高层建筑结构设计中的隔震减震措施分析

刘富宙

摘要：高层建筑结构设计中，隔震减震措施的综合应用原理为：在充分考虑地震过程中，不同危险作用力引发的建筑结构伤损来源之后，降低震动力对建筑结构体的作用效果，从而达到减震隔震的目的。但在具体设置时，普遍会遇到隔震减震支座与抗震墙之间不协调、高层建筑设计结构建筑物走向不利于隔震减震等问题。本文对相关后果进行分析，提出对应的解决方案，供参考。

关键词：高层建筑;结构设计;隔震减震措施

引言：在经济高速发展的过程中，一个必然的情况是，大量人口会朝着经济中心地带涌入。现阶段，我国城市的经济发展速度远远高于农村，故大量人口涌入城市已经成为现实。为了解决人口激引发的住房需求问题，城市中不断开发大量住房。为了提高土地资源利用率，城市中包含住房在内的诸多建筑均已从传统的矮层多单元结构转变为单/双单元高层结构。在开展结构设计工作时，隔震减震相关考量尤为重要。

1.高层建筑结构设计过程中有关隔震减震措施设计方面的常见误区和解决方法

1.1隔震减震支座与抗震墙之间的不协调

在高层建筑结构设计过程中，进行隔震减震措施设置时，首先需要使设备处于相对分散的状态[1]。原因在于，每一种设备都具备一定的减震、隔震作用，实质上是“对地震震动力进行不同形式的处理”，以达到降低此种作用力对建筑结构造成的影响的目的。总体而言，隔震减震措施应该布置在建筑结构的内部。如果设置在建筑之外，则地震时，减震墙承受的应力反而会加大。提及减震墙，必然需要考虑隔震支座的的设置。理想状态下，相邻两个减震墙下隔震支座之间的距离应该在2m之上。如果间距过小，那么如上文所述，不同隔震措施之间对振动力进行处理时，互相之间会产生干扰。如果不能对震动力进行定向处理，则不仅无法隔震减震，反而会增加建筑承受的作用力。基于此，在设计高层建筑结构时，需要充分考虑抗震墙的设置以及隔震减震支座的位置设置，二者之间应该和谐。

1.2高层建筑走向设计方面的问题

地震发生时，震动力沿着何种方向传播是十分重要的信息。如果高层建筑设置在地震震向集中的区域，意味着建筑会长时间受到地震力的冲击，房倒屋塌的几率会大幅度增加。基于此，高层建筑建筑位置走向设计应该在建筑动工修建之前便展开。设计人员可以通过查阅历史资料，与地震局工作人员取得联系等方式，在设计时，尽量避免高层建筑与震向平行，而是需要使二者之间相互垂直，如此方可提高建筑的抗震性能。

2.高层建筑结构设计过程常用的隔震减震措施梳理

2.1常见隔震措施

数据显示，典型地震动的卓越周期最短为0.1s，最长为1s。从这个角度进行考虑，很多中低层结构的建筑的自振周期正处于0.1s～1s之内，故在地震发生时极其容易出现共振，进而使建筑结构遭到严重破坏，造成的人员伤亡及财产损失极高[2]。而将建筑结构形式从中低层调整至高层、超高层之后，由于建筑的自振周期与典型地震动的卓越周期不再重合，实际上便增加了高层建筑的抗震性能。因此，建筑层数越高，安全性也会随之增加。事实上，在地震发生后，建筑遭受的破坏分为静力破坏和动力破坏两种类型。所谓静力破坏是指在地震发生时，因为板块运动导致地表面出现挤压、碰撞，在“地表开裂”的影响下，建筑不可避免地受到影响。而动力破坏是指地震发生时，地面处于运动的状态下，会产生动力作用，这种动力作用施加到建筑身上，进而引起破壞。

