建筑結(jié)構(gòu)的隔震、減振和振動(dòng)控制

張凱

0 引言

近幾年，建筑結(jié)構(gòu)的使用安全受到了廣泛關(guān)注，為了更好地提升建筑結(jié)構(gòu)的隔震、減振效果，要發(fā)揮不同振動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，維持建筑結(jié)構(gòu)綜合應(yīng)用質(zhì)量，減少安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。

1 建筑結(jié)構(gòu)的隔震、減振總體思路

1.1 原理

在建筑結(jié)構(gòu)隔震層設(shè)計(jì)中，一般要按照上部結(jié)構(gòu)、中間隔震層以及下部結(jié)構(gòu)的方式完成設(shè)計(jì)工作，隔震層設(shè)計(jì)模式能更好地改善上部結(jié)構(gòu)的使用效能，避免上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常，確保其在出現(xiàn)地震破壞力襲擊后依舊能維持較好的彈性作用。另外，在隔震層設(shè)計(jì)過(guò)程中，要結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)、施工區(qū)域環(huán)境、地質(zhì)條件等相關(guān)參數(shù)對(duì)其強(qiáng)度予以綜合分析，確保地震能量不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)整體應(yīng)用效果產(chǎn)生較為惡劣的作用。這樣在出現(xiàn)地震問(wèn)題時(shí)，地震釋放的破壞力會(huì)經(jīng)過(guò)下部結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)到隔震層中，此時(shí)隔震層中的相關(guān)抗震設(shè)備就能吸收并且消耗大部分能量，有效提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少安全隱患，以保證少量破壞力傳導(dǎo)到上部結(jié)構(gòu)中。

1.2 預(yù)期效果

對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)而言，減振處理是基于消能減振的前提下的建筑處理預(yù)期效果，要在建筑結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中放置對(duì)應(yīng)的能耗處理元件，從而最大程度上消耗地震過(guò)程產(chǎn)生的破壞力能量。在出現(xiàn)地震后，對(duì)應(yīng)裝置利用彈塑特性就能對(duì)形變情況予以管控，有效減少能量的傳遞，并且有效吸收和消耗剪力作用，減少地震對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。也正是基于能耗部件的特性，能大大提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震效果，相較于傳統(tǒng)的抗震處理模式，減振元件的安裝能從技術(shù)層面提升應(yīng)用效率，配合柔性應(yīng)用處理就能為建筑結(jié)構(gòu)綜合抗震效果的優(yōu)化提供保障。

2 建筑結(jié)構(gòu)防振動(dòng)質(zhì)量安全控制

在明確建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制要求的基礎(chǔ)上，就要配合有效的振動(dòng)控制技術(shù)，打造更加合理的振動(dòng)監(jiān)管控制體系，從而減少建筑結(jié)構(gòu)受到地震產(chǎn)生的影響，維持建筑結(jié)構(gòu)的安全性和質(zhì)量水平，有效減少經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。

2.1 優(yōu)化輔助性控制管理

輔助性控制指的就是在實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)抗震處理過(guò)程中利用建筑結(jié)構(gòu)自身調(diào)節(jié)的方式有效維持振動(dòng)控制效果，不依托外力的幫助，借助動(dòng)力學(xué)分析和驗(yàn)證過(guò)程可知，被動(dòng)控制處理方式能有效降低地震作用。并且，這種處理機(jī)制要配合非承重構(gòu)件調(diào)節(jié)方案，建立效能裝置結(jié)構(gòu)減振處理模式，確保隔震和消能減振工作都能順利落實(shí)。

（1）抵消性質(zhì)量控制。一般應(yīng)用在綜合體中，能在抵御外力的情況下，更好地提升建筑主體結(jié)構(gòu)的保護(hù)效果，并且維持整個(gè)建筑體系的規(guī)范性，有效將地震產(chǎn)生的損失降低到最低。

