高层建筑结构设计中的隔震减震措施研究

高层建筑结构设计中的隔震减震措施研究

谭威胜

湖南建工集团工程设计研究院有限公司  湖南  长沙  410000

摘要：地震存在不可预测性，并且严重危害人民生命财产安全。如发生在我国的唐山大地震、汶川地震、玉树地震、雅安地震等，给社会造成了严重的灾难。房屋建筑作为人们居住的场所，其安全性能直接关系到人民的生命财产安全。如何

保证建筑结构在地震中安全可靠，是结构设计工作者重点要解决的问题，而隔震与消能减震设计是一种有效地减轻地震灾害的技术。

关键词：高层建筑结构设计；隔震；减震；措施

一、引言

这些年来由于全国各地频频出现地震情况，对地区的自然环境以及人口安全和经济社会发展都产生了巨大的负面影响，并导致了大规模的建筑破坏和人员伤亡，所以在当前的建筑物结构设计中优化抗震减震设计就变得尤为重要。

二、现代建筑的隔震措施

（一）基础隔震结构

随着地震工程理论的逐步建立以及实际地震对结构工程的进一步考验，特别是近二三十年来，由于采用大量的强震记录仪对地震进行观测，使人们较快地积累了有关隔震及非隔震结构工作性能的定量化经验，从而对早期提出的一些隔震方法进行了淘汰与升华。其中叠层橡胶垫基础隔震体系被认为是隔震技术迈向实用化最卓有成效的体系。80年代以来，基础隔震研究开始在我国得到重视，国内不少学者对国际上流行的基础隔震体系进行了研究，取得了较大的进展。我国已建造了2000余幢各类基础隔震体系的建筑物，有叠层橡胶垫隔震体系、砂垫层滑移摩擦体系、石墨砂浆滑移体系、悬挂隔震结构体系等，其中绝大多数采用的是粘结型叠层橡胶垫隔震体系。所谓基础结构隔震，主要指在基础与上部建筑物之间铺设柔性材料，这样地震时建筑物会发生滑动，以达到隔离地震的目的。

就不同的建筑结构而言，地面材料也存在着相应的差别，但这主要是由于受地震波反应的影响。而面对这类问题，就需要通过利用特殊建筑材料的功能，对建筑物地基加以科学处理，以便于将地震波作用范围降低，并由此来降低震感程度。就过去的建筑材料而言，一般都是利用粘土或者砂石来做为基底部分的垫层，还有就是利用糯米垫层的形状来提高耐震。通过实验研究结果表明该，沥青这一新型材料对隔震层的设置具有显著效果。

（二）悬挂隔震

所谓悬挂隔震，其原理主要是对地面地震波向建筑主体结构传送的阻隔，从而防止主体结构受到破坏。而对于这样的结构来说，大部分的质量都附在地面上，如果发生地震，结构上层分离，就会造成惯性力出现，从而实现隔震的目的。而这一原理可以在大型钢结构中应用，而且还可以分成主框架与子结构。当进行悬挂子结构过程中，主框架结构与子结构则会分离。直到地震波移动到悬挂部位，地震能量则会明显减少，这就会对地震的传递起到全面控制的作用，以此减少地震带来的损害。

（三）层间隔震装置

所谓层间隔震设备，是指一种直接面对原构造装设的耗能减震设备，主要有质量和隔震支座二个组成部分。如果出现了震害，则利用隔震和减震技术来把地震的动能加以吸收，以此使地震的能量损失有所下降，减轻震害产生的严重影响。以防震技术为辅，隔震技术为主，这就是所谓级间隔震。不过，级间隔震的现实作用和基础隔震技术作用相对较弱，大约低于百分之二十以下。对这一技术而言，使用空间很大，不但可以在新型建筑中进行使用，而且还可以对既有建筑结构产生巩固强化的效果。而作为基础隔震设备而言，其内部的制作材料在通常情形下也可以选用橡胶材料，借助建筑构件的夹层改建形式，就可以产生减震作用。

