高层建筑结构设计中的隔震减震措施解析

徐沪杭

摘 要：目前，我国高层建筑数量逐年增加，建筑安全已成为居民首要关注的问题。特别是在高层建筑的隔震减震方面，高层建筑需要承受更多的地震荷载，设计人员必须优化建筑结构的设计方案，多角度采取措施，尽可能提高高层建筑的抗震能力，保护居民的生命财产安全。本文详细阐述了我国高层建筑结构设计中的隔振减震的原理，并从高层建筑的隔震和减震两个方面提出了一些措施，以促进我国高层建筑的发展。

关键词：高层建筑;结构设计;隔震措施;减震措施

1  前言

地震是对建筑物危害最大的自然地质灾害。在建筑设计中，对建筑的抗震等级有明确的要求，主要体现在：小震不坏，中震可以修，大震不倒。因此，合理、科学的抗震设计对于人民群众的人身安全、财产损失和社会秩序具有重要价值。随着建筑技术的发展，建筑物的高度越来越高，抗震设计在这方面的价值和意义更为重要。

2  建筑结构隔震减震概述

隔震和消能减震是建筑结构减轻地震灾害的有效技术，从而保持建筑的良好抗震能力。隔震设计是在房屋基础的底部，和房屋的上下结构中间，利用橡胶隔震支座和阻尼装置，来形成有良好复位能力的隔震层，从而使该结构的自振周期能够延长，从而减少在结构之间存在的地震，起到防震的作用。消能减震设计是利用消能器，设置在房屋中，利用其相对变形和相对速度，来增加附加阻尼，从而减少地震能量，从而起到真正地防震减震作用。该技术不但能应用在低层建筑中，也能使用在多层建筑中。

3  建筑结构设计中隔震减震基本原理

随着建筑行业的快速发展，传统的建筑结构抗震设计已经无法满足当前阶段的抗震需求，为了提高建筑结构的抗震能力，加强对新型建筑抗震技术的研究力度，一种以减震、隔震为手段抗震设计思想，得到了快速的发展，同时也被广泛地应用到建筑施工中。对于减震技术来说，其主要原理就是在建筑结构内安装附件装置或者是子结构，通过这样的装置能够将地震发生时产生的能量向上层结构进行传递，从而能够达到阻隔能量的效果，在传递能量的过程中，可以通过结构之间的反作用力来减少上部结构的地震反应。當前阶段，使用最多的就是消能减震技术，就是通过将消能装置设置在房屋结构内部，并在适当位置加装阻尼器，从而得到降低或者消除地震反应的作用。

4  高层建筑结构设计中的隔震措施

4.1特殊材料地基隔震

地基隔震是通过对基础部分进行特殊的处理并且铺设垫层，以此来减弱地震波对建筑物的损害。这种措施主要是通过消耗地震时产生的能量来保护建筑物的安全与稳定。在做垫层时大多会使用沙子或黏土，目前人们已经研究出一种以沥青为原材料的隔震材料，这种材料的隔震效果相对较好。

4.2基础隔震

基础隔震具有很多形式，黏弹性隔震、摩擦摆隔震、摩擦滑移隔震等都是基础隔震。在下层建筑与上层建筑之间安装隔震装置便是基础隔震方式的一种，也是最常见、历史最悠久的隔震方式。隔震装置主要是夹层橡胶垫、基底滑移装置、混合隔震装置等，隔震层位置的不同，能够有效地减少地震波的传导。但是基础隔震方式只适用于外形较好的低层或者多层建筑，对于高层建筑可能不能达到很好的隔震效果，隔震层会使高层建筑的结构阻尼和自振周期都变长，增加建筑的自重，减弱隔震的效果。在基础隔震的设计中，要分析最大地震时房屋的相对位移并进行数据的计算和实验，此外，要保证房屋在具有隔震能力的同时还能保护房屋的弹性，尽可能地保证力学上的相互稳定，基础隔震措施在高层建筑设计中是必须考虑的隔震方式。

