高層建筑結構設計中的隔震減震措施研究

熊風望

樟樹市建筑設計院（331200）

0 前言

近年來的地震災害發生次數有了明顯增加，無論是大地震還是小地震，都給國家和人民造成了嚴重的影響。想要減少地震災害對建筑物的影響，必須提高其隔震減震的性能，這對設計人員的專業技術有著極高的要求。不同于多層建筑的抗震設計，高層建筑結構的抗震設計更為復雜，需要考慮的事項更多，因此在進行隔震減震措施的設計時難度更大，必須采取有效的技術手段才能更好地提升建筑物的抗震性能。由此可見，在新時期社會背景下，深入探討高層建筑結構設計中隔震減震的相關內容，具有非常重要的指導作用。

1 高層建筑結構隔震減震設計難點

1.1 建筑類型過于復雜

隨著人們生活質量的進一步提高，傳統建筑結構已經無法吸引人們的注意力，人們更感興趣的是不同于傳統類型的建筑結構，追求建筑物內在質量與外在美觀，這就使得設計人員需要綜合考慮各個方面的內容，極大地增加了設計的工作量。有的設計人員為了從視覺上滿足顧客的需求，會更注重建筑物外觀的設計，因此難免會忽視對建筑物抗震性能方面的要求，認為只要符合國家規定標準即可。在這樣的情況下，建筑物雖然整體質量達標，但隨著使用年限的增長，原本符合標準的一些指標都會有所下降，一旦發生地震災害，就極有可能出現坍塌的情況，嚴重威脅到居民的生命安全[1]。

1.2 地基位置選取困難

高層建筑工程施工不同于多層建筑，需要考慮的因素非常多，一旦某一環節出錯，就有可能影響后續整個工程施工的開展。地基建設是整個建筑施工中最為重要的一項工程內容，如果地基沒有打牢，則后續所有的施工都是徒勞的，因此需要技術人員重視這一環節的工作開展。通常情況來說，需要技術人員先考察建筑場地，了解地基位置的選擇是否合適，通過對土質的密度、硬度等測量來加以判斷，如果土質松軟則需要后期采取一定加固措施。除此之外，技術人員還需要考慮地基位置是否平坦開闊，因為高層建筑應當建在地形相對平坦且開闊的地方，這樣才能更好地提升建筑物的抗震性能。但是，我國土地資源緊缺，在很多情況下，高層建筑的地基選擇并不能完全滿足設計人員的各項要求，無法隨意選取建筑場地，因此給設計人員增加了工作難度[2]。

1.3 建筑材料使用不科學

當前建筑工程施工過程中，最常使用的建筑材料依然是鋼筋和混凝土，因此在建筑結構的隔震減震設計時，還需要重視這些原材料的質量控制，如果這些原材料質量不達標，則很難滿足建筑物的抗震要求。此外，對這些建筑材料的合理利用，在一定程度上也能提高建筑物的抗震性能。有的設計人員沒有充分發揮出這些建筑材料的應用優勢，不僅取得效果非常一般，而且還可能因為使用不當而增強地基的承載重量。如有的設計人員為了提高建筑物的抗震性能，會忽視建材本身的特性，僅僅通過增加混凝土或鋼筋數量來達到這一目的，這種不科學的設計方法并不能起到很好的抗震效果，反而會增加高層建筑本身的承重，造成不必要的浪費，使建筑不安全。

2 高層建筑結構設計中的隔震措施

2.1 基礎隔震模式

基礎隔震在高層建筑結構設計中的應用不太常見，主要原因是通過減少建筑基礎部分的地震波來達到降低地震對建筑物影響的效果，其原理就是阻止地震波的向上傳遞。在具體的應用過程中，基礎隔震模式在外形規則勻稱的多層建筑中能夠發揮更大的優勢作用，但是起到的抗震效果遠不如多層建筑好。原因高層建筑的結構本身就比較復雜，且由于樓層較高，在設置基礎隔震模式之后，會導致自振周期延長，從而削弱了隔震的效果，仍會出現上部樓層坍塌的情況。在基礎隔震的設計中，需要確保力學上的相互穩定，并掌握最大地震時房屋的相對位移情況，增強房屋的彈性，以便能達到更好的抗震效果，保護人們生命安全[3]。

2.2 層間隔震模式

層間隔震是最近幾年推出的一種隔震措施，在高層建筑結構設計中較為常見，能夠起到一定的抗震效果。當基礎隔震無法適用到高層建筑中時，就可以使用層間隔震來提高建筑物的抗震性能，該設計模式主要是利用隔震支座和隔震層質量相結合的方式。在選擇隔震支座的原材料時，為了增加建筑自身的隔震性，有的設計人員就會將橡膠作為首選，以此來改造建筑結構的夾層，從而提升建筑抗震性能。另外，為了確保層間隔震能夠發揮出最大的應用價值，通常還需要對其進行剛度及隔震系統頻率的試驗，通過對數據的分析來明確該模式下的抗震效果。層間隔震不僅在新建筑設計中有著非常突出的應用優勢，而且在一些需要加固的舊建筑改造方面也能起到很好的作用[4]。

2.3 懸掛隔震模式

該隔震模式通常在大型鋼結構中的應用比較常見，其設計原理主要是通過阻隔地震波的傳播，來防止建筑主體結構被破壞，從而提升建筑物的抗震性能。在具體的應用過程中，懸掛隔震會使用到非常多的鋼架結構，設計人員通過有效的組裝，可以確保主框架和子結構處于相互連接的狀態。如果子結構被懸掛，另一個結構就會自動處于分離狀態，這樣就可以讓上層建筑跟隨地殼一起晃動，從而有效降低地震對上層建筑的影響，減少地震波的沖擊力，達到隔震的效果。另外，在懸掛隔震模式下，當地震波到達懸掛部位時，還能夠阻隔地震波的層層遞進，并降低振波的幅度，使高層建筑上層人員所處的環境得到一定保障。

