尚凱

【摘要】高層建筑作為現代社會發(fā)展的主要象征，在人們的生活以及工作中發(fā)揮著非常關鍵的作用。隔震技術作為一種高效的減震技術，逐漸被運用到了高層建筑結構抗震設計中，在強化高層建筑結構抗震力方面發(fā)揮著非常重要的意義，以此來有效降低強震作用引發(fā)的地震影響。鑒于此，本文就高層建筑結構隔震設計關鍵問題展開探討，以期為相關工作起到參考作用。

【關鍵詞】高層建筑;隔震設計;隔震支座

1、隔震裝置的結構組成

組成建筑結構抗震裝置的構建有以下三種：（1）隔震支座。該裝置的作用是對橡膠起到支撐作用，以此來有效避免銹蝕現象的產生。其中，疊層橡膠的非線性特性明顯，能夠很好地應對結構較小或者較大的變形，以此來減輕地震現象的出現。而摩擦擺制作和鉸裝置類似，其上部位置是擺頭，下部則為承臺結構，中間是網狀的增強纖維，摩擦阻力的使用能夠將地震能量消散，并且在自重的作用下恢復到原始的位置。（2）阻尼器。其作用是耗用地震所產生的能量，防止結構出現較大的位移。常用的阻尼器類型主要有：1）彈塑性阻尼器。該阻尼器具有較強的塑性變形能力，能夠將其運用到屈服應變的條件下。2）鉛棒阻尼器。具有軟件強震鉛棒的作用，用以損耗振動能量。3）干摩擦阻尼器。該阻尼器由摩擦板和橡膠支座組成，不僅能夠產生阻尼效果，同時還能夠起到保護作用。（3）復位裝置[1]。具有強化裝置早期剛度的效果，能夠確保結構在微震和風載的作用下有效提升其安全性。通常情況下，甚至風反應控制裝置以及微震裝置主要是用來抵抗傾覆支座。

2、隔震建筑構造

隔震建筑不同于一般抗震建筑，地震時隔震層會產生較大變位，因此需要沿上部結構周邊設置變形縫。同時上、下部結構之間留設豎向縫，并用軟性材料填充。穿過隔震層豎向管線應采用柔性連接以適應隔震層的較大變位，如圖1所示。

3、高層建筑的結構設計特征

（1）對于高層建筑而言，水平作用對其發(fā)揮著決定性的作用。有高層建筑結構的自重大，對豎向構件具有較大的軸力彎矩，其和建筑物的高度值呈正比關系。然而，水平力能夠對結構產生軸力彎矩，其值和建筑高度之間是二次正比的關系，一旦確認了建筑物的高度，豎向力矩將會成為固定值，但是，由于受到地震以及風力等因素的影響，導致水平方向存在著較大的而差異，因此加劇了力矩的壓力。（2）結構延性：在受到外界壓力的作用下，結構延性反應構件會發(fā)生塑性變形，隨著建筑外荷載的逐漸增加，為了避免建筑物變形，就需要在實施建筑設計工作的時候加大對建筑構件延性的重視力度，以此來有效確保構件甚至是整體結構不會受到外力破壞。（3）側移：在水平負載不斷增加的前提下，側移也會相應增加，對于高層建筑而言，結構側移是一項非常關鍵的因素。隨著建筑物高度的不斷增加，在水平作用力下能夠不斷增加結構側移，水平側移和高度的4次方呈現出正比關系。為了能夠有效確保建筑結構的穩(wěn)定性，就需要加大對結構側移量的控制力度。（4）軸向變型：通常情況下，軸向變性是導致建筑物受損的關鍵原因，因此，可以將軸向變型作為衡量建筑物結構設計的又一關鍵性指標。隨著建筑物高度的逐漸增加，其豎向荷載也越來越大，因此，對柱子產生的壓力作用也逐漸增加，從而引發(fā)了軸向變型，對連續(xù)彎梁帶來了較大的傷害，這樣一來就會導致連續(xù)梁中間支座位置處的彎矩變小，跨中位置的正彎矩值以及端支座位置處的負彎矩值也會變大，由此可見，在確定實際下料的長度的時候，要充分考慮到軸向變型的具體數值[2]。除此之外，還需要考慮到構件的側移以及剪力。

4、隔震設計的關鍵問題

4.1長周期的減震效果

高層建筑其自身的施工周期比較長，一旦依據我國《建筑抗震設計規(guī)范》的設計反應可以勘察，其在較長的時間內呈現出了緩慢下降的趨勢。在隔震前后，長周期的高層建筑地震剪力的變化并不大，而且隔震效果也不明顯。如果高層建筑的高度在100m左右，則其基本周期在2.5s左右，通過運用相應的技術會延長周期至3.5s左右。但是，通過分析實際情況可以發(fā)現并不是這樣的，比如，對于某高層隔震結構分別使用動力時程分析法以及等效線法來計算隔震效果，對長周期的高層建筑在隔震技術前后的減震效果進行研究，實驗表明，在合理運用了高層隔震技術之后，其減震效果較為明顯[3]。

