淺議高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的隔震減震措施

徐立英 李雪

摘要：雖然在隔震設(shè)計的方案比較和選擇時，隔震技術(shù)對低層和多層建筑比較合適，但是規(guī)范對結(jié)構(gòu)基本周期小于1S 這條原抗規(guī)（ GB50011- 2001） 限制的取消，還是認可了國內(nèi)外大量高層結(jié)構(gòu)采用隔震技術(shù)。經(jīng)合理設(shè)計，高層結(jié)構(gòu)采用隔震技術(shù)同樣有效，能取得更高要求的安全性和舒適性，同時在經(jīng)濟上也能收到較好的效果。本文就高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的隔震減震措施做出簡單闡述。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；隔震減震；措施

1 隔震減震結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施以及其維護管理

隔震減震結(jié)構(gòu)的構(gòu)造主要包括隔震底座的設(shè)計和布置、隔震支座和建筑上、下部結(jié)構(gòu)的連接、隔震層的梁、柱、墩和板的加強，隔震層所安置的防火措施，便于操作和更換隔震底座的空間等一系列隔震裝置。在高層建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，除了以上結(jié)構(gòu)的施工設(shè)計需要考慮之外，還要注意防震縫和水平隔離縫的設(shè)置和維修，樓梯、電梯以及擋土墻和坡道等隔震層的設(shè)置，還有建筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)部配管和配線等設(shè)備的構(gòu)造和設(shè)計也是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中必不可少的一部分，這些結(jié)構(gòu)的設(shè)計和設(shè)定都會直接對建筑物在日后投入運營之后的抗震能力起到至關(guān)重要的作用。高層建筑內(nèi)部不同的隔震減震結(jié)構(gòu)也應(yīng)該有不同的保護和維修方案，在日常的使用過程中，要有一項針對性較強的維護管理措施，要保證隔震層不管在任何時候都能夠正常發(fā)揮其所擁有的功能，尤其是高層建筑，采用隔震技術(shù)的住宅一定要明確了解其對于隔震層裝置和設(shè)備維護管理的責任，結(jié)構(gòu)設(shè)計者有必要對其進行說明，并給予建筑管理工作者一定的指導和幫助，以此來讓建筑管理工作者認識到建筑減震隔震層正常工作的重要性和建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部隔震結(jié)構(gòu)的特殊性。

2 隔震措施

隔震結(jié)構(gòu)構(gòu)造包含隔震制作布設(shè)、隔震制作和上下結(jié)構(gòu)之間的銜接、隔震層梁柱強化與防火措施等。另外，還包含防震縫與水平格里風布設(shè)等，這在高層結(jié)構(gòu)中至關(guān)重要。在基本使用過程，應(yīng)重視日常維護，讓隔震層無論在何種條件均可正常發(fā)揮自身功能。選取隔震技術(shù)的建筑物應(yīng)明確管理職責，相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)對此進行清晰說明，科學指引建筑管理人員，使其重視高層隔震結(jié)構(gòu)。

2.1 隔震構(gòu)造措施

當發(fā)生地震時， 隔震結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)顯著的水平位移。若想確保隔震層在遭受地震災(zāi)害時仍具備一定的變形能力，在設(shè)計過程需針對上部結(jié)構(gòu)四周布設(shè)適宜的豎向隔離縫，一般將縫寬控制在500mm 左右；上部和下部結(jié)構(gòu)布設(shè)相貫穿的水平縫，將縫高控制在20mm，同時利用柔性材料進行填充；電梯井側(cè)壁選擇下掛的方式，且井道外皮到地下室柱和填充墻等設(shè)施的凈距離超過500mm；貫穿隔震層內(nèi)部的排水管道和弱電電纜等都選擇柔性連接，也可借助其他可行措施滿足隔震層在地震災(zāi)害中的水平位移標準。

2.2 維護和保養(yǎng)方法

為面向竣工驗收和日常管理等環(huán)節(jié)針對隔震支座內(nèi)部的性能提供清晰的與可靠的參考，要求對隔震結(jié)構(gòu)提出完善的檢查計劃與具體維護計劃，面向隔震結(jié)構(gòu)實施常規(guī)檢查與基本維護操作。在隔震層樓梯間和電梯間等主要隔震構(gòu)造附近布設(shè)醒目的隔震標識，警示業(yè)主與其他人員面向隔震層構(gòu)件和隔震構(gòu)造采取有效的維護措施，在使用過程禁止填充和堆放雜物，以免影響上部結(jié)構(gòu)移動。

