建筑结构设计中的隔震减震措施研究

摘要：随着我国城市化进程的加快，高层建筑日益增多。然而，我国大部分地区处于地震频发带，如何确保建筑结构的抗震性能成为建筑设计的重点。本文从建筑结构隔震减震的概念入手，分析了当前建筑结构设计中存在的隔震减震问题，并针对性地提出了相应的隔震减震措施。通过合理的隔震减震设计，可以显著提高建筑的抗震性能，减少地震灾害造成的损失，保障人民生命财产安全。

关键词：高层建筑；结构设计；隔震；减震

引言：

我国幅员辽阔，地震灾害频发，给人民生命财产造成了巨大损失。随着城市化进程的加快，高层建筑不断涌现，其抗震性能备受关注。传统的抗震设计主要通过提高结构强度和刚度来抵抗地震力，但这种方法成本高、效果有限。近年来，隔震减震技术的发展为高层建筑的抗震设计提供了新的思路。通过在建筑结构中设置隔震装置和减震装置，可以有效降低地震作用在建筑上的能量，减小建筑的地震响应，从而达到减轻地震灾害的目的。

一、建筑结构隔震减震概述

隔震和减震是两种不同的抗震概念。隔震是指在建筑物的基础或下部结构与上部结构之间设置隔震装置，将建筑物与地基隔离开来，减少地震能量向上部结构的传递，从而降低建筑物的地震响应。常用的隔震装置有隔震支座、隔震橡胶支座等。减震则是在建筑结构中设置耗能装置，通过装置的变形、滑移等来消耗地震输入的能量，减小主体结构的地震反应。常见的减震装置包括阻尼器、耗能支撑等。隔震和减震技术的应用大大提高了建筑抗震性能。研究表明，采用隔震技术可使建筑的抗震能力提高8-10倍，隔离80%左右的地震能量；采用减震技术最多可消耗20%～30%的地震能量[1]。隔震减震不仅保障了建筑的安全性，而且降低了建筑的修复成本，具有显著的社会效益和经济效益。

二、建筑结构设计中存在的隔震减震问题

（一）隔震支座布置不合理

在建筑结构设计中，隔震支座的布置直接影响隔震效果。目前，许多建筑在布置隔震支座时存在不合理现象，如隔震支座过于集中、受力不均匀等，导致隔震效果不佳。此外，部分建筑在外围布置较多的抗震墙，增大了隔震支座的倾覆力矩，不利于其发挥隔震作用。

（二）建筑物走向与地震波方向一致

建筑物的走向与地震波的方向关系，对建筑物在地震中的受力特征有着显著影响。当建筑物的走向与地震波的运动方向一致时，建筑物将承受更大的地震作用力，面临更高的倒塌风险。这是因为，地震波沿着建筑物的长度方向传播时，会引起建筑物更大的水平位移和变形。同时，建筑物在该方向上的侧向刚度较小，难以有效抵抗地震力的作用，从而增大了结构破坏和倒塌的可能性。遗憾的是，目前许多建筑在设计阶段并未充分考虑建筑走向与地震波方向的关系，存在一定的抗震隐患。

（三）结构形式选择不当

建筑的结构形式对其抗震性能有重要影响。目前，建筑普遍采用框架结构，这种结构形式的变形主要集中在底层，对隔震减震装置的要求较高。部分高层建筑虽然采用了隔震橡胶支座，但在选择支座型号时考虑不足，导致支座的承载力和变形能力难以满足实际需求，影响了建筑的隔震性能[2]。

三、建筑结构设计中的隔震减震措施

（一）优化隔震支座布置

设计人员应全面考虑建筑平面布局特点和上部结构的刚度分布情况，科学确定隔震支座的位置和数量。原则上，隔震支座应设置在刚度相对较大、地震作用较为集中的部位，以发挥其最佳隔震效果。同时，要避免将隔震支座布置在建筑边跨或其他受力不均匀的位置，以免影响隔震支座的正常工作。此外，在隔震支座布置时，还应尽量减少建筑外围抗震墙的设置。抗震墙虽然可以提高建筑整体的侧向刚度，但过多的抗震墙会增大隔震支座的倾覆力矩，不利于隔震支座发挥作用。因此，在满足建筑抗震要求的前提下，应适当减少抗震墙的布置，降低其对隔震支座的不利影响。

