高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的隔震減震措施研究

熊風(fēng)望

樟樹市建筑設(shè)計(jì)院（331200）

0 前言

近年來的地震災(zāi)害發(fā)生次數(shù)有了明顯增加，無論是大地震還是小地震，都給國家和人民造成了嚴(yán)重的影響。想要減少地震災(zāi)害對建筑物的影響，必須提高其隔震減震的性能，這對設(shè)計(jì)人員的專業(yè)技術(shù)有著極高的要求。不同于多層建筑的抗震設(shè)計(jì)，高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，需要考慮的事項(xiàng)更多，因此在進(jìn)行隔震減震措施的設(shè)計(jì)時難度更大，必須采取有效的技術(shù)手段才能更好地提升建筑物的抗震性能。由此可見，在新時期社會背景下，深入探討高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中隔震減震的相關(guān)內(nèi)容，具有非常重要的指導(dǎo)作用。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)隔震減震設(shè)計(jì)難點(diǎn)

1.1 建筑類型過于復(fù)雜

隨著人們生活質(zhì)量的進(jìn)一步提高，傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法吸引人們的注意力，人們更感興趣的是不同于傳統(tǒng)類型的建筑結(jié)構(gòu)，追求建筑物內(nèi)在質(zhì)量與外在美觀，這就使得設(shè)計(jì)人員需要綜合考慮各個方面的內(nèi)容，極大地增加了設(shè)計(jì)的工作量。有的設(shè)計(jì)人員為了從視覺上滿足顧客的需求，會更注重建筑物外觀的設(shè)計(jì)，因此難免會忽視對建筑物抗震性能方面的要求，認(rèn)為只要符合國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)即可。在這樣的情況下，建筑物雖然整體質(zhì)量達(dá)標(biāo)，但隨著使用年限的增長，原本符合標(biāo)準(zhǔn)的一些指標(biāo)都會有所下降，一旦發(fā)生地震災(zāi)害，就極有可能出現(xiàn)坍塌的情況，嚴(yán)重威脅到居民的生命安全[1]。

1.2 地基位置選取困難

高層建筑工程施工不同于多層建筑，需要考慮的因素非常多，一旦某一環(huán)節(jié)出錯，就有可能影響后續(xù)整個工程施工的開展。地基建設(shè)是整個建筑施工中最為重要的一項(xiàng)工程內(nèi)容，如果地基沒有打牢，則后續(xù)所有的施工都是徒勞的，因此需要技術(shù)人員重視這一環(huán)節(jié)的工作開展。通常情況來說，需要技術(shù)人員先考察建筑場地，了解地基位置的選擇是否合適，通過對土質(zhì)的密度、硬度等測量來加以判斷，如果土質(zhì)松軟則需要后期采取一定加固措施。除此之外，技術(shù)人員還需要考慮地基位置是否平坦開闊，因?yàn)楦邔咏ㄖ?yīng)當(dāng)建在地形相對平坦且開闊的地方，這樣才能更好地提升建筑物的抗震性能。但是，我國土地資源緊缺，在很多情況下，高層建筑的地基選擇并不能完全滿足設(shè)計(jì)人員的各項(xiàng)要求，無法隨意選取建筑場地，因此給設(shè)計(jì)人員增加了工作難度[2]。

1.3 建筑材料使用不科學(xué)

當(dāng)前建筑工程施工過程中，最常使用的建筑材料依然是鋼筋和混凝土，因此在建筑結(jié)構(gòu)的隔震減震設(shè)計(jì)時，還需要重視這些原材料的質(zhì)量控制，如果這些原材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，則很難滿足建筑物的抗震要求。此外，對這些建筑材料的合理利用，在一定程度上也能提高建筑物的抗震性能。有的設(shè)計(jì)人員沒有充分發(fā)揮出這些建筑材料的應(yīng)用優(yōu)勢，不僅取得效果非常一般，而且還可能因?yàn)槭褂貌划?dāng)而增強(qiáng)地基的承載重量。如有的設(shè)計(jì)人員為了提高建筑物的抗震性能，會忽視建材本身的特性，僅僅通過增加混凝土或鋼筋數(shù)量來達(dá)到這一目的，這種不科學(xué)的設(shè)計(jì)方法并不能起到很好的抗震效果，反而會增加高層建筑本身的承重，造成不必要的浪費(fèi)，使建筑不安全。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的隔震措施