在综合考虑静力破坏和动力破坏的原动力的产生原理，结合现代高层建筑的结构特点，在设计隔震措施时，基本原理分为五个阶段：①隔震。应在建筑地基处设置橡胶、铅锌、摩擦隔震支座;②在降低被动耗能方面，应使用粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器、摩擦阻尼器、软钢阻尼器、调频质量阻尼器和电感镇流器;③在主动控制方面，应用AMD和HMD;④在半主动控制方面，应用变阻尼半主动和变刚度半主动两种模式;⑤在智能控制方面，应用磁流变阻尼器、SMA、PZT等设备。应用上述设备，实际上形成了三种形式的高层建筑隔震方式。其一，特殊材料地基隔震。作为与地面直接接触的位置，建筑地基处是否稳定决定整个建筑体是否稳定。原因在于，地基是整个建筑体的直接受力区。如果在此处增加隔震措施，在地震发生时，由于隔震措施的存在，会使地表、地下产生的震动不会完全传递至建筑地基处，此即为“对地基进行隔震”。若要达到这一目的，需要使用的隔震材料包含橡胶、铅锌、摩擦性能较强的支座等。其二，基础隔震。震源从地下生成，接触地基后逐渐向上。按照常规设计意图，震动作用力在逐渐向上传递时，应该逐渐降低。因此，需要在建筑基础与上部建筑之间的合适区域设置隔震设备。此即为最基本的隔震设置。其三，结构悬挂式隔震。在设计时，可以将高层建筑的全部、大部分结构进行悬挂。如此一来，在地震发生时，这些悬挂式结构受地震波冲击的可能性较低，可有效降低地震导致的建筑损害程度。

2.2常见减震措施

减震措施常常被认为与隔震措施是一回事，这实际上是一个很大的误区。具体而言，隔震措施是在建筑结构内部设置相关设备，实现对震动力的“阻隔”。而减震措施是指在建筑物之外设置特定的装置，使震动力在传递过程中，其自身能量逐渐被消耗殆尽，从而达到降低震损的目的。这二者之间的区别在于：隔震措施会在不同程度上降低震动力通过的程度，是依靠设备自身的特性，对震动力进行抵御;减震措施可对震动力进行转化、消除，两者在理解上有一定的相似之处，但并不完全相同。现阶段，高层建筑结构设计时常用的减震措施为：①使用上文提到的粘滞阻尼器。其中，电磁流体阻尼器能够产生一种流体效应，主要哟经与控制电场强度和磁场强度。在发生地震时，阻尼器能够根据动力传感器对建筑结构瞬时振动状态的测量结果，通过内设的ER或MR智能芯片，实现对阻尼器减震参数的调节。此种振动阻尼参数与震动力之间进行相应，可以减小整个结构的地震反应，从而达到减震目的。总体而言，高层建筑结构设计过程中，设置隔震减震措施的核心思路为：通过多种方式，降低地壳板块运动时产生的作用力作用于高层建筑的强度，尽最大可能降低建筑的受损程度，最终达到保证人民群众生命安全，降低人身财产损失的目的。

结语：综上所述，地震发生后，建筑结构体会在不同阶段受到不同的作用力冲击。其中还包含结构体的共振。这些振动作用都会使建筑受到伤损。因此，在设计隔震减震措施时，所谓“隔震”是指将源自地下的作用力进行传播阻隔，尽量避免器透过阻隔装置;所谓“减震”是指在作用力自下而上传递的过程中，通过特定的设备，对作用力进行转化、消除，最终达到降低作用力的目的。对两类措施综合考虑、共同设置，并注意设置过程中的相关问题，可提高建筑的安全性。

参考文献：

[1]刘国龙. 高层隔震建筑隔震层优化及长周期地震作用下的响应分析[D].兰州理工大学，2020.

[2]赵雪飞，卢小玉. 浅谈建筑结构设计中“隔震减震控制技术”的应用和发展趋势[J]. 建材与装饰，2019，（02）：127-128.