建筑結構的隔震與減振控制分析

【摘要】：多數新建建筑都采用抗震性能較好的建筑材料和建筑方法。從古到今，建筑抗震的質量和水平都在不斷地提高，從以前的“磚木茅草”到現代的“鋼筋混凝土”，甚至的鋼材。但是如何提高建筑的隔震與減振性能，這是一個值得研究的領域。

【關鍵詞】：抗震；隔震；減震

建筑的抗震性能主要取決于建筑結構的抗震性能，建筑結構的抗震性能很大程度上取決于建筑結構的隔震、減振能力。為了達到這 個目的，工程師門往往會選擇價格相對較貴的建筑材料，以保障樓房 在受到震動時也不輕易坍塌。但是，要使建筑在更大程度上減輕震動所帶來的損害，就應該從多個方面進行分析：材料、結構、地形。 樓房在受到震動的時候，由于強烈振動使得建筑各部位發生位移，空間結構的變形，部分支柱的承載力出現瞬間不足，使得建筑在短時間內坍塌。如果結構布置合理，能夠有足夠的隔震與減振能力，就算遇到強烈的震動，建筑內的支柱能夠均勻支撐著樓房的各個位置，并且就算在坍塌的時候，也有足夠的變形時間，讓人們找到合適的位置去躲避，去減輕人員的傷害。如何提高建筑的抗震性能，除了提高建筑材料質量、施工水平和方法外；更重要的是：提高建筑結構的隔震與減振性能。現就從建筑結構方面分析，介紹建筑的隔震與減振控制技術的應用，以及現階段建筑結構的隔 震與減振控制技術的發展狀況和今后的發展趨勢。

一、 建筑結構的隔震與減振控制的應用和分析

1.1建筑結構隔震與減振控制的應用

目前建筑結構隔震與減振技術上主要采用的是被動減振，其原理為消能構件減震體系，這種體系是利用結構的非承重構件作為消能裝置的結構減震體系。常用的方式有：消能構件有：消能支撐、耗能交叉支撐、摩擦耗能支撐、耗能偏心支撐、耗能隔撐。消能剪力墻：豎縫消能剪力強、 橫縫消能剪力墻、周邊縫消能剪力墻等。其混凝土的接縫面可以填充粘性材料能或用鋼筋聯接。強烈地震時，出現非彈性的縫面錯動，產生阻尼，消耗地震能量。遭遇較強地震時，結構部位發生較大變形，從而使裝設在該部位的阻尼器有效的發揮消能作用。

主動控制減震體系是利用外部能源，在結構受地震激烈振動過程中，瞬時改變結構動力特性和施加控制力，以衰減結構地震反應的自動控制體系。根據控制器的工作方式，主動控制體系分三種類型：開環控制、閉環控制和開閉環控制制。主動控制是振動控制的現代方法， 它已廣泛用于電子工程，機械工程，航空航天工程等領域，但在土木工程中應用該方法進行結構主動控制尚是一個新興研究方向。

半主動控制和混合控制，半主動控制兼有被動控制和主動控制的 優點。它具備主動控制的效果又只需很小的電能通過調節和改變結構的性能減小地震反應，因此比較適合于改善工程結構的抗震設防。混合控制是將主動控制與被動控制結合起來應用或采用其它復合控制方 式通常稱為混合控制，其最常用的形式是用作動器拖動調諧質量阻尼器（HMS）。主動控制、半主動控制和混合控制由于都需要實時觀測建筑結構反應并進行實時分析和反饋控制，系統極為復雜，在推廣應用方面受制于經濟和技術條件。相比之下以增加結構阻尼、避免共振的被動 控制技術則更適合在眾多的實際工程中應用。

1.2建筑結構隔震與減振控制的分析

近幾年以來，地球的地殼運動頻繁，震害發生較多。鑒于此現狀，我國在工程結構的隔震與減振、震動控制方面的研究特別活躍，結構的隔震與減振應用在工程中日益增多，人們對居住水平和質量的要求不斷地提高，不能夠僅僅關注居住環境的舒適性，更需要重視所居住建筑的安全性能，工程師們正在從理論和實驗研究、方案設計、結合實際工程進行分析研究，向工程試點和應用的方向發展，集中使用的隔震體系在規范化和產業化的產業生產中取得了明顯的進展。鑒于對理論方面的專業知識未能真正地運用到實踐中，國家還需設立建筑研究基地，在原有的理論知識上加上建筑實踐，不僅可以在實際上掌握結構布局的方案，同時還可以延伸建筑工程的研究方向，提高建筑質量和多種類的結構布局方案。

二、建筑結構的隔震與減振控制的現狀和發展趨勢

2.1建筑結構的隔震與減振控制技術的現狀

曾經的老建筑與當下建筑相比，很少應用到隔震與減振的技術，舊樓房體現出來的實際情況是遇到一般震動時，都會有輕微的振動感，舊的營建模式都被新的建筑材料和建筑方式所取代，可是當下的許多建筑結構都是鑒于以往的建筑結構。要從根本上提高建筑的抗震能力， 需要考慮3個方面：根據現階段的科學技術，分析建筑地方的地理位置，選擇適用的建筑材料，建筑結構發生根本性變化，從而提高樓房的耐用和抗震能力。目前，建筑商還是缺乏對建筑結構的研究，往往都只是注重建筑材料的選擇，而忽視了通過建筑結構空間的布置去提高建筑結構的穩定性。需要根據隔震與減振研究反應出來的現狀和需求，在建造過程中進一步的完善，做到材料好，設計新，結構布置恰當，同時采用到隔震與減振的技術。

2.2建筑結構的隔震與減振控制技術的發展趨勢

傳統的結構延性抗震措施是以一定的損傷為代價減小地震反應，應用隔震與減振技術則可以在結構上減輕的損傷，對各類結構基本上能使用，其減震效果對地面運動特性依賴性較小，耗資也不是很大。

值得注意的是：增大阻尼在減小結構相對位移反應和變形的過程中有時會使結構的絕對速度和加速度增大，從而對建筑內部的設備和人員帶來某些不利影響。基礎隔震對在短周期內地面運動影響下的中短周期結構而言，其減震效果比消能技術更好，但對地面運動輸人特性比較敏感，不能完全消除共振的危險性。半主動控制和混合控制方法可以滿足不同的設防要求，對于地面運動和結構本身不確定性的地適應能力更強，可以提高建筑結構在地震作用下的安全性，引入智能元件以后，其效果會更好，因此是值得重視的新領域。此外尚應在不同學科和專業之間開展合作和交叉研究，開發使用的裝置、機構和配套技術，盡快形成新的產業，以支持新技術的推廣應用。結構振動控制的研究和應用需要把傳統的建造技術與高新技術相結合，使結構的安全保障系統成為智能結構的重要組成部分，為人類營造一個更加安全舒適的工作和生活環境。

總論

對于建筑結構，我們還需不斷努力，在原有的建筑結構技術上，通過隔震與減振技術進一步提升建筑的安全性和穩定性，滿足居民的居住水平要求。

參考文獻：

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