高層建筑物結(jié)構(gòu)隔震減震設(shè)計的難點分析

王晨

摘要：目前我國高層建筑的數(shù)量在逐年增多，樓房安全問題已經(jīng)成為居民關(guān)注的首要問題。尤其是在高層建筑物的隔震減震方面，高層建筑需要承受更大的地震負(fù)荷，設(shè)計師必須優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，從多個角度采取措施，盡可能提高高層建筑的抗震性，保障居民的生命財產(chǎn)安全。本文詳細(xì)闡述了目前我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的難點，并分別從高層建筑的隔震減震兩個方面提出一些解決的舉措，旨在促進我國高層建筑的不斷發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計;隔震舉措;減震舉措

近年來，地震災(zāi)害頻發(fā)，給國家和居民造成了難以估量的損失，究其原因，建筑企業(yè)在進行樓房建設(shè)時沒有做好隔震減震工作，樓房的抗震性能很低。因此，當(dāng)務(wù)之急是做好建筑物的隔震減震工作。相較于低層建筑物，高層建筑物的建筑難度更大，需要更為先進的技術(shù)支撐。尤其是在抗震性能方面，高層建筑物需要更大的承載力，因此必須通過一系列手段提高其抗震性能以保證居民的生命安全。隨著我國科技的不斷進步，隔震減震技術(shù)也在不斷提升，對高層建筑的抗震性進行多角度多手段的提升已經(jīng)成為可能。

1高層建筑物結(jié)構(gòu)隔震減震設(shè)計的難點

1.1地基選取的位置不合理

在進行樓房的建筑之前，技術(shù)人員首先要對建筑場地進行考查，主要是對地基土質(zhì)的考察，對土質(zhì)的密度和硬度進行精確測量。不同的地區(qū)有不同的土壤類型，不同類型的土壤會對建筑物的抗震性能產(chǎn)生很大的影響。另外，由于高層建筑具有很高的高度，在選取地基時一定要選取地形相對平坦開闊以及離河較遠(yuǎn)的地方，避免地震發(fā)生時建筑物的抗震性減弱。但是，由于土地資源緊缺，房地產(chǎn)開發(fā)商在選取建筑場地時有一定的限制，不能隨意選取建筑場地，而一旦發(fā)生地震，地基可能難以承受巨大的沖擊力和破壞力。

1.2建筑類型多樣化提升了技術(shù)難度

經(jīng)濟的發(fā)展使得人們對于生活質(zhì)量的要求越來越高，不同于傳統(tǒng)類型的建筑物越來越受到顧客的青睞。有些建筑設(shè)計師過分追求建筑物設(shè)計的外觀，設(shè)計的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，但是卻忽略了建筑的抗震性能以及其他性能的優(yōu)化，僅僅是剛好符合國家的建筑標(biāo)準(zhǔn)[1]。在居民的使用過程中，隨著建筑物的老化，其各項指標(biāo)都會降到標(biāo)準(zhǔn)以下，給居民的安全帶來潛在威脅。

1.3建筑材料的使用不科學(xué)

在我國現(xiàn)階段的樓房建筑中，鋼筋和混凝土仍然是主要的建筑材料，設(shè)計師往往通過增加混凝土或者鋼筋數(shù)量來提高建筑物的抗震性，但是取得的效果一般。尤其是在高層建筑中，隨著鋼筋和混凝土的增多，地基需要承載的重量也會增加。目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)很多新型的建筑材料，這些材料對于建筑物各方面的性能都具有很大的提升作用，但是在建筑行業(yè)中的應(yīng)用仍然不夠廣泛。

2高層建筑設(shè)計中的隔震措施和策略

高層建筑設(shè)計中的隔震措施是多種多樣的，可以應(yīng)用的特殊材料也非常多，為了達(dá)到隔震的最優(yōu)效果，通常會采用多種隔震措施相結(jié)合的方式來隔震，在實際的操作中，通常要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況來設(shè)置隔層。

2.1采用特殊材料地基隔震

地基是建筑接觸地面的部分，是建筑的基礎(chǔ)部分，在地震時最先波及的便是建筑的地基，所以，只有地基堅實，才能夠保證建筑更加穩(wěn)固，有效地進行隔震。地基隔震的方式通常是選用特殊的材料或者是對地基進行特殊處理，從而減少地震對建筑的損傷，達(dá)到隔震的效果。為了減少地震時所產(chǎn)生的能量，可以在地基中使用大量的沙土或者黏土作為墊層，還有一小部分的設(shè)計師會選用糯米作為墊層材料，經(jīng)過歷史的不斷驗證，現(xiàn)如今使用最多的墊層材料是瀝青，這是目前最好的隔震材料。墊層材料的合理選擇以及材料的科學(xué)配比，能夠有效地抵消地震產(chǎn)生的能量和地震波。此外，在地基的表層可以鋪設(shè)碎石、砂礫石、素土等材料，加大建筑與地面的摩擦力，在地震時能夠有效地減少地震波。

2.2使用基礎(chǔ)隔震

基礎(chǔ)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(chǔ)隔震。在下層建筑與上層建筑之間安裝隔震裝置便是基礎(chǔ)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(dǎo)。但是基礎(chǔ)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(dá)到很好的隔震效果，隔震層會使高層建筑的結(jié)構(gòu)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(chǔ)隔震的設(shè)計中，要分析最大地震時房屋的相對位移并進行數(shù)據(jù)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(xué)上的相互穩(wěn)定，基礎(chǔ)隔震措施在高層建筑設(shè)計中是必須考慮的隔震方式。

