建筑结构的隔震、减振和振动控制

2022-11-11张凯

中国建筑金属结构 2022年2期

关键词：破坏力控制技术阻尼

张凯

0 引言

近几年，建筑结构的使用安全受到了广泛关注，为了更好地提升建筑结构的隔震、减振效果，要发挥不同振动控制技术的应用优势，维持建筑结构综合应用质量，减少安全隐患和经济损失。

1 建筑结构的隔震、减振总体思路

1.1 原理

在建筑结构隔震层设计中，一般要按照上部结构、中间隔震层以及下部结构的方式完成设计工作，隔震层设计模式能更好地改善上部结构的使用效能，避免上部结构出现异常，确保其在出现地震破坏力袭击后依旧能维持较好的弹性作用。另外，在隔震层设计过程中，要结合建筑结构、施工区域环境、地质条件等相关参数对其强度予以综合分析，确保地震能量不会对结构整体应用效果产生较为恶劣的作用。这样在出现地震问题时，地震释放的破坏力会经过下部结构传导到隔震层中，此时隔震层中的相关抗震设备就能吸收并且消耗大部分能量，有效提升建筑结构的稳定性，减少安全隐患，以保证少量破坏力传导到上部结构中。

1.2 预期效果

对于建筑结构而言，减振处理是基于消能减振的前提下的建筑处理预期效果，要在建筑结构施工过程中放置对应的能耗处理元件，从而最大程度上消耗地震过程产生的破坏力能量。在出现地震后，对应装置利用弹塑特性就能对形变情况予以管控，有效减少能量的传递，并且有效吸收和消耗剪力作用，减少地震对于建筑结构产生的影响。也正是基于能耗部件的特性，能大大提升建筑结构的抗震效果，相较于传统的抗震处理模式，减振元件的安装能从技术层面提升应用效率，配合柔性应用处理就能为建筑结构综合抗震效果的优化提供保障。

2 建筑结构防振动质量安全控制

在明确建筑结构振动控制要求的基础上，就要配合有效的振动控制技术，打造更加合理的振动监管控制体系，从而减少建筑结构受到地震产生的影响，维持建筑结构的安全性和质量水平，有效减少经济损失和人员伤亡。

2.1 优化辅助性控制管理

辅助性控制指的就是在实际建筑结构抗震处理过程中利用建筑结构自身调节的方式有效维持振动控制效果，不依托外力的帮助，借助动力学分析和验证过程可知，被动控制处理方式能有效降低地震作用。并且，这种处理机制要配合非承重构件调节方案，建立效能装置结构减振处理模式，确保隔震和消能减振工作都能顺利落实。

（1）抵消性质量控制。一般应用在综合体中，能在抵御外力的情况下，更好地提升建筑主体结构的保护效果，并且维持整个建筑体系的规范性，有效将地震产生的损失降低到最低。

（2）冲击对抗式质量控制。主要是借助冲击吸收弹性碰撞的方式，有效减少地震对于整个建筑结构稳定性产生的影响，利用耗散地震破坏力的处理机制提高建筑结构的抗击质量。在地震震动对建筑结构产生影响后，配置的摆锤结构就能对建筑结构予以撞击，从而有效衰减结构振动，且摆锤自身还能具备吸振器的应用效能，维持建筑结构局部抗击水平。

（3）吸振减振质量控制。一般指的是在整个建筑结构受到地震或者是严重外力作用时，一旦出现了强烈的振动或者是位移，在建筑结构内部安装的阻尼结构就能有效对其产生的能量和作用力予以消耗处理，并且配合建筑结构变形状态在内部重新形成新的结构组成模式，及时抵御外界产生的外力作用，为整个建筑减振效果的优化提供保障。例如，目前应用较为广泛的几种阻尼设备中，摩擦阻尼器被广泛应用在多层建筑和高层建筑中，尽管设备本身不具备复位处理的能力，但是能依靠结构自身的特性实现刚度复位，对于有效减少振动产生的影响具有重要作用。而软钢和合金阻尼器本身就是弹塑性阻尼设备，滞回特性较好，能在支撑结构元件中实现串联处理，并且，剪力墙顶部结构、梁结构中部以及变形较大的位置均可安装。

