高層建筑結構設計中的隔震減震措施解析

徐滬杭

摘 要：目前，我國高層建筑數量逐年增加，建筑安全已成為居民首要關注的問題。特別是在高層建筑的隔震減震方面，高層建筑需要承受更多的地震荷載，設計人員必須優化建筑結構的設計方案，多角度采取措施，盡可能提高高層建筑的抗震能力，保護居民的生命財產安全。本文詳細闡述了我國高層建筑結構設計中的隔振減震的原理，并從高層建筑的隔震和減震兩個方面提出了一些措施，以促進我國高層建筑的發展。

關鍵詞：高層建筑;結構設計;隔震措施;減震措施

1 ?前言

地震是對建筑物危害最大的自然地質災害。在建筑設計中，對建筑的抗震等級有明確的要求，主要體現在：小震不壞，中震可以修，大震不倒。因此，合理、科學的抗震設計對于人民群眾的人身安全、財產損失和社會秩序具有重要價值。隨著建筑技術的發展，建筑物的高度越來越高，抗震設計在這方面的價值和意義更為重要。

2 ?建筑結構隔震減震概述

隔震和消能減震是建筑結構減輕地震災害的有效技術，從而保持建筑的良好抗震能力。隔震設計是在房屋基礎的底部，和房屋的上下結構中間，利用橡膠隔震支座和阻尼裝置，來形成有良好復位能力的隔震層，從而使該結構的自振周期能夠延長，從而減少在結構之間存在的地震，起到防震的作用。消能減震設計是利用消能器，設置在房屋中，利用其相對變形和相對速度，來增加附加阻尼，從而減少地震能量，從而起到真正地防震減震作用。該技術不但能應用在低層建筑中，也能使用在多層建筑中。

3 ?建筑結構設計中隔震減震基本原理

隨著建筑行業的快速發展，傳統的建筑結構抗震設計已經無法滿足當前階段的抗震需求，為了提高建筑結構的抗震能力，加強對新型建筑抗震技術的研究力度，一種以減震、隔震為手段抗震設計思想，得到了快速的發展，同時也被廣泛地應用到建筑施工中。對于減震技術來說，其主要原理就是在建筑結構內安裝附件裝置或者是子結構，通過這樣的裝置能夠將地震發生時產生的能量向上層結構進行傳遞，從而能夠達到阻隔能量的效果，在傳遞能量的過程中，可以通過結構之間的反作用力來減少上部結構的地震反應。當前階段，使用最多的就是消能減震技術，就是通過將消能裝置設置在房屋結構內部，并在適當位置加裝阻尼器，從而得到降低或者消除地震反應的作用。

4 ?高層建筑結構設計中的隔震措施

4.1特殊材料地基隔震

地基隔震是通過對基礎部分進行特殊的處理并且鋪設墊層，以此來減弱地震波對建筑物的損害。這種措施主要是通過消耗地震時產生的能量來保護建筑物的安全與穩定。在做墊層時大多會使用沙子或黏土，目前人們已經研究出一種以瀝青為原材料的隔震材料，這種材料的隔震效果相對較好。

4.2基礎隔震

基礎隔震具有很多形式，黏彈性隔震、摩擦擺隔震、摩擦滑移隔震等都是基礎隔震。在下層建筑與上層建筑之間安裝隔震裝置便是基礎隔震方式的一種，也是最常見、歷史最悠久的隔震方式。隔震裝置主要是夾層橡膠墊、基底滑移裝置、混合隔震裝置等，隔震層位置的不同，能夠有效地減少地震波的傳導。但是基礎隔震方式只適用于外形較好的低層或者多層建筑，對于高層建筑可能不能達到很好的隔震效果，隔震層會使高層建筑的結構阻尼和自振周期都變長，增加建筑的自重，減弱隔震的效果。在基礎隔震的設計中，要分析最大地震時房屋的相對位移并進行數據的計算和實驗，此外，要保證房屋在具有隔震能力的同時還能保護房屋的彈性，盡可能地保證力學上的相互穩定，基礎隔震措施在高層建筑設計中是必須考慮的隔震方式。

