建筑结构消能减震的控制方法研究

宋强

【摘要】建筑是现代人生活和工作的基础设施，其结构的稳定性和安全性决定了其使用寿命，同时也影响着使用者的生命财产安全。建筑结构的消能减震控制是增加其稳定性的重要方法，也是现代建筑技术的主要体现。本文即是对建筑结构消能减震的控制方法进行研究，首先论述了消能减震的原理和形式，同时对消能减震结构设计时遵守的原则进行了探讨，最终阐述了这一技术在实际当中的应用情况，以期能为相关工作提供参考。

【关键词】建筑结构；消能减震；原理；控制方法；应用

在最近我国建筑业三十余年的发展过程中，相关研究者对于消能减震技术的研究更加的深入，这主要是由于现代建筑的结构更加復杂，楼层更多，使用者对其安全性的要求也越来越高。提升其结构消能减震能力，就能够预防在地震等自然灾害当中的损失。

一、消能减震的原理

建筑结构的消能减震主要是在结构的合理位置上安装效能设备或部件，利用效能器的摩擦、弹性变形等特点吸收建筑所受到的冲击力，达到减震的效果。在通常情况下，消能减震设备或部件是由效能器和支撑架两部分组成，根据安装大楼的实际情况可以选择多种支撑架。其消能减震的基本原理是从能量转换和消耗的角度出发，其在地震或振动发生时的能量方程为：，公式当中的是地震发生时传入建筑内的总能量；而则代表建筑局部结构所产生的动能和弹性形变势能；代表建筑结构的阻尼能耗；代表的是消能减震设备或部件吸收的动能和势能。其中主要是由能量转换所产生的，并不产生自身的耗能，而的量较小，建筑物所受到的能量主要是体现在，这样就可以减少建筑结构本身的损伤。

二、建筑结构消能减震的形式

建筑结构在进行消能减震时主要是根据消能减震设备或部件来区分其形式。第一种形式是支撑部件和消能器共同负责消能减震工作，其中应用比较广泛的为单斜杠式支撑、交叉式支撑等。第二种是在楼层之间的支架内安装消能减震设备，一般采用的人字形或V字形两种结构。第三种是在建筑墙体上设计消能减震缝，并利用各种消能材料进行填充，增加墙体本身的粘弹性和粘滞性。第四种主要是在建筑结构的梁柱各节点位置安装消能减震设备，形成点状分布的消能网络，提高建筑整体的抗震效果，这一技术在楼体主体与相邻楼体间的减震设计中应用广泛。

三、建筑结构消能减震设计当中需要遵循的原则

在我国国内，建筑结构当中安装和使用消能减震设备或部件必须严格按照我国《建筑抗震设计规范》来进行，其对于楼体、屋面具有无限刚性要求，如果建筑结构本身无法达到这一要求，则应该对其弹性变形情况进行分析，并设计相应的结构模型。在对建筑的主体结构进行设计时，应充分考虑力学模型，准确计算主体结构在受力过程中的弹性形变情况，必须满足建筑结构承受的罕遇地震动能标准值S小于建筑主体结构的承重能力标准值R，这样才能够保证建筑在地震当中的稳定性。

在对消能减震设备的实用进行设计时，首先可根据过往设计经验选择消能减震设备的型号，同时根据消能减震设备具体数据计算构件的大小、安装的位置等，在计算的过程中可以应用现代计算机软件，提高设计效率。同时，还必须根据建筑楼层间的水平位移变化、剪力变化以及消能减震设备阻尼变化等进行考虑，其总阻尼值为：，其中是建筑主体结构的阻尼比，而则代表效能减震器附加给建筑结构的等效阻尼比。

另外需要注意的是，在消能减震设备安装的过程中，必须保证设备对建筑主体的功能不构成任何影响，同时保证设备能够正常使用，尤其是对于医院、酒店、住宅等民用建筑，在设计的过程中往往会出现消能减震设备影响建筑门窗设计和人员进出的情况，因此不应该将其安装在通道位置上。

四、建筑结构消能减震技术在实际中的应用

在过去，消能减震设备只是被欧美等发达国家或日本等地震多发国家所应用，但随着现代建筑技术的逐渐发展，这一技术在我国国内也得到了极为广泛的应用。

（一）应用建筑的类型

目前，我国国内所使用的消能减震设备大多被用于商品房住宅、写字楼、图书馆、教学楼、医院、机场、厂房以及桥梁等建筑当中，其中桥梁、塔架以及写字楼等公用建筑设施当中应用更加广泛。举例说明，在我国江苏省某交通办公大楼内部就安装了270多个消能减震设备，大楼主体楼高57.8米，共14层，其中地下1层，地上共13层，建成后楼身主体抗震效果较好，投入使用至今未发生较大的变形或振动情况。

（二）应用结构的类型

目前，我国国内的消能减震设备主要应用在建筑结构为钢架结构或钢筋混凝土结构的建筑当中。其中钢架结构上的应用主要是在信号或供电塔架上的应用，包括高压输电塔架、电视台信号发射塔架、移动通讯信号发射塔架等，在这些建筑当中应用时，为了提高其消能减震的效率，在原有基础上加装了粘滞阻尼器，这使得这些建筑的抗震效果提高了30%以上，对罕遇地震具有极强的抵抗能力。而在钢筋混凝土结构当中的应用主要是在各类公共大楼当中，增加消能减震设备的安装可以有效提升建筑框架高度的限制，为我国经济发展和建筑行业技术完善提供良好的保障。

（三）在改造结构当中的应用

随着我国现代地产行业的飞速发展，我国各地区的建筑如雨后春笋一般涌出，而为了保证这些建筑的质量，施工单位采取了加固改造的方法。这种技术能够提高消能减震设备安装的便捷性，对于安装点周围的建筑结构损伤性较低。同时，加固改造技术还可以与消能减震设备相配合，互补互助，提高减震的效果。

结语：

在现代建筑施工时，消能减震设备的安装是非常必要的，尤其是对于我国地震多发地区，必须严格遵照我国相关法规进行设计和安装，引入先进技术和设备，提高建筑的稳定性和抗震性，保护人民财产安全。

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