2.4 特殊材料隔震模式

通過相關調查可以發現，除了上述措施可以達到隔震效果之外，利用特殊材料在一定條件下也能夠達到很好的隔震效果。在高層建筑結構設計過程中，加強地基的穩固性與抗震性，可以有效減輕地震對建筑物的整體損害，因此對地基的處理就顯得尤為重要。在以往的建筑設計中，大部分施工單位為了節省成本，在制作墊層時，都會盡可能地選用一些質量較好的砂子或黏土來保證墊層的穩固性。有的施工單位會將兩種材料交替鋪在建筑物的基礎部分。雖然這兩種方法都能起到一定的隔震效果，但是并不明顯。隨著時代的不斷發展與進步，瀝青材料的出現極大地解決了這一問題。采用瀝青作為墊層，可以有效增強地基的穩定性，并起到很好地隔震效果，因此在當前高層建筑結構設計中也經常用到[5]。

3 高層建筑結構設計中的減震措施

3.1 無黏結支撐體系

在進行高層建筑結構的減震設計時，無黏結支撐體系起到的減震作用最為明顯。主要原因是在內核鋼支撐與鋼管之間利用無黏結漆來構成一個滑移面，并促使內核鋼支撐處于合適的位置，使之形成一個無黏結支撐體系。在高層建筑結構中應用該減震設計方法，能夠使壓力與拉力都集中在內核鋼支撐上，從而達到良好的減震效果。有的設計人員為了確保內核鋼和外包層形成良好的滑移界面，防止內核鋼支撐的橫向變形，還會對滑移界面的幾何尺寸進行全面且細致的分析與設計，并嚴格控制好使用材料的質量，這樣在突遇地震時，就能夠更好地對地震能量進行消耗，從而增強減震效果，確保建筑物的整體安全性。

3.2 謹慎設計建筑物走向

通常情況來說，大部分地震都是由于地質結構發生變化引發地殼運動而造成的，因此地質結構對地震來說是非常重要的一個影響因素。在發生地震時，建筑物的坍塌方向是隨著地震的波動方向而不同的。如果建筑物垂直于震向且震感較小，一般來說是不容易發生坍塌事故的。如果建筑物是平行于震向的，就有很大的概率會發生坍塌，這是因為平行于震向的建筑物，其受到震波運動的影響比較大。因此，在高層建筑結構的減震設計時，還可以利用對建筑物的走向來達到減震效果。設計人員需要根據建筑物所處的地質情況及以往的地震資料進行綜合分析，以此來明確震向，并確保與建筑物的走向呈垂直關系，這樣能在一定程度上達到減震效果。

3.3 結構消能減震技術

在高層建筑結構設計的過程中，結構消能減震技術是非常有效的一種減震措施，其主要原因是通過在建筑物內部某些部分安裝消能裝置，讓這些裝置吸收地震能量，從而達到減震的目的。就目前使用情況來看，常見的消能裝置主要分為兩種類型:一種是速度相關型的，比如黏彈性消能器，速度越大，消能作用越強，減震效果越好；另一種是位移相關型的，比如金屬消能器，相對位移越大，減震效果越好。需要注意的是，結構消能減震技術雖然是設置在建筑物內部結構上的，但是其本身并不具備承重能力，因此不會讓建筑物主體結構的豎向受力體系發生變化，不受結構類型、層數以及形狀的限制，在市場上有著非常廣泛的應用。另外，該技術在施工過程中比較方便，不需要耗費過長的時間，且對用戶的干擾也比較小，除了可以起到減震效果之外，還能夠在建筑結構的抗震加固中發揮重要作用，因此更受當下市場的青睞。

3.4 對舊房減震設施的加固

隨著地震災害不斷發生，在進行新建筑的減震設計時，還不能忽略對一些老舊建筑的抗震加固工作。通常情況下，在對普通建筑或高層建筑的減震設施加固時，為了達到更好的減震效果，一般都會在施工階段進行這項工程。如果在項目完成后才安裝減震設施，則會影響到最終的減震效果。但對于老舊建筑物而言，由于房屋已經建成，且以往的減震措施還不完善，甚至有的都達不到國家規定的標準，因此為了提高舊建筑的抗震性能，還需要采取有效的減震措施來對其進行加固。設計人員可以使用阻尼和消能器來進行加固，或者采用聚合物的砂漿混凝土進行加固，這都能在一定程度上起到很好的減震效果。另外，砂漿混凝土不僅可以起到抗壓減震的效果，而且具有較好的黏性，因此還能夠增強鋼筋的抗銹能力，從而延長建筑物的使用壽命。

4 結語

在新時期社會不斷發展的背景下，想要實現我國建筑行業的長足發展，更好地為人們提供居住服務，就必須重視對高層建筑結構的設計工作，特別要重視隔震減震措施的設計。在具體的實施過程中，設計人員應當結合國家規定標準來確定不同房屋的抗震等級情況，并根據建筑工程的具體內容來選擇合適的隔震減震措施，確保建筑物的整體抗震效果符合相關要求。只有不斷強化建筑結構的隔震減震設計，才能切實有效地增強建筑物的綜合性能，更好地保障人們的居住安全，從而推動我國建筑行業的可持續發展。