4.3層間隔震的設計

高層建筑的設計少不了層間隔震的設計，這也是近年來最新型的一種方式，主要是針對高層建筑設計無法應用基礎隔震設計的情況，通過隔震支座和隔震層質量的組合來達到隔震的效果。多數設計會選擇橡膠作為隔震支座的原材料，來改造建筑結構的夾層，使建筑自身的隔震性能增加。由于隔震層質量和隔震支座的剛度以及隔震系統頻率的變化，需要根據現場的實際情況對層間隔震的設計進行實驗，利用現場實測的數據來判斷層間隔震設計的效果。層間隔震裝置的使用可以使建筑在發生地震災害的情況下吸收大量的能量，有效減輕地震對建筑的危害。而層間隔震在高層建筑設計中的應用前景也是不可估量的，其應用范圍非常廣泛，不僅能應用于新建筑建設的過程，還能加固舊建筑的隔震措施，有效地對大部分建筑進行隔震。

4.4結構懸掛隔震

在建筑物中實施懸掛隔震設計，指的是通過懸掛方式將建筑結構吊起，也就是在建筑設計中比較常見的懸掛結構。這種設計在遇到地震災害時，地震能量在傳播過程中基本不會對懸掛結構造成影響，以此來減弱地震造成的破壞。結構懸掛一般在大型鋼結構中應用的比較廣泛，但是這種設計的標準要求較高，必須要將建筑物的主體和分支架構框架進行科學有效的結合才可以起到良好的隔震作用。

5 ?高層建筑結構設計中的減震措施

5.1嚴格設計建筑物走向

地震主要是因為地殼運動產生的，因此地質結構有著重要的意義。在地震之后，房屋產生的震動方向就是震向，和房屋例塌有著重要的關聯。在對玉樹地震進行分析時可以發現，如果建筑是垂直于震向的，那么就不太容易倒塌，較高建筑倒塌率出現在平行于震向的建筑物中。相關研究表明，在地震產生時，平行于震向的建筑容易出現倒塌，主要是因為它能夠隨著地震波運動，產生很大的幅度。因此，在選擇建筑物地址之前，必須要考察好所在地的地質條件，并且分析震向，減少建筑物和震向出現平行的情況，保持二者的垂直。

5.2結構的減震設計

結構的減震設計通常是在結構的連接處、部分構件上安裝一定數量的阻尼器，通過阻尼器來降低結構的地震反應。在此過程中，阻尼器的整體性能直接關系到減震的效果，性能越是可靠，減震效果就越好。在實際情況中，可以通過以下方式來進行減震設計：在高層建筑框架核心筒體連接處設計彈簧鋼桿摩擦減震器、砂質減震器;在結構的伸縮縫隙以及沉降縫隙等部位設計扭轉梁阻尼器、擠壓鉛阻尼器;在填充墻上設計耗能橫縫，使其能夠消耗地震產生的能量，達到減震效果。

5.3結構吸震耗能設計

建筑結構的吸震耗能設計是減震的有效措施之一，該方法主要是指在建筑主體結構上安裝特殊的結構，如：液壓減震器、彈簧減震器等結構，這些減震器能夠吸收大量的震動能量，從而減輕建筑主體結構的震動效應。此外，在筒中筒結構與內筒壁出設置分縫、液壓減震器等，內外筒共同組成動接觸系統，在震動時兩部分微碰撞，相互吸能，以降低整個結構的地震反應。

6 ?結語

綜上所述，隔震減震設計是建筑結構設計中的重要內容，優化隔震減震設計對于提升建筑結構穩定性、安全性具有重要意義。因此，在進行建筑結構設計時，要能結合具體的規范與要求，結合建筑結構及功能要求需要科學設計隔震減震方案，合理選用隔震減震材料，采取有效措施減少地震對建筑的損害，確保建筑安全。

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（浙江省建科建筑設計院，浙江 杭州 310012）