（2）沖擊對(duì)抗式質(zhì)量控制。主要是借助沖擊吸收彈性碰撞的方式，有效減少地震對(duì)于整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響，利用耗散地震破壞力的處理機(jī)制提高建筑結(jié)構(gòu)的抗擊質(zhì)量。在地震震動(dòng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響后，配置的擺錘結(jié)構(gòu)就能對(duì)建筑結(jié)構(gòu)予以撞擊，從而有效衰減結(jié)構(gòu)振動(dòng)，且擺錘自身還能具備吸振器的應(yīng)用效能，維持建筑結(jié)構(gòu)局部抗擊水平。

（3）吸振減振質(zhì)量控制。一般指的是在整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)受到地震或者是嚴(yán)重外力作用時(shí)，一旦出現(xiàn)了強(qiáng)烈的振動(dòng)或者是位移，在建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部安裝的阻尼結(jié)構(gòu)就能有效對(duì)其產(chǎn)生的能量和作用力予以消耗處理，并且配合建筑結(jié)構(gòu)變形狀態(tài)在內(nèi)部重新形成新的結(jié)構(gòu)組成模式，及時(shí)抵御外界產(chǎn)生的外力作用，為整個(gè)建筑減振效果的優(yōu)化提供保障。例如，目前應(yīng)用較為廣泛的幾種阻尼設(shè)備中，摩擦阻尼器被廣泛應(yīng)用在多層建筑和高層建筑中，盡管設(shè)備本身不具備復(fù)位處理的能力，但是能依靠結(jié)構(gòu)自身的特性實(shí)現(xiàn)剛度復(fù)位，對(duì)于有效減少振動(dòng)產(chǎn)生的影響具有重要作用。而軟鋼和合金阻尼器本身就是彈塑性阻尼設(shè)備，滯回特性較好，能在支撐結(jié)構(gòu)元件中實(shí)現(xiàn)串聯(lián)處理，并且，剪力墻頂部結(jié)構(gòu)、梁結(jié)構(gòu)中部以及變形較大的位置均可安裝。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)智能控制

除了被動(dòng)控制技術(shù)方案，智能控制處理也是較為有效的控制模式，一般是指在建筑結(jié)構(gòu)受到地震破壞力時(shí)，就會(huì)借助外部的能源物質(zhì)對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)予以合理性的調(diào)控和支撐，從而有效改善整體建筑結(jié)構(gòu)自身的動(dòng)力性能參數(shù)，更好地消解地震剪力產(chǎn)生的破壞作用。

2.2.1 自主控制

在自主控制技術(shù)中，技術(shù)部門(mén)要配合使用高科技產(chǎn)品，尤其是傳感器，以便于及時(shí)了解外部刺激產(chǎn)生的影響和參數(shù)信息，在信息傳遞到計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)后，就能利用智能數(shù)據(jù)分析模型完成信息數(shù)據(jù)的對(duì)比處理，最大程度上提高分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在了解外力數(shù)值后，就能依據(jù)傳感器的接收模式向外部能源驅(qū)動(dòng)發(fā)送相應(yīng)的指令，采取更加匹配建筑結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)性動(dòng)態(tài)的處理機(jī)制，確保減振工作順利開(kāi)展。正是因?yàn)樽灾骺刂萍夹g(shù)配合數(shù)字設(shè)備的規(guī)范效果，大大提高了信息管理的效率。

2.2.2 半自主控制

在建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制處理技術(shù)方案中，半自主控制模式也較為常見(jiàn)，指的是基于智能控制基礎(chǔ)，配合輔助控制模式，將輔助控制作為主導(dǎo)項(xiàng)。在建筑結(jié)構(gòu)遭遇地震問(wèn)題后，為了能及時(shí)調(diào)控建筑結(jié)構(gòu)的抗震效果，要調(diào)節(jié)構(gòu)件的相應(yīng)參數(shù)內(nèi)容，保證動(dòng)力學(xué)特性符合實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，最大程度上減少地震問(wèn)題造成的影響。需要注意的是，若是地震較為嚴(yán)重，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的剪力強(qiáng)度較大，則單一化依托被動(dòng)控制技術(shù)無(wú)法有效維持建筑結(jié)構(gòu)的抗震效果，就要配合自主控制框架，實(shí)現(xiàn)更加合理的處理方案，維持建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。例如，借助油阻尼半自主控制模式，兼具智能控制和輔助控制的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，配合使用有阻尼設(shè)備，利用控制算法和分析設(shè)計(jì)軟件全面分析油路設(shè)計(jì)要點(diǎn)，從而發(fā)揮變孔徑油阻尼設(shè)備減少建筑物地震響應(yīng)的優(yōu)勢(shì)作用，最大程度上提高建筑工程項(xiàng)目的質(zhì)量安全性。

