淺議高層建筑結構設計中的隔震減震措施

王海

摘要：在高層建筑建設過程中，能否充分的考慮到建筑本身的抗震問題，并且能夠使用有效的措施來使其能夠在長時間內抵抗一定強度的地震，是當前高層建筑工程中的重點研究項目之一，這對于建筑結構的安全性和穩定性有著十分重要的影響，長久以來，很多建筑工程設計技術人員都是秉著小震不塌，大震能修的原則來進行其結構設計的，但是由于受到來自各個方面的影響，該方面的工作仍然存在著一些問題。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；隔震減震

1隔震減震結構的構造措施以及其維護管理

隔震減震結構的構造主要包括隔震底座的設計和布置、隔震支座和建筑上、下部結構的連接、隔震層的梁、柱、墩和板的加強，隔震層所安置的防火措施，便于操作和更換隔震底座的空間等一系列隔震裝置。在高層建筑工程結構設計中，除了以上結構的施工設計需要考慮之外，還要注意防震縫和水平隔離縫的設置和維修，樓梯、電梯以及擋土墻和坡道等隔震層的設置，還有建筑物結構內部配管和配線等設備的構造和設計，也是高層建筑結構設計工作中必不可少的一部分，這些結構的設計和設定都會直接對建筑物在日后投入運營之后的抗震能力起到至關重要的作用。高層建筑內部不同的隔震減震結構也應該有不同的保護和維修方案，在日常的使用過程中，要有一項針對性較強的維護管理措施，要保證隔震層不管在任何時候都能夠正常發揮其所擁有的功能，尤其是高層建筑，采用隔震技術的住宅一定要明確了解其對于隔震層裝置和設備維護管理的責任，結構設計者有必要對其進行說明，并給予建筑管理工作者一定的指導和幫助，以此來讓建筑管理工作者認識到建筑減震隔震層正常工作的重要性和建筑結構內部隔震結構的特殊性。

2建筑隔震結構的設計

2.1建筑隔震體系的組成。隔震系統由隔震支座、阻尼器、抗風裝置、限位裝置等組成，隔震系統須具備三項基本功能：可靠支撐上部結構的豎向承載能力、水平向耗能隔震能力、震后自復位能力。隔震系統通常設置在基礎和上部結構之間，故又稱之為隔震層，建筑隔震體系由上部結構、隔震層和下部結構三部分組成。隔震房屋常選用疊層橡膠支座，主要類型為普通橡膠支座和鉛芯橡膠支座。疊層橡膠支座的主要性能參數有：水平和豎向剛度、豎向承載力、屈服后的剛度比、水平變形能力、阻尼比等。疊層橡膠支座抗拉屈服強度較低，抗震設計時應盡量避免其受拉，宜通過控制建筑物高寬比來控制結構整體傾覆力矩，防止支座壓屈破壞或拉應力超過1Mpa。

2.2隔震結構設計的方法。隔震設計前應對建筑物的結構形式、荷載、所在地區設防烈度等認真分析，設定經濟合理的預期控制目標。預估隔震結構所能達到的水平向減震系數和隔震層在罕遇地震下的最大位移，隔震支座的規格、數量和布置形式應根據其材料性能參數通過計算確定。隔震結構通常采用分部設計法，即將整個隔震結構分為上部結構、隔震層和下部結構及基礎，分別進行設計。上部結構計算仍采用傳統結構多遇地震下的振型分解反應譜法，水平地震作用下的地震加速度和地震影響系數最大值采用隔震以后的折算值，豎向地震作用不降低；隔震層除滿足正常使用狀況下豎向承載力要求外，還應滿足罕遇地震下的壓應力、拉應力以及隔震支座的位移，隔震層與上下部結構的連接構件應進行罕遇地震下強度驗算；下部結構應進行設防地震的抗震承載力驗算，并按罕遇地震進行抗剪承載力驗算；地基基礎的抗震驗算不考慮隔震產生的減震效應，按本地區抗震設防烈度設計。

