建筑结构的隔震、减振和振动控制

陈麟海

摘 要：近年来，地壳运动相比之前更加剧烈频繁，面对这种情况，国家有关部门不断加大对建筑结构隔震、减振和振动控制等的研究力度。同时，人们对居住环境和质量提出了更高的要求，尤其是房屋建筑的安全性能。如果建筑结构没有采取必要的隔震和减震措施，势必会对建筑结构安全性造成不利影响。因此，有必要加强建筑结构的隔震、减振和振动控制，促进房屋建筑物稳定性的提升。本文将在对隔震和消能减振进行详细论述的基础上，就建筑结构的隔震、减振和振动控制技术进行深入分析和研究，以供参考。

关键词：建筑结构；隔震；消能减振；振动控制

中图分类号：TU352.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）21-0090-02

1 隔震和消能减振原理概述

1.1 隔震原理

常见的建筑结构防震系统在隔震层的设计过程中，往往将整个建筑结构划分为上部结构、隔震层以及下部结构三层（如图1）。遭受地震时，地震所释放出来的破坏力会经下部结构传输到隔震层中，隔震层中的抗震设备消耗和吸收了绝大部分地震能量，最终传递至上部结构的地震破坏力只有很少的一部分。通过隔震层的设计，改变了上部结构周期，有效降低了上部结构对地震的反应，让其在受到地震袭击之后仍然能够保持良好的弹性。如果设计的隔震层强度足够大，地震能量往往只会造成比较小的影响，甚至保持自然弹塑性发生形变的初期状态，从而将地震能量对上部结构的影响降至最低。

1.2 减振原理

消能减震就是在建筑结构中放置能耗部件以消耗地震能量，并达到耗能减振的目的。一旦地震来袭，建筑结构中放置的能耗部件会因为自身弹塑特性来合理控制建筑结构的形变，能够有效吸收和消耗地震剪力，从而有效降低地震对建筑结构所造成的破坏。这种能耗部件的这一特性，能够有效改善部分建筑构件的抗震能力，和传统防震原理相比，利用减震结构进行防震具有一定的技术优越性，通过以柔克刚的原理实现了抗震防震技术的重大突破。

2 建筑结构的隔震、减振和振动控制技术分析

2.1 被动控制

被动控制指的通过建筑结构自身调节，不依靠外力，经过动力学验证，能够起到减小地震作用的处理方法。这种控制方式广泛应用于非承重构件的调节中，形成一种消能装置结构减震体系，达到隔震和消能减震的目的。被动控制主要分为三种类型：一是耗能减振。这种方法就是通过能量消散达到减振的目的，实际应用中往往作为系统综合体使用，既能有效抵御强大的外力作用，又能对建筑主体结构起到有效地保护作用，把地震造成的损失降至最低。二是冲击减振。通过冲击吸收弹性碰撞有效降低和耗散地震对建筑结构的破坏，当建筑结构因遭受地震而发生震动时，摆锤就会对建筑结构进行撞击使结构震动得以衰减。摆锤还能起到吸振器的作用。三是吸振减振。当建筑结构因受到外力侵袭而发生振动或位移时，安装在建筑结构内部的阻尼结构能够有效消化能量，并在其内部形成新的结构方式来有效应对新的外力作用，避免建筑结构振动。

2.2 主动控制

当建筑物结构受到强烈地震剪力作用时，可以通过利用外部能源物质对建筑结构采取一定的处理措施，以改变建筑结构动力性能，这就是主动控制技术。通过采用主动控制技术，能够有效降低地震对建筑结构的破坏力，主动控制的基本原理主要是通过利用先进的高科技产品，如传感器，实现对建筑结构动力性能的动态监测。如果建筑物遇到一定强度的外部刺激时，能够及时将信息传递到计算机处理系统中，通过智能数据模型分析和对比，获得应施加的外力数值，向外部能源驱动发布命令，让其采取有效地处理措施，从而达到减振的目的。

2.3 半主动控制

所谓的半主动控制指的是在采取主动控制措施的同时采取被动控制方法，在实际应用中，该控制技术主要以被动控制为主导，而主动控制充当辅助的角色。一旦遇到地震剪力作用，能够及时调节建筑结构部分构件相关参数，让其动力学特性发生改变，足以应对小地震。如果地震强度过大，仅仅依靠被动控制已经难以达到预定的减振效果，为了确保建筑结构足够安全，还应采取主动控制措施对建筑结构进行适当处理。

2.4 混合控制

这种控制方式既吸收了主动控制的抗震效果，又融合了被动控制分散和消耗地震破坏力的显著优势。所以，混合控制方式具有十分重要的工程应用价值。如主动控制与阻尼耗能装置相互结合、基础隔震与主动控制共同作用等混合控制装置在建筑结构中应用十分广泛。

2.5 控制技术综合分析

尽管主动控制抗震效果比较明显，但由于目前我国在该技术上仍然存在诸多不足，导致其缺乏实用性。随着市场经济体制的逐渐完善，高层建筑如雨后春笋般纷纷拔地而起，这些建筑能量消耗必然巨大。同时主动控制主要利用计算机系统分析数据模型，这个过程中就需要涉及复杂的程序算法，这类人才我国目前极为缺乏。很显然，如果仅仅采用主动控制方式，势必造成巨大的成本支出。相比较而言，被动控制的实用性和灵活性反而更胜一筹，在建筑结构中应用十分普遍。而半主动控制则实现了主动与被动控制的有机结合，让各种技术措施优势得以充分体现，既安全又经济，市场发展前景十分广阔。

3 建筑结构隔震、减振及振动控制技术的未来发展趋势

近年来，为了有效降低因地壳运动而对建筑结构的不利影响，应不断加强隔震、消能减震以及振动控制技術方面的研究与应用。同时人们对于居住环境提出了更新更高的要求，不能仅关注居住环境的是舒适性，还要注意房屋的安全性。相关专家学者也逐渐把研究的重点从理论与实践研究而转向工程试点和应用方向，重视隔震体系应用，并取得显著成绩。同时，国家应当建立建筑基地，让相关理论知识能够得以运用于实践之中，这样既能在实际中使建筑结构布置方案更加丰富，也能让建筑工程研究方向得到进一步延伸，促进建筑质量提升，从而掌握更多地建筑结构布置方法。建筑结构隔震、减振、振动控制技术能够最大限度地降低地震破坏性能对建筑结构造成的损伤，在多种建筑结构中应用十分广泛，经济实用，其未来市场发展前景广阔。

但是值得注意的是，增加阻尼在降低建筑结构相对位移和控制形变的过程中，可能会导致建筑结构绝对速度变大，对建筑内部设备及人员安全造成不利影响。在建筑结构抗震设计过程中，往往具有多个不同的方针标准，如果采用半主动控制技术，就能满足不同防震级别的需求，适应力比较强，能够产生起到比较良好的消能减震作用。同时，还应致力于新型构件的研发，实现众多领域科技成果的有效融合，为人们居住环境安全提供保障，社会经济价值突出。

4 结语

综上，随着隔震、消能减振和振动控制技术在建筑结构中的推广与应用，极大地促进了我国抗震减振事业的发展，促使很多在抗震减振过程中的问题迎刃而解。在建筑结构设计过程中，应当认真思考建筑结构振动的规律，根据工程实际采用经济实用的抗震结构，并运用合理的防震、减振技术措施，将地震对建筑结构的破坏降至最低。

参考文献

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