建筑结构的隔震减振和振动控制分析

张宇彤

(山西省晋城市建筑设计院，山西晋城 048000)

0 引言

最近的几年来，由于人们安全意识的增强，建筑结构的减振、隔震与振动控制在建筑物上的应用逐渐增多，逐渐开始了结合实际的工程进行方案设计与理论研究，几种使用隔震的体系取得了很大发展。

我国新《建筑抗震设计规范》之中，已经添加了消能和隔震的一些专门章节。而且在国际的方面，一般在每隔4年就会召开结构地震相关的会议，如今已经成为了地震工程之中前沿性的研究方向。消能的技术与减振技术在最近几年之中也逐渐由基础研究方面逐渐转向工程的实际应用之上。所以对于建筑结构的减振、隔震与振动控制的分析势在必行。

1 消能减振和隔震的原理

在传统建筑的结构设计之中一般以“大震震不倒，设防烈度可以修，小震震不坏”作为建筑防震设计的标准所在，而建筑结构一般主要依靠的是结构上变形的吸收，并消耗地震所带来的破坏力量。按照这样的设防标准对建筑结构设计的时候，如果遇见了中小型地震，可以依靠这种吸收来将地震之中所带来的一些破坏力量有效抵消，这个方法是有可行性的，但是一旦遇到了难以抵抗的大地震时，就不能有效确保建筑结构的安全了。这也是许多的专家对于新结构设计进行研究的根本原因。

1)隔震的原理。

一般基础的建筑结构防震系统是对于隔震层进行设计的，并将建筑的结构分成3个部分，其中包括了下部结构、隔震层和上部结构。进行这样的结构设计可以使地震所释放的破坏能量，从下部的结构逐渐传输于隔震层之中，在经过隔震层后，抗震装备将大部分的破坏能量吸收和消耗，最后将少部分的地震破坏能量转移于上部结构之中。对于建筑结构中隔震层设计，对上部结构周期有了一定的改变，并降低上部结构对于地震的一系列反应，从而保证上部结构在遇到了强烈地震之后也能够处在一种弹性的状态，甚至可以保持自然的弹塑性在变形初期的一种状态，从而强化建筑结构的隔振设置。

2)耗能减振的原理。

对于耗能的减振结构来说，一般指的是建筑结构的抗侧力装置之中，经过有效耗能部件的设置来将耗能的减振进一步实现。一旦建筑结构受到地震能量侵蚀，耗能的部件与耗能的装置经过弹塑性的产生将变形滞回，来达到消耗、吸收地震带来巨大破坏能力的目的，并降低主体结构受到地震巨大破坏能力的影响，从而达到有效控震、减振的最终目标。这个原理与传统建筑抗震结构的原理是恰恰相反的，它是一种以柔克刚的技术，同时也是技术领域的一大突破。

2 对建筑结构振动控制的技术

在传统的建筑抗震设计之中，一般主要是利用结构的自身消耗、吸收地震破坏的力量，从而达到抗震标准的，虽然在中小地震上，能够起到很好的作用，但是这其实是一种比较消极抵抗地震的方法。所以一般科学积极对抗地震的方法是经过应用结构振动的控制技术，来达到有效抗震的目的，也就是经过对结构自身施加的控制系统，使得它和结构的自身共同发挥着对地震的抵抗作用，来减轻地震对于建筑物的不利影响。

1)主动控制技术。

一般主动控制是借助外部的一些能量进行减振控制的一种技术，经过外来振动的相反控制力施加，来有效实现对建筑结构减振的控制。

它工作的原理包含了四个小点:

a．用传感器对于建筑结构外部刺激与动力响应进行监测。

b．将所监测到的数据传输给计算机。

c．经过计算机的程序所定义的计算方式，计算出需施加力度的数目。

d．在外部的能源驱动之上产生出对系统进行有效控制的力度。

2)混合控制技术。

其对主动控制和被动的控制有一种联合的作用，将两者的优点进行综合，不仅能够通过被动装置的控制来消耗大量的地震破坏力量，还能够对主动控制的装置进行有效的利用，保证控制效果，所以混合控制在建筑结构设计之中的应用上有着很重要的价值。一般混合控制的装置主要包含以下几种:阻尼耗能的装置与主动控制的混合装置;主动控制和基础隔震的装置相互结合的一种混合控制等。

3)被动控制技术。

一般在建筑结构的振动控制之中，被动控制一般指的是不借助外部的力量进行振动控制的一种技术，它经过建筑结构某一个空间中的部位，进行子系统的添加，或者是经过结构自身在构造构件上的一系列特点进行设置，对结构自身动力的特性进行有效的改善。在被动控制这一振动的控制技术之中，是目前的一个热点技术，许多的被动控制逐渐变得完善，并且在实际的操作之中逐渐被广泛的应用。

4)半主动控制技术。

一般半主动的控制是对于控制技术的利用，将建筑结构地震之中的参数进行自动的调节，从而达到有效减振的目的，它其实需求外部的力量很低，基本不需要用到强电，只要有效对弱电进行利用，就可以完成。而且在半主动的控制技术之中经常应用到开关来进行有效的控制，经过对开关的一系列操作来有效控制系统工作的状态，从而对建筑结构动力的特性有一定的改变。

在当前比较典型的半主动控制技术装置有:可变阻尼的系统、可变刚度的系统、可控摩擦式的系统与参数主动调节质量阻尼的系统。

5)四种技术综合的分析。

一般主动控制技术在这四个技术之中的效果是最为优异的，但是因为建筑体型的巨大，会使得需要外部的能源比较多，同时它控制装置与程序的算法也很复杂，一般对主动控制技术的应用都少于其他三种技术。被动的控制技术由于减振效果较好，且造价还比较低廉，容易实现，导致其成为应用广、发展最快的一项控制技术。

而半主动控制技术是在主动控制与被动控制之间的一种，它控制精度较高，且造价和主动相比来说还比较低廉，同时它不需很大外部的动力，这种技术有着广阔应用的前景。对于混合的控制技术来说，它是多种控制技术的综合，集所有控制技术的优点，所以它的发展前景必定会比其他控制的技术广阔些。

3 结语

随着建筑结构之中对于减振、隔震与振动控制广泛的研究与应用，它会为中国建筑的抗震减振带来一个前所未有的发展。为了能够将一系列抗震之中出现的问题更好解决，在设计的时候必须要加大探索对于强震之下建筑结构振动的控制规律，寻找造价低廉、施工稳定、可行性较强的科学抗震组合，逐渐强化建筑抵抗地震的强度，造福于人民、造福于社会。

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