2.3隔震結構的計算分析。建立隔震和非隔震兩種計算模型，按抗震規范要求選取一定數量的地震波，其中地震影響系數最大值和峰值加速度按設防地震輸入，兩種模型應選用在統計意義上相符的相同地震波，分別采用時程分析法計算各層剪力包絡值。對于多層建筑，隔震與非隔震結構各層層間剪力的最大比值即為水平向減震系數β。隔震后的水平地震影響系數最大值αmax1=βαmax/ψ，其中αmax為非隔震的地震影響系數最大值，ψ為調整系數，一般取0.80，αmax1減小相當于降低了設防地震烈度，上部結構可用多遇地震振型分解反應譜法按降低烈度后的普通抗震結構計算。隔震后的設防地震烈度和加速度以減震系數0.40劃分界限，隔震結構抗震等級按照降低后的烈度取值，隔震結構設計最小水平地震烈度不得低于6度。如某工程抗震設防烈度8度，設計基本地震加速度值0.2g，隔震設計模型計算所得水平向減震系數0.35<0.40，根據規范隔震后結構水平地震作用所對應的設防地震烈度7度，設計基本地震加速度值0.1g，即采用此隔震技術本工程結構能達到降低一度設防的目標。

3減震措施

建筑物場地的實際種類一般影響著隔震技術使用，當下的工程實踐活動表明，硬土場地比較適合應用構造隔震房屋，在弱土場地構造隔震房屋相反可能會增加地震損害，這主要因為弱土場地通常會過濾地震波內部的高頻分量，以此來延長結構周期，增強地震效應。由此可知，選擇消能隔震技術之前需全面調查建筑場地，仔細分析。

3.1基礎隔震結構

基礎隔震指代針對建筑基礎部分減小地震波，進而無法傳遞到上部結構，使其在某種程度控制地震所產生的損壞。一般在基礎和上部結構布設隔震裝置，和高層建筑相比，外形規則勻稱的底層建筑具有優良的隔震效果，產生這一問題的根本原因是高層建筑結構布設隔震裝置可能會增加自振周期，以此來削弱隔震效果。當前基礎隔震全面進步，且發展形態呈現出多樣化特性，不斷完善。

3.2隔震地基材料

因建筑物不同選取的地基材料存在差異，這主要因為地震波反應的作用?？山柚厥獠牧厦嫦蚪ㄖ锏鼗鶎嵤┨幚聿僮鳎M而削弱地震波，以此來減小震感。在以往的建筑物中，一般通過粘土與砂子完成基礎部分墊層，再有人借助糯米墊層探索抗震，多年的發明探索和試驗表明原料是瀝青的這種新型材料開展隔震層設置對應的效果十分顯著。

3.3懸掛隔震

懸掛隔震原理為阻隔地面地震波傳送到建筑主體結構，以免主體結構被損壞。這一結構中的大多數質量基本均附著在地面上，一旦地震到來，結構上層分離使得無慣性力出現，以此來達到大大隔震目的。主要應用在大型鋼結構和鋼結構中，又可細分成主框架與子結構。當懸掛子結構時，則主框架結構和子結構隨即分離。待地震波移動至懸掛部位時，則地震能量顯著減少，全面控制了地震的進一步傳遞，降低了地震損害。

3.4層間隔震裝置

層間隔震是面向原結構裝設耗能減震裝置，包含質量與隔震支座這兩部分。當地震來臨時，一般由隔震與減震來吸收相應的地震能量，降低地震損害，減小地震所產生的不良影響?？拐鸺夹g輔以隔震技術便是層間隔震。然而，層間隔震的實際減震效果低于基礎隔震技術效果，大約低至20%左右。該技術具有較大的應用空間，除可應用在新建筑物，還能鞏固強化既有建筑物。隔震裝置內部的支座材料通?？蛇x擇橡膠，利用結構夾層改建便可達到減震效果。

4結語

在當前的高層建筑結構設計工作中，減震隔震措施的采用是防止地震對建筑以及生命財產造成威脅的重要保障，在此，本文主要針對減震隔震結構的設計進行了簡單的說明和敘述，希望能對今后高層建筑工程結構設計中關于減震隔震措施的研究和采用提供一些文本上的幫助和思考。

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