日本超高层建筑结构抗震新技术的发展现状及思考

2011年3月11日发生的9.0级东日本大地震中，不仅在震中附近的仙台而且在较远的东京、名古屋和大阪等大城市的超高层建筑也发生了大振幅和长时间的摇动，地震动持续时间300s左右，超高层长周期结构则可能出现了以前没有预想到的共振问题。地震学家预测不久日本的东海及东南海会发生大地震，担心长周期、长时间的地震动将会将巨大的地震能量从震中传播到很远的地方，而大城市的超高层建筑设计时并没考虑长周期地震动，超高层建筑受到长时间、大幅度的摇摆可能导致其结构体或非结构体与设备受损。目前日本已对长周期地震动的应对方法进行了大量的研究，尤其是对现有超高层建筑受长周期地震动时的加固对策，例如设置新的减震器可使建筑物减小变形，但新设的减震器对现有结构（柱、梁、基础）产生反力，为此，正在研究采用新型的对既有结构不产生影响的减震器。
20世纪以来，以每次大地震为契机，日本的结构抗震理论及技术在每个阶段均得到不断的发展，并在实践中得到应用且取得较好的效果。以下将介绍近年来日本最新抗震与减震技术的应用实例一个。


工程为地上23层（高138m），地下3层，高138m，长×宽为131m×31.5m，东侧为131×24.3m的办公空间，西侧131×7.2m主要为电梯、设备间等。平面、剖面见图1，大空间办公区内部见图2。屋顶雨水流入东侧的百叶板内，通过雨水和风对周围进行冷却（称“生物皮”），使雨水流动的能源来自太阳能，东外侧有不锈钢拉杆组成的张力结构支撑“生物皮”，见图3。

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。由于建筑平面为超长的板状结构，台风的风荷载要比隔震、减震后的地震作用大，对受风荷载影响较大的短边方向（南、北方向）的油压阻尼器设有用电磁阀控制液压流动的锁定机构（图4），通过风速计、加速度计和变位计对相应参数进行控制，当发生强风时油压阻尼器锁定，从而降低各抗震层的振动和钢阻尼器的累积塑性变形。当检测到一定强度的地震时，锁定将解除，而成为地震优先控制模式，通过与钢阻尼器的有效组合，可使锁定时的结构刚度能很好地适应风或地震的响应，使效果与费用达到最佳。

对于外侧核芯筒的悬臂结构，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。对短边（南、北方向）外墙设置V形粘弹性阻尼支撑（图5）构件，提高结构的耗能性能。

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