建筑金属结构的隔震减振和振动控制分析

万 骏

（泾县规划建筑设计研究院，安徽 宣城市 242500）

引言

建筑的安全性和耐久性在相当大的程度上取决于减振结构中所具有的隔震减振以及振动控制能力。通常，施工单位和技术人员会挑选优良的建筑材料来对建筑结构的这些功能进行提升，以保证楼房能够在更长的使用期内保持其安全性能。

1 消能减振和隔震的原理

在过去，我国的建筑结构在规划和建设时所秉持的原则是“小震震不坏、设防烈度可修、大震震不倒”，这样的建筑标准在一定程度上能够避免轻微地震对建筑物的伤害，但是一旦碰到大地震却难以抵抗较长的时间。主要在于这种建筑结构的原理是依靠建筑物结构吸收地震能量，但是能量吸收的设计额度有限，很难适应一些自然条件恶劣的地区。据此，有必要对这些原理进行探讨和分析。

1.1 消能减振原理

消能减震技术的原理在于，建筑物在面临剧烈震动时能够通过一些专门用于抵抗侧力的部件来对地震能量进行消耗。主要依靠消能部件的弹性和变形来吸收巨大能量[2]，进而减少主建筑所受的损耗。这样构思在于疏导地震瞬间爆发时的巨大能量，在建筑规划和施工中经常运用。

这种技术虽然优势明显，但是仔细探究一番便能发现其弱点。不难想到，消能部件在结构上仍是和建筑主体结合在一起的，不可能完全分开，在消能部件吸收巨大能量时难免会对建筑主体造成损害。

1.2 隔震原理

通常，建筑结构所具备的防震体系是通过建筑物的隔震层来实现的。在建筑结构中加入隔震层需要建筑物设计人员合理的区分建筑结构各部分，按照地震能量的传导，建筑隔震层设置在上部结构和下部结构之间。这种隔震方式的原理在于，下部建筑结构吸收了大部分的地震能量之后，经过隔震层的阻隔效果，上部结构能够尽量做到遇到地震时的弹性状态，甚至能够完好无损。

2 基础隔震技术的应用

基础隔震技术的方案多种多样，当前我国建筑施工单位常用的隔震技术和规划主要有叠层钢板橡胶支座、复位弹簧、摩擦摆体系等，并且均已取得一些实际效果。以摩擦摆体系为例，日本的建筑材料公司就研发出许多隔震产品。在这种产品的使用中，摩擦滑块能够在与滑动面的定向接触中耗散掉大部分的地震能量[3]，并且在这种装置的其他部件如滚轴和滚球的运动中，能够应对来自下部结构的巨大阻力来给上部结构提供重力支撑。

叠层钢板隔层技术是当前运用的比较多的技术，这种技术的运用已经比较成熟，能够对房屋的自振进行很好的控制，避免地震过后的自振，然而这种技术对竖向的振动毫无抵抗力，存在着水平振动共振的危险性。

3 减振消能技术

由于减振消能技术本身存在的一些漏洞，目前许多研究企业和研究机构都根据减振消能技术中增加建筑结构阻尼的特征来设计出不同的阻尼器，接下来笔者将对此进行分析。

3.1 摩擦阻尼器

摩擦阻尼器，是通过消能材料的摩擦来吸收地震能量，其设计时考虑经过一轮能量吸收后能够通过自带的弹性效果回复其塑形。在实际使用时与建筑主体结构共同发生作用，两者并联使用，获得回滞振动的效能。目前开发出来的有简单摩擦阻尼器和钢丝阻尼器，欧美、日本等国家对此产品的开发均取得了一定的成果。在简单摩擦阻尼器的开发当中，其加工工艺比较简单，主要运用于高层和多层建筑，并且自身没有复位能力，主要依靠建筑主体来回复其塑形。

具有代表性的钢丝阻尼器主要有华东理工大学开发的螺旋圈式阻尼器和日本一家公司开发钢丝绳张拉阻尼器，这些产品仍然存在不能自主复位的能力，而且其设计的抗阻消能值单一，在实际使用中出现问题。

3.2 软钢和合金阻尼器

这种阻尼器在弹塑性方面有着较大的优势，能够在消能后保持其原有塑形。在使用中可以同建筑结构主体串联，起到支撑作用。常用的软钢阻尼器所用的材料有剪切型钢板以及弯曲型钢板。这些软钢才来能够在房屋连接通道之中使用。

软钢阻尼器的构成部件成三角形状，具有等强度的悬臂干特性，其回复塑形的能力较强。就最近的研究情况和实践运用来看，矩形软钢板也能起到这一作用。这些阻尼器虽然价格低廉，但是其使用效果已经得到多方肯定。

3.3 铅阻尼器

铅阻尼器首次研发成功在新西兰，这种技术在设计时主要领用了铅在面临压缩时所无弹性无挤压的特性，在多种建筑结构的应用中，能够发挥其可靠的弹塑性特征，及时回复其塑形。其阻尼器设计原理同摩擦阻尼器类似，但是由于铅材料的运用，其屈服极限处于可调整的状态。

4 主动控制、半主动控制和混合控制

通常所认为的主动控制是指对地震的结构和强度进行主动的监测，然后根据结果运用特殊装置来抵消地震能量爆发，实现自动调节。主动控制可以说是一种相当有效和高明的手段，更具有主动性，效果明显。半主动控制，就是在主动控制的过程中加入一些被动特征，也就是通过微调来改变建筑结构，较多的运用于建筑工程的防震改良当中。

所谓混合控制是将被动控制完全同主动控制融合在一起，比主动控制设计更加复杂，采用复合的控制方案来达到振动控制的效果。这种设计方案在日本相当盛行，但是也相当复杂，需要对地震进行多次的观测和调查，并且依据调查结果来分析和实时反馈，最终通过控制系统进行调节，所花费的成本较高。

5 结语

建筑结构技术虽然经过这么多年的发展，取得了不少突出的效果，我国仍需要不断借鉴国外先进技术并引进相关技术和材料，进一步提升我国居民楼房的安全性能，满足人们需求。

[1] 李爱群.工程结构减振控制[J].机械工业，2007.

[2] 李江.高层建筑结构振动半主动控制系统研究[D].天津：天津大学，2003.

[3] 张向东.高架路交通诱发振动与建筑物减振控制方法研究［D］.北京: 北京工业大学，2009．