浅议高层建筑结构设计中的隔震减震措施

王海

摘要：在高层建筑建设过程中，能否充分的考虑到建筑本身的抗震问题，并且能够使用有效的措施来使其能够在长时间内抵抗一定强度的地震，是当前高层建筑工程中的重点研究项目之一，这对于建筑结构的安全性和稳定性有着十分重要的影响，长久以来，很多建筑工程设计技术人员都是秉着小震不塌，大震能修的原则来进行其结构设计的，但是由于受到来自各个方面的影响，该方面的工作仍然存在着一些问题。

关键词：高层建筑；结构设计；隔震减震

1隔震减震结构的构造措施以及其维护管理

隔震减震结构的构造主要包括隔震底座的设计和布置、隔震支座和建筑上、下部结构的连接、隔震层的梁、柱、墩和板的加强，隔震层所安置的防火措施，便于操作和更换隔震底座的空间等一系列隔震装置。在高层建筑工程结构设计中，除了以上结构的施工设计需要考虑之外，还要注意防震缝和水平隔离缝的设置和维修，楼梯、电梯以及挡土墙和坡道等隔震层的设置，还有建筑物结构内部配管和配线等设备的构造和设计，也是高层建筑结构设计工作中必不可少的一部分，这些结构的设计和设定都会直接对建筑物在日后投入运营之后的抗震能力起到至关重要的作用。高层建筑内部不同的隔震减震结构也应该有不同的保护和维修方案，在日常的使用过程中，要有一项针对性较强的维护管理措施，要保证隔震层不管在任何时候都能够正常发挥其所拥有的功能，尤其是高层建筑，采用隔震技术的住宅一定要明确了解其对于隔震层装置和设备维护管理的责任，结构设计者有必要对其进行说明，并给予建筑管理工作者一定的指导和帮助，以此来让建筑管理工作者认识到建筑减震隔震层正常工作的重要性和建筑结构内部隔震结构的特殊性。

2建筑隔震结构的设计

2.1建筑隔震体系的组成。隔震系统由隔震支座、阻尼器、抗风装置、限位装置等组成，隔震系统须具备三项基本功能：可靠支撑上部结构的竖向承载能力、水平向耗能隔震能力、震后自复位能力。隔震系统通常设置在基础和上部结构之间，故又称之为隔震层，建筑隔震体系由上部结构、隔震层和下部结构三部分组成。隔震房屋常选用叠层橡胶支座，主要类型为普通橡胶支座和铅芯橡胶支座。叠层橡胶支座的主要性能参数有：水平和竖向刚度、竖向承载力、屈服后的刚度比、水平变形能力、阻尼比等。叠层橡胶支座抗拉屈服强度较低，抗震设计时应尽量避免其受拉，宜通过控制建筑物高宽比来控制结构整体倾覆力矩，防止支座压屈破坏或拉应力超过1Mpa。

2.2隔震结构设计的方法。隔震设计前应对建筑物的结构形式、荷载、所在地区设防烈度等认真分析，设定经济合理的预期控制目标。预估隔震结构所能达到的水平向减震系数和隔震层在罕遇地震下的最大位移，隔震支座的规格、数量和布置形式应根据其材料性能参数通过计算确定。隔震结构通常采用分部设计法，即将整个隔震结构分为上部结构、隔震层和下部结构及基础，分别进行设计。上部结构计算仍采用传统结构多遇地震下的振型分解反应谱法，水平地震作用下的地震加速度和地震影响系数最大值采用隔震以后的折算值，竖向地震作用不降低；隔震层除满足正常使用状况下竖向承载力要求外，还应满足罕遇地震下的压应力、拉应力以及隔震支座的位移，隔震层与上下部结构的连接构件应进行罕遇地震下强度验算；下部结构应进行设防地震的抗震承载力验算，并按罕遇地震进行抗剪承载力验算；地基基础的抗震验算不考虑隔震产生的减震效应，按本地区抗震设防烈度设计。

