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摘要:現(xiàn)代建筑體型日益龐大,高層建筑不斷增多,在建筑行業(yè)飛速發(fā)展的過程中,建筑抗震也成為一大難點。對于建筑結(jié)構(gòu)而言,研究振動控制技術(shù)并應(yīng)用于實踐中具有重要意義,是確保建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)性工作。基于實踐研究,本文對振動控制技術(shù)進行研究,僅供參考。
關(guān)鍵詞:建筑工程;振動控制;結(jié)構(gòu)抗震
引言
建筑工程行業(yè)一直保持著良好的發(fā)展勢頭。隨著建筑行業(yè)快速發(fā)展,配套技術(shù)要求也在不斷提高。近些年來,地震災(zāi)害時有發(fā)生,造成極大破壞,引發(fā)人們對結(jié)構(gòu)抗震性能的普遍關(guān)注,相關(guān)專家學者也投入結(jié)構(gòu)振動控制研究之中,并且取得一定積極成果。加強結(jié)構(gòu)振動控制研究,是提高建筑抗震性能,減少地震危害性的重要工作,應(yīng)保持足夠重視。
1結(jié)構(gòu)振動控制研究現(xiàn)狀
1.1被動控制
此類技術(shù)通過改變結(jié)構(gòu)某些構(gòu)件的實際構(gòu)造或者改變體系動力學特征、于結(jié)構(gòu)某處加子系統(tǒng)等方式達到減振目標,技術(shù)應(yīng)用無需外部能源支持。通常情況下,被動控制結(jié)構(gòu)相對簡單、整體造價也不高,維護也很方便。基于獨特技術(shù)優(yōu)勢,并且也證實具有一定的抗震性能,成為結(jié)構(gòu)設(shè)計熱點,在各類工程中有廣泛應(yīng)用。對于被動技術(shù),根據(jù)當前發(fā)展情況,主要可分為基礎(chǔ)隔振、耗能吸能減振兩類。其中,基礎(chǔ)隔振是設(shè)置隔振消能裝置削減地震向地表傳遞的大量能量以有效降低結(jié)構(gòu)振動,一般在中低層建筑中使用,高層建筑不適用。吸能減振技術(shù)是在結(jié)構(gòu)節(jié)點、支撐處等位置設(shè)耗能阻尼減小結(jié)構(gòu)振動。
1.2主動控制
此類控制技術(shù)需要外部能量供給才能發(fā)揮作用。主動控制相對復(fù)雜,并且在造價上更高,通常也難以進行維護,不過在現(xiàn)代高層建筑工程中,采用主動控制技術(shù)實際振動控制效果更好?,F(xiàn)代主動控制也不斷采用一些尖端技術(shù),可以實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)振動的實時追蹤以及對未來振動情況的科學預(yù)測,有利于進一步完善結(jié)構(gòu)設(shè)計,使抗震性能達到最優(yōu)。細分這一類技術(shù),有如下兩種:①控制力型:由主動拉索、支撐系統(tǒng)、阻尼系統(tǒng)、擋風板系統(tǒng)等組成,遭遇結(jié)構(gòu)振動時借助外部能源對目標建筑結(jié)構(gòu)施加控制力,利用感應(yīng)器將收集的信息輸入計算機后計算,得到所需施加的控制力,再借助外部能源功能施加控制力,減小結(jié)構(gòu)振動。②半主動控制型,采用參數(shù)控制方式,以小功率的能源根據(jù)實際需要調(diào)整結(jié)構(gòu)動力參數(shù)有效降低結(jié)構(gòu)振動。
1.3混合控制
可理解為主動、被動融合控制,這一控制方式設(shè)計上相對繁瑣,必須多次嘗試、磨合,使二者協(xié)同工作,才能發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢。在日本,很多建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計采用了這一方法。在設(shè)計時,為了確保應(yīng)用科學性,需要調(diào)查現(xiàn)場地震情況,勘查地質(zhì)條件,盡量全面了解相關(guān)信息,進一步優(yōu)化控制系統(tǒng),才能起到良好的防震抗震作用。雖然是主動、被動技術(shù)的結(jié)合,融合了兩種控制技術(shù)的優(yōu)勢,但造價也明顯上升,國內(nèi)應(yīng)用不多。
2振動控制技術(shù)簡析
2.1地基材料
經(jīng)過實踐研究證實,在工程建設(shè)中,使用不同的地基材料,在遭遇地震時,地震波會產(chǎn)生不同反應(yīng)。所以,研究地基材料對抗震的影響具有重要意義。在工程中,可以針對性使用一些具有抗震性能的材料處理地基,能夠減少震波反應(yīng),有效減少建筑震感。為提高建筑抗震能力,有使用粘土、砂子開展墊層施工作業(yè)的案例,也有采用糯米制作墊層的相應(yīng)研究。在大量研究論證后,證實瀝青材料具有良好的隔震效果。
2.2基礎(chǔ)隔震
