多層高層建筑結構減震控制策略探討

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【摘要】2008年汶川大地震后，地震災害呈現(xiàn)增多趨勢，這對建筑行業(yè)影響巨大。本文針對多層和高層建筑結構減震控制進行詳細分析，并提出相應的解決對策，以充分保障建筑質(zhì)量，為今后的減震控制體系提供參考意見。

【關鍵詞】多層和高層建筑；結構減震；減震控制

1.多層和高層建筑結構減震控制體系的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1結構減震控制技術的發(fā)展

1.1.1結構減震控制體系的探索階段20世紀70年代，我國針對結構減震控制技術的研究理念已初具雛形，其中結構減震控制技術囊括了：隔震、消能、減震等控制理念。此理念提出后，相關單位對其實施了一系列的分析與實驗，并在不斷研究后肯定了結構減震控制體系的可操作性。這對日后的結構減震控制技術的發(fā)展具有十分重要的意義。

1.1.2結構減震控制體系的試驗階段經(jīng)過不斷研究與試驗，在20個世紀80年代，國內(nèi)對結構減震控制體系進行了科學合理的地震測試，并成功地通過了測試，結構減震控制體系進入新時代，這對于未來的結構減震控制體系的發(fā)展具有里程碑式的意義。此后，結構減震控制體系的發(fā)展朝著更加高效安全的目標邁進。

1.1.3結構減震控制體系的應用階段在結構減震控制體系通過相關的地震測試之后，行業(yè)內(nèi)對體系也進行了充分的規(guī)劃發(fā)展，在此基礎上也將結構減震控制技術充分地利用起來。在使用結構減震控制技術的過程中，將理論知識與實踐內(nèi)容科學合理地結合在一起[1]。此外，還結合實際情況來對建筑結構減震控制技術充分地利用。如今，國內(nèi)的多層和高層建筑結構減震技術已經(jīng)普及到了全國，并經(jīng)過不斷的應用與發(fā)展使得技術更加高效穩(wěn)定。

1.2結構減震控制技術的現(xiàn)狀

1.2.1隔震應用在建筑結構減震控制體系中，減震技術的理論分析與實際研究較為充分，通過隔震技術理論的應用，在實際工程案例中，表現(xiàn)出了較好的減震效果。在隔震技術的應用中，夾層橡膠隔震技術是目前最為成熟與穩(wěn)定的隔震技術，在多層和高層建筑物中都有著良好的表現(xiàn)，減震效果極佳。在對夾層橡膠隔震技術進行應用時，需要進行嚴格的質(zhì)量把控，杜絕劣質(zhì)橡膠隔震制品流入市場。在精確計算后，在多層和高層建筑中進行應用。在使用夾層橡膠隔震技術時，要充分保障消能裝置的使用壽命與穩(wěn)定性，發(fā)揮出最大隔震效能。一般來說，夾層橡膠隔震技術一般在三十層及以下的高層建筑物中應用較為廣泛[2]。

1.2.2消能減震應用消能減震技術的應用同樣是十分穩(wěn)定且有效的，此類技術在理論分析與實際研究試驗中表現(xiàn)良好，可以應用在高層建筑、橋梁等工程。消能減震技術的應用需要保障其使用期。消能減震技術一般應用在十五層及以上的高層建筑，還可以應用在管線、塔架等具有高聳特點的建筑上。

1.2.3頻率調(diào)節(jié)減震應用頻率調(diào)節(jié)減震技術在實際應用中也取得了較好的效果。此類技術有著極強的穩(wěn)定性，且在理論分析與實際研究實驗中表現(xiàn)良好。在此類技術的應用中，要對其配置閥門進行合理調(diào)節(jié)才能保障其穩(wěn)定性。頻率調(diào)節(jié)減震技術主要應用在多樓層的較高建筑物中[3]。

