韩克鹏
贵州省建筑设计研究院 贵州贵阳 550000
摘要：高层建筑抗震设计是非常重要的。其中隔震结构比抗震结构更能够抵制地震带来的侵害。本文将对高层隔震结构设计进行详细分析，以供参考。
关键词：高层；隔震设计；特点；对比；应用
一、前言
随着高层建筑规模的不断扩大，高层建筑结构设计是重点和难点。在结构设计中，隔震设计是重要技术，对于整个建筑的稳定性发挥重要作用。
二、隔震基本概念
隔震，是通过某种隔离装置将地震动与结构隔开，达到减小结构振动的目的。隔震建筑是在建筑物基础和底部、下部与上部之间设置由隔震器、阻尼装置等安装的隔震层，地震能量向上部结构传递时减少上部结构的地震能量，达到预期防震的要求。
三、高层建筑结构隔震结构特点
高层建筑隔震结构具有以下优点：第一，可以提升高层建筑上部结构的水平荷载和承载力，即使在地震的环境中也可以有效的确保建筑结构具有足够的水平刚度和侧向刚度，使得整个建筑结构始终处于合理的弹性范围内，保持建筑结构的安全使用性能，另外，在强烈的地震作用影响之下，隔震结构的建筑也能够减少建筑结构的地震反应，削弱地震的能量，从而达到防震加固的效果，有效延长高层建筑结构的使用寿命。
四、隔震结构与抗震结构对比
1、隔震结构与抗震结构安全性对比
建筑物设计早期，设计尚处于静力设计阶段，此时尚无抗震结构这个说法，结构依靠的是自身刚度抵御外界水平和竖向荷载，建成的结构都是所谓的“刚性结构体”。然而，静力理论设计的房屋在历史许多地震受到重大损失。随着科技的进步及房屋层高的不断增大，人们开始考虑建筑抗震问题。20世纪50年代初，随着强震仪的出现和结构动力特性的不断深入研究，提出了沿用至今乃至今后的“延性结构设计”。这种理论思想是在一定程度上控制结构体系的刚度，允许结构在中大震时发生变形，从而将地震能量以动能的形式耗散掉，保护建筑物不至于倒塌。因此，在传统抗震设计基本要素中，首先是保证建筑物要能持续支持自身重量，其次是通过结构构件的强度和延性吸收地震输入的能量。但是，抗震结构有不可弥补的致命弱点：虽然能在地震中不至于倒塌，但是它允许结构变形，甚至严重破坏。因此，每当地震时，传统抗震结构通过混凝土裂缝及钢筋屈服形式吸收地震能量，多数情况下建筑物内过大的加速度、速度和层间变形会使建筑物内部遭到毁灭性破坏，地震后存在较大的残余变形，建筑物功能难以维持，震后维修费用大大增加。
2、隔震结构与抗震结构受力与变形对比
抗震结构在地震中的糟糕表现，促使全世界人们不断思考，隔震结构体系从此应运而生。隔震结构的基本是通过在基础结构与上部结构之间设置“隔震层”，使地震时上部结构与地基水平震动分离，从而保护上部结构。目前国际上应用较多的是基础隔震建筑。通过在隔震层设置隔震支座和阻尼器等隔震装置，其中隔震支座能够安定持续地支撑建筑物重量、追随建筑物的水平变形，并且具有适当的弹性恢复力，而阻尼器能够用于吸收地震输入能量，因此耳针结构是一种遵循并超越抗震设计思想的结构形式。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当结构遭受罕遇地震时，作用于上部结构的水平力比一般结构要小得多，因此很容易对上部结构进行弹性设计。即使遭受罕遇大地震时，隔震结构也能维持上部结构的功能，确保建筑物内部财产不遭受损失，保障生命安全。
五、隔震和减震技术
在抗震设计中的应用抗震设计在结构设计中无疑是最为重要的。但无论抗震设计做得多么“强”，在强震作用后，结构构件都会受到一定程度的损坏。为了弥补抗震结构的不足，隔震和减震技术逐步发展起来。
1、隔震结构
