高层建筑的防震减灾设计研究

李正平

摘要：我国社会经济进步，建筑行业不断发展，大众更加关注建筑的质量水平，特别是对建筑安全性提出了更高的要求。建筑只有结构足够稳定，才能保证防震性能，这就需要重视应用加固技术。目前，建筑施工中，防震加固技术存在很多问题，影响了建筑的防震性，因此，研究建筑的防震加固技术是非常必要的。本文主要分析高层建筑的防震减灾设计。

关键词：减震隔震技术；房屋建筑

引言

随着高层建筑的不断发展，抗震设计理论也在不断创新，包括刚性结构体系、柔性结构体系、柔性底层结构体系和现在普遍采用的延性结构体系。在建筑设计初期就应该考虑建筑的防震设计，以实现对建筑物刚度和延度的有效控制，使其达到足够安全水平，达到抗震设防级别。建筑物必须在小地震中不坏，结构不变形，同时在大震中保证部分构件或结构陷入塑性状态，但整体结构不坍塌，有效保护建筑物及使用者的安全，减轻地震对人类社会的破坏程度。

1、高层建筑防震的基本思想

高层建筑结构的抗震设计一般可通过刚度设计、延性设计与吸能设计3种方式实现：第1，刚度设计是利用建筑物的整体结构刚度来硬抗地震冲击，通常以增加结构的截面面积或使用高强混凝土来实现，这种方法对造价的影响过大，不够经济。第2，延性设计就是允许一部分建筑结构发生塑性变形，但是主体结构不能倒塌，以减少地震冲击的人员财产损。第3，吸能设计是通过增设抗震阻尼用来吸收地震动能，减少地震动能对建筑上部结构的冲击，从而保证建筑主体的稳定性。高层建筑隔震技术指的是在建筑物的基底部位，设置隔震的装置，能有效的对地震产生的能量进行隔离或消减，从而避免或减少地震能量过多的传输给上部结构，有效减轻对结构的损害，保证震时建构筑物的安全性。结构抗震性能设计的目的，可以理解为其使用期间的性能表现，要符合之前的设计意图。

2、现阶段隔震减震技术在应用过程中所遇到的问题

2.1建筑物支座的设计影响和减震效果问题

要使建筑结构更为稳定，则必须在减震与隔震设计方面尽可能地进行分散，如果将减震与隔震设置在建筑四周，则在地震时会大幅增大建筑的倾覆力量，并对建筑的支撑张力造成较大的影响。在进行隔震减震装置设置过程中，应具体情况具体分析，一般应做到最大限度的分散设置。但是需要注意的是，在高层建筑附近不能进行这样的分散布置，不然就会致使抗震墙在实际地震的过程中会加大承受倾覆力，在一定程度上也会影响到支座的整体拉力。现阶段在很多高层建筑施工过程中，由于建筑物本身结构原因，导致拉力应力超过一定的负荷，最终对于隔震技术的应用效果产生影响，同时也会降低建筑的自身形变能力。

2.2墙体与防震缝设计问题

墙体位置和墙体厚度都有可能对于建筑物的抗震性能产生影响，因此在建筑设计及建设过程中应当对于墙体和防震缝进行认真分析和设计，相关设计人员应当高度重视，要不断提升设计过程的科学性以及合理性。地震虽然会造成较大的危害，但其本质上属于一种偶发性的自然灾害，在这种情况下，在一些普通区往往不用考虑防震缝的设计问题，或者仅仅设计较少数量的防震缝即可。但是，在一些地壳经常运动的区域，设计师要高度关注防震缝的设计问题。如果发生地震，建筑物以及地面也会出现位移，不同的长宽比的建筑的抗震能力也会有所不同。因此，设计师在方案确定之前，应通过结构模型试验的方式确定建筑最佳长宽比。目前在国内建筑行业应用隔震减震技术的过程中，部分地区尚存在设计方案缺乏对于墙体减震以及防震缝的考虑的问题。针对这些问题，设计单位和设计人员应当高度重视，既要考虑到建筑物的整体结构问题，也要考虑到一些减震细节问题，要考虑到普通区域和地震区的不同之处，根据具体情况对于墙体和防震缝进行有效设计。

