建筑結構的隔震減振和振動控制分析

張宇彤

(山西省晉城市建筑設計院，山西晉城 048000)

0 引言

最近的幾年來，由于人們安全意識的增強，建筑結構的減振、隔震與振動控制在建筑物上的應用逐漸增多，逐漸開始了結合實際的工程進行方案設計與理論研究，幾種使用隔震的體系取得了很大發展。

我國新《建筑抗震設計規范》之中，已經添加了消能和隔震的一些專門章節。而且在國際的方面，一般在每隔4年就會召開結構地震相關的會議，如今已經成為了地震工程之中前沿性的研究方向。消能的技術與減振技術在最近幾年之中也逐漸由基礎研究方面逐漸轉向工程的實際應用之上。所以對于建筑結構的減振、隔震與振動控制的分析勢在必行。

1 消能減振和隔震的原理

在傳統建筑的結構設計之中一般以“大震震不倒，設防烈度可以修，小震震不壞”作為建筑防震設計的標準所在，而建筑結構一般主要依靠的是結構上變形的吸收，并消耗地震所帶來的破壞力量。按照這樣的設防標準對建筑結構設計的時候，如果遇見了中小型地震，可以依靠這種吸收來將地震之中所帶來的一些破壞力量有效抵消，這個方法是有可行性的，但是一旦遇到了難以抵抗的大地震時，就不能有效確保建筑結構的安全了。這也是許多的專家對于新結構設計進行研究的根本原因。

1)隔震的原理。

一般基礎的建筑結構防震系統是對于隔震層進行設計的，并將建筑的結構分成3個部分，其中包括了下部結構、隔震層和上部結構。進行這樣的結構設計可以使地震所釋放的破壞能量，從下部的結構逐漸傳輸于隔震層之中，在經過隔震層后，抗震裝備將大部分的破壞能量吸收和消耗，最后將少部分的地震破壞能量轉移于上部結構之中。對于建筑結構中隔震層設計，對上部結構周期有了一定的改變，并降低上部結構對于地震的一系列反應，從而保證上部結構在遇到了強烈地震之后也能夠處在一種彈性的狀態，甚至可以保持自然的彈塑性在變形初期的一種狀態，從而強化建筑結構的隔振設置。

2)耗能減振的原理。

對于耗能的減振結構來說，一般指的是建筑結構的抗側力裝置之中，經過有效耗能部件的設置來將耗能的減振進一步實現。一旦建筑結構受到地震能量侵蝕，耗能的部件與耗能的裝置經過彈塑性的產生將變形滯回，來達到消耗、吸收地震帶來巨大破壞能力的目的，并降低主體結構受到地震巨大破壞能力的影響，從而達到有效控震、減振的最終目標。這個原理與傳統建筑抗震結構的原理是恰恰相反的，它是一種以柔克剛的技術，同時也是技術領域的一大突破。

2 對建筑結構振動控制的技術

在傳統的建筑抗震設計之中，一般主要是利用結構的自身消耗、吸收地震破壞的力量，從而達到抗震標準的，雖然在中小地震上，能夠起到很好的作用，但是這其實是一種比較消極抵抗地震的方法。所以一般科學積極對抗地震的方法是經過應用結構振動的控制技術，來達到有效抗震的目的，也就是經過對結構自身施加的控制系統，使得它和結構的自身共同發揮著對地震的抵抗作用，來減輕地震對于建筑物的不利影響。

1)主動控制技術。

一般主動控制是借助外部的一些能量進行減振控制的一種技術，經過外來振動的相反控制力施加，來有效實現對建筑結構減振的控制。

它工作的原理包含了四個小點:

a．用傳感器對于建筑結構外部刺激與動力響應進行監測。

b．將所監測到的數據傳輸給計算機。

c．經過計算機的程序所定義的計算方式，計算出需施加力度的數目。

d．在外部的能源驅動之上產生出對系統進行有效控制的力度。

2)混合控制技術。

其對主動控制和被動的控制有一種聯合的作用，將兩者的優點進行綜合，不僅能夠通過被動裝置的控制來消耗大量的地震破壞力量，還能夠對主動控制的裝置進行有效的利用，保證控制效果，所以混合控制在建筑結構設計之中的應用上有著很重要的價值。一般混合控制的裝置主要包含以下幾種:阻尼耗能的裝置與主動控制的混合裝置;主動控制和基礎隔震的裝置相互結合的一種混合控制等。

3)被動控制技術。

一般在建筑結構的振動控制之中，被動控制一般指的是不借助外部的力量進行振動控制的一種技術，它經過建筑結構某一個空間中的部位，進行子系統的添加，或者是經過結構自身在構造構件上的一系列特點進行設置，對結構自身動力的特性進行有效的改善。在被動控制這一振動的控制技術之中，是目前的一個熱點技術，許多的被動控制逐漸變得完善，并且在實際的操作之中逐漸被廣泛的應用。

4)半主動控制技術。

一般半主動的控制是對于控制技術的利用，將建筑結構地震之中的參數進行自動的調節，從而達到有效減振的目的，它其實需求外部的力量很低，基本不需要用到強電，只要有效對弱電進行利用，就可以完成。而且在半主動的控制技術之中經常應用到開關來進行有效的控制，經過對開關的一系列操作來有效控制系統工作的狀態，從而對建筑結構動力的特性有一定的改變。

在當前比較典型的半主動控制技術裝置有:可變阻尼的系統、可變剛度的系統、可控摩擦式的系統與參數主動調節質量阻尼的系統。

5)四種技術綜合的分析。

一般主動控制技術在這四個技術之中的效果是最為優異的，但是因為建筑體型的巨大，會使得需要外部的能源比較多，同時它控制裝置與程序的算法也很復雜，一般對主動控制技術的應用都少于其他三種技術。被動的控制技術由于減振效果較好，且造價還比較低廉，容易實現，導致其成為應用廣、發展最快的一項控制技術。

而半主動控制技術是在主動控制與被動控制之間的一種，它控制精度較高，且造價和主動相比來說還比較低廉，同時它不需很大外部的動力，這種技術有著廣闊應用的前景。對于混合的控制技術來說，它是多種控制技術的綜合，集所有控制技術的優點，所以它的發展前景必定會比其他控制的技術廣闊些。

3 結語

隨著建筑結構之中對于減振、隔震與振動控制廣泛的研究與應用，它會為中國建筑的抗震減振帶來一個前所未有的發展。為了能夠將一系列抗震之中出現的問題更好解決，在設計的時候必須要加大探索對于強震之下建筑結構振動的控制規律，尋找造價低廉、施工穩定、可行性較強的科學抗震組合，逐漸強化建筑抵抗地震的強度，造福于人民、造福于社會。

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