建筑結(jié)構(gòu)的隔震、減振和振動(dòng)控制綜述

陳寶書?徐衛(wèi)列

摘 要 舊城改造、城市化建設(shè)等項(xiàng)目使我國(guó)建筑數(shù)量持續(xù)增加，建筑行業(yè)的高速發(fā)展逐漸涌現(xiàn)出一定問題，比如建筑的隔震、減振和振動(dòng)控制能力問題等。建筑物除外觀外關(guān)注其功能性尤為重要，我國(guó)目前地廣人多，地震發(fā)生頻率高，隔震、減振和振動(dòng)控制研究不斷深入。本文探討隔震、減振原理，提出建筑結(jié)構(gòu)的隔震、減振和振動(dòng)控制方法。

關(guān)鍵詞 建筑;隔震;減振;振動(dòng)

新時(shí)期建筑行業(yè)高速發(fā)展，新技術(shù)及新材料不斷涌現(xiàn)，建筑施工方法不斷改進(jìn)及調(diào)整，為人們的居住環(huán)境及工作環(huán)境等做出保障。建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)最早在發(fā)達(dá)國(guó)家出現(xiàn)，我國(guó)隨著高層建筑數(shù)量的不斷增多，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)建筑與高層建筑存在明顯差異，工程項(xiàng)目耐久性及穩(wěn)定性要求進(jìn)一步增高。我國(guó)若想保障建筑行業(yè)高速發(fā)展，不斷提升我國(guó)建筑水平，需強(qiáng)化對(duì)建筑結(jié)構(gòu)隔震、減振和振動(dòng)控制的研究。

1隔震、減振概述

我國(guó)傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)多數(shù)為中層或者低層建筑，發(fā)生大型振動(dòng)時(shí)，建筑物不會(huì)出現(xiàn)倒塌等問題，且在震后能夠維修，建筑物處于中小型地震時(shí)，能夠消除部分破壞力，但對(duì)于高層建筑而言，傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)蕩然無(wú)存，建筑安全性受到人們關(guān)注。為此，人們對(duì)減振及隔震等方法進(jìn)行深入分析，為建筑的安全性奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[1]。

1.1 隔震原理

建筑結(jié)構(gòu)防震設(shè)計(jì)需將隔震層作為基礎(chǔ)，可分為下部結(jié)構(gòu)、隔震層及中部結(jié)構(gòu)三個(gè)層面，這種設(shè)計(jì)在發(fā)生地震情況下，將振幅自地下進(jìn)行傳輸，隔震層能將地震所產(chǎn)生的壓力消除，將殘余震動(dòng)力傳輸?shù)缴喜拷Y(jié)構(gòu)，在傳輸作用的干預(yù)下，改變上部結(jié)構(gòu)形態(tài)，從而形成抗震力，再次發(fā)生地震情況下，上部結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒂嗾鹣?，從而發(fā)生彈性反應(yīng)，將建筑的整體能力改善。

1.2 減振原理

建筑結(jié)構(gòu)所構(gòu)建的抗震系統(tǒng)中，具有耗能減振部件，建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力建筑中，設(shè)置耗能部件利于實(shí)現(xiàn)再次減振功能，建筑結(jié)構(gòu)在地震侵蝕過程中，耗能部件及耗能裝置在彈性能力下，將地震破壞力持續(xù)消耗，不斷降低建筑主體受到震動(dòng)的影響，從而實(shí)現(xiàn)抗震目標(biāo)。這種抗震原理與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案存在明顯差異，能夠?qū)崿F(xiàn)“四兩撥千斤”的效果，是抗震領(lǐng)域的又一進(jìn)展。

2建筑結(jié)構(gòu)控制方法

建筑結(jié)構(gòu)中，常規(guī)抗震設(shè)計(jì)將強(qiáng)化建筑本身強(qiáng)度作為基礎(chǔ)，從而將地震帶來的破壞抵抗，此類建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)中小型地震的效果較為明顯，但地震程度較大，無(wú)法體現(xiàn)價(jià)值，設(shè)計(jì)人員根據(jù)此類情況，需不斷優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)能力，將抗震結(jié)構(gòu)性能不斷優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)施加控制系統(tǒng)的抗震目標(biāo)，可通過以下幾種方式展開控制。首先為被動(dòng)控制。被動(dòng)控制為無(wú)須外力引導(dǎo)的控制方法，在建設(shè)結(jié)構(gòu)中的部分環(huán)節(jié)中加入子系統(tǒng)，根據(jù)構(gòu)建展開處理，改變結(jié)構(gòu)性能?，F(xiàn)階段的房屋建筑中，被動(dòng)控制為抗震能力的主要方式，且控制技術(shù)相對(duì)成熟，我國(guó)多數(shù)房建中，被動(dòng)控制方式應(yīng)用范圍廣泛。被動(dòng)控制劃分兩個(gè)類別，基礎(chǔ)隔震及耗能減振，基礎(chǔ)隔震為建筑物及其他基地設(shè)置的控制機(jī)構(gòu)，控制機(jī)構(gòu)將地面發(fā)出的震動(dòng)進(jìn)行阻斷，起到保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)的作用。耗能減振則在建筑結(jié)構(gòu)中設(shè)置耗能裝置，在房間位置及接縫點(diǎn)等，若發(fā)生小型震動(dòng)，耗能裝置可使建筑處于彈性狀態(tài)，滿足抗震性能[2]。

