建筑工程结构振动控制技术研究
杜善彬
生成PDF 清样下载 引用

复制成功

导出题录

参考文献( GB/T 7714-2015 ) 复制

杜善彬,. 建筑工程结构振动控制技术研究[J]. 动力技术研究,2022.5. DOI:10.12721/ccn.2022.159165.
摘要:
高层以及超高的建筑物存在的震动问题,不仅影响了其中使用者的安全感受,同时其长期存在和持续性影响也可能对建筑体造成真实的安全影响。高层以及超高的建筑中存在的振动现象存在较为普遍,特殊情况下其甚至可能对建筑体的结构造成一定的风险威胁。因此在针对此类建筑的现代的建筑学研究当中,如何尽可能减少振动现象对建筑体的影响已经成为一种建筑领域重要的研究方向。本文从建筑中振动相关的研究现状入手,尝试说明以不同的途径如何有效降低振动这一销项对建筑结构的影响,以及如何达成这一目标,并尝试推测未来该方向可能的发展。
关键词: 建筑结构;振动控制
DOI:10.12721/ccn.2022.159165
基金资助:

引言

由于现代人口密集区域的居住需求与空间的面积间的差距难以实现较好的平衡,因此在以大型城市为代表的人口密集区域内,高层以及超高的建筑为代表的能够在较小占地的情况下满足更多人口居住需求的建筑数量不良增加。而此类的建筑体中,由振动造成的对自身的影响问题一直存在并且尚未得到更好的解决。本文旨在就此领域展开一定系统的论述和归总。

1 建筑学层面降低振动影响的相关方法的总体分类说明

1.1 以改变相关因素为途径的被动应对方法的途径说明

这里提及的“被动”形式的应对,及应对的手段本身不能够直接降低振动的发生,同时也不能够直接改变振动的问题,而是通过改变一些能够对振动出现造成影响的因素,凭借这些因素的影响产生降低振动出现的目的。

其主要的形式如增强基础部分对建筑体的作用影响,降低建筑体晃动可能的形式。这一类别的途径可以分为两个较细的类型:一种是通过改变周围的环境,产生降低振动的影响因素的方法;一种是在环境中增加能够吸收振动造成的能量外溢的接受装置,以降低振动的风险的方法。

1.2 以主动引入外部作用力的影响的形式降低振动问题风险的途径

首先我们应当明确一个概念,主动的途径并非一成不变的对建筑体始终以固定的模式施加力的方法。事实上由于建筑体产生的振动问题虽然存在一定的可预期性,但始终不是持续性并且周期性存在的,因此以更为主动的应对方式处理这一问题的时候,需要对可能产生振动的情况进行更为精准的计算,并且在必要时间节点提供外力的引导。

在实现的方法上,目前而言主要有两个大的类别:一类是通过建筑体以外的装置在需要的情况下给予建筑体一定的作用力,这种方法需要对建筑体振动情况的出现进行准确的观测和预判;一种是在进行建筑体设计的过程当中针对能够降低振动发生的部位进行一定的预先处理,以实现当振动即将发生时由预先设置的构件提供一定的作用力影响,防止振动发生或降低振动影响。

1.3 主动形式与被动应对相结合的混合类型的技术方法

在很多地震发生较多的国家中,此种混合类型的应对方法已经较为普遍的使用,如我们的邻国日本就是其中较好的一个案例。对建筑体自身可能降低振动影响的部位以被动应对的方法实现改善,同时进行主动性处理的应对方法的储备已经演练,通过以上的结合形式实现更好的解决效果是混合形式的方法的突出特征。

这一类型的方法在成本上虽然相较纯粹的被动的应对方法较高,但与完全依赖于高科技手段的主动类型的处理方法相比,成本能够大幅度下降并且控制在基本可以承担的范围内。相较纯粹的被动应对的形式,由于混合的方法毕竟更具针对性而非完全依赖改善环境后的可能性,因此其效果更佳,即便与绝对的主动处理方法相比较,其处理的效果也不存在明显的降低。

2 实践中实用效果较为突出的集中降低振动影响的方法介绍

2.1 以传导性能更差、弹性和吸收性能更佳的材料作为地基的方法

作为位于地表下的建筑物的整体基础,地基部分受到振动的影响毫无疑问是建筑体中最为明显的。而如果地基将受到的振动较大程度地直接传导至地表以上的建筑中,则可能造成建筑受到振动极为严重的影响。

因此在地基的打造中,选择更具弹性和吸收性,能够在一定程度上讲受到的振动波吸收并消解的材料是降低振动对建筑物整体影响的非常有效的一种方法。也是很多受到地震等振动影响较大的国家普遍采取的一种降低振动危险性的有效途径。

