建筑工程结构振动控制技术研究
李玉磊
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李玉磊,. 建筑工程结构振动控制技术研究[J]. 动力技术研究,2021.9. DOI:10.12721/ccn.2021.159084.
摘要: 在现代化的建筑工程中,可以发现建筑物的规模不断增大,楼层数目不断增多,使得建筑物的安全性被人们广泛关注。尤其是近年来的地震灾害问题频。发生使人们对于建筑物的稳定性非常重视,要想使建筑物的抗震动能力得以提升,我们就需要在施工过程中加强结构的振动控制技术水平。基于此,本文将重点针对建筑工程结构的振动控制技术展开讨论,希望可以为相关从业者提供帮助更好的提升建筑工程结构的稳定性,给人们提供更加安全适宜的居住空间。
关键词: 建筑工程;振动控制;结构抗震
DOI:10.12721/ccn.2021.159084
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引言

随着时代的不断发展,建筑工程的发展势头非常良好,越来越向现代化的方向发展。并且建筑物的规模也在不断的增大,这就要求建筑工程施工中的相关配套技术也一定要不断发展,这样才能够跟上时代发展的脚步,使其更能满足人们的需求。尤其是近几年来,地震灾害问题频繁发生,严重威胁到人们的生命与财产安全甚至会造成更加严重的破坏,对于城市的发展有着不利影响,因此我们必须对建筑工程结构的抗震性能加以关注。通过对建筑工程结构的振动控制技术水平进行提升,可以使建筑工程拥有较好的抗震能力,当地震灾害出现时,可以保证建筑物的稳定性,不会出现坍塌等安全事故。 

1结构振动控制研究现状

1.1被动控制

采用被动的方式对结构振动进行控制,主要是将结构的某些构件进行改变,或者是对体系动力学特征等系统进行改变来实现的。应用被动控制方法,不用外部能源支撑,就能够实现结构振动控制。应用被动控制方式的操作相对较为简单,成本投入低,后期对其进行维护时也更加方便。正是因为被动控制方法拥有较多的技术优势,因此其应用的较为广泛,成为抗震设计中的热点。对于目前的被动技术应用情况来看,可以将其分成两个类型。首先基础隔振,是通过设置一定的装置来削减地震向地表所传达的能量,可以实现降低建筑结构振动的效果。这种方式更加适用于中层或低层建筑物中,对于高层建筑物来说并不适用。其次,吸能减振技术,在一些关键性的节点或支撑处来设置耗能阻尼。 

1.2主动控制

主动控制技术自身是无法实现减振效果的,而是需要依靠一定的外部能量。主动控制技术比较复杂,所需要的成本投入较高,后期对其进行维护时也有一定的困难,但是在当前的高层建筑物中应用主动控制技术所实现的抗振动能力是比较好的。现代主动控制也不断采用一些尖端技术,可以实现对结构振动的实时追踪以及对未来振动情况的科学预测,有利于进一步完善结构设计,使抗震性能达到最优。细分这一类技术,有如下两种:①控制力型:由主动拉索、支撑系统、阻尼系统、挡风板系统等组成,遭遇结构振动时借助外部能源对目标建筑结构施加控制力,利用感应器将收集的信息输入计算机后计算,得到所需施加的控制力,再借助外部能源功能施加控制力,减小结构振动。②半主动控制型,采用参数控制方式,以小功率的能源根据实际需要调整结构动力参数有效降低结构振动。

1.3混合控制 

可理解为主动、被动融合控制,这一控制方式设计上相对繁琐,必须多次尝试、磨合,使二者协同工作,才能发挥技术优势。在日本,很多建筑结构设计采用了这一方法。在设计时,为了确保应用科学性,需要调查现场地震情况,勘查地质条件,尽量全面了解相关信息,进一步优化控制系统,才能起到良好的防震抗震作用。虽然是主动、被动技术的结合,融合了两种控制技术的优势,但造价也明显上升,国内应用不多。 