1.2.4主動減震控制應用主動減震控制技術還處在一個發(fā)展階段，但其實驗效果良好，應用在建筑物中可以充分地進行減震控制。此類技術已經(jīng)在一些建筑工程中予以應用，但值得一提的是，技術的應用制度尚未完善，與之配套的技術還未及時跟進等相關問題還未得到有效解決。此類減震技術主要適用于對減震要求較高的建筑物，例如橋梁等。

1.2.5組合減震控制應用組合減震控制技術目前還處在發(fā)展階段，在進行減震控制的過程中，還需要做到一些改良與升級，有效降低控制體系的不足與缺陷。組合減震控制技術一般應用在各類建筑物中，普適性較強是此類技術的優(yōu)點。

2.控制結構減震控制體系的具體策略

2.1結構減震控制體系

2.1.1將阻尼器作為消能構件新型的結構減震控制技術是將阻尼器作為消能構件，這對于傳統(tǒng)技術中消能構件來說是更加科學合理的。傳統(tǒng)技術中的消能方法一般都是采用將建筑物中的承重構件作為消能構件，一旦發(fā)生地震等相關不可抗力因素，建筑物因為需要消能，損壞的都是承重構件，這對于建筑物的修復來說是極其困難的?，F(xiàn)有的阻尼器消能構件的耗能能力完全高于地震消能時所需要的能量，這對于建筑物來說是極其安全穩(wěn)定的。因此，以阻尼器為消能構件的結構減震方法是極其科學合理的，對于建筑物的安全來說具有充分的保障作用。

2.1.2消能構件修復更換更加合理新型的控制結構減震控制體系中，對于消能構件的修復與更換是較為便捷合理的，震后快速修復更換部件，不僅可以將建筑物快速恢復到正常狀態(tài)，還可以使建筑物迅速地投入使用。此外，對于可利用的結構的抗側力構件來說，可以不用再另外進行設置消能構件，這無疑大大提高了控制效率。

2.1.3高效衰減地震反應消能減震體系技術被廣泛地應用在高層和多層建筑結構中，并且已經(jīng)經(jīng)過多重實驗與測試，其消能減震體系的應用性是極為普遍的。在對一些高烈度區(qū)的重要性建筑物，例如：站房設計進行減震保護的過程中，應用效果較為良好，在全國同類型的建筑工程中已經(jīng)廣泛地進行應用。通過實際經(jīng)驗得知，地震時導入地面時的能量數(shù)值，進行相應的計算其消能支撐耗能能力是遠遠大于地震時導入地面的能量的，這對于建筑物來說是具有充分的保障作用的，也是結構消能減震控制的主要目的所在，對于未來的多層和高層建筑結構減震控制技術的發(fā)展極具現(xiàn)實意義。

2.2結構被動控制減震體系

2.2.1懸吊方式減震結構在應用結構減震控制技術的過程中，可以針對建筑物某個部位加設一個獨立的小型結構，這種小型結構可以將原有的結構體系動力進行調(diào)整并完全改變。當建筑物的原有結構受到地震等不可抗力因素的沖擊后，在強烈震動的同時，小型結構可以利用自身的慣性向建筑物的原有結構施加一個反方向作用力。在這其中，阻尼器也可以發(fā)揮自身的作用進行充分的消能減震，將震動能量大幅度降低，這個小型裝置被稱為調(diào)頻質(zhì)量阻尼器，這個小型裝置最大的特點就是沒有外部能量的輸入即可應用。由于調(diào)頻質(zhì)量阻尼器的自身特性，現(xiàn)如今已經(jīng)被廣泛地應用在高層和多層建筑物、高聳類型的建筑物當中。懸掛式的調(diào)頻質(zhì)量阻尼器一般是懸掛在建筑物中的某個部位，懸吊式調(diào)頻質(zhì)量阻尼器可以進行雙向的自由擺動，現(xiàn)如今的懸吊式調(diào)頻質(zhì)量阻尼器通常是由高層或多層建筑中的水箱所代替，其物理作用是相同的。

