高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的隔震減震措施解析

徐滬杭

摘 要：目前，我國(guó)高層建筑數(shù)量逐年增加，建筑安全已成為居民首要關(guān)注的問題。特別是在高層建筑的隔震減震方面，高層建筑需要承受更多的地震荷載，設(shè)計(jì)人員必須優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，多角度采取措施，盡可能提高高層建筑的抗震能力，保護(hù)居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。本文詳細(xì)闡述了我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的隔振減震的原理，并從高層建筑的隔震和減震兩個(gè)方面提出了一些措施，以促進(jìn)我國(guó)高層建筑的發(fā)展。

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

1 ?前言

地震是對(duì)建筑物危害最大的自然地質(zhì)災(zāi)害。在建筑設(shè)計(jì)中，對(duì)建筑的抗震等級(jí)有明確的要求，主要體現(xiàn)在：小震不壞，中震可以修，大震不倒。因此，合理、科學(xué)的抗震設(shè)計(jì)對(duì)于人民群眾的人身安全、財(cái)產(chǎn)損失和社會(huì)秩序具有重要價(jià)值。隨著建筑技術(shù)的發(fā)展，建筑物的高度越來越高，抗震設(shè)計(jì)在這方面的價(jià)值和意義更為重要。

2 ?建筑結(jié)構(gòu)隔震減震概述

隔震和消能減震是建筑結(jié)構(gòu)減輕地震災(zāi)害的有效技術(shù)，從而保持建筑的良好抗震能力。隔震設(shè)計(jì)是在房屋基礎(chǔ)的底部，和房屋的上下結(jié)構(gòu)中間，利用橡膠隔震支座和阻尼裝置，來形成有良好復(fù)位能力的隔震層，從而使該結(jié)構(gòu)的自振周期能夠延長(zhǎng)，從而減少在結(jié)構(gòu)之間存在的地震，起到防震的作用。消能減震設(shè)計(jì)是利用消能器，設(shè)置在房屋中，利用其相對(duì)變形和相對(duì)速度，來增加附加阻尼，從而減少地震能量，從而起到真正地防震減震作用。該技術(shù)不但能應(yīng)用在低層建筑中，也能使用在多層建筑中。

3 ?建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中隔震減震基本原理

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前階段的抗震需求，為了提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，加強(qiáng)對(duì)新型建筑抗震技術(shù)的研究力度，一種以減震、隔震為手段抗震設(shè)計(jì)思想，得到了快速的發(fā)展，同時(shí)也被廣泛地應(yīng)用到建筑施工中。對(duì)于減震技術(shù)來說，其主要原理就是在建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝附件裝置或者是子結(jié)構(gòu)，通過這樣的裝置能夠?qū)⒌卣鸢l(fā)生時(shí)產(chǎn)生的能量向上層結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳遞，從而能夠達(dá)到阻隔能量的效果，在傳遞能量的過程中，可以通過結(jié)構(gòu)之間的反作用力來減少上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。當(dāng)前階段，使用最多的就是消能減震技術(shù)，就是通過將消能裝置設(shè)置在房屋結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并在適當(dāng)位置加裝阻尼器，從而得到降低或者消除地震反應(yīng)的作用。

4 ?高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的隔震措施

4.1特殊材料地基隔震

地基隔震是通過對(duì)基礎(chǔ)部分進(jìn)行特殊的處理并且鋪設(shè)墊層，以此來減弱地震波對(duì)建筑物的損害。這種措施主要是通過消耗地震時(shí)產(chǎn)生的能量來保護(hù)建筑物的安全與穩(wěn)定。在做墊層時(shí)大多會(huì)使用沙子或黏土，目前人們已經(jīng)研究出一種以瀝青為原材料的隔震材料，這種材料的隔震效果相對(duì)較好。

4.2基礎(chǔ)隔震

基礎(chǔ)隔震具有很多形式，黏彈性隔震、摩擦擺隔震、摩擦滑移隔震等都是基礎(chǔ)隔震。在下層建筑與上層建筑之間安裝隔震裝置便是基礎(chǔ)隔震方式的一種，也是最常見、歷史最悠久的隔震方式。隔震裝置主要是夾層橡膠墊、基底滑移裝置、混合隔震裝置等，隔震層位置的不同，能夠有效地減少地震波的傳導(dǎo)。但是基礎(chǔ)隔震方式只適用于外形較好的低層或者多層建筑，對(duì)于高層建筑可能不能達(dá)到很好的隔震效果，隔震層會(huì)使高層建筑的結(jié)構(gòu)阻尼和自振周期都變長(zhǎng)，增加建筑的自重，減弱隔震的效果。在基礎(chǔ)隔震的設(shè)計(jì)中，要分析最大地震時(shí)房屋的相對(duì)位移并進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，此外，要保證房屋在具有隔震能力的同時(shí)還能保護(hù)房屋的彈性，盡可能地保證力學(xué)上的相互穩(wěn)定，基礎(chǔ)隔震措施在高層建筑設(shè)計(jì)中是必須考慮的隔震方式。