三、现代建筑减震措施

在施工过程中，建筑减震措施必须在施工初期，如果超过工期，施工减震措施往往不能满足实际抗震需求，不能达到减震效果，如果建筑施工后进行相应的抗震减震设计，也会产生自身的抗震效果。面对这种情况，可以在施工过程中适当提高电阻和效率减震器，以减少地震造成的危害。因此，需要相关设计人员在设计过程中不断加强对这方面的分析，提前积极准备，而不是事后补补，从而大大提高建筑的性能。

四、不同隔震减震措施对地震作用的影响

在对隔震技术的选择之前，就必须对结构做全面研究，通过仔细分析再进行施工，加强隔震减震研究与现实工程在地震中的检测工作。不同的地区有不同的土壤类型，不同类型的土壤会对建筑物的抗震性能产生很大的影响。另外，由于高层建筑具有很高的高度，在选取地基时一定要选取地形相对平坦开阔以及离河较远的地方，避免地震发生时建筑物的抗震性减弱。由于目前存在许多高层建筑工程隔离阻尼工作在设计阶段，加强地震检测工作，在设计基本隔离，分析最大地震时的相对位移和数据计算试验，此外，确保具有隔离能力的房屋也能保护房屋的弹性，尽可能保证机械相互稳定。大多数设计都会选择橡胶作为隔震支撑的原料，来改造建筑结构的夹层，从而提高建筑本身的隔震性能。由于绝缘层的质量、隔震支撑的刚度和隔离系统频率的变化，隔震振动的设计应根据现场的实际情况进行测试，并利用现场测量数据来判断隔震振动设计的效果。悬挂式隔震设计可以在发生地震时，使上层建筑处于分离状态，由于惯性力产生，有效地增加建筑物的隔震性能。

五、不同隔震减震措施的适用工程范围

基础隔震措施更适合多层或低层建筑，如果应用到高层建筑则不能发挥很好的隔震效果，在高层建筑中采用这些隔震措施会延长建筑物本身的自振周期，使建筑重量增加，不利于隔震。结构悬挂隔离措施主要用于大型钢结构建筑，在大型钢结构建筑中，悬挂结构的隔离措施将对设计提出较高的要求，只有将主框架和子框架完美地结合起来，子结构在地震中才不会受到扰动。层间隔震措施具有广泛的应用空间，除了应用于新的建筑外，它们还可以整合和优化现有的建筑。悬挂减震多应用于大型钢结构和钢结构，可分为主体框架和下部结构，如果子结构是悬挂的，则主框架结构将与之分离，反之亦然，当地震波到达悬挂部位，可以有效减少地震能量，阻止了地震波的层层递进，对地震损害进行了显著降低。

六、高层建筑结构设计中的隔震减震技术优化措施

针对减震隔振结构来说，必须随着使用年限的增长不断加以改善与保养，以目前的减震设施为例，随着使用期限的延长，减震设施的相关作用会逐步减弱，必须加以更新，经过长期使用的工程减震设施会产生相应的安全隐患，必须根据各种有关资料对现场状况进行全面的研究，分析有关设施出现的安全情况，适时作出全面的更新，并建立保养，保持整个工程状态与可靠性，最大限度地保障建筑安全性。技术人员还必须根据建筑物的抗震设防标准、类别、强度、建筑物构造、建筑应用特性及其作业条件等信息来进行隔震方案设计，并经过与建筑物的防震设计方案实施经济和技术可行性进行对比研究后，才能把实际的设计方案确定下来。

五、总结

由于中国部分区域是地震多发带，所以在实际的工程进行中要注重隔震与消能减震的设计与施工，唯有如此才可以保证建筑结构的安全性能，保障人民的生命财产安全。也能有效推动隔震与消能减震技术的创新和发展。

参考文献

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[2]曹亮．建筑结构设计中的隔震减震措施浅析[J].中国住宅设施，2021，（8）：33-34．

[3]管江涛.浅议高层建筑结构设计中的隔震减震措施[J].城市建设理论研究（电子版），2017（13）：103-104.