地震作用下高層結(jié)構(gòu)建筑振動控制分析摘要：通過對高層結(jié)構(gòu)樓板振動的控制研究，分析了在高層結(jié)構(gòu)中設(shè)置減震耗能裝置(TMD)對結(jié)構(gòu)樓板加速度的影響，證明了在建筑物頂層施加TMD裝置可以減小結(jié)構(gòu)在地震作用下的加速度響應(yīng)。關(guān)鍵詞：振動控制；TMD；高層結(jié)構(gòu)；加速度1引言如何采取經(jīng)濟(jì)、高效、可靠的措施來減少地震所造成的損失，已成為眾多學(xué)者和工程師極為熱衷研究的課題。高層結(jié)構(gòu)在地震作用下產(chǎn)生振動，會使人們感到不舒適，從而影響建筑物的正常使用。并且，對舒適度的研究表明，彎曲振動時，起決定作用的是所考慮點(diǎn)的最大加速度值［1］，因此，在研究地震作用下高層建筑樓板振動時，加速度響應(yīng)的最大值起決定作用。本文利用MATLAB編程計算了有控條件下與無控條件下樓板加速度響應(yīng)的最大值，并進(jìn)行分析比較，證明了在結(jié)構(gòu)頂層施加TMD裝置能夠減小地震作用下的樓板加速度響應(yīng)。2結(jié)構(gòu)振動控制方法結(jié)構(gòu)振動控制是研究建筑物在動力荷載作用下，控制結(jié)構(gòu)狀態(tài)反應(yīng)(速度、加速度、能量反應(yīng)等)的理論和方法，它以結(jié)構(gòu)的減振為研究目的，可以劃分成主動控制、混合控制和被動控制。本文主要采用被動控制中的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD）對高層樓板進(jìn)行研究。在建筑物頂層設(shè)置TMD裝置來控制結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，使結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)數(shù)值控制在一定的范圍內(nèi)是一種有效的結(jié)構(gòu)控制方法。它最早是由DenHarton在40年代提出的，目前有兩種形式：懸吊式和支撐式兩種。圖1所示的懸吊式TMD系統(tǒng)，是將質(zhì)量塊懸吊在結(jié)構(gòu)上，并將彈簧和阻尼器系統(tǒng)設(shè)置在懸吊的質(zhì)量塊與結(jié)構(gòu)之間。圖2所示的支撐式TMD系統(tǒng)，是將質(zhì)量塊用摩擦系數(shù)極小的支撐系統(tǒng)支撐在結(jié)構(gòu)上，并將彈簧和阻尼器系統(tǒng)設(shè)置在支撐的質(zhì)量塊與結(jié)構(gòu)之間。目前，利用TMD對高層結(jié)構(gòu)進(jìn)行位移控制研究的較多，而利用TMD對高層結(jié)構(gòu)的加速度控制研究的較少，本文將利用支撐式TMD對高層結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)進(jìn)行振動控制研究。圖1懸掛式TMD系統(tǒng)圖2支撐式TMD系統(tǒng)3TMD－結(jié)構(gòu)的動力平衡方程3.1單自由度結(jié)構(gòu)體系TMD－結(jié)構(gòu)的動力平衡方程TMD主結(jié)構(gòu)動力平衡方程（1）式中：m――主結(jié)構(gòu)的質(zhì)量；c――主結(jié)構(gòu)的阻尼；k――主結(jié)構(gòu)的剛度；y――主結(jié)構(gòu)的位移；fT(t)――結(jié)構(gòu)在振動過程中所受到的控制力；p(t)――結(jié)構(gòu)所受到的等效地震力。TMD子結(jié)構(gòu)動力平衡方程（2）式中：mT――TMD系統(tǒng)的質(zhì)量；yT――TMD系統(tǒng)的位移；cT――TMD系統(tǒng)的阻尼；kT――TMD系統(tǒng)的剛度。3.2多自由度體系的TMD－結(jié)構(gòu)動力平衡方程TMD主結(jié)構(gòu)動力平衡方程（3）式中：［m］――主結(jié)構(gòu)的質(zhì)量陣，［c］――主結(jié)構(gòu)的阻尼陣；［k］――主結(jié)構(gòu)的剛度陣；［y］――主結(jié)構(gòu)的位移陣；［p(t)］――結(jié)構(gòu)的等效地震力；［fT(t)］――結(jié)構(gòu)在振動過程中所受到的控制力。TMD子結(jié)構(gòu)動力平衡方程（4）式中：mT――TMD系統(tǒng)的質(zhì)量；yT――TMD系統(tǒng)的位移；cT――TMD系統(tǒng)的阻尼；kT――TMD系統(tǒng)的剛度。4計算實(shí)例算例某混凝土框架12層，層高均為4m，1至6層層質(zhì)量為9.545×104Kg，7至11層層質(zhì)量為9.145×104Kg，12層層質(zhì)量為8.735×104Kg，1至6層層間剛度為1.2006×108N/m，7至12層層間剛度為5.506×107N/m，結(jié)構(gòu)周期1.55s，利用MATLAB編程計算在地震作用下的結(jié)構(gòu)的動力響反應(yīng)，得到結(jié)構(gòu)最大位移為0.0342mm，最大加速度＝0.342m/s2>[]＝0.30m/s2，不滿足舒適度的要求;在結(jié)構(gòu)頂層加上TMD后，其中，TMD質(zhì)量為4.4692×104Kg，結(jié)構(gòu)的最大位移0.0167mm，結(jié)構(gòu)的最大加速度＝0.167m/s2<[]＝0.30m/s2，滿足舒適度要求，其中，位移的減振率為51.17%，加速度的減振率為51.10%，證明了TMD有比較明顯的減振效果。圖3有控及無控位移時程曲線圖4有控及無控加速度時程曲線5結(jié)論通過對高層建筑在地震作用不加TMD裝置與加TMD裝置后的加速度數(shù)值進(jìn)行比較分析，證明了在建筑物頂層施加TMD裝置可以減小結(jié)構(gòu)在地震作用下的加速度響應(yīng)。因此，在高層結(jié)構(gòu)中可以在結(jié)構(gòu)頂層設(shè)置TMD裝置，能達(dá)到一定的減振效果，滿足高層結(jié)構(gòu)使用的舒適度要求。參考文獻(xiàn)：[1]李春祥，熊學(xué)玉，胡俊生．TMD-高層鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)按規(guī)范抗風(fēng)設(shè)計方法[J]．工業(yè)建筑，2000，30(4)，1-4[2]張相庭．高層建筑抗風(fēng)抗震設(shè)計計算[M]．上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1996[3]蔡丹繹等．合肥電視塔TMD風(fēng)振控制的響應(yīng)分析[J]．工程力學(xué)，2001，18(3)，53-80[4]李宏男，閆石．中國結(jié)構(gòu)控制的研究與應(yīng)用[J]．地震工程與工程振動，1999，19(