4.3層間隔震的設(shè)計(jì)

高層建筑的設(shè)計(jì)少不了層間隔震的設(shè)計(jì)，這也是近年來最新型的一種方式，主要是針對(duì)高層建筑設(shè)計(jì)無法應(yīng)用基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)的情況，通過隔震支座和隔震層質(zhì)量的組合來達(dá)到隔震的效果。多數(shù)設(shè)計(jì)會(huì)選擇橡膠作為隔震支座的原材料，來改造建筑結(jié)構(gòu)的夾層，使建筑自身的隔震性能增加。由于隔震層質(zhì)量和隔震支座的剛度以及隔震系統(tǒng)頻率的變化，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況對(duì)層間隔震的設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)來判斷層間隔震設(shè)計(jì)的效果。層間隔震裝置的使用可以使建筑在發(fā)生地震災(zāi)害的情況下吸收大量的能量，有效減輕地震對(duì)建筑的危害。而層間隔震在高層建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用前景也是不可估量的，其應(yīng)用范圍非常廣泛，不僅能應(yīng)用于新建筑建設(shè)的過程，還能加固舊建筑的隔震措施，有效地對(duì)大部分建筑進(jìn)行隔震。

4.4結(jié)構(gòu)懸掛隔震

在建筑物中實(shí)施懸掛隔震設(shè)計(jì)，指的是通過懸掛方式將建筑結(jié)構(gòu)吊起，也就是在建筑設(shè)計(jì)中比較常見的懸掛結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)在遇到地震災(zāi)害時(shí)，地震能量在傳播過程中基本不會(huì)對(duì)懸掛結(jié)構(gòu)造成影響，以此來減弱地震造成的破壞。結(jié)構(gòu)懸掛一般在大型鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的比較廣泛，但是這種設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)要求較高，必須要將建筑物的主體和分支架構(gòu)框架進(jìn)行科學(xué)有效的結(jié)合才可以起到良好的隔震作用。

5 ?高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的減震措施

5.1嚴(yán)格設(shè)計(jì)建筑物走向

地震主要是因?yàn)榈貧み\(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，因此地質(zhì)結(jié)構(gòu)有著重要的意義。在地震之后，房屋產(chǎn)生的震動(dòng)方向就是震向，和房屋例塌有著重要的關(guān)聯(lián)。在對(duì)玉樹地震進(jìn)行分析時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，如果建筑是垂直于震向的，那么就不太容易倒塌，較高建筑倒塌率出現(xiàn)在平行于震向的建筑物中。相關(guān)研究表明，在地震產(chǎn)生時(shí)，平行于震向的建筑容易出現(xiàn)倒塌，主要是因?yàn)樗軌螂S著地震波運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生很大的幅度。因此，在選擇建筑物地址之前，必須要考察好所在地的地質(zhì)條件，并且分析震向，減少建筑物和震向出現(xiàn)平行的情況，保持二者的垂直。

5.2結(jié)構(gòu)的減震設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)的減震設(shè)計(jì)通常是在結(jié)構(gòu)的連接處、部分構(gòu)件上安裝一定數(shù)量的阻尼器，通過阻尼器來降低結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。在此過程中，阻尼器的整體性能直接關(guān)系到減震的效果，性能越是可靠，減震效果就越好。在實(shí)際情況中，可以通過以下方式來進(jìn)行減震設(shè)計(jì)：在高層建筑框架核心筒體連接處設(shè)計(jì)彈簧鋼桿摩擦減震器、砂質(zhì)減震器;在結(jié)構(gòu)的伸縮縫隙以及沉降縫隙等部位設(shè)計(jì)扭轉(zhuǎn)梁阻尼器、擠壓鉛阻尼器;在填充墻上設(shè)計(jì)耗能橫縫，使其能夠消耗地震產(chǎn)生的能量，達(dá)到減震效果。

5.3結(jié)構(gòu)吸震耗能設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)的吸震耗能設(shè)計(jì)是減震的有效措施之一，該方法主要是指在建筑主體結(jié)構(gòu)上安裝特殊的結(jié)構(gòu)，如：液壓減震器、彈簧減震器等結(jié)構(gòu)，這些減震器能夠吸收大量的震動(dòng)能量，從而減輕建筑主體結(jié)構(gòu)的震動(dòng)效應(yīng)。此外，在筒中筒結(jié)構(gòu)與內(nèi)筒壁出設(shè)置分縫、液壓減震器等，內(nèi)外筒共同組成動(dòng)接觸系統(tǒng)，在震動(dòng)時(shí)兩部分微碰撞，相互吸能，以降低整個(gè)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。

6 ?結(jié)語

綜上所述，隔震減震設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，優(yōu)化隔震減震設(shè)計(jì)對(duì)于提升建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性具有重要意義。因此，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要能結(jié)合具體的規(guī)范與要求，結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)及功能要求需要科學(xué)設(shè)計(jì)隔震減震方案，合理選用隔震減震材料，采取有效措施減少地震對(duì)建筑的損害，確保建筑安全。

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（浙江省建科建筑設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310012）