2.2 建筑体所处的基础部分的构型以及空间利用对降低振动影响的效用

建筑体包括建筑体的地基部分并非直接建设在自然状态下的地下环境当中的,而是需要对自然的地下环境进行一定的必要处理,如防水等后在其中进行建设工程,因此实际上当振动发生时最先与振动波形成联系的人工影响部分应当为建筑的基础。

因此对建筑基础的改善也能够起到降低振动影响的作用。如根据力学相关的原理挖掘建设能够实现能量更好的转化排解的基础构体,或者在建筑与基础部分的接触中加入具备更为明显的减少振动传导的材料等,均是有效降低振动风险的可行措施。

2.3 主动实现能量转化的耗能性装置在降低振动影响中的作用形式

通过特定装置的使用将建筑体受到的振动影响转变为其他类型的能量使其快速散逸,是一种以主动的形式降低振动对建筑体影响的方法。其主要的作用方式是通过装置的增加将传导入建筑体中的振动波转化为包括热能等在内的其他形式的能量,并且引导此类的能量散逸。

在实践的过程中,针对一般性质的振动,主要通过钢骨架等具备一定的变形抗力的结构实现,此类结构在变形的过程中需要消耗大量的能量,总能较少的振动是使得此类的结构变形的过程中以及消耗殆尽。而针对能量携带较大的振动,可以利用更具专业性质的阻尼装置将其能量转化为热能等。

2.4 外置的悬挂类型的装置将振动能量控制在建筑体以外的主动影响方式

除能量的消耗外,在实际的工程当中增加外部附加装置同样是较为常见的一种主动引导的形式,悬挂类型的装置(主要为钢结构类型)所占比例较高。

此种类型的装置能够在振动扩散至建筑体主体部分前将其吸附至自身,并通过悬挂变形等方式快速实现能量的逸散,降低振动对建筑体自身的影响。而在实际的操作过程当中,此种类型的装置能够通过设计装置系统的方式,通过分散式的层层消耗和传递,更近一步地降低振动能量对于建筑体的影响。通过外部装置的不断消耗和损耗,传导至建筑体部分的振动能量能够得到极大地缩减,对建筑体的影响将能够最大程度地降低。

3 进一步降低振动对建筑体影响的控制性措施的未来未来发展方向

以当前的技术水准而言,能够实现更好的减轻控制作用的主动性的手段不仅对技术的要求较高,而且实现的成本同样较高,由于很多建筑体存在配置必要但缺少配置成本,此种类型的控制措施无法真正做到普及。此外由于此种类型的设施多数并非持续作用于建筑体之上,其启东与作用需要依据核心部分的感应和预测程序的判定进行,而以目前的相关研究成果而言,相关的预测技术尚且不够成熟,因此改善此类技术的应用效用必须以提升振动观测的准确程度为基础。

纯粹的被动模式同样存在一定的发展空间,建立更为简便的计算模式,是建筑的设计者能够更为简单地明确怎样的基础结构、何种的地基材料能够在保证基础功能的前提下,实现更好地降低振动影响的作用,能够这一类别的模式的未来发展方向之一。

结语

以地震为代表的振动对建筑物,尤其是当前新建越来越多的高层或超高的建筑物而言能够造成极为可怕的毁灭性质的伤害,而合适的方法能够在很大程度上降低振动对建筑物的影响。目前我们虽然已经掌握了很多能够实现降低振动对建筑物影响的方法,但是如何使这些方法能够在更多的建筑中使用已然是我们需要继续深入思考的课题。

参考文献:

[1]班定维.Maxwell阻尼器减震结构的二阶等效系统及其地震作用取值[D].广西大学,2017.105.

[2]王凯.建筑结构分散抗震主动控制研究[D].西安建筑科技大学,2017.84.

[3]岳苗.钢筋混凝土框架厂房动力分析及加固优化设计[D].广西大学,2017.82.

》在线投稿系统

*文章题目:
*作者姓名:
*电子邮箱:
*通讯地址:
*联系方式:

  备      注:

*上传稿件:

支持上传.doc,.docx,.pdf,.txt,.wps文件

投稿须知:

1、审稿结果将于1~7个工作日以邮件告知,请注意查收(包含录用通知书、审稿意见、知网CNKI查重报告)。

2、提交投稿后,若7个工作日之内未接到录用通知,则说明该文章未被录用,请另投他刊。

3、凡投寄本刊稿件,如在内容上有侵权行为或不妥之处,均应文责自负。本刊有权对来稿进行文字编辑、加工和修改,如不同意,请附说明,以便妥善处理。

4、多作者文稿署名时须征得其他作者同意,排好先后次序,通知用稿后不再改动。

5、凡投往本刊稿件一经录用发表,其版权归本刊所有。

6、本刊已全文录入中国知网、万方、维普等数据库,如作者不同意被收录,请提前申明,未申明者,本刊一律视为同意被收录。

7、请勿一稿多投。