2.1 基礎(chǔ)隔震模式

基礎(chǔ)隔震在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用不太常見，主要原因是通過減少建筑基礎(chǔ)部分的地震波來達(dá)到降低地震對建筑物影響的效果，其原理就是阻止地震波的向上傳遞。在具體的應(yīng)用過程中，基礎(chǔ)隔震模式在外形規(guī)則勻稱的多層建筑中能夠發(fā)揮更大的優(yōu)勢作用，但是起到的抗震效果遠(yuǎn)不如多層建筑好。原因高層建筑的結(jié)構(gòu)本身就比較復(fù)雜，且由于樓層較高，在設(shè)置基礎(chǔ)隔震模式之后，會導(dǎo)致自振周期延長，從而削弱了隔震的效果，仍會出現(xiàn)上部樓層坍塌的情況。在基礎(chǔ)隔震的設(shè)計(jì)中，需要確保力學(xué)上的相互穩(wěn)定，并掌握最大地震時房屋的相對位移情況，增強(qiáng)房屋的彈性，以便能達(dá)到更好的抗震效果，保護(hù)人們生命安全[3]。

2.2 層間隔震模式

層間隔震是最近幾年推出的一種隔震措施，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中較為常見，能夠起到一定的抗震效果。當(dāng)基礎(chǔ)隔震無法適用到高層建筑中時，就可以使用層間隔震來提高建筑物的抗震性能，該設(shè)計(jì)模式主要是利用隔震支座和隔震層質(zhì)量相結(jié)合的方式。在選擇隔震支座的原材料時，為了增加建筑自身的隔震性，有的設(shè)計(jì)人員就會將橡膠作為首選，以此來改造建筑結(jié)構(gòu)的夾層，從而提升建筑抗震性能。另外，為了確保層間隔震能夠發(fā)揮出最大的應(yīng)用價值，通常還需要對其進(jìn)行剛度及隔震系統(tǒng)頻率的試驗(yàn)，通過對數(shù)據(jù)的分析來明確該模式下的抗震效果。層間隔震不僅在新建筑設(shè)計(jì)中有著非常突出的應(yīng)用優(yōu)勢，而且在一些需要加固的舊建筑改造方面也能起到很好的作用[4]。

2.3 懸掛隔震模式

該隔震模式通常在大型鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用比較常見，其設(shè)計(jì)原理主要是通過阻隔地震波的傳播，來防止建筑主體結(jié)構(gòu)被破壞，從而提升建筑物的抗震性能。在具體的應(yīng)用過程中，懸掛隔震會使用到非常多的鋼架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員通過有效的組裝，可以確保主框架和子結(jié)構(gòu)處于相互連接的狀態(tài)。如果子結(jié)構(gòu)被懸掛，另一個結(jié)構(gòu)就會自動處于分離狀態(tài)，這樣就可以讓上層建筑跟隨地殼一起晃動，從而有效降低地震對上層建筑的影響，減少地震波的沖擊力，達(dá)到隔震的效果。另外，在懸掛隔震模式下，當(dāng)?shù)卣鸩ǖ竭_(dá)懸掛部位時，還能夠阻隔地震波的層層遞進(jìn)，并降低振波的幅度，使高層建筑上層人員所處的環(huán)境得到一定保障。

2.4 特殊材料隔震模式

通過相關(guān)調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，除了上述措施可以達(dá)到隔震效果之外，利用特殊材料在一定條件下也能夠達(dá)到很好的隔震效果。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，加強(qiáng)地基的穩(wěn)固性與抗震性，可以有效減輕地震對建筑物的整體損害，因此對地基的處理就顯得尤為重要。在以往的建筑設(shè)計(jì)中，大部分施工單位為了節(jié)省成本，在制作墊層時，都會盡可能地選用一些質(zhì)量較好的砂子或黏土來保證墊層的穩(wěn)固性。有的施工單位會將兩種材料交替鋪在建筑物的基礎(chǔ)部分。雖然這兩種方法都能起到一定的隔震效果，但是并不明顯。隨著時代的不斷發(fā)展與進(jìn)步，瀝青材料的出現(xiàn)極大地解決了這一問題。采用瀝青作為墊層，可以有效增強(qiáng)地基的穩(wěn)定性，并起到很好地隔震效果，因此在當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也經(jīng)常用到[5]。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的減震措施

3.1 無黏結(jié)支撐體系

在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)的減震設(shè)計(jì)時，無黏結(jié)支撐體系起到的減震作用最為明顯。主要原因是在內(nèi)核鋼支撐與鋼管之間利用無黏結(jié)漆來構(gòu)成一個滑移面，并促使內(nèi)核鋼支撐處于合適的位置，使之形成一個無黏結(jié)支撐體系。在高層建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用該減震設(shè)計(jì)方法，能夠使壓力與拉力都集中在內(nèi)核鋼支撐上，從而達(dá)到良好的減震效果。有的設(shè)計(jì)人員為了確保內(nèi)核鋼和外包層形成良好的滑移界面，防止內(nèi)核鋼支撐的橫向變形，還會對滑移界面的幾何尺寸進(jìn)行全面且細(xì)致的分析與設(shè)計(jì)，并嚴(yán)格控制好使用材料的質(zhì)量，這樣在突遇地震時，就能夠更好地對地震能量進(jìn)行消耗，從而增強(qiáng)減震效果，確保建筑物的整體安全性。