遭遇地震波時,基礎(chǔ)部分首先與地震波接觸,之后將地震波傳遞到建筑主體。做好基礎(chǔ)隔振,是減少地震波對建筑危害性的重要手段。經(jīng)過研究證實,在施工中,設(shè)置基礎(chǔ)隔振、上部結(jié)構(gòu)隔震,底層隔震裝置發(fā)揮的作用更大,基礎(chǔ)隔振對于提高結(jié)構(gòu)整體抗震性能具有重要意義。
2.3耗能減震
是在結(jié)構(gòu)的層間等位置有計劃的設(shè)置一些消能裝置。假如遭遇的地震等級不高,建筑結(jié)構(gòu)可以借助各處設(shè)置的消能裝置有效維持結(jié)構(gòu)彈性狀態(tài),從而降低地震負面影響,控制危害性。假如遭遇較高等級的地震,耗能減震裝置可以增加結(jié)構(gòu)可形變程度,與消能裝置大阻尼協(xié)同作用,削減、吸收大量地震能量,轉(zhuǎn)換為熱能并傳輸?shù)酵饨?,可以明顯降低地震影響。這一技術(shù)有以下優(yōu)勢:①使結(jié)構(gòu)安全性提高,并且耗能減震裝置可靠性高,可以吸收、消耗可觀的地震能量,有效保護主體結(jié)構(gòu)不受損壞;②造價相對較低,具有一定的經(jīng)濟性,也符合當前環(huán)保要求。裝置使用柔性材料,可有效減少工程結(jié)構(gòu)所需設(shè)置的剪力墻數(shù)量,減少配筋斷面;③使用范圍廣。工廠、辦公樓等等均可以應(yīng)用并且可以發(fā)揮出理想效果;④維護成本相對較低。設(shè)置耗能減振裝置,雖然也需要定期做好維護工作才能維持良好性能,但與其他裝置相比,所需要花費的維護費用處于較低水平。
2.4懸掛隔震
這一技術(shù)可以阻斷地震波從地面上傳導到主體結(jié)構(gòu),有效預(yù)防主體結(jié)構(gòu)因地震受損。其裝置結(jié)構(gòu)幾乎全部質(zhì)量都懸掛于地面上,如果遭遇地震,建筑結(jié)構(gòu)上層分離,出現(xiàn)無慣性力,可以起到良好的隔震效果。這一技術(shù)一般用于鋼結(jié)構(gòu)建筑,在大型鋼結(jié)構(gòu)建筑中應(yīng)用更多。隨著技術(shù)發(fā)展,也可分為主框架、子結(jié)構(gòu)兩大部分。一般采用懸掛子結(jié)構(gòu)設(shè)計,此時主框架結(jié)構(gòu)和子結(jié)構(gòu)相互分離。如果發(fā)生地震,地震波沖擊到懸掛位置,能量會明顯下降,難以傳遞到建筑主體,從而減少建筑結(jié)構(gòu)受震后的可能性損失。
3結(jié)構(gòu)振動控制需要解決的問題
現(xiàn)如今對結(jié)構(gòu)振動控制已經(jīng)開展了大量的相關(guān)研究,抗震、減振設(shè)計不斷取得新突破,獲得質(zhì)的飛躍,也有更多的科研工作者對這一領(lǐng)域的研究保持高度關(guān)注。但是科學研究是一個循序漸進的過程,技術(shù)跨越難以超脫發(fā)展規(guī)律,結(jié)構(gòu)振動控制領(lǐng)域一些看似光輝的成果很可能也存在一些不成熟之處,很多問題依然需要解決。例如,設(shè)計控制器,需要嘗試進一步簡化建模工程、模型;要探索怎樣進一步降低能耗與整體造價,讓建筑在具有良好性能的基礎(chǔ)上簡化工程;要注意各種外界因素對結(jié)構(gòu)振動產(chǎn)生的影響,提高振動控制持久性以及建筑結(jié)構(gòu)安全性;要嘗試結(jié)合其他學科技術(shù)成果,使結(jié)構(gòu)振動控制邁向智能化。
4案例分析
某市重點建筑,主樓高度為56.6m,地面以上結(jié)構(gòu)13層,在兩側(cè)設(shè)16層塔樓,設(shè)有一層地下空間,計算建筑面積為141.88萬m2,建筑內(nèi)部采用中央空調(diào)系統(tǒng)。建筑結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土筒體-框架結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)設(shè)計抗震烈度Ⅸ度、二級分類標準以及安全等級。該建筑原結(jié)構(gòu)筒壁厚度為450mm,底層框架柱截面為800mm×800mm,框架梁高為800mm。通過科學的抗震計算,得出原結(jié)構(gòu)難以滿足水平地震作用下的抗震要求;另外梁、柱配筋率過高,也影響到施工正常開展。在進行技術(shù)經(jīng)濟比選后,決定設(shè)置粘彈性阻尼器以提高耗能減震效果。在應(yīng)用后,經(jīng)過計算,證實抗震性能比原結(jié)構(gòu)更高,提高了結(jié)構(gòu)抗震水平。5結(jié)語結(jié)構(gòu)振動控制相關(guān)研究對于建筑工程抗震、抗風等設(shè)計工作有重要意義。近年來相關(guān)研究工作不斷深入,也取得了一些積極成就,相信隨著繼續(xù)深入研究、必然會進一步豐富相關(guān)理論與實踐,提高建筑整體性能,促進現(xiàn)代建筑工程質(zhì)量提升。
參考文獻
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作者:包杰宗 單位:慶陽職業(yè)技術(shù)學院