日本学者河合浩藏在1881年提出最初的隔震构想。他认为先在地基上纵横交错放置几层圆木，圆木上浇筑混凝土层，再在混凝土层上盖房。由于设置了可滚动的圆木，削弱了地震传递给建筑物的能量。1909年，J.A.卡兰特伦茨在美国提出了另外一种隔震方案，即在基础与上部建筑物之间铺一层滑石或云母，地震时隔震层的滑石相互错动，从而减小地震传递给上部建筑物的能量，以达到隔离地震的目的。
而无论抗震设计还是隔震设计的发展都会经历失败，总结经验教训。1934年，“刚柔论争”中柔派代表人真岛健三郎提出了一种新的隔震结构——下柔上刚式结构。这种柔底层的结构形式在理论上是有效的，但这种柱首先破坏的破坏机制却是极其危险的。在地震作用下，底层柱首先破坏，结构将整体失稳。目前我们采用的隔震技术主要有两种形式，一种是基础隔震，另一种是中间层隔震。使用最广泛的是基础隔震。基础隔震就是在基础和结构之间另设一层，这一层作为隔震层，在隔震层设置一些特殊的隔震器材。隔震器材主要分为隔震支座、减震器、隔震支座和减震器的复合装置。
（1）隔震支座
隔震支座主要有两种，一种是叠层橡胶支座，也称为无铅芯叠层橡胶支座；另外一种是滚动活滑动支撑。应该注意的是，这种装置应该设置在轴力变化不大的柱下。
（2）减震器
减震器分为弹塑性减震器、油压减震器、黏性减震器、摩擦型减震器等。减震器具有吸收地震能量、减小结构反应的作用。但是减震器不具有竖向支撑的能力，变形恢复能力也不强。所以，在隔震结构中不能单独使用，必须与隔震支座一起使用。一般来说，减震器不直接设置与柱下，而是设置在上部结构的基础梁之下。
（3）隔震支座与减震器的复合装置
为了吸收地震能量，使之不传递给上部结构，除了隔震支座外，还必须在隔震层设置减震器。设置减震器需要在隔震层有一定的空间，还需要精密的安装施工。为了解决这一问题，可以在隔震层设置隔震支座与减震器的复合装置。复合装置不但可以起到支撑结构竖直方向荷载的作用，还具有吸收地震能量、减小结构反应的作用。
2、制震结构
在地震作用下为了减少对主体结构的破坏，控制结构水平位移，在结构内部设置一些能吸收和消耗地震能量的装置，这些装置就叫“制震装置”。制震结构是在建筑物的内部设置阻尼器，这些阻尼器随着建筑物的变形和运动速度而发挥其衰减作用。
（1）质量协调阻尼器
主体结构在地震作用下产生震动时，通过设置于高层建筑物顶部的“质量阻尼”系统，与主体结构产生共振来减小结构震动反应。该系统与结构的固有震动周期完全相同。
（2）液体阻尼器
液体阻尼器是一种被动耗能减震装置。利用容器中液体振动的方法提供减震作用。此种减震方式目前只对中小地震有效，对强震来说其震动超过装置本身的容量极限，强震时现在多采用将装置固定的方法。然而，该减震方式用于减控由风荷载引起的长时间、中振幅的振动的话非常有效，因此被设置在许多超高层建筑上。
六、结束语
综上所述，我们要提高对高层建筑隔震设计的重视，不断优化设计方法，提高设计的科学性，促进高层建筑的深入发展。
参考文献：
［1］米晓玲．高层隔震结构理论分析与试验研究［M］．广州大学，2011，1（5）：1－80．
［2］李邦耀．高层建筑结构设计分析［J］．江西建材，2012，30（6）：233－234．
作者简介；
韩克鹏，男，汉族，1983年10月出生，中级工程师，研究生学历，从事工作：设计。
论文作者:韩克鹏
论文发表刊物:《基层建设》2015年20期供稿
论文发表时间:2016/3/21
标签：结构论文; 减震器论文; 支座论文; 建筑物论文; 装置论文; 能量论文; 高层建筑论文; 《基层建设》2015年20期供稿论文;