浅谈高层建筑隔震结构设计

浅谈高层建筑隔震结构设计

原矩

浙江合艺建筑设计有限公司

摘要：地震是一类自然性灾害，其具有突发性等的特征，预报性会比较低，我国属于地震多发的国家，所以开展抗震性能研究工作至关重要。本文主要就高层建筑隔震结构设计展开探究，分析高层建筑隔震结构设计原理，提出更为有效的设计办法，减小水平向地震减震的系数，改善建筑设施的抗震性能，让建筑设施结构的延性变得更好，尽可能减小剪力墙的布置，满足建筑设施的功能需要。

关键词：高层建筑；隔震结构；设计要点

引言：高层建筑设施结构构件需要具有较强的塑性变形能力及承载力，以往建筑设施的结构抗震会以自身抵抗力为主，所以想要保障建筑结构主体的安全性，可以采取加大构件截面的形式，增强构件的刚度，刚度越大，其吸收的地震能量也会越多，截面需要满足的承载力要求也会变得更高。传统的抗震结构会让建筑设施的重量变得更大，同时其也会消耗大量的建筑材料，其会影响到建筑功能的展现，能够逐渐暴露出其结构存在的弊端以及不足之处。但是随着我国科技水平的升高，隔震技术的应用可以有效降低并缓解地震灾害所形成的不利影响，可以将其融入到高层建筑设施之中，做好隔震结构的设计工作，减轻结构地震响应，尽可能的保障建筑结构以及内部设施的安全性。

1高层建筑结构隔震的原理与隔震结构的特点

1.1高层建筑结构隔震的原理

高层建筑设施会在上部结构和基础位置增设隔震装置，构成隔震层，把基础和房屋结构阻隔开，借助隔震装置耗散地震能量或者减小地震能量，使得其能量向上部结构传输呈减弱的趋势，最大限度的降低建筑设施所形成的地震反应，这样在地震时，高层建筑设施就会产生轻微的运动或者变形的情况，并不会使得建筑设施在地震的作用下，出现倒塌或者损坏等的情况。该类抗震办法也被称之为房屋基础隔震，其会采取设置隔震装置系统，构成隔震层的方法延长建筑结构的周期，提高结构的阻尼，减小结构的加速度反应，让结构位移能够集中在隔震层上部，结构也能够如同刚体一般，自身相对位移会比较小，结构也能够处于一种弹性的状态，防止建筑设施出现破坏或者坍塌等的情况。
1.2高层建筑隔震结构的特点

高层建筑结构开展隔震设计工作的原则就在于受到在多阵地域的影响下，建筑设施基本不会产生明显的损坏，在罕遇地震影响下，允许其破坏，但是不可出现倒塌。依照抗震标准设计的建筑设施，能够有效防止地震对建筑设施形成的晃动影响，在遭遇到大地震时，也可以保障人身安全，但是无法保证建筑设施以及各类设备的安全。建筑设施受到损坏后，往往无法进行修复，但是若可以应用建筑隔震结构，就可以有效规避该问题。地震能量并不会向上部结构全部传输，所以上部结构的地震反应能够被有效减小，震动也会比较微弱，并不会对其结构产生破坏，能够保证人员以及财产的安全性。
2高层建筑结构隔震设计
2.1基底隔震原理

基底隔震就是在基础顶面和建筑设施的底部位置设置隔震效能装置，让其装置可以分开地震地基中的基础顶面，从而减小地震动向结构设施的传递能量，有效减小上部结构的放大效应，降低建筑设施破坏程度。通常情况下，基底隔震装置会同时具备以下三个条件。首先，隔震装置的耗能能力以及阻能阻尼会比较大，在其能力的作用下，荷载位移曲线的包络图面积会比较大，这就可以消耗极大程度的消耗地震能量，减小结构所形成的位移反应。其次，该类设施具有相应的初始弹性刚度，其在风载或者微震等的影响下能够受到弹性刚度的影响，保证建筑设施的正常应用状态。在强震的影响下，隔震装置也可以产生滑动，让其建筑设施能够即刻进入到耗能的状态。最后，隔震层的设置可以在结构基础面滑移，增大结构体系的自身周期，远离场地卓越周期，隔开地面运动，减小上部结构所形成的地震反应。

2.2基础隔震装置

复位装置、阻尼器及隔震器是隔震装置的重要组成部分，其中隔震器隔置的目的就在于承担上部结构的全部重量，并延长建筑结构的自震周期，其自身所具备的能量能力会比较强。复位装置的应用就是让结构在在微震或风载的作用下，可以提高隔震系统早期刚度，使得其会和普通结构具有相同的安全性。阻尼器设置的作用就是用于消耗地震能量，防止结构产生过大的位移。

