尚凯

【摘要】高层建筑作为现代社会发展的主要象征，在人们的生活以及工作中发挥着非常关键的作用。隔震技术作为一种高效的减震技术，逐渐被运用到了高层建筑结构抗震设计中，在强化高层建筑结构抗震力方面发挥着非常重要的意义，以此来有效降低强震作用引发的地震影响。鉴于此，本文就高层建筑结构隔震设计关键问题展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。

【关键词】高层建筑;隔震设计;隔震支座

1、隔震装置的结构组成

组成建筑结构抗震装置的构建有以下三种：（1）隔震支座。该装置的作用是对橡胶起到支撑作用，以此来有效避免锈蚀现象的产生。其中，叠层橡胶的非线性特性明显，能够很好地应对结构较小或者较大的变形，以此来减轻地震现象的出现。而摩擦摆制作和铰装置类似，其上部位置是摆头，下部则为承台结构，中间是网状的增强纤维，摩擦阻力的使用能够将地震能量消散，并且在自重的作用下恢复到原始的位置。（2）阻尼器。其作用是耗用地震所产生的能量，防止结构出现较大的位移。常用的阻尼器类型主要有：1）弹塑性阻尼器。该阻尼器具有较强的塑性变形能力，能够将其运用到屈服应变的条件下。2）铅棒阻尼器。具有软件强震铅棒的作用，用以损耗振动能量。3）干摩擦阻尼器。该阻尼器由摩擦板和橡胶支座组成，不仅能够产生阻尼效果，同时还能够起到保护作用。（3）复位装置[1]。具有强化装置早期刚度的效果，能够确保结构在微震和风载的作用下有效提升其安全性。通常情况下，甚至风反应控制装置以及微震装置主要是用来抵抗倾覆支座。

2、隔震建筑构造

隔震建筑不同于一般抗震建筑，地震时隔震层会产生较大变位，因此需要沿上部结构周边设置变形缝。同时上、下部结构之间留设竖向缝，并用软性材料填充。穿过隔震层竖向管线应采用柔性连接以适应隔震层的较大变位，如图1所示。

3、高层建筑的结构设计特征

（1）对于高层建筑而言，水平作用对其发挥着决定性的作用。有高层建筑结构的自重大，对竖向构件具有较大的轴力弯矩，其和建筑物的高度值呈正比关系。然而，水平力能够对结构产生轴力弯矩，其值和建筑高度之间是二次正比的关系，一旦确认了建筑物的高度，竖向力矩将会成为固定值，但是，由于受到地震以及风力等因素的影响，导致水平方向存在着较大的而差异，因此加剧了力矩的压力。（2）结构延性：在受到外界压力的作用下，结构延性反应构件会发生塑性变形，随着建筑外荷载的逐渐增加，为了避免建筑物变形，就需要在实施建筑设计工作的时候加大对建筑构件延性的重视力度，以此来有效确保构件甚至是整体结构不会受到外力破坏。（3）侧移：在水平负载不断增加的前提下，侧移也会相应增加，对于高层建筑而言，结构侧移是一项非常关键的因素。随着建筑物高度的不断增加，在水平作用力下能够不断增加结构侧移，水平侧移和高度的4次方呈现出正比关系。为了能够有效确保建筑结构的稳定性，就需要加大对结构侧移量的控制力度。（4）轴向变型：通常情况下，轴向变性是导致建筑物受损的关键原因，因此，可以将轴向变型作为衡量建筑物结构设计的又一关键性指标。随着建筑物高度的逐渐增加，其竖向荷载也越来越大，因此，对柱子产生的压力作用也逐渐增加，从而引发了轴向变型，对连续弯梁带来了较大的伤害，这样一来就会导致连续梁中间支座位置处的弯矩变小，跨中位置的正弯矩值以及端支座位置处的负弯矩值也会变大，由此可见，在确定实际下料的长度的时候，要充分考虑到轴向变型的具体数值[2]。除此之外，还需要考虑到构件的侧移以及剪力。

4、隔震设计的关键问题

4.1长周期的减震效果

高层建筑其自身的施工周期比较长，一旦依据我国《建筑抗震设计规范》的设计反应可以勘察，其在较长的时间内呈现出了缓慢下降的趋势。在隔震前后，长周期的高层建筑地震剪力的变化并不大，而且隔震效果也不明显。如果高层建筑的高度在100m左右，则其基本周期在2.5s左右，通过运用相应的技术会延长周期至3.5s左右。但是，通过分析实际情况可以发现并不是这样的，比如，对于某高層隔震结构分别使用动力时程分析法以及等效线法来计算隔震效果，对长周期的高层建筑在隔震技术前后的减震效果进行研究，实验表明，在合理运用了高层隔震技术之后，其减震效果较为明显[3]。