2.2.2支撐方式減震結構支撐式調(diào)頻質(zhì)量阻尼器一般是支撐在建筑物結構的某個部位上，它的特點是可以進行雙向滑動，支撐式調(diào)頻質(zhì)量阻尼器中包含了一個雙向的阻尼器與雙向的彈簧，它通常安裝在多層和高層建筑結構的最頂端。

2.2.3碰撞方式減震結構碰撞式調(diào)頻質(zhì)量阻尼器通常是設置在建筑物結構中某個位置的，它的形狀類似于一個懸掛著的撞錘。當建筑物結構受到地震等不可抗力因素的沖擊時，建筑物結構會發(fā)生強烈的震動，此時碰撞式調(diào)頻質(zhì)量阻尼器中的撞錘碰撞到建筑物的原有結構上，可以將建筑物結構發(fā)生的震動大幅度降低。此外值得一提的是，需要在碰撞式調(diào)頻質(zhì)量阻尼器附近設置一個消能裝置。碰撞式調(diào)頻質(zhì)量阻尼器一般來說，應用在高聳型建筑上的居多，例如：煙囪、塔架等等。

2.3結構主動控制減震體系

結構的主動控制減震體系通常來說是在利用外部能源的基礎上，在建筑物受到地震等不可抗力因素的沖擊，建筑物結構發(fā)生劇烈震動時，主動控制減震體系可以對建筑物機構的特性進行及時的改變，對建筑物結構進行充分的控制力牽引，將沖擊力量大幅度地降低。結構主動控制減震體系的特點主要是依靠外部的力量進行控制，因此可將該種控制減震體系作為主動控制減震體系。主動控制減震體系降低震動力量是由以下方式步驟所進行的。首先，在建筑物上發(fā)生震動的部位安裝一個傳感裝置，然后通過這個傳感裝置所獲取到的地震能量數(shù)值反饋給計算機，經(jīng)過高度的信息技術計算處理后，再由計算機系統(tǒng)向驅(qū)動機構發(fā)送相應的數(shù)據(jù)信號，指令調(diào)頻質(zhì)量阻尼器施加控制力。在此基礎上對建筑物的結構特性等方面進行改變，將建筑物結構所發(fā)生的劇烈震動情況大幅度降低，以此來保證建筑物結構的穩(wěn)定性。此外值得一提的是，由于調(diào)頻質(zhì)量阻尼器的種類不同，結構主動控制減震體系也有所不同，當前的主動控制減震體系主要分為兩種，第一種是基于附加小型裝置是主動調(diào)頻質(zhì)量阻尼器時的主動調(diào)頻質(zhì)量阻尼器；第二種則是基于附加裝置并不是一個結構體系時，利用拉索來進行減震的主動拉索控制體系。在當前的建筑工程中，已經(jīng)被廣泛地應用在各類多層和高層建筑物中了。

3.結語

總而言之，目前多層和高層建筑結構減震控制策略不僅已經(jīng)逐漸取代了以往的老式結構減震方法，而且為未來的結構減震控制發(fā)展提供了參考性的意見，打下了堅實的基礎。因此建筑行業(yè)從業(yè)者要積極對結構減震技術進行科學合理的研究，并發(fā)展更加高效安全的結構減震控制技術來服務社會。

參考文獻

[1]曹夢雪，趙丹，黃侃如，恩禾，朱宇，顏喜林.一種具有抗風減震裝置的高層建筑[J].科技資訊，2020，18（30）：53-54+57.

[2]龍幫云，劉殿華.建筑結構抗震設計[M].南京東南大學出版社：，201707..

[3]吳林.多層和高層建筑結構減震控制新體系[J].住宅與房地產(chǎn)，2015（25）：168.

作者：高云嬌 單位：中鐵第五勘察設計院集團有限公司