2.2.1隔震支座

阻尼器和隔震器组合可以构成隔震支座，在隔震支座阻尼不足时，额外增设阻尼器，在滑动制作方面，最早的滑动方式为滚珠隔震，这类隔震方法在施工时，需要以平板基础和上部结构中部位置增设滚柱，将滚珠制作成圆形，放置到凹版或者平面平板上，也可以将滚珠制作为椭圆形，构成复位力，滚珠可以隔开地面运动，避免结构遭受到振动等的影响，并且滚珠隔震需要有辅助装置，协助其复位，在风稳定装置的作用下，保障其风载不会形成过大的水平位移。

将薄钢板和橡胶片交替叠合在一起，钢板边缘会缩入至橡胶内部，避免钢板生锈，叠层橡胶支座也可以被进一步分成普通叠层橡胶支座以及高阻尼叠层橡胶支座。其中，普通叠层橡胶制作当中的橡胶存在添加剂的天然橡胶，所以其所形成的阻尼性能会比较差，仅会具有延长周期的性能，在使用时要和阻尼器一同配合应用。钢板可以约束上下两面的横向变形，并且受到竖向荷载作用力，橡胶板的中部位置会承受三面的压力，进而构成较高的抗压强度。叠层相交的水平刚度通常是竖向刚度的1%，所以其非线性特性会比较明显，小变形时水平刚度可以保障建筑设施在风载下的正常应用状态，在大变形时，橡胶剪切钢度下降会比较明显，是初始钢度的20%，能够有效减小结构的振动幅度，帮助其形成较为严重的地震问题，降低地震反应。摩擦摆支座能够让建筑设施滑位后自动复移，其就如同一类铰装置一般，下面是曲面承台，上面是活动摆头，应用摩擦阻尼减小热量，其装置的使用会让建筑结构自身重量回到原本的位置。

2.2.2阻尼器

高阻尼叠层橡胶支座以及钻心叠层橡胶支座均拥有隔震系统所需要的阻尼，所以若隔震支座阻尼不达标，那么需要重新增设阻尼器，最为常见的基层隔震阻尼器主要是粘弹性阻尼器以及弹塑性阻尼器等。其中，弹塑性阻尼器的塑性变形能力会比较强，能够在大于屈服应变几十倍的状况下经历往复变形，不会产生断裂的情况。应用软钢变形能力以及耗能能力制作成多类形状的阻尼器，铅的软化刚度会比较强，在进入塑形后会形成滞回能的情况，借助独立铅棒变形吸能制作成铅阻尼器，受到地震作用的影响，铅棒会软化，这就会损耗大量的振动能量。其软化刚度会比较强，受到强烈地震的作用，铅棒会呈现出软化的状态，这会消耗极大程度的振动能量。

2.3注意事项

在产生地震后，隔震结构的水平变化会比较明显，想要保障其建筑设施受到地震影响后仍旧能够承受住相应的地震作用，那么就需要使其具备较强的方便性能力。在开展设计工作时，对于上部结构需要设置竖向隔离缝，控制好其缝隙的宽度，其要超过罕遇地震下出现最大水平位移的1.2倍，同时控制在200毫米以上，临近隔震结构之间缝宽要选择最大水平位移数值之和超过400毫米，中下部以及上部结构和水平隔离缝要完全贯通，缝高要控制在20毫米左右。借助柔性材料开展后续的填充工作，若无法设置水平隔离缝，则应当设置水平滑移垫层，在穿过电梯或者个人层门廊时，可以有效降低碰撞。加强日常管理，制定出更为完善的隔震结构检查计划，推做好日常的检修维护，实行常规检查，完成基础的维护操作任务。并且在设计隔震层时，应当在电梯、楼梯间的中部位置粘贴上较为醒目的隔震标识，告知业主或者其他人，其建筑设施设计应用了隔震层的设计办法，并进行了相应的维护管理，在使用时，不可在其位置放置其他填充物，避免其影响到建筑结构的移动。开展建筑工作阶段，适度增加阻力及效能。利用这一形式来降低地震给其形成的伤害，相关设计人员在设计时，要做好该方面的分析工作，注重事前准备，提高建筑设施的抗震性能。

结语：综上所述，在新时期的发展背景下，我国建筑行业发展速度较快，为了能够更好的满足当前人们所提出的生活需要，并缓解土地资源紧缺现状，需要大力开展高层建筑设施的构建工作。这类建筑设施在构建时，需要注重隔震结构的设计，提高建筑设施的抗震性能，打造出更为安全舒适的居住环境，凸显出高层建筑设施构建的实用性优势。

参考文献：

[1]张亮.浅谈高层建筑结构设计中的隔震减震措施[J].房地产导刊,2020(2):69.

[2]吴昊.浅谈高层建筑结构设计中的隔震减震措施[J].工程建设与设计,2018(18):10-11.

[3]吕晓祥.浅谈高层建筑结构设计中的隔震减震措施[J].建筑·建材·装饰,2017(24):184-185.

[4]方芳.浅谈高层建筑结构设计中的隔震减震措施[J].世界家苑,2021(6):105-106.

[5]成灿,傅春燕.浅谈高烈度区高层建筑结构设计中的隔震与减震措施[J].建筑工程技术与设计,2019(16):3962.