多層高層建筑結(jié)構(gòu)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(zāi)害呈現(xiàn)增多趨勢(shì)，這對(duì)建筑行業(yè)影響巨大。本文針對(duì)多層和高層建筑結(jié)構(gòu)減震控制進(jìn)行詳細(xì)分析，并提出相應(yīng)的解決對(duì)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(jiàn)。

【關(guān)鍵詞】多層和高層建筑；結(jié)構(gòu)減震；減震控制

1.多層和高層建筑結(jié)構(gòu)減震控制體系的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)的發(fā)展

1.1.1結(jié)構(gòu)減震控制體系的探索階段20世紀(jì)70年代，我國(guó)針對(duì)結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)的研究理念已初具雛形，其中結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)囊括了：隔震、消能、減震等控制理念。此理念提出后，相關(guān)單位對(duì)其實(shí)施了一系列的分析與實(shí)驗(yàn)，并在不斷研究后肯定了結(jié)構(gòu)減震控制體系的可操作性。這對(duì)日后的結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)的發(fā)展具有十分重要的意義。

1.1.2結(jié)構(gòu)減震控制體系的試驗(yàn)階段經(jīng)過(guò)不斷研究與試驗(yàn)，在20個(gè)世紀(jì)80年代，國(guó)內(nèi)對(duì)結(jié)構(gòu)減震控制體系進(jìn)行了科學(xué)合理的地震測(cè)試，并成功地通過(guò)了測(cè)試，結(jié)構(gòu)減震控制體系進(jìn)入新時(shí)代，這對(duì)于未來(lái)的結(jié)構(gòu)減震控制體系的發(fā)展具有里程碑式的意義。此后，結(jié)構(gòu)減震控制體系的發(fā)展朝著更加高效安全的目標(biāo)邁進(jìn)。

1.1.3結(jié)構(gòu)減震控制體系的應(yīng)用階段在結(jié)構(gòu)減震控制體系通過(guò)相關(guān)的地震測(cè)試之后，行業(yè)內(nèi)對(duì)體系也進(jìn)行了充分的規(guī)劃發(fā)展，在此基礎(chǔ)上也將結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)充分地利用起來(lái)。在使用結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)的過(guò)程中，將理論知識(shí)與實(shí)踐內(nèi)容科學(xué)合理地結(jié)合在一起[1]。此外，還結(jié)合實(shí)際情況來(lái)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)充分地利用。如今，國(guó)內(nèi)的多層和高層建筑結(jié)構(gòu)減震技術(shù)已經(jīng)普及到了全國(guó)，并經(jīng)過(guò)不斷的應(yīng)用與發(fā)展使得技術(shù)更加高效穩(wěn)定。

1.2結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)的現(xiàn)狀

1.2.1隔震應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)減震控制體系中，減震技術(shù)的理論分析與實(shí)際研究較為充分，通過(guò)隔震技術(shù)理論的應(yīng)用，在實(shí)際工程案例中，表現(xiàn)出了較好的減震效果。在隔震技術(shù)的應(yīng)用中，夾層橡膠隔震技術(shù)是目前最為成熟與穩(wěn)定的隔震技術(shù)，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(duì)夾層橡膠隔震技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，需要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量把控，杜絕劣質(zhì)橡膠隔震制品流入市場(chǎng)。在精確計(jì)算后，在多層和高層建筑中進(jìn)行應(yīng)用。在使用夾層橡膠隔震技術(shù)時(shí)，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(lái)說(shuō)，夾層橡膠隔震技術(shù)一般在三十層及以下的高層建筑物中應(yīng)用較為廣泛[2]。

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

1.2.3頻率調(diào)節(jié)減震應(yīng)用頻率調(diào)節(jié)減震技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也取得了較好的效果。此類(lèi)技術(shù)有著極強(qiáng)的穩(wěn)定性，且在理論分析與實(shí)際研究實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)良好。在此類(lèi)技術(shù)的應(yīng)用中，要對(duì)其配置閥門(mén)進(jìn)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(shù)主要應(yīng)用在多樓層的較高建筑物中[3]。