3 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

近幾年，混合控制技術(shù)受到了廣泛關(guān)注，要配合建筑結(jié)構(gòu)模式分析內(nèi)容落實(shí)相應(yīng)的技術(shù)方案，打造更加貼合實(shí)際需求的應(yīng)用平臺(tái)，在維持抗震效果的基礎(chǔ)上，將被動(dòng)控制技術(shù)對(duì)剪力耗能的消散過(guò)程和主動(dòng)控制技術(shù)的傳感處理過(guò)程融合在一起，打造更加規(guī)范的控制模式，最大程度上維持應(yīng)用效果。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中隔震、減振等振動(dòng)控制技術(shù)也將實(shí)現(xiàn)全面的升級(jí)和優(yōu)化，更新技術(shù)流程與元件應(yīng)用方案的同時(shí)，也要匹配更加科學(xué)的技術(shù)體系維持建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用安全性和穩(wěn)定性。尤其是近幾年，在降低因地殼運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足的問(wèn)題時(shí)，振動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用效率和實(shí)際效能受到了更多的關(guān)注。

（1）相關(guān)建筑學(xué)專(zhuān)家將注意力從理論研究轉(zhuǎn)為工程試點(diǎn)應(yīng)用處理，更加關(guān)注隔震體系的搭建和應(yīng)用，以便于實(shí)現(xiàn)綜合振動(dòng)控制模型，有效減少地震破壞力對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)安全性以及穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響。值得一提的是，隔震體系的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大，對(duì)應(yīng)的技術(shù)處理模式也在不斷升級(jí)。與此同時(shí)，我國(guó)還結(jié)合技術(shù)要求設(shè)立了建筑基地，以保證理論知識(shí)在實(shí)踐中得到更好的應(yīng)用和轉(zhuǎn)化，全面豐富建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的布置體系。

（2）建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制體系中，也將結(jié)構(gòu)損傷最小化作為新的研究方向，無(wú)論是技術(shù)體系的經(jīng)濟(jì)性還是操作的實(shí)用性都將成為主要的攻克對(duì)象，以保證振動(dòng)控制技術(shù)更加適合市場(chǎng)的實(shí)際需求，提升建筑結(jié)構(gòu)綜合質(zhì)量水平。

（3）在建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制工作中，阻尼的增加以及建筑結(jié)構(gòu)相對(duì)位移的合理性控制也是新的發(fā)展思路，有效配合內(nèi)部設(shè)備建構(gòu)完整的處理體系，最大程度上減少外界因素對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)安全性產(chǎn)生的影響。例如，采取半主動(dòng)控制技術(shù)，依據(jù)防震級(jí)別的具體需求落實(shí)匹配技術(shù)方案，并行新型構(gòu)件的研發(fā)處理工作，提升建筑結(jié)構(gòu)綜合應(yīng)用處理的水平，為人民居住安全的保障提供支持。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要結(jié)合隔震、減振和振動(dòng)控制的具體要求落實(shí)相應(yīng)工作，完善具體工序環(huán)節(jié)，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體水平，全面提升建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制具體方案的應(yīng)用效果，建構(gòu)完整的應(yīng)用平臺(tái)，從而發(fā)揮各項(xiàng)控制技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，維持建筑工程項(xiàng)目的安全性和穩(wěn)定性，為建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。