2振动控制技术简析 

2.1地基材料 

经过实践研究证实,在工程建设中,使用不同的地基材料,在遭遇地震时,地震波会产生不同反应。所以,研究地基材料对抗震的影响具有重要意义。在工程中,可以针对性使用一些具有抗震性能的材料处理地基,能够减少震波反应,有效减少建筑震感。为提高建筑抗震能力,有使用粘土、砂子开展垫层施工作业的案例,也有采用糯米制作垫层的相应研究。在大量研究论证后,证实沥青材料具有良好的隔震效果。 

2.2基础隔震

遭遇地震波时,基础部分首先与地震波接触,之后将地震波传递到建筑主体。做好基础隔振,是减少地震波对建筑危害性的重要手段。经过研究证实,在施工中,设置基础隔振、上部结构隔震,底层隔震装置发挥的作用更大,基础隔振对于提高结构整体抗震性能具有重要意义。 

2.3耗能减震 

是在结构的层间等位置有计划的设置一些消能装置。假如遭遇的地震等级不高,建筑结构可以借助各处设置的消能装置有效维持结构弹性状态,从而降低地震负面影响,控制危害性。假如遭遇较高等级的地震,耗能减震装置可以增加结构可形变程度,与消能装置大阻尼协同作用,削减、吸收大量地震能量,转换为热能并传输到外界,可以明显降低地震影响。这一技术有以下优势:①使结构安全性提高,并且耗能减震装置可靠性高,可以吸收、消耗可观的地震能量,有效保护主体结构不受损坏;②造价相对较低,具有一定的经济性,也符合当前环保要求。装置使用柔性材料,可有效减少工程结构所需设置的剪力墙数量,减少配筋断面;③使用范围广。工厂、办公楼等等均可以应用并且可以发挥出理想效果;④维护成本相对较低。设置耗能减振装置,虽然也需要定期做好维护工作才能维持良好性能,但与其他装置相比,所需要花费的维护费用处于较低水平。 

2.4悬挂隔震

这一技术可以阻断地震波从地面上传导到主体结构,有效预防主体结构因地震受损。其装置结构几乎全部质量都悬挂于地面上,如果遭遇地震,建筑结构上层分离,出现无惯性力,可以起到良好的隔震效果。这一技术一般用于钢结构建筑,在大型钢结构建筑中应用更多。随着技术发展,也可分为主框架、子结构两大部分。一般采用悬挂子结构设计,此时主框架结构和子结构相互分离。如果发生地震,地震波冲击到悬挂位置,能量会明显下降,难以传递到建筑主体,从而减少建筑结构受震后的可能性损失。 

3结构振动控制需要解决的问题

现如今对结构振动控制已经开展了大量的相关研究,抗震、减振设计不断取得新突破,获得质的飞跃,也有更多的科研工作者对这一领域的研究保持高度关注。但是科学研究是一个循序渐进的过程,技术跨越难以超脱发展规律,结构振动控制领域一些看似光辉的成果很可能也存在一些不成熟之处,很多问题依然需要解决。例如,设计控制器,需要尝试进一步简化建模工程、模型;要探索怎样进一步降低能耗与整体造价,让建筑在具有良好性能的基础上简化工程;要注意各种外界因素对结构振动产生的影响,提高振动控制持久性以及建筑结构安全性;要尝试结合其他学科技术成果,使结构振动控制迈向智能化。 

4结语

结构振动控制相关研究对于建筑工程抗震、抗风等设计工作有重要意义。近年来相关研究工作不断深入,也取得了一些积极成就,相信随着继续深入研究、必然会进一步丰富相关理论与实践,提高建筑整体性能,促进现代建筑工程质量提升。

参考文献

[1]李想.房屋建筑工程结构振动控制及处理技术[J].建材与装饰,2020(5):37-38.

[2]欧志坚.浅谈混凝土建筑结构裂缝控制的技术及措施[J].建材与装饰,2016.

[3]欧志坚.浅谈混凝土建筑结构裂缝控制的技术及措施[J].建材与装饰,2016(6).

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