高层建筑物结构隔震减震设计的难点分析

王晨

摘要：目前我国高层建筑的数量在逐年增多，楼房安全问题已经成为居民关注的首要问题。尤其是在高层建筑物的隔震减震方面，高层建筑需要承受更大的地震负荷，设计师必须优化建筑结构的设计方案，从多个角度采取措施，尽可能提高高层建筑的抗震性，保障居民的生命财产安全。本文详细阐述了目前我国高层建筑结构设计的难点，并分别从高层建筑的隔震减震两个方面提出一些解决的举措，旨在促进我国高层建筑的不断发展。

关键词：高层建筑;结构设计;隔震举措;减震举措

近年来，地震灾害频发，给国家和居民造成了难以估量的损失，究其原因，建筑企业在进行楼房建设时没有做好隔震减震工作，楼房的抗震性能很低。因此，当务之急是做好建筑物的隔震减震工作。相较于低层建筑物，高层建筑物的建筑难度更大，需要更为先进的技术支撑。尤其是在抗震性能方面，高层建筑物需要更大的承载力，因此必须通过一系列手段提高其抗震性能以保证居民的生命安全。随着我国科技的不断进步，隔震减震技术也在不断提升，对高层建筑的抗震性进行多角度多手段的提升已经成为可能。

1高层建筑物结构隔震减震设计的难点

1.1地基选取的位置不合理

在进行楼房的建筑之前，技术人员首先要对建筑场地进行考查，主要是对地基土质的考察，对土质的密度和硬度进行精确测量。不同的地区有不同的土壤类型，不同类型的土壤会对建筑物的抗震性能产生很大的影响。另外，由于高层建筑具有很高的高度，在选取地基时一定要选取地形相对平坦开阔以及离河较远的地方，避免地震发生时建筑物的抗震性减弱。但是，由于土地资源紧缺，房地产开发商在选取建筑场地时有一定的限制，不能随意选取建筑场地，而一旦发生地震，地基可能难以承受巨大的冲击力和破坏力。

1.2建筑类型多样化提升了技术难度

经济的发展使得人们对于生活质量的要求越来越高，不同于传统类型的建筑物越来越受到顾客的青睐。有些建筑设计师过分追求建筑物设计的外观，设计的结构更加复杂，但是却忽略了建筑的抗震性能以及其他性能的优化，仅仅是刚好符合国家的建筑标准[1]。在居民的使用过程中，随着建筑物的老化，其各项指标都会降到标准以下，给居民的安全带来潜在威胁。

1.3建筑材料的使用不科学

在我国现阶段的楼房建筑中，钢筋和混凝土仍然是主要的建筑材料，设计师往往通过增加混凝土或者钢筋数量来提高建筑物的抗震性，但是取得的效果一般。尤其是在高层建筑中，随着钢筋和混凝土的增多，地基需要承载的重量也会增加。目前市场上已经出现很多新型的建筑材料，这些材料对于建筑物各方面的性能都具有很大的提升作用，但是在建筑行业中的应用仍然不够广泛。

2高层建筑设计中的隔震措施和策略

高层建筑设计中的隔震措施是多种多样的，可以应用的特殊材料也非常多，为了达到隔震的最优效果，通常会采用多种隔震措施相结合的方式来隔震，在实际的操作中，通常要根据现场的實际情况来设置隔层。

2.1采用特殊材料地基隔震

地基是建筑接触地面的部分，是建筑的基础部分，在地震时最先波及的便是建筑的地基，所以，只有地基坚实，才能够保证建筑更加稳固，有效地进行隔震。地基隔震的方式通常是选用特殊的材料或者是对地基进行特殊处理，从而减少地震对建筑的损伤，达到隔震的效果。为了减少地震时所产生的能量，可以在地基中使用大量的沙土或者黏土作为垫层，还有一小部分的设计师会选用糯米作为垫层材料，经过历史的不断验证，现如今使用最多的垫层材料是沥青，这是目前最好的隔震材料。垫层材料的合理选择以及材料的科学配比，能够有效地抵消地震产生的能量和地震波。此外，在地基的表层可以铺设碎石、砂砾石、素土等材料，加大建筑与地面的摩擦力，在地震时能够有效地减少地震波。

