建筑工程行业一直保持着良好的发展势头。随着建筑行业的快速发展,辅助技术的要求也在提高。近年来,地震灾害发生,造成巨大破坏,引起结构抗震性能的关注,相关专家学者也投入结构振动控制研究,取得了积极成果。加强结构振动控制研究是提高建筑抗震性能、减少地震危害性的重要工作,应充分重视。
1结构振动控制研究现状
1.1被动控制
这种技术通过改变结构部分部件的实际结构或系统动力学特征,在结构部分加子系统等方式达到减振目标,技术应用不需要外部能源支持。通常,被动控制结构比较简单,整体成本也不高,维护也很方便。基于独特的技术优势,也证实了具有一定的抗震性能,成为结构设计的热点,广泛应用于各种工程。对于被动技术,根据当前发展情况,主要可分为基础隔振、耗能吸能减振两类。其中,基础隔振是设置隔振消能装置削减地震向地表传递的大量能量以有效降低结构振动,一般在中低层建筑中使用,高层建筑不适用。吸引能源减振技术在结构节点、支撑场所等位置设置能源减振,减少结构振动。
1.2主动控制
这种控制技术需要外部能源供应。主动控制比较复杂,成本高,通常维护困难,但在现代高层建筑工程中,采用主动控制技术的实际振动控制效果更好。现代主动控制也不断采用一些进技术,实现了结构振动的实时跟踪和未来振动状况的科学预测,有助于进一步完善结构设计,使抗震性能最佳。细分该技术由主动拉索、支撑系统、减震系统、挡风板系统等构成,在遇到结构振动时,通过外部能源对目标建筑结构施加控制力,利用传感器将收集的信息输入计算机进行计算,获得必要的控制力,通过外部能源功能施加控制力②半主动控制型,采用参数控制方式,以小功率量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,许多建筑结构设计采用了这种方法。在设计的时候,为了确保应用的科学性,我们需要对现场的地震情况进行调查,对地质条件进行调查,尽量对相关信息进行全面的了解,并且对控制系统进行进一步的优化,这样才能起到很好的防震抗震作用。主动、被动技术的结合,融合了两种控制技术的优势,但成本也明显上升,国内应用少。
2振动控制技术简析
2.1地基材料
经实践研究证实,在工程建设中,使用不同的地基材料,遇到地震时,地震波会产生不同的反应。因此,研究地基材料对抗震的影响具有重要意义。在工程中,可以使用具有抗震性能的材料处理基础,减少振动应,有效减少建筑振动感。为了提高建筑的抗震能力,有些案例使用粘土、砂子进行垫层施工作业,有些案例使用糯米做垫层。在大量研究论证后,确认沥青材料具有良好的隔震效果。
2.2基础隔震
遇到地震波时,基础部分先与地震波接触,然后将地震波传递给建筑主体。做好基础隔振是减少地震波对建筑危害的重要手段。经研究证实,在施工中,安装基础隔振、上部结构隔振,基础隔振装置发挥的作用更大,基础隔振对提高结构整体的抗震性能具有重要意义。
2.3能耗减震
在结构层间等位置有计划地设置能耗装置。如果遇到的地震等级不高,建筑结构可以通过各处设置的消能装置有效维持结构的弹性状态,减少地震负面影响,控制危害性。如果遇到高级地震,能源消耗减震装置可以增加结构的可变性,与能源消耗装置的大阻尼合作,减少、吸收大量地震能源,转换为热能传输到外部,可以明显降低地震的影响。该技术具有以下优点:①提高结构安全性,消耗能源的减震装置可靠性高,吸收消耗相当大的地震能源,有效保护主体结构不受损害②成本相对较低,具有一定的经济性,符合当前环境保护要求。装置使用柔性材料,可有效减少工程结构所需的剪力墙数,减少配筋断面③使用范围广。工厂、办公楼等都可以应用,发挥理想的效果。
2.4悬挂隔震
这种技术可以阻止地震波从地面上传到主体结构,有效防止主体结构因地震而损坏。其装置结构几乎所有质量都悬挂在地面上。如果发生地震,建筑结构的离,出现无惯性力,可发挥良好的隔震效果。该技术一般用于钢结构建筑,在大型钢结构建筑中应用较多。随着技术的发展,也可以分为主框架、子结构两大部分。一般采用悬挂子结构设计,此时主框架结构与子结构相互分离。发生地震时,地震波冲击悬挂位置,能量明显下降,难以传达给建筑物的主体,减少建筑物结构受灾后的可能性损失。
3结构振动控制需要解决的问题
现在对结构振动控制进行了大量研究,抗震、振动设计不断取得新的突破,取得了质量的飞跃,更多的科学研究者关注这一领域的研究。但科学研究是一个渐进的过程,技术难以超越脱发规律,结构振动控制领域看起来光辉的成果也可能不成熟,许多问题仍需解决。例如,设计控制器需要进一步简化建模工程、模型,探索如何进一步降低能源消耗和整体成本,在使建筑具有良好性能的基础上简化工程,注意各种外部因素对结构振动的影响,提高振动控制的持续性和建筑结构的安全性
4案例分析
某市重点建筑,主楼高56.6m,地面以上结构13层,两侧设16层塔楼,设1层地下空间,计算建筑面积141.88万m2,建筑内部采用中央空调系统。建筑结构为钢筋混凝土筒体-框架结构,结构设计抗震烈度、二级分类标准和安全等级。该建筑原结构筒壁厚度为450mm,底层框架柱截面为800mm×800mm,框架梁高度为800mm。通过科学的抗震计算,得出原结构难以满足水平地震作用下的抗震要求,梁、柱筋率过高,也影响工程正常开展。进行技术经济比选后,决定设置粘弹性减震器,提高能耗减震效果。应用后,经过计算,抗震性能高于原结构,提高了结构抗震水平。5结语结构振动控制相关研究对建筑工程抗震、抗风等设计工作具有重要意义。
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