淺談建筑結構的隔震、減振和振動控制

摘要：伴隨著人們物質生活水平的不斷提高，建筑結構的隔振、減振和振動控制逐漸成了人們對建筑物的主要質量要求。因為，我國的整體地質條件是相當復雜的，并且有很多地震多發區，加之近些年來，地震發生的概率更是加大，這就對建筑結構的安全性和穩定性提出了更高的要求，尤其是對建筑結構的隔震、減振和振動控制方面。基于此，本文將對建筑結構的隔震、減振和振動控制進行簡要的探討。

關鍵詞：建筑結構；隔震；減振；振動控制

自我國的建筑行業存在以來，建筑結構的安全性和穩定性始終就是施工建筑中的首要要求。這不僅是保證人民生命財產安全的必然要求，同時也是降低經濟損失、促進我國建筑行業發展的有效途徑。地震是影響建筑結構的安全性和穩定性的主要威脅，因此，在建筑結構中進行隔震、減振和振動控制的設計是極其重要的，也是在整個施工過程中應該全面貫徹的重要施工方向。

一、隔震與消能減振簡述

結構變形吸收是建筑結構對地震帶來的能量進行消除的主要方式，也就是說，建筑結構變形吸收的能力是決定建筑應對地震強度能力高低的主要因素。在傳統的建筑結構中，對于隔震與消能減振的要求是比較低的，這種建筑結構對于處理小型地震方面可能是可行的，但是一旦發生規模和強度較大的地震，這種建筑結構可謂是不堪一擊的。因此，提高建筑結構隔震與消能減振的能力就成了勢在必行的設計標準。

1.隔震原理

在整個建筑中，由隔震層將建筑分為三部分結構，即上部、隔震層和下部。這是保證地震產生的能量能夠經過下部結構——隔震層——上部結構的層層消除之后，將能量降低到最小的有效措施。因為地震能量由下部結構傳播到隔震層的過程中會消耗一部分的能量，而隔震層主要的功能就是為了消耗地震能量，這一結構能夠將大部分的地震能量消除，再由隔震層將地震能量傳播到上部結構時，僅會剩余小部分能量。隔震層的設計，使上部結構的周期發生了改變，有效的控制了地震能量給上部結構帶來的影響，大大增加了上部結構應對地震能量的彈性，甚至對于隔震層強度較大的建筑，地震能量只會對建筑產生很小的影響，使建筑仍舊維持在自然彈塑性變形的初期狀態[1]。

2.消能減振原理

所謂的消能減振，是指在建筑結構中放置能夠有效消耗地震能量的元件，并通過這些元件的設置來降低地震能量。這種消能減振的原理能夠通過產生彈塑性來對建筑變形進行控制，將地震帶來的能量降到最低，對建筑結構進行保護，保證建筑結構的安全性和穩定性。這種建筑結構的消能減振原理是一種比較“柔性”的設計方式，但是能夠對地震產生的強大能量進行消減，是一種“以柔克剛”的建筑結構設計方式[2]。

二、振動控制技術簡析

在以往的建筑結構設計中，主要是通過建筑結構自身來完成對地震能量的消減工作。這種設計方式是不合理的，建筑結構自身在消耗地震能量的同時，必然會對自身造成很大的影響，是以傷害自身為代價來對振動進行控制的一種方法，存在很大的不穩定性。而科學的消能減振技術是利用先進的振動控制技術來進行對地震能量的消除的，這種方法同傳統的消能減振方法相比較而言，不是以傷害自身為代價來進行的對地震能量的消除，而是在建筑結構中設置單獨的振動控制系統來完成消除地震能量的工作的，這種方式不會對建筑結構產生影響，使建筑結構能夠更加穩定，在很大程度上增加了建筑結構應對地震災害的能力。以下，將對主要的幾種振動控制技術進行簡要的介紹。

2.1 被動控制技術

所謂的被動控制技術，是指一種不需要借助其他的力量來完成消能減振的振動控制技術。在建筑結構中設置被動控制系統時，是將被動控制的子系統設置在建筑結構的空間，或者是設置在建筑結構本身的構件中。將被動控制子系統設置在建筑結構的空間內，是一種單獨存在的消能減振系統，而將其設置在建筑結構本身的構件中，能夠將建筑結構的動力特性加以改變，使建筑結構的構件具有消能減振的功能[3]。

現階段，被動控制技術已經逐漸被作為對建筑結構進行消能減振的主要方法，在長期的應用實踐中，被動控制技術被不斷的加以完善，逐漸的走向成熟，被廣泛的應用于建筑結構當中。被動控制技術主要可以劃分為兩種類型，即基礎隔震和耗能減震。基礎隔震，是指在建筑結構的本身，或者是建筑物的底部設計振動控制系統，對地震能量的傳播進行阻擋。而耗能減震技術，是指在建筑結構的空間內部設計振動控制系統，安裝能夠對地震能量進行消除的元件，以達到消除地震能量的目的[4]。

2.2 主動控制技術

同被動控制系統相比較而言，主動控制系統是需要通過借助外部的力量來進行消能減振的。主動控制技術要在建筑結構中施加一種與地震能量方向相反的能量，同地震能量進行抵消，以此來實現消能減振的目的。

首先，應該運用傳感器來計算出對建筑結構的動力響應和外部刺激系數，并且通過計算機信息技術對這些系數進行分析和處理，計算出達到能夠應對地震能量所需要的施加力的大小。其次，在計算出施加力的大小之后，應該根據建筑結構自身的特點在建筑結構中進行主動控制系統的設計[4]。

2.3 半主動控制

所謂的半主動控制系統，是指對建筑結構所能夠承載的地震參數，以控制機構來進行自動的調節的一種振動控制系統，并以這一系統來達到消能減振的目的。半主動控制技術不需要很大的外部力量需求，僅僅通過蓄電池就能夠實現對振動控制技術來進行控制，并且以開關來進行對振動控制系統的操控，對系統的工作狀態來進行調節，使建筑結構自身的特性發生改變[5]。

2.4 混合控制系統

所謂的混合控制，是指將主動控制和被動控制兩種控制系統聯合在一起，而形成的一種控制系統整體。混合控制系統能夠將主動控制系統和被動控制系統兩種系統的優勢同時發揮出來。一方面，能夠將被動控制系統中對地震能量進行消耗的設置的作用充分的發揮出來，減少大部分的地震能量。另一方面，還能夠利用主動控制系統的優勢，對被動系統消能減振的作用實現來進行控制。混合控制系統是一種更加完善的消能減振系統，在建筑結構中的應用能夠有效的對地震能量進行消除和控制，是當前建筑結構消能減振系統中最常用的方法。

總結：

通過上文的闡述，我們能夠總結出，對建筑結構進行消能減振設計是具有必要性的，不僅是保護人民生命財產安全的重要手段，同時對于我國建筑行業的發展也具有重要的意義。當前我國的隔震、減振和振動控制技術已經趨于完善，主要有主動控制技術、被動控制技術、半主動控制技術和混合控制技術為主，并且在這幾種技術之中，主動控制技術的隔震、減振和振動控制的效果是最好的，但是同其他三種消能減振技術相比較，這種技術需要的外部能量也是巨大的，還需要進一步的研究和完善。

參考文獻：

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