4.3层间隔震的设计

高层建筑的设计少不了层间隔震的设计，这也是近年来最新型的一种方式，主要是针对高层建筑设计无法应用基础隔震设计的情况，通过隔震支座和隔震层质量的组合来达到隔震的效果。多数设计会选择橡胶作为隔震支座的原材料，来改造建筑结构的夹层，使建筑自身的隔震性能增加。由于隔震层质量和隔震支座的刚度以及隔震系统频率的变化，需要根据现场的实际情况对层间隔震的设计进行实验，利用现场实测的数据来判断层间隔震设计的效果。层间隔震装置的使用可以使建筑在发生地震灾害的情况下吸收大量的能量，有效减轻地震对建筑的危害。而层间隔震在高层建筑设计中的应用前景也是不可估量的，其应用范围非常广泛，不仅能应用于新建筑建设的过程，还能加固旧建筑的隔震措施，有效地对大部分建筑进行隔震。

4.4结构悬挂隔震

在建筑物中实施悬挂隔震设计，指的是通过悬挂方式将建筑结构吊起，也就是在建筑设计中比较常见的悬挂结构。这种设计在遇到地震灾害时，地震能量在传播过程中基本不会对悬挂结构造成影响，以此来减弱地震造成的破坏。结构悬挂一般在大型钢结构中应用的比较广泛，但是这种设计的标准要求较高，必须要将建筑物的主体和分支架构框架进行科学有效的结合才可以起到良好的隔震作用。

5  高层建筑结构设计中的减震措施

5.1严格设计建筑物走向

地震主要是因为地壳运动产生的，因此地质结构有着重要的意义。在地震之后，房屋产生的震动方向就是震向，和房屋例塌有着重要的关联。在对玉树地震进行分析时可以发现，如果建筑是垂直于震向的，那么就不太容易倒塌，较高建筑倒塌率出现在平行于震向的建筑物中。相关研究表明，在地震产生时，平行于震向的建筑容易出现倒塌，主要是因为它能够随着地震波运动，产生很大的幅度。因此，在选择建筑物地址之前，必须要考察好所在地的地质条件，并且分析震向，减少建筑物和震向出现平行的情况，保持二者的垂直。

5.2结构的减震设计

结构的减震设计通常是在结构的连接处、部分构件上安装一定数量的阻尼器，通过阻尼器来降低结构的地震反应。在此过程中，阻尼器的整体性能直接关系到减震的效果，性能越是可靠，减震效果就越好。在实际情况中，可以通过以下方式来进行减震设计：在高层建筑框架核心筒体连接处设计弹簧钢杆摩擦减震器、砂质减震器;在结构的伸缩缝隙以及沉降缝隙等部位设计扭转梁阻尼器、挤压铅阻尼器;在填充墙上设计耗能横缝，使其能够消耗地震产生的能量，达到减震效果。

5.3结构吸震耗能设计

建筑结构的吸震耗能设计是减震的有效措施之一，该方法主要是指在建筑主体结构上安装特殊的结构，如：液压减震器、弹簧减震器等结构，这些减震器能够吸收大量的震动能量，从而减轻建筑主体结构的震动效应。此外，在筒中筒结构与内筒壁出设置分缝、液压减震器等，内外筒共同组成动接触系统，在震动时两部分微碰撞，相互吸能，以降低整个结构的地震反应。

6  结语

综上所述，隔震减震设计是建筑结构设计中的重要内容，优化隔震减震设计对于提升建筑结构稳定性、安全性具有重要意义。因此，在进行建筑结构设计时，要能结合具体的规范与要求，结合建筑结构及功能要求需要科学设计隔震减震方案，合理选用隔震减震材料，采取有效措施减少地震对建筑的损害，确保建筑安全。

参考文献：

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（浙江省建科建筑设计院，浙江 杭州 310012）