3 減震措施

建筑物場地的實際種類一般影響著隔震技術(shù)使用，當下的工程實踐活動表明，硬土場地比較適合應(yīng)用構(gòu)造隔震房屋，在弱土場地構(gòu)造隔震房屋相反可能會增加地震損害，這主要因為弱土場地通常會過濾地震波內(nèi)部的高頻分量，以此來延長結(jié)構(gòu)周期，增強地震效應(yīng)。由此可知，選擇消能隔震技術(shù)之前需全面調(diào)查建筑場地，仔細分析。

3.1 基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)

基礎(chǔ)隔震指代針對建筑基礎(chǔ)部分減小地震波，進而無法傳遞到上部結(jié)構(gòu)，使其在某種程度控制地震所產(chǎn)生的損壞。一般在基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)布設(shè)隔震裝置，和高層建筑相比，外形規(guī)則勻稱的底層建筑具有優(yōu)良的隔震效果，產(chǎn)生這一問題的根本原因是高層建筑結(jié)構(gòu)布設(shè)隔震裝置可能會增加自振周期，以此來削弱隔震效果。當前基礎(chǔ)隔震全面進步，且發(fā)展形態(tài)呈現(xiàn)出多樣化特性，不斷完善。

3.2 隔震地基材料

因建筑物不同選取的地基材料存在差異，這主要因為地震波反應(yīng)的作用?？山柚厥獠牧厦嫦蚪ㄖ锏鼗鶎嵤┨幚聿僮鳎M而削弱地震波，以此來讓減小震感。在以往的建筑物中，一般通過粘土與砂子完成基礎(chǔ)部分墊層，再有人借助糯米墊層探索抗震，多年的發(fā)明探索和試驗表明原料是瀝青的這種新型材料開展隔震層設(shè)置對應(yīng)的效果十分顯著。

3.3 懸掛隔震

懸掛隔震原理為阻隔地面地震波傳送到建筑主體結(jié)構(gòu)，以免主體結(jié)構(gòu)被損壞。這一結(jié)構(gòu)中的大多數(shù)質(zhì)量基本均附著在地面上，一旦地震到來，結(jié)構(gòu)上層分離使得無慣性力出現(xiàn)，以此來達到大大隔震目的。主要應(yīng)用在大型鋼結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)中，又可細分成主框架與子結(jié)構(gòu)。當懸掛子結(jié)構(gòu)時，則主框架結(jié)構(gòu)和子結(jié)構(gòu)隨即分離。待地震波移動至懸掛部位時，則地震能量顯著減少，全面控制了地震的進一步傳遞，降低了地震損害。

3.4 層間隔震裝置

層間隔震是面向原結(jié)構(gòu)裝設(shè)耗能減震裝置，包含質(zhì)量與隔震支座這兩部分。當?shù)卣饋砼R時，一般由隔震與減震來吸收相應(yīng)的地震能量，降低地震損害，減小地震所產(chǎn)生的不良影響?？拐鸺夹g(shù)輔以隔震技術(shù)便是層間隔震。然而，層間隔震的實際減震效果低于基礎(chǔ)隔震技術(shù)效果，大約低至20% 左右。該技術(shù)具有較大的應(yīng)用空間，除可應(yīng)用在新建建筑物，還能鞏固強化既有建筑物。隔震裝置內(nèi)部的支座材料通?？蛇x擇橡膠，利用結(jié)構(gòu)夾層改建便可達到減震效果。

3.5 減震隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計以及多種減震隔震技術(shù)的采用

為了使減震隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計更具有說服性、安全性和可操作性，結(jié)合當前我國建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計形式和習慣，我國相應(yīng)的高層建筑內(nèi)部抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的有關(guān)規(guī)定和規(guī)程對于減震隔震的設(shè)計采用分部設(shè)計法，即將減震隔震設(shè)計分為上下兩個構(gòu)層，上方隔震構(gòu)造層和下方隔震構(gòu)造層（ 支墩、支柱以及相互之間連接的構(gòu)件、地下室和隔震塔樓下的地盤等） ，在其中間還包括隔震層設(shè)計以及基礎(chǔ)設(shè)計等。

4 小結(jié)

近幾年，地震災(zāi)害對日常生活造成了嚴重破壞，因此現(xiàn)下的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計也愈發(fā)重視地震防范，旨在通過不同的結(jié)構(gòu)來抗災(zāi)減災(zāi)。其中隔震結(jié)構(gòu)通過結(jié)構(gòu)布設(shè)來吸取地震能量，將地震的損害程度控制到最低程度。

參考文獻

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