（二）调整建筑物走向

建筑物的走向与地震波的主导方向之间的关系，直接影响建筑物在地震作用下的响应。为了减小地震对建筑的不利影响，在高层建筑选址阶段，应尽量避免建筑物的走向与当地地震波的主导方向一致。这是因为，当建筑物的走向与地震波方向一致时，建筑物将承受更大的地震作用力，发生破坏或倒塌的风险显著增加。然而，在实际工程中，由于场地条件、城市规划等限制因素，有时难以完全避免建筑物走向与地震波方向一致的情况。在这种情况下，设计人员应采取有效措施，减小地震作用对建筑的影响。例如，可以在建筑外围设置防震缝，将建筑物分割为若干独立的抗震单元，减小地震力在建筑整体中的传递。此外，如果工程条件允许，还可以通过适当调整建筑平面布置的方式，使建筑物的长边方向与地震波的主导方向尽可能垂直，减小地震作用在建筑长度方向上的分量，从而降低建筑物的地震响应。

（三）选择合适的隔震装置

隔震装置的选型应综合考虑建筑结构特点、抗震设防要求、上部结构重量等因素，以确保隔震装置能够发挥最佳隔震效果。对于框架结构的高层建筑，可以采用隔震橡胶支座作为隔震装置。隔震橡胶支座具有良好的隔震性能和承载能力，能够有效降低地震作用在上部结构中的传递。但是，隔震橡胶支座的型号选择必须严格依据建筑的抗震设防要求和上部结构的重量等参数，确保支座的垂向承载力和水平刚度满足设计要求。对于框架-核心筒结构的高层建筑，可以采用组合隔震系统[3]。组合隔震系统在核心筒与框架之间设置耗能阻尼器，在建筑底部设置隔震支座，能够同时发挥耗能阻尼器的减震效果和隔震支座的隔震作用，实现建筑结构的优良隔震性能。对于一些超高层建筑，还可以采用摆式隔震、滑移式隔震等新型隔震技术。这些新型隔震技术能够适应超高层建筑的特殊要求，提供更加优异的隔震效果。但是，由于这些技术的应用尚不成熟，在实际工程中需要进行慎重的论证和试验验证，以确保其可靠性和安全性。

（四）减震装置的设置

减震装置能够通过自身的变形或滑移等机制，有效消耗地震输入结构的能量，减小主体结构的地震响应，避免结构发生破坏或倒塌。目前，在高层建筑减震设计中常用的减震装置包括黏滞阻尼器、屈曲约束支撑等。黏滞阻尼器利用黏滞流体在狭小间隙中的流动，产生阻尼力，耗散地震能量。黏滞阻尼器具有良好的耗能性能和长期稳定性，可以设置在建筑结构的关键部位，如连接梁、支撑等，以提高结构的整体减震效果。屈曲约束支撑是一种在框架结构中常用的减震装置。屈曲约束支撑通过提高框架结构的滞回耗能能力，减小结构在地震作用下的响应。与传统支撑相比，屈曲约束支撑具有更加稳定的滞回曲线和更大的耗能能力，能够显著改善框架结构的抗震性能。在实际工程中，减震装置的选型应综合考虑其耗能性能、实际工程应用情况、经济性等因素。设计人员应根据高层建筑的具体情况，选择性能可靠、经济合理的减震装置产品，并优化其布置方案，以发挥减震装置的最佳减震效果。

结语：

建筑结构设计中的隔震减震措施是一项复杂的系统工程，需要从建筑选址、结构布置、隔震减震装置选型等多方面综合考虑。只有紧密结合建筑的实际情况，科学合理地采取隔震减震措施，才能最大限度地发挥其抗震作用，保障高层建筑的安全和使用功能。随着我国城市化进程的不断推进，高层建筑将越来越多。加强建筑结构设计中的隔震减震措施研究，对于提高城市建筑的抗震性能，减少地震灾害损失，具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]蔡官民.建筑结构设计中的隔震减震措施研究[J].新城建科技，2024，33（12）：123-125.

[2]李敏.建筑结构设计中的隔震减震措施[J].砖瓦，2023，（11）：91-93.

[3]王丁丁.建筑结构设计中隔震减震措施的实现及应用[J].城市建设理论研究（电子版），2023，（23）：190-192.