2.2 建筑结构振动智能控制

除了被动控制技术方案，智能控制处理也是较为有效的控制模式，一般是指在建筑结构受到地震破坏力时，就会借助外部的能源物质对整个建筑结构予以合理性的调控和支撑，从而有效改善整体建筑结构自身的动力性能参数，更好地消解地震剪力产生的破坏作用。

2.2.1 自主控制

在自主控制技术中，技术部门要配合使用高科技产品，尤其是传感器，以便于及时了解外部刺激产生的影响和参数信息，在信息传递到计算机处理系统后，就能利用智能数据分析模型完成信息数据的对比处理，最大程度上提高分析数据的准确性，在了解外力数值后，就能依据传感器的接收模式向外部能源驱动发送相应的指令，采取更加匹配建筑结构实时性动态的处理机制，确保减振工作顺利开展。正是因为自主控制技术配合数字设备的规范效果，大大提高了信息管理的效率。

2.2.2 半自主控制

在建筑结构振动控制处理技术方案中，半自主控制模式也较为常见，指的是基于智能控制基础，配合辅助控制模式，将辅助控制作为主导项。在建筑结构遭遇地震问题后，为了能及时调控建筑结构的抗震效果，要调节构件的相应参数内容，保证动力学特性符合实际标准，最大程度上减少地震问题造成的影响。需要注意的是，若是地震较为严重，对应产生的剪力强度较大，则单一化依托被动控制技术无法有效维持建筑结构的抗震效果，就要配合自主控制框架，实现更加合理的处理方案，维持建筑结构的稳定性和安全性。例如，借助油阻尼半自主控制模式，兼具智能控制和辅助控制的技术优势，配合使用有阻尼设备，利用控制算法和分析设计软件全面分析油路设计要点，从而发挥变孔径油阻尼设备减少建筑物地震响应的优势作用，最大程度上提高建筑工程项目的质量安全性。

3 未来发展趋势

近几年，混合控制技术受到了广泛关注，要配合建筑结构模式分析内容落实相应的技术方案，打造更加贴合实际需求的应用平台，在维持抗震效果的基础上，将被动控制技术对剪力耗能的消散过程和主动控制技术的传感处理过程融合在一起，打造更加规范的控制模式，最大程度上维持应用效果。伴随着科学技术的不断发展和进步，建筑结构设计中隔震、减振等振动控制技术也将实现全面的升级和优化，更新技术流程与元件应用方案的同时，也要匹配更加科学的技术体系维持建筑结构的应用安全性和稳定性。尤其是近几年，在降低因地壳运动产生的建筑结构稳定性不足的问题时，振动控制技术的应用效率和实际效能受到了更多的关注。

（1）相关建筑学专家将注意力从理论研究转为工程试点应用处理，更加关注隔震体系的搭建和应用，以便于实现综合振动控制模型，有效减少地震破坏力对整个建筑结构安全性以及稳定性产生的影响。值得一提的是，隔震体系的应用范围在不断扩大，对应的技术处理模式也在不断升级。与此同时，我国还结合技术要求设立了建筑基地，以保证理论知识在实践中得到更好的应用和转化，全面丰富建筑结构振动控制的布置体系。

（2）建筑结构的振动控制体系中，也将结构损伤最小化作为新的研究方向，无论是技术体系的经济性还是操作的实用性都将成为主要的攻克对象，以保证振动控制技术更加适合市场的实际需求，提升建筑结构综合质量水平。

（3）在建筑结构振动控制工作中，阻尼的增加以及建筑结构相对位移的合理性控制也是新的发展思路，有效配合内部设备建构完整的处理体系，最大程度上减少外界因素对整个建筑结构安全性产生的影响。例如，采取半主动控制技术，依据防震级别的具体需求落实匹配技术方案，并行新型构件的研发处理工作，提升建筑结构综合应用处理的水平，为人民居住安全的保障提供支持。