1.2.4主動(dòng)減震控制應(yīng)用主動(dòng)減震控制技術(shù)還處在一個(gè)發(fā)展階段，但其實(shí)驗(yàn)效果良好，應(yīng)用在建筑物中可以充分地進(jìn)行減震控制。此類(lèi)技術(shù)已經(jīng)在一些建筑工程中予以應(yīng)用，但值得一提的是，技術(shù)的應(yīng)用制度尚未完善，與之配套的技術(shù)還未及時(shí)跟進(jìn)等相關(guān)問(wèn)題還未得到有效解決。此類(lèi)減震技術(shù)主要適用于對(duì)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(yīng)用組合減震控制技術(shù)目前還處在發(fā)展階段，在進(jìn)行減震控制的過(guò)程中，還需要做到一些改良與升級(jí)，有效降低控制體系的不足與缺陷。組合減震控制技術(shù)一般應(yīng)用在各類(lèi)建筑物中，普適性較強(qiáng)是此類(lèi)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。

2.控制結(jié)構(gòu)減震控制體系的具體策略

2.1結(jié)構(gòu)減震控制體系

2.1.1將阻尼器作為消能構(gòu)件新型的結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)是將阻尼器作為消能構(gòu)件，這對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)中消能構(gòu)件來(lái)說(shuō)是更加科學(xué)合理的。傳統(tǒng)技術(shù)中的消能方法一般都是采用將建筑物中的承重構(gòu)件作為消能構(gòu)件，一旦發(fā)生地震等相關(guān)不可抗力因素，建筑物因?yàn)樾枰?，損壞的都是承重構(gòu)件，這對(duì)于建筑物的修復(fù)來(lái)說(shuō)是極其困難的?，F(xiàn)有的阻尼器消能構(gòu)件的耗能能力完全高于地震消能時(shí)所需要的能量，這對(duì)于建筑物來(lái)說(shuō)是極其安全穩(wěn)定的。因此，以阻尼器為消能構(gòu)件的結(jié)構(gòu)減震方法是極其科學(xué)合理的，對(duì)于建筑物的安全來(lái)說(shuō)具有充分的保障作用。

2.1.2消能構(gòu)件修復(fù)更換更加合理新型的控制結(jié)構(gòu)減震控制體系中，對(duì)于消能構(gòu)件的修復(fù)與更換是較為便捷合理的，震后快速修復(fù)更換部件，不僅可以將建筑物快速恢復(fù)到正常狀態(tài)，還可以使建筑物迅速地投入使用。此外，對(duì)于可利用的結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件來(lái)說(shuō)，可以不用再另外進(jìn)行設(shè)置消能構(gòu)件，這無(wú)疑大大提高了控制效率。

2.1.3高效衰減地震反應(yīng)消能減震體系技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在高層和多層建筑結(jié)構(gòu)中，并且已經(jīng)經(jīng)過(guò)多重實(shí)驗(yàn)與測(cè)試，其消能減震體系的應(yīng)用性是極為普遍的。在對(duì)一些高烈度區(qū)的重要性建筑物，例如：站房設(shè)計(jì)進(jìn)行減震保護(hù)的過(guò)程中，應(yīng)用效果較為良好，在全國(guó)同類(lèi)型的建筑工程中已經(jīng)廣泛地進(jìn)行應(yīng)用。通過(guò)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)得知，地震時(shí)導(dǎo)入地面時(shí)的能量數(shù)值，進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算其消能支撐耗能能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地震時(shí)導(dǎo)入地面的能量的，這對(duì)于建筑物來(lái)說(shuō)是具有充分的保障作用的，也是結(jié)構(gòu)消能減震控制的主要目的所在，對(duì)于未來(lái)的多層和高層建筑結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)的發(fā)展極具現(xiàn)實(shí)意義。

