建筑工程結構振動控制技術研究
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摘要：現代建筑體型日益龐大，高層建筑不斷增多，在建筑行業飛速發展的過程中，建筑抗震也成為一大難點。對于建筑結構而言，研究振動控制技術并應用于實踐中具有重要意義，是確保建筑結構穩定性的基礎性工作。基于實踐研究，本文對振動控制技術進行研究，僅供參考。
引言
建筑工程行業一直保持著良好的發展勢頭。隨著建筑行業快速發展，配套技術要求也在不斷提高。近些年來，地震災害時有發生，造成極大破壞，引發人們對結構抗震性能的普遍關注，相關專家學者也投入結構振動控制研究之中，并且取得一定積極成果。加強結構振動控制研究，是提高建筑抗震性能，減少地震危害性的重要工作，應保持足夠重視。
1結構振動控制研究現狀
1.1被動控制
此類技術通過改變結構某些構件的實際構造或者改變體系動力學特征、于結構某處加子系統等方式達到減振目標，技術應用無需外部能源支持。通常情況下，被動控制結構相對簡單、整體造價也不高，維護也很方便。基于獨特技術優勢，并且也證實具有一定的抗震性能，成為結構設計熱點，在各類工程中有廣泛應用。對于被動技術，根據當前發展情況，主要可分為基礎隔振、耗能吸能減振兩類。其中，基礎隔振是設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構振動，一般在中低層建筑中使用，高層建筑不適用。吸能減振技術是在結構節點、支撐處等位置設耗能阻尼減小結構振動。
1.2主動控制
此類控制技術需要外部能量供給才能發揮作用。主動控制相對復雜，并且在造價上更高，通常也難以進行維護，不過在現代高層建筑工程中，采用主動控制技術實際振動控制效果更好。現代主動控制也不斷采用一些尖端技術，可以實現對結構振動的實時追蹤以及對未來振動情況的科學預測，有利于進一步完善結構設計，使抗震性能達到最優。細分這一類技術，有如下兩種：①控制力型：由主動拉索、支撐系統、阻尼系統、擋風板系統等組成，遭遇結構振動時借助外部能源對目標建筑結構施加控制力，利用感應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，減小結構振動。②半主動控制型，采用參數控制方式，以小功率的能源根據實際需要調整結構動力參數有效降低結構振動。
1.3混合控制
可理解為主動、被動融合控制，這一控制方式設計上相對繁瑣，必須多次嘗試、磨合，使二者協同工作，才能發揮技術優勢。在日本，很多建筑結構設計采用了這一方法。在設計時，為了確保應用科學性，需要調查現場地震情況，勘查地質條件，盡量全面了解相關信息，進一步優化控制系統，才能起到良好的防震抗震作用。雖然是主動、被動技術的結合，融合了兩種控制技術的優勢，但造價也明顯上升，國內應用不多。
2振動控制技術簡析
2.1地基材料
經過實踐研究證實，在工程建設中，使用不同的地基材料，在遭遇地震時，地震波會產生不同反應。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，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的案例，也有采用糯米制作墊層的相應研究。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基礎隔震
遭遇地震波時，基礎部分首先與地震波接觸，之后將地震波傳遞到建筑主體。做好基礎隔振，是減少地震波對建筑危害性的重要手段。經過研究證實，在施工中，設置基礎隔振、上部結構隔震，底層隔震裝置發揮的作用更大，基礎隔振對于提高結構整體抗震性能具有重要意義。
2.3耗能減震
是在結構的層間等位置有計劃的設置一些消能裝置。假如遭遇的地震等級不高，建筑結構可以借助各處設置的消能裝置有效維持結構彈性狀態，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構可形變程度，與消能裝置大阻尼協同作用，削減、吸收大量地震能量，轉換為熱能并傳輸到外界，可以明顯降低地震影響。這一技術有以下優勢：①使結構安全性提高，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，有效保護主體結構不受損壞；②造價相對較低，具有一定的經濟性，也符合當前環保要求。裝置使用柔性材料，可有效減少工程結構所需設置的剪力墻數量，減少配筋斷面；③使用范圍廣。工廠、辦公樓等等均可以應用并且可以發揮出理想效果；④維護成本相對較低。設置耗能減振裝置，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
這一技術可以阻斷地震波從地面上傳導到主體結構，有效預防主體結構因地震受損。其裝置結構幾乎全部質量都懸掛于地面上，如果遭遇地震，建筑結構上層分離，出現無慣性力，可以起到良好的隔震效果。這一技術一般用于鋼結構建筑，在大型鋼結構建筑中應用更多。隨著技術發展，也可分為主框架、子結構兩大部分。一般采用懸掛子結構設計，此時主框架結構和子結構相互分離。如果發生地震，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，從而減少建筑結構受震后的可能性損失。
3結構振動控制需要解決的問題
現如今對結構振動控制已經開展了大量的相關研究，抗震、減振設計不斷取得新突破，獲得質的飛躍，也有更多的科研工作者對這一領域的研究保持高度關注。但是科學研究是一個循序漸進的過程，技術跨越難以超脫發展規律，結構振動控制領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上簡化工程；要注意各種外界因素對結構振動產生的影響，提高振動控制持久性以及建筑結構安全性；要嘗試結合其他學科技術成果，使結構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，地面以上結構13層，在兩側設16層塔樓，設有一層地下空間，計算建筑面積為141.88萬m2，建筑內部采用中央空調系統。建筑結構為鋼筋混凝土筒體-框架結構，結構設計抗震烈度Ⅸ度、二級分類標準以及安全等級。該建筑原結構筒壁厚度為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，得出原結構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。在進行技術經濟比選后，決定設置粘彈性阻尼器以提高耗能減震效果。在應用后，經過計算，證實抗震性能比原結構更高，提高了結構抗震水平。5結語結構振動控制相關研究對于建筑工程抗震、抗風等設計工作有重要意義。近年來相關研究工作不斷深入，也取得了一些積極成就，相信隨著繼續深入研究、必然會進一步豐富相關理論與實踐，提高建筑整體性能，促進現代建筑工程質量提升。
參考文獻
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作者：包杰宗 單位：慶陽職業技術學院
