔震技术推广的主要因素之一，对于抗拉隔震支座此问题同样存在，能否以（或低于）传统隔震支座的造价达到提高隔震支座抗拉性能的效果决定着抗拉隔震支座的发展前景。
目前，针对抗拉隔震支座的研究主要集中于理论方案上，试验研究也相对较少，而在实际工程中的应用更少。总的来说，人们普遍关心的是实际工程中强震作用下抗拉隔震支座的工作性能如何，这也是高层或超高层隔震建筑需要进一步的研究方向。随着城市建筑向高层及超高层发展，研究、开发及应用抗拉隔震支座是必然的趋势。
参考文献：
[1]周福霖.工程结构减震控制[M].地震出版社，1997.
[2]叶列平，译.日本免震构造协会[日].图解隔震结构入门[M].北京：科学出版社，1998.
[3]何永超，邓长根，曾康康.日本高层建筑基础隔震技术的开发和应用[J].工业建筑，2002（05）：29-31.
[4]高岡栄治，飯塚真巨，二村有則.引張軸力下における債層ゴムの力学特性に間する研究.鹿島技木研究所年报[J].2009，9（48）：60-68.
[5]李爱群.日本东北大地震之隔减震建筑考察与思考[J].工程力学，2012，29（s2）：69-77.
[6]日本建筑构造技术者协会，滕征本.日本结构技术典型实例100选[M].中国建筑工业出版社，2005.
[7]王永勇，蒙知伟.浅析广元市中心医院综合大楼橡胶隔震支座技术应用[J].四川建筑，2012，32（06）：148-151.