建筑結構的隔震、減振和振動控制綜述

陳寶書?徐衛列

摘 要 舊城改造、城市化建設等項目使我國建筑數量持續增加，建筑行業的高速發展逐漸涌現出一定問題，比如建筑的隔震、減振和振動控制能力問題等。建筑物除外觀外關注其功能性尤為重要，我國目前地廣人多，地震發生頻率高，隔震、減振和振動控制研究不斷深入。本文探討隔震、減振原理，提出建筑結構的隔震、減振和振動控制方法。

關鍵詞 建筑;隔震;減振;振動

新時期建筑行業高速發展，新技術及新材料不斷涌現，建筑施工方法不斷改進及調整，為人們的居住環境及工作環境等做出保障。建筑結構振動控制技術最早在發達國家出現，我國隨著高層建筑數量的不斷增多，發現傳統建筑與高層建筑存在明顯差異，工程項目耐久性及穩定性要求進一步增高。我國若想保障建筑行業高速發展，不斷提升我國建筑水平，需強化對建筑結構隔震、減振和振動控制的研究。

1隔震、減振概述

我國傳統建筑結構多數為中層或者低層建筑，發生大型振動時，建筑物不會出現倒塌等問題，且在震后能夠維修，建筑物處于中小型地震時，能夠消除部分破壞力，但對于高層建筑而言，傳統建筑結構優勢蕩然無存，建筑安全性受到人們關注。為此，人們對減振及隔震等方法進行深入分析，為建筑的安全性奠定堅實基礎[1]。

1.1 隔震原理

建筑結構防震設計需將隔震層作為基礎，可分為下部結構、隔震層及中部結構三個層面，這種設計在發生地震情況下，將振幅自地下進行傳輸，隔震層能將地震所產生的壓力消除，將殘余震動力傳輸到上部結構，在傳輸作用的干預下，改變上部結構形態，從而形成抗震力，再次發生地震情況下，上部結構能夠將余震消除，從而發生彈性反應，將建筑的整體能力改善。

1.2 減振原理

建筑結構所構建的抗震系統中，具有耗能減振部件，建筑結構抗側力建筑中，設置耗能部件利于實現再次減振功能，建筑結構在地震侵蝕過程中，耗能部件及耗能裝置在彈性能力下，將地震破壞力持續消耗，不斷降低建筑主體受到震動的影響，從而實現抗震目標。這種抗震原理與傳統設計方案存在明顯差異，能夠實現“四兩撥千斤”的效果，是抗震領域的又一進展。

2建筑結構控制方法

建筑結構中，常規抗震設計將強化建筑本身強度作為基礎，從而將地震帶來的破壞抵抗，此類建筑結構設計中，對中小型地震的效果較為明顯，但地震程度較大，無法體現價值，設計人員根據此類情況，需不斷優化建筑結構能力，將抗震結構性能不斷優化，實現建筑結構施加控制系統的抗震目標，可通過以下幾種方式展開控制。首先為被動控制。被動控制為無須外力引導的控制方法，在建設結構中的部分環節中加入子系統，根據構建展開處理，改變結構性能。現階段的房屋建筑中，被動控制為抗震能力的主要方式，且控制技術相對成熟，我國多數房建中，被動控制方式應用范圍廣泛。被動控制劃分兩個類別，基礎隔震及耗能減振，基礎隔震為建筑物及其他基地設置的控制機構，控制機構將地面發出的震動進行阻斷，起到保護建筑結構的作用。耗能減振則在建筑結構中設置耗能裝置，在房間位置及接縫點等，若發生小型震動，耗能裝置可使建筑處于彈性狀態，滿足抗震性能[2]。

其次，主動控制。該控制方式與被動控制方式存在差異，利用作用力及反作用力理論，使建筑結構將出現作用力時有效消除，從而起到減震效果。主動控制技術的應用，對建筑外力進行檢測，利用傳感器等觀察檢查數據，并進行統計與分析，計算外部作用力，根據實際情況制造相關的作用力，實現主動控制目標。目前主動控制技術中利用主動拉索及主動支撐等方法是建筑行業研究的熱門話題。

再次，半自動控制。該控制技術控制建筑結構，建筑受到外力的作用下，對結構的各項參數進行調整，從而實現減振目標。該控制技術并未依據外部作用力，無須強大電流，在蓄電池作用下即可實現抗震，該控制方式利用開關進行操作，建筑結構動力性能改變情況下，可利用開關調整系統工作狀態，改變建筑結構的動力性能，改變系統剛度，可控摩擦隔振系統將可變組怪系統改變，是抗震設計中應用較為廣泛的抗震技術。

最后，混合控制。該控制方式為主動控制及被動控制結合的技術，具有主動及被動控制的優勢，在被動控制技術中將地震破壞力消耗，在主動控制技術中保障控制的結果，在房屋建筑控制過程中，混合抗震結構應用范圍最為廣泛，應用價值最高。常規情況下混合控制含有主動質量阻尼系統及液體阻尼系統，主控裝置可與阻尼系統結合，從而保障振動控制效果。

針對上述四種振動控制方式，其中控制效果最佳的主動控制方式，但應用率較低。主要與建筑結構體積存在聯系，所需的外部能量較高，計算過程相對復雜。被動控制則是現階段發展速度較快的控制技術，應用范圍較廣，與其制造價格較低及效果優良存在聯系。半主動控制是主動控制及被動控制之間的控制方式，該控制技術精度較高，且造價比主動控制方式低，無須外部資源干預，發展前景較為廣闊。混合控制技術將多種技術綜合，應用前景良好。該控制技術綜合多種技術的優勢，我國近幾年地震頻率高，人們對建筑結構展開熱議，其中隔震及減振、振動控制措施受到建筑領域的高度重視，并處于不斷研究中，為建筑的安全性提供保障[3]。

3結束語

我國經濟處于高速發展過程中，建筑行業是國民經濟的重要組成，發揮著重要作用，建筑行業多為民生工程，在建筑過程中人們注重美觀性及安全性、穩定性，地震問題是建筑結構穩定性及安全性面臨的主要問題，減輕地震對建筑的破壞備受關注。抗震研究不斷深入，現階段已經開發多種抗震方法，起到良好的抗震效果。但抗震目標不斷提升，研究還需不斷深入，為將研究過程中及實際工程中存在的問題解決，還需不斷探尋建筑結構抗震及地震規律，從而不斷完善抗震結構，使人們居住的安全性得以滿足，保障人們的生活質量。

參考文獻

[1] 盧嘉茗，解琳琳，李愛群，等.RC框架-核心筒高層隔震結構樓面加速度響應特征研究[J].建筑結構，2019，49（07）：133-138.

[2] 李愛群，陳敏，曾德民，等.基于減隔震技術的某既有RC框架學校建筑抗震性能提升[J].北京建筑大學學報，2019，35（01）：1-7.

[3] 趙雪飛，盧小玉.淺談建筑結構設計中“隔震減震控制技術”的應用和發展趨勢[J].建材與裝飾，2019，（02）：127-128.