2.2結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制減震體系

2.2.1懸吊方式減震結(jié)構(gòu)在應(yīng)用結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)的過(guò)程中，可以針對(duì)建筑物某個(gè)部位加設(shè)一個(gè)獨(dú)立的小型結(jié)構(gòu)，這種小型結(jié)構(gòu)可以將原有的結(jié)構(gòu)體系動(dòng)力進(jìn)行調(diào)整并完全改變。當(dāng)建筑物的原有結(jié)構(gòu)受到地震等不可抗力因素的沖擊后，在強(qiáng)烈震動(dòng)的同時(shí)，小型結(jié)構(gòu)可以利用自身的慣性向建筑物的原有結(jié)構(gòu)施加一個(gè)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(jìn)行充分的消能減震，將震動(dòng)能量大幅度降低，這個(gè)小型裝置被稱(chēng)為調(diào)頻質(zhì)量阻尼器，這個(gè)小型裝置最大的特點(diǎn)就是沒(méi)有外部能量的輸入即可應(yīng)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(yīng)用在高層和多層建筑物、高聳類(lèi)型的建筑物當(dāng)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(gè)部位，懸吊式調(diào)頻質(zhì)量阻尼器可以進(jìn)行雙向的自由擺動(dòng)，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(jié)構(gòu)支撐式調(diào)頻質(zhì)量阻尼器一般是支撐在建筑物結(jié)構(gòu)的某個(gè)部位上，它的特點(diǎn)是可以進(jìn)行雙向滑動(dòng)，支撐式調(diào)頻質(zhì)量阻尼器中包含了一個(gè)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(jié)構(gòu)的最頂端。

2.2.3碰撞方式減震結(jié)構(gòu)碰撞式調(diào)頻質(zhì)量阻尼器通常是設(shè)置在建筑物結(jié)構(gòu)中某個(gè)位置的，它的形狀類(lèi)似于一個(gè)懸掛著的撞錘。當(dāng)建筑物結(jié)構(gòu)受到地震等不可抗力因素的沖擊時(shí)，建筑物結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的震動(dòng)，此時(shí)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(jié)構(gòu)上，可以將建筑物結(jié)構(gòu)發(fā)生的震動(dòng)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(shè)置一個(gè)消能裝置。碰撞式調(diào)頻質(zhì)量阻尼器一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)用在高聳型建筑上的居多，例如：煙囪、塔架等等。

2.3結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制減震體系

結(jié)構(gòu)的主動(dòng)控制減震體系通常來(lái)說(shuō)是在利用外部能源的基礎(chǔ)上，在建筑物受到地震等不可抗力因素的沖擊，建筑物結(jié)構(gòu)發(fā)生劇烈震動(dòng)時(shí)，主動(dòng)控制減震體系可以對(duì)建筑物機(jī)構(gòu)的特性進(jìn)行及時(shí)的改變，對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分的控制力牽引，將沖擊力量大幅度地降低。結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制減震體系的特點(diǎn)主要是依靠外部的力量進(jìn)行控制，因此可將該種控制減震體系作為主動(dòng)控制減震體系。主動(dòng)控制減震體系降低震動(dòng)力量是由以下方式步驟所進(jìn)行的。首先，在建筑物上發(fā)生震動(dòng)的部位安裝一個(gè)傳感裝置，然后通過(guò)這個(gè)傳感裝置所獲取到的地震能量數(shù)值反饋給計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)高度的信息技術(shù)計(jì)算處理后，再由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號(hào)，指令調(diào)頻質(zhì)量阻尼器施加控制力。在此基礎(chǔ)上對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)特性等方面進(jìn)行改變，將建筑物結(jié)構(gòu)所發(fā)生的劇烈震動(dòng)情況大幅度降低，以此來(lái)保證建筑物結(jié)構(gòu)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(lèi)不同，結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制減震體系也有所不同，當(dāng)前的主動(dòng)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(dòng)調(diào)頻質(zhì)量阻尼器時(shí)的主動(dòng)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(gè)結(jié)構(gòu)體系時(shí)，利用拉索來(lái)進(jìn)行減震的主動(dòng)拉索控制體系。在當(dāng)前的建筑工程中，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在各類(lèi)多層和高層建筑物中了。

3.結(jié)語(yǔ)

總而言之，目前多層和高層建筑結(jié)構(gòu)減震控制策略不僅已經(jīng)逐漸取代了以往的老式結(jié)構(gòu)減震方法，而且為未來(lái)的結(jié)構(gòu)減震控制發(fā)展提供了參考性的意見(jiàn)，打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此建筑行業(yè)從業(yè)者要積極對(duì)結(jié)構(gòu)減震技術(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的研究，并發(fā)展更加高效安全的結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)來(lái)服務(wù)社會(huì)。

參考文獻(xiàn)

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[3]吳林.多層和高層建筑結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司