隔震技術在高層建筑中的設計和應用

摘 要：高層建筑層數多，產生的壓力大，對其建設工程要求高，尤其是防震技術必須高標準、高精度，切實為保證住戶的安全著想。文章在相關理論知識的引導下，對我國的高層建筑進行了實際考察，指出了有關問題并作出相應的對策，為以后的發展提供了借鑒意義。

關鍵詞：高層建筑；施工技術；防震設施；問題對策

1 關于高層建筑

高層建筑是經濟和城市化發展到一定程度的產物，它是世界各個城市生產和消費發展到一定程度后，為了各方面因素限制的原因，必須要做出調整。高層建筑的好處有很多：第一，它可以集中人口，充分利用建筑本身的特性，建筑里的房間多、人口多、而且交通方便，方便人們交流和幫助，提高經濟效率；第二，由于城市化進程過快，建筑使用的土地需求上升，高層建筑可以節省土地資源；最后，高層建筑的地基數量少，可以減輕建筑工人的壓力，縮短建筑工期，提高建筑效率。

高層建筑的設計方案：

當高層建筑的層數和整體高度達到標準高度時，它的功能、適應環境和人群、技術應用以及經濟可行方面都是建設者和設計者共同關注的話題，因此，相關的專業人員必須再這些方面多下工夫，切實解決現實問題。（1）建筑設計方面：第一，因為高層建筑的高度高，層數多，總平面設計要注意防火間距，一旦發生火災危險，要減少損失，為人口疏散和車輛安全設計相關的通道和地方；第二，在功能滿足程度上要符合統一化、規范化的要求，滿足住戶的需要；最后，要注重風力、地震溫度等自然和人為環境對高層建筑的影響，提高它們的壽命。（2）結構設計方面：第一，要充分考慮到高層建筑因為遇到大風和地震力時帶來的水平側向力，導致建筑物整體發生傾斜的幾率加大，因此要嚴格控制高層建筑高度和寬度比例，保證其穩定性。第二，使建筑平面、體型、立面的質量和剛度盡量保持對稱和勻稱，使整體結構不出現薄弱環節。妥善處理因風力、地震、溫度變化和基礎沉降帶來的變形節點構造。考慮在重量大、基礎深的地質條件下如何保證安全可靠的設計技術和施工條件問題。

2 高層建筑與防震設計

2.1 防震建筑的分類

由于地震帶來的災難和危害很大加上地震是地球自身釋放能量的一種方式，非人力可以改變的，所以，我們不能改變地震發生的時間和地點，可以通過現有的技術和設備來減輕損失。一般來說，地震按照釋放熱量的強度和造成的危害可以分為8度，相當于6級多地震。為了應對不同程度的地震，我們可以把地震設防標準分為：（1）甲類建筑，地震在該地區發生的頻率高，造成的經濟損失大，建筑防震應高于本地區抗震設防烈度的要求，按批準的地震安全性評價結果確定；抗震措施，當抗震設防烈度為6～8度時，應符合本地區抗震設防烈度提高一度的要求，當為9度時，應符合比9度抗震設防更高的要求。（2）乙類建筑，地震作用應符臺本地區抗震設防烈度的要求；抗震措施，一般情況下，當抗震設防烈度為6～8度時，應符合本地區抗震設防烈度提高一度的要求，應符合比9度抗震設防更高的要求；地基基礎的抗震措施，應符合有關規定。對較小的乙類建筑，當其結構改用抗震性能較好的結構類型時，應允許仍按本地區抗震設防烈度的要求采取抗震措施。（3）丁類建筑，一般情況下，地震作用仍應符合本地區抗震設防烈度的要求；抗震措施應允許比本地區抗震設防烈度的要求適當降低，但抗震設防烈度為6度時不應降低。

