摘要:地震灾害已成为近年来危害人类生命最严重的地质灾害之一,因此,在当代建筑结构设计中,抗震减灾逐渐通过各种结构进行。而隔震结构是利用相关结构的布设来吸收地震能量的一种抗震结构。
关键词:高层建筑;结构设计;隔震减震
地震对建筑结构,特别是高层建筑结构影响较大,不仅会破坏整个建筑结构稳定性,还会威胁到人们生命财产安全,所以对高层建筑隔震减震设计提出了更高要求。因此,在高层建筑结构设计中,设计人员应采取有效的隔震减震措施,从根本上提高结构整体抗震性能及稳定性,有效保障人们生命财产安全与社会安定。
一、建筑结构隔震减震介绍
建筑内部的阻尼有利于地震能量的消耗,减震措施就是利用这一点,借助建筑阻尼吸收地震能量,从而维护主体结构,减少震害。隔震技术广泛应用于高层建筑,尤其是汶川地震后涌现出较多隔震建筑。由于隔震设计中选用材料与以往设计不同,与传统抗震设计相比,目前的隔震设计特别是高层隔震设计,难度大。隔震措施具有时间限制,不仅可应用于新建结构,而且可在建筑完工后通过增加阻尼来减震。就适用部位层面而言,层面措施较广泛,适用于上部结构和隔震夹层。消能减震技术利用消能减震装置提高结构阻尼比,从而防控结构变形,借助附加装置吸收地震能量,实现主体结构的全面防护,使主体结构在发生地震灾害时不会受到严重破坏。
二、高层建筑物结构隔震减震设计难点
1、地基选取位置不合理。建筑施工前,技术人员应先考查施工场地,主要考察地基土质,并准确测量土质密度及硬度。不同地区有不同土壤类型,不同类型的土壤对建筑物抗震性能有很大影响。此外,由于高层建筑高度高,在选择地基时,必须选择相对平坦、开阔和远离河流的地方,以避免地震时建筑物抗震性减弱。但由于土地资源短缺,房地产开发商在选择建筑场地时有一定限制,不能随意选择建筑场地。在地震情况下,地基可能难以承受巨大冲击力及破坏力。
2、建筑类型多样化增加了技术难度。随着经济的发展,人们对生活质量的要求越来越高,不同于传统类型建筑物越来越受到客户的青睐。一些建筑设计师过分追求建筑外观设计,设计的结构更加复杂,却忽视了建筑抗震性能等性能优化,仅刚好符合国家建筑标准。在居民使用过程中,随着建筑物的老化,其各项指标将低于标准,这将对居民的安全构成潜在威胁。
3、使用的建筑材料不科学。在我国目前的建筑施工中,钢筋及混凝土仍是主要建材,设计师通常通过增加混凝土或钢筋数量来提高建筑物抗震性能,但效果一般。特别是在高层建筑中,随着钢筋及混凝土的增加,地基承载重量也会增加。目前,市场上出现了许多新的建材,这些材料能提高建筑物各方面性能,但在建筑行业中的应用仍不够广泛。
三、抗震、减震设计对建筑设计的价值体现
建筑结构的抗震、隔震、减震设计主要通过对地震灾害的抵御、阻隔、降低,减少地震灾害对建筑结构的影响,保证建筑结构的安全性和正常使用价值,确保人民的安全和财产等。大量地震试验和施工经验证明,在建筑结构设计中,防震结构的设计能有效减少地震对建筑结构的损害,从而保证建筑使用者和居住者安全。
四、高层建筑设计中的隔震措施
1、采用特殊材料进行地基隔震。建筑物基础隔震通常是对建筑物基础部分的一系列特定处理,以减少地震期间的地震波,从而减少地震对建筑物的破坏。传统方法是在建筑物基础部分直接设置砂子或粘土垫层,或交替铺设砂子和粘土。同时,一些学者以糯米为原料,在建筑物基础上设置垫层,以减少地震造成的建筑物破坏。当前,这方面有了新的突破,从沥青中获得一种特殊材料,对设置隔震层有更好的效果。