2.2使用基础隔震

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。

2.3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。

2.4选择悬挂隔震

选择悬挂隔震措施能够有效地避免地震时建筑的主体遭受破坏，能够有效地阻隔地震波的传播。悬挂式隔震设计可以在发生地震时，使上层建筑处于分离状态，无惯性力产生，有效地增加建筑物的隔震性能。这一措施的实施需要大量的钢架结构进行主框架和子结构的组装，对主框架或子结构中的一个结构进行悬挂隔震设计，另一个结构便会处于分离状态，使建筑在地震时随着地壳晃动，减少地壳晃动带来的冲击力，达到隔震的效果，可以用吊杆或者链条把主结构与子结构相连接，从而减少地震能量的传播。

3高层建筑设计中的减震措施和对策

在高层建筑设计中主要是通过增加阻尼的方式来进行减震，阻尼增大能够有效地削减地震产生的能量，有效地减少地震对房屋建筑的损伤。在建筑施工之前完成减震措施的设计，在高层建筑外形变化较大的部位设置消能器和阻尼等装置，实行减震措施。确认建筑主轴结构方向，增加主轴方向上的阻尼，能够大大提高建筑的减震能力。

3.1新建筑物中减震措施的设计

随着地质灾害的不断发生，人们生活质量的提升以及安全意识的增强，居民对房屋建设中的减震措施的要求也越来越高，政府对于房屋建设的抗震等级也有明确的规定，减震设计得到了高度重视。在新建建筑的设计中，主要是对基础部分进行特殊处理，利用消音减震装置进行减震措施的设计，在强震的情况下，耗能装置进入非弹性状态，消耗掉地面运动的大部分能量，减少建筑结构中承受的能量。此外，所有的设计在施工之前完成，对于一些设计需要进行实验数据测试，所有的设计在施工之前也都要验证其可行性和安全性能的等级，为之后防震工作的设计奠定基础，弥补防震工作中的缺陷。

3.2对于旧房屋减震设施的加固

在普通房屋的建设中，减震设施的安装一定是在施工阶段进行的，完工之后再进行安装会影响减震效果。但是对于一些老旧的房屋来说，在过去的建设中减震措施的设计还不够完善，减震效果也没有达到国家要求，這就需要对现存的房屋进行减震设施的加固设计。尽量减少施工过程中的不利条件，通过阻尼和消能器来进行加固。可以使用新型技术对混凝土的表面进行加固，这种聚合物的砂浆混凝土能够有效地抗压，具有极高的黏度，同时提高了钢筋的抗锈能力，对于加强高层建筑的减震效果也具有一定作用。

4结语

总而言之，我国的建筑行业想要取得进一步的发展，就必须对建筑结构的设计进行优化。尤其是在高层建筑设计中，设计结构的不合理会严重影响建筑物的各项指标。做好高层建筑的抗震减震工作是建筑企业需要优先考虑的问题，设计师在设计高层建筑的结构时，要确保抗震级别符合国家规定标准，还要考虑到各种材料的使用是否能够提升建筑物的抗震性，并在高层建筑的隔震减震工作中采取多种手段，以达成建筑目标。

参考文献：

[1]王铭帅.高层建筑结构设计中的隔震减震[J].建筑技术开发，2020，47（03）：39-40.

[2]杨友.建筑结构设计中的隔震减震措施探讨[J].工程技术研究，2019，4（23）：178-179.

[3]侯湛.高层建筑隔震减震结构设计分析[J].住宅与房地产，2018（34）：58.

[4]王鑫博.高层建筑结构设计中的隔震减震措施[J].住宅与房地产，2018（33）：65.

浙江省省直建筑设计院 310012