以某高層建筑為例，共計 23 層，縱向、橫向長度為50.6m、26.2m，高度約90m，局部最高為97.2m。采用等效分析法，計算隔震前后基底部位的剪力見表1。分析可知，采用隔震技術后，高層建筑的等效周期從2.4s 延長至4.3s，因此減震效果比較明顯。

4.2計算隔震結構地震響應顯著偏大

在實施隔震設計工作的時候，我國應該嚴格遵循以下規(guī)范：（1）完成不同阻尼比下的結構加速度反應譜曲線的設計工作，并且運用等效線性化方法迭代求解，以此來得出基底剪力以及隔震層位移的數據。（2）運用非線性時程分析方法，對隔震結構進行分析，獲取上部各層結構的位移、加速度以及層間的建立數據等。（3）為了能夠盡可能降低上述兩種方法所得的結果誤差，就需要建筑構件以及結構保持一種塑性變形的特性。對于高程建筑結構構件的受彎構件而言，在水平荷載重量不斷增加的前提下，可能會加劇受拉區(qū)域的混凝土結構裂縫，甚至有可能引發(fā)彈性變形，而且還會導致受拉鋼筋變形，因此，會影響到整個高層建筑的受彎構件。導致受彎構件被破壞的關鍵因素是結構變形的大小，因此，有效提升構件的延性是確保高層建筑結構設計質量的關鍵性指標，一旦出現強烈的地震現象，隔震結構也能夠起到減少建筑結構地震反應的效果，從而將地震能量除去，并且有效強化高層建筑結構的抗倒塌能力，以免出現人員傷亡故障[4]。

4.3隔震支座受拉問題

目前困擾高層建筑隔震技術的關鍵是隔震支座的受拉問題，在發(fā)生地震的情況下，傾覆力的產生會超出隔震支座能夠承擔的結構重量。因高層建筑的豎向荷載產生了較大的軸向變形，從而對高層建筑的抗彎承載力產生了一定程度的影響，從而見笑了連續(xù)梁中間支座負彎矩值以及跨中負彎矩值，并且對高層建筑構件的剪力產生了一定程度的影響，導致高層建筑結構出現了側向變形[5]。隨著高層建筑層數的不斷增加，高度也隨之增加，這種現象所引發(fā)的軸向變形會威脅到高層建筑結構的穩(wěn)定性，因此，在實施高層建筑結構設計工作的時候需要加大對軸向力值的重視力度，運用相應的措施來避免明顯的軸向變形的出現。

4.4支座面壓問題

在高層建筑長期使用的狀態(tài)下，隔震支座所承受的上部結構的重量，在地震作用下可能會出現水平位移。在地震力以及上部結構重量的雙重作用下，滑移類支座的承壓面積不會受到太大的影響，而對于疊層橡膠支座承壓面積的影響比較大，因此導致承壓面積減小，致使承載力下降?；谝?guī)范標準，需要用到隔震支座驗算方法，但是，在運用這一方法的時候需要重視以下方面的工作：（1）在對支座的平均壓應力進行計算的時候，需要充分考慮到地震的作用，比如，會加大支座的直徑偏差，這樣一來不僅會加劇該項工作的成本，也會使隔震層的水平剛度增加，不利于隔震效果的發(fā)揮。（2）在受到罕遇地震的影響之下，未能驗算隔震支座面壓，而只是限制了支座的水平變形，因此，很難有效確保支座的安全性以及穩(wěn)定性，面對這種現象，在受到較長時間荷載的作用下，只需要對長期荷載給隔震支座帶來的面壓展開驗算即可，無需借助設計值實施驗算工作，同時也不需要考慮地震作用的影響。

結語：

總而言之，隔震技術作為一種科學、簡便的減震技術，在實踐中取得了很好的效果。在社會經濟快速發(fā)展的時代背景下，隔震技術也逐漸被運用到了高層建筑中，人們也充分意識到了該項技術的重要性。在實際運用該項技術的過程中，為了能夠有效確保使用效果，就需要不斷吸取經驗，對建筑房屋設施、建筑結構以及人員安全提供良好的保障，以此來有效確保我國的經濟效益以及社會效益。

參考文獻：

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[2]白世和.高層建筑鋼結構設計中的關鍵問題及對策研究[J].城市建設理論研究（電子版），2019（13）：65.

[3]張良平，楊文參.某超高層建筑結構設計中幾個關鍵問題的思考[J].建筑結構，2019，49（07）：56-59+55.

[4]董燕，胡執(zhí)標.淺談高層建筑結構關鍵設計問題[J].科技創(chuàng)新導報，2011（11）：36.

[5]宋可加.高層建筑結構設計中關鍵技術問題分析與研究[J].科技傳播，2010（16）：89+92.