3、加强高层建筑整体抗震设计的具体措施

3.1选用优质轻盈的材料

在建筑物设计施工时应优先考虑到建筑物材料的自重与垂直荷载，要充分了解材料组合连接在一起的抗震效果，注重材料的抗震性能，保证材料的刚度与延性，控制材料整体自重，保证建筑物水平荷载处于安全水准。目前抗震性能较好的有钢结构建筑、玻璃幕墙、砌块填充墙取代砌体外墙等，高层建筑中可增大其比率，以达到预期的抗震效果。

3.2合理地设置防震缝的措施

地震来临时建筑物受到地震动能波及，建筑物会吸能产生变形，如若建筑物不设置防震缝，依靠自身刚性来硬抗地震动能，当达到临界值时，建筑物就会发生脆性破坏，开裂坍塌。合理地设置防震缝可以提高建筑物的弹性与延性，使震中发生的相对位移在允许的范围内，不会对建筑物造成更多的危害。当建筑物超过一定面积时，就要进行防震缝的设置，这样可以提高建筑物的灵活性，避免地基下沉或者地震导致建筑物整体受力不均匀，从而发生强制性错位或扭曲，最终造成建筑物的整体坍塌。

3.3增设抗震阻尼用以消耗地震动能的措施

与传统的“硬抗”地震破坏相比，减震隔震设计能有效地吸收地震动能，减少地震对建筑物的损害。隔震技术的原理是根据地震灾害的一些动能分布，依据这些动能分布在结构的特定位置安置抗震阻尼来减少与消耗地震动能，以达到隔震减震的效果。减震隔震设计能有效地吸收地震动能，减少地震对建筑物的损害。这种抗震系统能将地震能量转换为机械能或其它形式的能量，以减弱地震造成的震动，从而有效提高建筑物的稳定性和耐久性，延长建筑物的使用寿命。建筑物的自身周期与抗震阻尼是影响抗震效果的关键因素，增大建筑结构的自振周期与抗震阻尼可以有效地减少建筑的地震反应与地震损伤，这属于基础隔震的理论。在地震来临时，结构层本该因地震吸能发生位移，但隔震层会替代结构层本体发生位移，减少结构主体开裂的风险。

3.4隔震设施

根据相关研究，在建筑物基础和建筑之间如果设置有相关的隔震设施，可以损耗掉地震对建筑物造成损害的能量，从而可以把地震对建筑结构造成的破坏程度进一步降低，这种方式可以吸收大约80%的地震产生的能量，但是如果采用这个方式会使建筑物的自身振动的周期在一定程度上加大，所以高层建筑如果应用此项技术将会更容易倒塌，所以不太适用。现阶段，采用的隔震设施一般是橡胶垫，它主要是橡胶和钢板构成的，钢板用来支撑橡胶，可以在一定程度上提高隔震层的竖向高度。目前为止，橡胶隔震技术发展的较为成熟，因其具有阻尼比大、隔震效果好、可靠稳定性较高等优势得到了广泛的应用，但是橡胶防震垫存在时间较长后出现老化，性能变差的情况，这会造成橡胶防震垫的性能减弱。

结束语

目前，人们对建筑行业的隔震抗震技术要求越来越高，隔震抗震技术也越来越先进。根据不同的建筑要求，设计不一样的隔震技术，确保建筑物在遭受伤害时的稳定性。但是，减震隔震技术现阶段也存在很多方面的不足，技艺水平还需要进一步提高，因此，在未来相关部门要继续加强提升减震抗震技术的开发水平，进一步优化现有的技术和开发新的技术，使建筑抗震减震设计在建筑行业得到更好的应用。

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