2.3隔震结构的计算分析。建立隔震和非隔震两种计算模型，按抗震规范要求选取一定数量的地震波，其中地震影响系数最大值和峰值加速度按设防地震输入，两种模型应选用在统计意义上相符的相同地震波，分别采用时程分析法计算各层剪力包络值。对于多层建筑，隔震與非隔震结构各层层间剪力的最大比值即为水平向减震系数β。隔震后的水平地震影响系数最大值αmax1=βαmax/ψ，其中αmax为非隔震的地震影响系数最大值，ψ为调整系数，一般取0.80，αmax1减小相当于降低了设防地震烈度，上部结构可用多遇地震振型分解反应谱法按降低烈度后的普通抗震结构计算。隔震后的设防地震烈度和加速度以减震系数0.40划分界限，隔震结构抗震等级按照降低后的烈度取值，隔震结构设计最小水平地震烈度不得低于6度。如某工程抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度值0.2g，隔震设计模型计算所得水平向减震系数0.35<0.40，根据规范隔震后结构水平地震作用所对应的设防地震烈度7度，设计基本地震加速度值0.1g，即采用此隔震技术本工程结构能达到降低一度设防的目标。

3减震措施

建筑物场地的实际种类一般影响着隔震技术使用，当下的工程实践活动表明，硬土场地比较适合应用构造隔震房屋，在弱土场地构造隔震房屋相反可能会增加地震损害，这主要因为弱土场地通常会过滤地震波内部的高频分量，以此来延长结构周期，增强地震效应。由此可知，选择消能隔震技术之前需全面调查建筑场地，仔细分析。

3.1基础隔震结构

基础隔震指代针对建筑基础部分减小地震波，进而无法传递到上部结构，使其在某种程度控制地震所产生的损坏。一般在基础和上部结构布设隔震装置，和高层建筑相比，外形规则匀称的底层建筑具有优良的隔震效果，产生这一问题的根本原因是高层建筑结构布设隔震装置可能会增加自振周期，以此来削弱隔震效果。当前基础隔震全面进步，且发展形态呈现出多样化特性，不断完善。

3.2隔震地基材料

因建筑物不同选取的地基材料存在差异，这主要因为地震波反应的作用。可借助特殊材料面向建筑物地基实施处理操作，进而削弱地震波，以此来减小震感。在以往的建筑物中，一般通过粘土与砂子完成基础部分垫层，再有人借助糯米垫层探索抗震，多年的发明探索和试验表明原料是沥青的这种新型材料开展隔震层设置对应的效果十分显著。

3.3悬挂隔震

悬挂隔震原理为阻隔地面地震波传送到建筑主体结构，以免主体结构被损坏。这一结构中的大多数质量基本均附着在地面上，一旦地震到来，结构上层分离使得无惯性力出现，以此来达到大大隔震目的。主要应用在大型钢结构和钢结构中，又可细分成主框架与子结构。当悬挂子结构时，则主框架结构和子结构随即分离。待地震波移动至悬挂部位时，则地震能量显著减少，全面控制了地震的进一步传递，降低了地震损害。

3.4层间隔震装置

层间隔震是面向原结构装设耗能减震装置，包含质量与隔震支座这两部分。当地震来临时，一般由隔震与减震来吸收相应的地震能量，降低地震损害，减小地震所产生的不良影响。抗震技术辅以隔震技术便是层间隔震。然而，层间隔震的实际减震效果低于基础隔震技术效果，大约低至20%左右。该技术具有较大的应用空间，除可应用在新建筑物，还能巩固强化既有建筑物。隔震装置内部的支座材料通常可选择橡胶，利用结构夹层改建便可达到减震效果。

4结语

在当前的高层建筑结构设计工作中，减震隔震措施的采用是防止地震对建筑以及生命财产造成威胁的重要保障，在此，本文主要针对减震隔震结构的设计进行了简单的说明和叙述，希望能对今后高层建筑工程结构设计中关于减震隔震措施的研究和采用提供一些文本上的帮助和思考。

参考文献：

[1]贾红霞，谭术利.浅议建筑结构设计中的隔震减震措施[J].内蒙古石油化工，2013，03：83-84.

[2]吴星海.建筑结构隔震与减震设计问题分析与措施探讨[J].科技风，2014，23：166.

[3]赵宏旭.高层建筑结构隔震减震技术研究[J].湖南科技学院学报，2009，08：150-151.