2.2 關于地震的知識

地震的防范措施有很多種，從機理上來說，建筑抗震可以分為加固法、增大結構抗震能力加固法和多道防線抗震加固法。為了減少地震帶來的不利影響可以在高層建筑外圍增大建筑阻力，增大墻體防震能力，例如，增大墻體抗震性能的外包鋼筋混凝土面層、鋼筋網水泥砂漿面層加固法；增大結構整體性的壓力灌漿加固法、增設圈梁加固法、拉結鋼筋加固法；通過增設抗震墻來降低抗震能力薄弱構件所承受地震作用的增設墻體法等。從結構抗震加固方法上來講，抗震加固施工方法主要有外加固法，內加固法，夾板墻加固法。外加固法一般是從源頭出發，在原材料和輔助材料商下功夫，例如：磚塊的質量要經過層層篩選和檢驗，混凝土的制作方式和材料要區別于傳統制作方式，利用新技術和新方法來設計新的混凝土制作步驟，按照實際需要來增加建筑外側增加不同數量的構造柱，圈梁，以及保證構造柱、圈梁和抗震墻體協同工作的拉桿。內加固法基本原理是從建筑內部出發，在不改變建筑物本身的形狀下，增設結構柱子，圈梁及拉桿，必要時可以在房間與房間的接觸墻體上增設抗震墻體，增加墻體的抗震能力。

3 高層隔震體系的特殊性

高層、超高層隕震體系與常規的隔震體系相比，具有特殊性。首先對高層隔震建筑，上部結構不能滿足剛體運動的假定，高振型反應分量的影響不能忽視，不能簡單地以結構第一振型為主確定上部結構反應；二是由于高層、超高層結構的水平地震力產生的傾覆力矩比較大，在較大地震和強風作用下，隔震支座可能會有拉應力的出現，如何避免和控制隔震支座的拉應力是一個問題。三是高層、超高層的自振周期都比較長，所以必須進一步延長高層、超高層隔震建筑的基本周期，以達到更好的隔震效果。低彈性、大變形能力的隔震支座的開發和性能研究是在強震和強風作用下的各種分析，具有較高的研究價值和重大的工程意義。

4 高層基礎隔震系統組成

基礎隔震建筑體系通過在建筑物的基礎和上部結構之間設置隔震層，將建筑物分為上部結構、隔震層和下部結構三部分。地震能量經由下部分結構傳到隔震層，大部分被隔震層的隔震裝置吸收，僅有少部分傳到上部結構，從而大大減輕地震作用，提高隔震建筑的安全性。經過人們不斷的探索，如今基礎隔震技術已經系統化、實用化，它包括摩擦滑移系統，疊層橡膠支座系統、摩擦擺系統等。目前工程最常用的是疊層像膠支座隔震系統。這種隔震系統.性能穩定可靠，采用專門的疊層橡膠支座作為隔震元件，該支座是由一層層的薄鋼板和橡膠相互盛置，經過專門的硫化工藝粘合而成，其結構、配方、工藝需要特殊的設計，屬于一種橡膠厚制品。目前常用的橡膠隔震支座有：天然橡膠支座、鉛芯橡膠支座、高阻尼橡膠支座等。

5 高層基礎隔震技術原理

傳統的抗震結構是通過結構和構件來抵抗并消耗地震能量的，設計時將地震作用力作為一種外加荷載，與作用在結構上的其他荷載進行組合來設計和驗算結構是否滿足設計和使用要求。隔震建筑則增加了專門的變形和耗能裝置：橡膠隔震支座和阻尼器（如鉛阻尼器、油阻尼器、鋼棒阻尼器、粘彈性阻尼器、滑板支座等）橡膠隔震支座具有提供豎向承載能力、彈性得位能力、良好的變形能力等特性.此外鉛芯橡膠隔震支座同時還具有消耗地震能量的耗能特性。另一方面，傳統的抗震結構體系中，低層震建筑的周期延長到2-5秒，有效地降低了結構的地震加速度反應。

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