其次，主動(dòng)控制。該控制方式與被動(dòng)控制方式存在差異，利用作用力及反作用力理論，使建筑結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)作用力時(shí)有效消除，從而起到減震效果。主動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)建筑外力進(jìn)行檢測(cè)，利用傳感器等觀察檢查數(shù)據(jù)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，計(jì)算外部作用力，根據(jù)實(shí)際情況制造相關(guān)的作用力，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制目標(biāo)。目前主動(dòng)控制技術(shù)中利用主動(dòng)拉索及主動(dòng)支撐等方法是建筑行業(yè)研究的熱門話題。

再次，半自動(dòng)控制。該控制技術(shù)控制建筑結(jié)構(gòu)，建筑受到外力的作用下，對(duì)結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)減振目標(biāo)。該控制技術(shù)并未依據(jù)外部作用力，無(wú)須強(qiáng)大電流，在蓄電池作用下即可實(shí)現(xiàn)抗震，該控制方式利用開關(guān)進(jìn)行操作，建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能改變情況下，可利用開關(guān)調(diào)整系統(tǒng)工作狀態(tài)，改變建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能，改變系統(tǒng)剛度，可控摩擦隔振系統(tǒng)將可變組怪系統(tǒng)改變，是抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)用較為廣泛的抗震技術(shù)。

最后，混合控制。該控制方式為主動(dòng)控制及被動(dòng)控制結(jié)合的技術(shù)，具有主動(dòng)及被動(dòng)控制的優(yōu)勢(shì)，在被動(dòng)控制技術(shù)中將地震破壞力消耗，在主動(dòng)控制技術(shù)中保障控制的結(jié)果，在房屋建筑控制過程中，混合抗震結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍最為廣泛，應(yīng)用價(jià)值最高。常規(guī)情況下混合控制含有主動(dòng)質(zhì)量阻尼系統(tǒng)及液體阻尼系統(tǒng)，主控裝置可與阻尼系統(tǒng)結(jié)合，從而保障振動(dòng)控制效果。

針對(duì)上述四種振動(dòng)控制方式，其中控制效果最佳的主動(dòng)控制方式，但應(yīng)用率較低。主要與建筑結(jié)構(gòu)體積存在聯(lián)系，所需的外部能量較高，計(jì)算過程相對(duì)復(fù)雜。被動(dòng)控制則是現(xiàn)階段發(fā)展速度較快的控制技術(shù)，應(yīng)用范圍較廣，與其制造價(jià)格較低及效果優(yōu)良存在聯(lián)系。半主動(dòng)控制是主動(dòng)控制及被動(dòng)控制之間的控制方式，該控制技術(shù)精度較高，且造價(jià)比主動(dòng)控制方式低，無(wú)須外部資源干預(yù)，發(fā)展前景較為廣闊。混合控制技術(shù)將多種技術(shù)綜合，應(yīng)用前景良好。該控制技術(shù)綜合多種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，我國(guó)近幾年地震頻率高，人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)展開熱議，其中隔震及減振、振動(dòng)控制措施受到建筑領(lǐng)域的高度重視，并處于不斷研究中，為建筑的安全性提供保障[3]。

3結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)經(jīng)濟(jì)處于高速發(fā)展過程中，建筑行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成，發(fā)揮著重要作用，建筑行業(yè)多為民生工程，在建筑過程中人們注重美觀性及安全性、穩(wěn)定性，地震問題是建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及安全性面臨的主要問題，減輕地震對(duì)建筑的破壞備受關(guān)注?？拐鹧芯坎粩嗌钊?，現(xiàn)階段已經(jīng)開發(fā)多種抗震方法，起到良好的抗震效果。但抗震目標(biāo)不斷提升，研究還需不斷深入，為將研究過程中及實(shí)際工程中存在的問題解決，還需不斷探尋建筑結(jié)構(gòu)抗震及地震規(guī)律，從而不斷完善抗震結(jié)構(gòu)，使人們居住的安全性得以滿足，保障人們的生活質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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