2、基础隔震。该措施主要是为了有效地将隔震装置布置在基础与上部建筑物之间,由于隔震层位置不同,基础隔震措施可减少地震波传递,属于较传统的隔震措施之一。施工中也会有不足之处,由于这种隔震措施更适用于多层或地层等建筑,若在高层建筑中使用,将不能起到良好的隔震作用,并将进一步延长建筑物资自振周期,在一定程度上增加建筑物自重,降低隔震效果。目前常用的隔震方法有两种,一种是摩擦滑移隔震,另一种是滚轴滑移隔震等。因此,隔震方法的选择应结合建筑实际情况,只有这样才能加强建筑物隔震功能。
3、层间隔震。层间隔震实现了抗震模式和结构隔震模式的结合,通过耗能减震装置的应用,实现了对地震能量的消耗和吸收,该耗能减震装置主要由隔震支座组成,共工作效率高,能有效降低结构地震反应,施工工序相对简单。与建筑基础隔震装置模式相比,层间隔震模式的综合效益较低,与基础隔震模式相比还有较大差距。然而,层间隔震模式有其独特的抗震效益,通过采用原结构垫热层等,有提高建筑物减震效益,该方法操作简单。通过橡胶支座隔震装置的应用,能满足高层建筑抗震要求,达到良好的抗震效果。
4、结构悬挂隔震。结构悬挂隔震措施的主要方法是悬挂建筑物中的大部分或全部结构,在发生地震时,这些悬挂结构不会受到地震波的影响,从而将对建筑物的损害降至最低。这种隔震措施主要用于大型钢结构建筑,在大型钢结构建筑中,悬挂结构的隔震措施对设计提出了更高要求,只有将主框架及子框架完美地结合,子结构才能在地震中不受干扰。结构悬挂隔震的工作原理是使主框架在地震中随地壳运动摆动,匹配的子框架用吊杆或锁链连接,地震产生的能量传递这一部位将相应减弱,子结构将不具有惯性力。该措施隔震效果好,能很好地隔离地震对建筑物的损坏,但工程造价高,不适用于一般建筑物。
五、高层建筑设计中的减震措施
1、新建建筑设施结构减震措施。近年来,越来越多的创新建筑理念不断出现,相关的新型建筑也逐渐涌现。随着我国信息技术的不断提高,人们能了解的相关信息也在不断增加。因此,目前人们对建筑物安全意识的重视度也在逐年提高。在当前的城市建筑物建设过程中,人们越来越重视地震,相关建筑物抗震性及减震性也在不断提高。就目前的建筑设计而言,为提高整体抗震效果,需提高各受力环节的整体质量,强化各基础部位,通过特殊处理强化相关建筑物基础部位,不出现相关质量问题。同时,可在建筑物各部位安装相应减震装置,以减轻地震造成的能量冲击,通过相关的减震效应,可防止地震影响,增加减震措施,加强隔震层,最大限度地提高建筑物整体质量。
2、加固旧房屋的减震设施。在普通房屋建设中,减震设施的安装必须在施工阶段进行,完工后再安装会影响减震效果。但对于一些老旧房屋,以往建设中的减震措施设计还不完善,減震效果不符合国家要求,这就要求对既有房屋进行减震设施的加固设计。施工期间的不利条件应尽量减少,并通过阻尼及消能器加固。新技术可用于加固混凝土表面,该聚合物砂浆混凝土具有良好的抗压性能和较高的粘度,并且提高了钢筋抗锈性,对增强高层建筑的减震效果起到一定作用。
六、高层建筑减震隔震构造的后期维护与保养
工程竣工验收后,还应定期对建筑物进行相关检修,以确保建筑物结构具有良好的安全性和稳定性。具体而言,应安排专业检修人员定期对工程隔离缝间的材料进行监测,以避免防震结构设施形变。若有不合格的隔离缝堵塞,应能及时采取质量补救措施。为保证质量检修的有效性,还应建立一个相对完善的建筑工程质量检修体系。在高层建筑的结构设计中,通过严格系统设计及详细的检查维护方案,能保证减震隔震层具有良好的工作状态和稳定性。另外,还应在隔离维护结构边设置警示标志,以有效保护这些脆弱结构。
参考文献
[1]王金宇.浅议高层建筑结构设计中的隔震减震措施[J].江西建材,2017(01).
[2]李加才.浅议高层建筑结构设计中的隔震减震措施[J].建设科技,2017(16).