隔震技术在高层建筑中的应用探讨

【摘要】因地震灾害不断涌现，需要各种结构来增强建筑的隔震效果，目前隔震结构是一种能够通过建筑物内部相关结构吸收地震过程中所产生巨大能量的构造物。建筑物的隔震技术已经在过去的规范和标准当中有了比较成熟的规定和指导。目前的抗震设计不仅考虑到结构的动力效应，而且从刚柔结合的设计角度提出了避免隔震支座受拉的上部结构布置原则及隔震层优化设计方法，并对目前隔震支座拉应力计算方法提出了改进建议。本文阐述了隔震技术在高层建筑中的具体应用，并强调了在高层建筑中隔震技术设计的注意事项。

【关键词】隔震技术；高层建筑；应用

伴随着橡胶等隔震材料性能的提升和有关隔震技术理论的成熟，将高层建筑中的隔震技术推广上升到了一个新的层次上。隔震设计可以延长整个结构体系的自振周期，达到预期防震要求。目前隔震技术主要是利用结构本身材料强度来消耗地震能量，遭遇大地震的时候减少结构倒塌。通过在底部设置水平柔性的隔震装置延长结构的基本自振周期，通过隔震层变形达到隔震的效果。对于隔震技术在高层建筑中的应用，一般都是保证结构具有足够的强度、刚度和延性，从而使地震能量传递到建筑物的隔震方法进入结构设计领域。

1、隔震技术在高层建筑中的具体应用

1.1构建隔振体系

隔震体系主要将基础的地震能量向上部结构传递，从而利用叠层橡胶垫、夹层橡胶垫构成基础隔震体系等。

一是滑动隔震支座。滑动隔震支座可以使震后的隔震系统恢复到原来的位置；滑动支座能减小地震对上部结构的能量传递，应用混合隔震支座来抵抗并消耗地震能量，设计的同时还具有消耗地震能量的耗能特性。

二是橡胶隔震支座。天然橡胶支座利用高温、加压并硫化制作而成。天然橡胶隔震支座是在天然橡胶隔震支座的中心或非中心加入铅芯制作而成的具有良好耗能能力的隔震支座。

三是高阻尼橡胶支座。高阻尼隔震橡胶支座主要降低橡胶的存储模量等来提高橡胶阻尼性能的一种隔震装置。

四是基础隔震。将隔震装置设置在上部和基础结构之间就是基础隔震，越往上部，建筑结构的地震反应就减小。

1.2建筑结构的隔震设计

1.2.1地基采用特殊材料隔震

建筑物基础隔震通常是采取一系列特定的方式处理建筑物的基础部分，将地震时的地震波降低，进而将地震对建筑物的破坏缩小。直接将砂子或粘土垫层设置在建筑物的基础部分是比较传统的方法，或者将粘土与砂子交替铺上。与此同时，一部分相关学者在建筑物的基础部分用糯米为原材料设置垫层，将地震对建筑物的破坏降低。现阶段已经有新的突破产生，一种特殊材料以沥青为原料得到，进而设置隔震层效果更优。

1.2.2建筑结构的层间隔震措施

首先是进行隔震结构的计算分析，建立计算模型，将影响系數最大值和峰值加速度按设防地震输入，应用多遇地震振型分解反应谱法按降低烈度后的普通抗震结构计算。

其次是设计隔震层。当地震发生时，高层建筑内部的减震隔震结构能够减轻其在震动时产生的大力度的冲击而造成损坏；在电梯井侧壁则采用井道外侧包皮到地下室柱、填充墙等，利用穿越减震隔震层的排水管道、电气强、弱电电缆等各种必要导线来适应减震隔震层在面临高强度地震时发生的结构水平方向偏移的要求。

1.2.3隔震、减震结构的构造措施以及其维护管理

隔震减震结构的构造主要是隔震层的梁、柱、墩和板的加强，隔震层所安置的梁、柱、墩和板便于更换隔震底座的空间等一系列隔震装置。整个设计采用橡胶隔震支座与铅芯橡胶隔震支座混合布置），确定减震系数；对于隔震结构的竖向地震作用进行验算；在隔震层设计中要尽量利用隔震支座不出现拉应力，以满足剪切变形为主而且房屋高宽比小于隔振标准

1.2.4制定对非隔震结构的高宽比限制标准

高层建筑结构的高宽比是对结构刚度、结构整体稳定性以及经济安全性的宏观控制。高宽比越大，结构的层间剪力也逐渐增大。水平向减震系数应由最大层间剪力和最大层倾覆力矩的比值来确定。

1.3隔震加固技术

采用ETABS有限元分析软件进行计算，然后对隔震前后的多遇和罕遇地震作用下结构楼层剪力对比、多遇和罕遇地震作用下的楼层位移和层间位移比较等，分析建筑物承受的地震力。

2、隔震设计注意事项

非隔震高层建筑结构的周期本身已较长，为使隔震高层建筑的隔震层周期需更大，要适当控制隔震垫的数量。因高层建筑总体重量大，且在地震作用下还会产生较大的倾覆力矩，因此需要隔震垫具有一定的抗拉能力。例如：通过增大隔震支座所承受的重力荷载范围、减小地震作用引起的倾覆力或采用其他高抗拉能力的隔震支座3种基本方法来减小隔震支座受拉的可能，在结构总质量基本不变的情况下控制隔震层的侧向刚度。

总之，高层建筑的隔震技术可以减小上部结构的地震反映，因此， 隔震技术良好的隔震效果将会大大拓宽其应用前景。如今的隔震技术的支座材料、阻尼器材料研究方面，将会进一步推动高层建筑隔震技术的发展。

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作者简介：

李震宇，石河子博力工程管理有限公司。