3.2 謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)建筑物走向

通常情況來說，大部分地震都是由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化引發(fā)地殼運(yùn)動而造成的，因此地質(zhì)結(jié)構(gòu)對地震來說是非常重要的一個影響因素。在發(fā)生地震時，建筑物的坍塌方向是隨著地震的波動方向而不同的。如果建筑物垂直于震向且震感較小，一般來說是不容易發(fā)生坍塌事故的。如果建筑物是平行于震向的，就有很大的概率會發(fā)生坍塌，這是因?yàn)槠叫杏谡鹣虻慕ㄖ?，其受到震波運(yùn)動的影響比較大。因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)的減震設(shè)計(jì)時，還可以利用對建筑物的走向來達(dá)到減震效果。設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)建筑物所處的地質(zhì)情況及以往的地震資料進(jìn)行綜合分析，以此來明確震向，并確保與建筑物的走向呈垂直關(guān)系，這樣能在一定程度上達(dá)到減震效果。

3.3 結(jié)構(gòu)消能減震技術(shù)

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，結(jié)構(gòu)消能減震技術(shù)是非常有效的一種減震措施，其主要原因是通過在建筑物內(nèi)部某些部分安裝消能裝置，讓這些裝置吸收地震能量，從而達(dá)到減震的目的。就目前使用情況來看，常見的消能裝置主要分為兩種類型:一種是速度相關(guān)型的，比如黏彈性消能器，速度越大，消能作用越強(qiáng)，減震效果越好；另一種是位移相關(guān)型的，比如金屬消能器，相對位移越大，減震效果越好。需要注意的是，結(jié)構(gòu)消能減震技術(shù)雖然是設(shè)置在建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的，但是其本身并不具備承重能力，因此不會讓建筑物主體結(jié)構(gòu)的豎向受力體系發(fā)生變化，不受結(jié)構(gòu)類型、層數(shù)以及形狀的限制，在市場上有著非常廣泛的應(yīng)用。另外，該技術(shù)在施工過程中比較方便，不需要耗費(fèi)過長的時間，且對用戶的干擾也比較小，除了可以起到減震效果之外，還能夠在建筑結(jié)構(gòu)的抗震加固中發(fā)揮重要作用，因此更受當(dāng)下市場的青睞。

3.4 對舊房減震設(shè)施的加固

隨著地震災(zāi)害不斷發(fā)生，在進(jìn)行新建筑的減震設(shè)計(jì)時，還不能忽略對一些老舊建筑的抗震加固工作。通常情況下，在對普通建筑或高層建筑的減震設(shè)施加固時，為了達(dá)到更好的減震效果，一般都會在施工階段進(jìn)行這項(xiàng)工程。如果在項(xiàng)目完成后才安裝減震設(shè)施，則會影響到最終的減震效果。但對于老舊建筑物而言，由于房屋已經(jīng)建成，且以往的減震措施還不完善，甚至有的都達(dá)不到國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，因此為了提高舊建筑的抗震性能，還需要采取有效的減震措施來對其進(jìn)行加固。設(shè)計(jì)人員可以使用阻尼和消能器來進(jìn)行加固，或者采用聚合物的砂漿混凝土進(jìn)行加固，這都能在一定程度上起到很好的減震效果。另外，砂漿混凝土不僅可以起到抗壓減震的效果，而且具有較好的黏性，因此還能夠增強(qiáng)鋼筋的抗銹能力，從而延長建筑物的使用壽命。

4 結(jié)語

在新時期社會不斷發(fā)展的背景下，想要實(shí)現(xiàn)我國建筑行業(yè)的長足發(fā)展，更好地為人們提供居住服務(wù)，就必須重視對高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作，特別要重視隔震減震措施的設(shè)計(jì)。在具體的實(shí)施過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)來確定不同房屋的抗震等級情況，并根據(jù)建筑工程的具體內(nèi)容來選擇合適的隔震減震措施，確保建筑物的整體抗震效果符合相關(guān)要求。只有不斷強(qiáng)化建筑結(jié)構(gòu)的隔震減震設(shè)計(jì)，才能切實(shí)有效地增強(qiáng)建筑物的綜合性能，更好地保障人們的居住安全，從而推動我國建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。