2.3層間隔震的設(shè)計

高層建筑的設(shè)計少不了層間隔震的設(shè)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(shè)計無法應(yīng)用基礎(chǔ)隔震設(shè)計的情況，通過隔震支座和隔震層質(zhì)量的組合來達(dá)到隔震的效果。多數(shù)設(shè)計會選擇橡膠作為隔震支座的原材料，來改造建筑結(jié)構(gòu)的夾層，使建筑自身的隔震性能增加。由于隔震層質(zhì)量和隔震支座的剛度以及隔震系統(tǒng)頻率的變化，需要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況對層間隔震的設(shè)計進行實驗，利用現(xiàn)場實測的數(shù)據(jù)來判斷層間隔震設(shè)計的效果。層間隔震裝置的使用可以使建筑在發(fā)生地震災(zāi)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(shè)計中的應(yīng)用前景也是不可估量的，其應(yīng)用范圍非常廣泛，不僅能應(yīng)用于新建筑建設(shè)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。

2.4選擇懸掛隔震

選擇懸掛隔震措施能夠有效地避免地震時建筑的主體遭受破壞，能夠有效地阻隔地震波的傳播。懸掛式隔震設(shè)計可以在發(fā)生地震時，使上層建筑處于分離狀態(tài)，無慣性力產(chǎn)生，有效地增加建筑物的隔震性能。這一措施的實施需要大量的鋼架結(jié)構(gòu)進行主框架和子結(jié)構(gòu)的組裝，對主框架或子結(jié)構(gòu)中的一個結(jié)構(gòu)進行懸掛隔震設(shè)計，另一個結(jié)構(gòu)便會處于分離狀態(tài)，使建筑在地震時隨著地殼晃動，減少地殼晃動帶來的沖擊力，達(dá)到隔震的效果，可以用吊桿或者鏈條把主結(jié)構(gòu)與子結(jié)構(gòu)相連接，從而減少地震能量的傳播。

3高層建筑設(shè)計中的減震措施和對策

在高層建筑設(shè)計中主要是通過增加阻尼的方式來進行減震，阻尼增大能夠有效地削減地震產(chǎn)生的能量，有效地減少地震對房屋建筑的損傷。在建筑施工之前完成減震措施的設(shè)計，在高層建筑外形變化較大的部位設(shè)置消能器和阻尼等裝置，實行減震措施。確認(rèn)建筑主軸結(jié)構(gòu)方向，增加主軸方向上的阻尼，能夠大大提高建筑的減震能力。

3.1新建筑物中減震措施的設(shè)計

隨著地質(zhì)災(zāi)害的不斷發(fā)生，人們生活質(zhì)量的提升以及安全意識的增強，居民對房屋建設(shè)中的減震措施的要求也越來越高，政府對于房屋建設(shè)的抗震等級也有明確的規(guī)定，減震設(shè)計得到了高度重視。在新建建筑的設(shè)計中，主要是對基礎(chǔ)部分進行特殊處理，利用消音減震裝置進行減震措施的設(shè)計，在強震的情況下，耗能裝置進入非彈性狀態(tài)，消耗掉地面運動的大部分能量，減少建筑結(jié)構(gòu)中承受的能量。此外，所有的設(shè)計在施工之前完成，對于一些設(shè)計需要進行實驗數(shù)據(jù)測試，所有的設(shè)計在施工之前也都要驗證其可行性和安全性能的等級，為之后防震工作的設(shè)計奠定基礎(chǔ)，彌補防震工作中的缺陷。

3.2對于舊房屋減震設(shè)施的加固

在普通房屋的建設(shè)中，減震設(shè)施的安裝一定是在施工階段進行的，完工之后再進行安裝會影響減震效果。但是對于一些老舊的房屋來說，在過去的建設(shè)中減震措施的設(shè)計還不夠完善，減震效果也沒有達(dá)到國家要求，這就需要對現(xiàn)存的房屋進行減震設(shè)施的加固設(shè)計。盡量減少施工過程中的不利條件，通過阻尼和消能器來進行加固。可以使用新型技術(shù)對混凝土的表面進行加固，這種聚合物的砂漿混凝土能夠有效地抗壓，具有極高的黏度，同時提高了鋼筋的抗銹能力，對于加強高層建筑的減震效果也具有一定作用。

4結(jié)語

總而言之，我國的建筑行業(yè)想要取得進一步的發(fā)展，就必須對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計進行優(yōu)化。尤其是在高層建筑設(shè)計中，設(shè)計結(jié)構(gòu)的不合理會嚴(yán)重影響建筑物的各項指標(biāo)。做好高層建筑的抗震減震工作是建筑企業(yè)需要優(yōu)先考慮的問題，設(shè)計師在設(shè)計高層建筑的結(jié)構(gòu)時，要確?？拐鸺墑e符合國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，還要考慮到各種材料的使用是否能夠提升建筑物的抗震性，并在高層建筑的隔震減震工作中采取多種手段，以達(dá)成建筑目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王銘帥.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的隔震減震[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2020，47（03）：39-40.

[2]楊友.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的隔震減震措施探討[J].工程技術(shù)研究，2019，4（23）：178-179.

[3]侯湛.高層建筑隔震減震結(jié)構(gòu)設(shè)計分析[J].住宅與房地產(chǎn)，2018（34）：58.

[4]王鑫博.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的隔震減震措施[J].住宅與房地產(chǎn)，2018（33）：65.

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