以某高层建筑为例，共计 23 层，纵向、横向长度为50.6m、26.2m，高度约90m，局部最高为97.2m。采用等效分析法，计算隔震前后基底部位的剪力见表1。分析可知，采用隔震技术后，高层建筑的等效周期从2.4s 延长至4.3s，因此减震效果比较明显。

4.2计算隔震结构地震响应显著偏大

在实施隔震设计工作的时候，我国应该严格遵循以下规范：（1）完成不同阻尼比下的结构加速度反应谱曲线的设计工作，并且运用等效线性化方法迭代求解，以此来得出基底剪力以及隔震层位移的数据。（2）运用非线性时程分析方法，对隔震结构进行分析，获取上部各层结构的位移、加速度以及层间的建立数据等。（3）为了能够尽可能降低上述两种方法所得的结果误差，就需要建筑构件以及结构保持一种塑性变形的特性。对于高程建筑结构构件的受弯构件而言，在水平荷载重量不断增加的前提下，可能会加剧受拉区域的混凝土结构裂缝，甚至有可能引发弹性变形，而且还会导致受拉钢筋变形，因此，会影响到整个高层建筑的受弯构件。导致受弯构件被破坏的关键因素是结构变形的大小，因此，有效提升构件的延性是确保高层建筑结构设计质量的关键性指标，一旦出现强烈的地震现象，隔震结构也能够起到减少建筑结构地震反应的效果，从而将地震能量除去，并且有效强化高层建筑结构的抗倒塌能力，以免出现人员伤亡故障[4]。

4.3隔震支座受拉问题

目前困扰高层建筑隔震技术的关键是隔震支座的受拉问题，在发生地震的情况下，倾覆力的产生会超出隔震支座能够承担的结构重量。因高层建筑的竖向荷载产生了较大的轴向变形，从而对高层建筑的抗弯承载力产生了一定程度的影响，从而见笑了连续梁中间支座负弯矩值以及跨中负弯矩值，并且对高层建筑构件的剪力产生了一定程度的影响，导致高层建筑结构出现了侧向变形[5]。随着高层建筑层数的不断增加，高度也随之增加，这种现象所引发的轴向变形会威胁到高层建筑结构的稳定性，因此，在实施高层建筑结构设计工作的时候需要加大对轴向力值的重视力度，运用相应的措施来避免明显的轴向变形的出现。

4.4支座面压问题

在高层建筑长期使用的状态下，隔震支座所承受的上部结构的重量，在地震作用下可能会出现水平位移。在地震力以及上部结构重量的双重作用下，滑移类支座的承压面积不会受到太大的影响，而对于叠层橡胶支座承压面积的影响比较大，因此导致承压面积减小，致使承载力下降。基于规范标准，需要用到隔震支座验算方法，但是，在运用这一方法的时候需要重视以下方面的工作：（1）在对支座的平均压应力进行计算的时候，需要充分考虑到地震的作用，比如，会加大支座的直径偏差，这样一来不仅会加剧该项工作的成本，也会使隔震层的水平刚度增加，不利于隔震效果的发挥。（2）在受到罕遇地震的影响之下，未能验算隔震支座面压，而只是限制了支座的水平变形，因此，很难有效确保支座的安全性以及稳定性，面对这种现象，在受到较长时间荷载的作用下，只需要对长期荷载给隔震支座带来的面压展开验算即可，无需借助设计值实施验算工作，同时也不需要考虑地震作用的影响。

结语：

总而言之，隔震技术作为一种科学、简便的减震技术，在实践中取得了很好的效果。在社会经济快速发展的时代背景下，隔震技术也逐渐被运用到了高层建筑中，人们也充分意识到了该项技术的重要性。在实际运用该项技术的过程中，为了能够有效确保使用效果，就需要不断吸取经验，对建筑房屋设施、建筑结构以及人员安全提供良好的保障，以此来有效确保我国的经济效益以及社会效益。

参考文献：

[1]李波.超高层建筑结构设计的关键问题分析[J].建材与装饰，2019（14）：121-122.

[2]白世和.高层建筑钢结构设计中的关键问题及对策研究[J].城市建设理论研究（电子版），2019（13）：65.

[3]张良平，杨文参.某超高层建筑结构设计中几个关键问题的思考[J].建筑结构，2019，49（07）：56-59+55.

[4]董燕，胡执标.浅谈高层建筑结构关键设计问题[J].科技创新导报，2011（11）：36.

[5]宋可加.高层建筑结构设计中关键技术问题分析与研究[J].科技传播，2010（16）：89+92.