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【摘要】：随着大跨空间结构的发展，传统的抗震设计方法已不能满足需要，从而使结构振动控制理论在工程结构中开始得到应用。结构振动控制可以有效地减轻结构在地震等动力作用下的反应和损伤，提高结构的抗震能力和抗灾性能。结构振动主动控制技术及智能结构的出现，为振动控制问题的解决提供了新的手段，使得大跨空间结构能够更好地发挥它的优点，使其更能满足人们的需求。
【关键词】：大跨空间结构；结构振动控制；被动控制；摩擦摆支座
随着人类物质文明与精神文明的发展与提高，人们需要更大的覆盖空间来满足社会活动和生产的需要，如大型集会场所、体育馆、飞机库、会展中心、游泳池、工业厂房等。人们通过实践发现，空间结构具有三维空间形状并且有三维受力特性、呈空间工作状态，正好能满足大跨建筑结构的要求，空间结构不仅仅依赖材料性能，而且更加充分利用自己合理的形体及不同材料特性，来适应不同建筑建筑造型和功能要求。
传统的抗震设计是以“抗”为主要途径，通过增加材料用量、加大结构断面、提高建筑物自重，以保证结构本身具有足够的强度、刚度和延性，是一种“硬碰硬”式的抗震方法，使所设计的建筑物做到“小震不坏，中震可修，大震不倒”，从而达到减轻地震灾害的目的。这样不仅使工程造价大大提高，而且还存在着许多问题和缺点，发生突发性超烈度地震时，房屋可能会严重破坏，安全性难以得到保证，而且失去了轻质高强材料自身的优势，还不能满足口益现代化的机器设备不能因为剧烈振动而中断工作或者破坏的要求。
因此，研究更加安全、经济、可靠的结构新体系，提高工程结构的抗震防灾能力，是目前工程结构抗震领域的一门主要课题，对有效地减轻地震灾害有着重要的现实意义。
结构振动控制从控制对外部能量需求的角度，结构控制可分为：被动结构控制、主动结构控制、半主动结构控制、混合结构控制。除被动控制外，其他三种控制方式中的控制力全部或部分地根据反馈信息按照某种事先设计的控制律实时产生。
1、被动控制
目前被动控制主要有：基底隔震技术、耗能减震技术、调谐减震技术。
①基底隔震技术：
基底隔震就是隔离地震对结构的作用，基本思想是，将整个结构物或其局部坐落在隔震支座上，或者坐落在起隔震作用的地基或基础上，通过隔震层装置的有效工作，限制和减少地震波向上部结构的输入，并控制上部结构地震作用效应和隔震部位的变形，从而减少结构的地震响应，提高结构的抗震安全性。隔震系统通过减少结构刚度使得结构自振周期增大，从而避开地震动卓越周期，避免了共振和接近共振现象的发生，较大程度地减少了上部结构的地震作用，从而达到了隔震的目的。
基础隔震是一种能够有效降低结构地震响应的技术手段。根据隔震层隔震装置的不同，基础隔震可分为橡胶垫基础、滑移基础隔震和混合基础隔震等多类。各类基础隔震结构地震反应的性态有所不同，但其隔震原理基本相同，都是通过隔震层削弱而不是强化上部结构与基础之间的联系，改变结构系统的动力特性，避免共振或者接近共振现象的发生，达到减少地震作用力和限制隔震层位移的目的。
在基底隔震中支座隔震是最有效的途径之一。橡胶支座和摩擦摆支座是大跨空间结构常用的两种隔震装置摩擦摆系统是应用最广泛的摩擦滑移隔震装置之一。摩擦摆支座由球面的不锈钢滑道和表面涂有聚四氟乙烯的滑塊组成，其几何构造保证滑块在滑道上滑动后能够自动复位。摩擦摆支座除具有一般平面滑动隔震系统的特点外，还具有良好地稳定性、复位功能和抗平扭能力。
②耗能减震
耗能减震技术是把结构的某些非承重构件（如支撑、剪力墙、连接构件等）设计成耗能杆件，或在某些部位（层间、空间、节点、连接缝等）安装消能装置，这些附加构件、装置、机构具有极大的效能吸震能力，在强震中能率先消耗、吸收结构的地震能量，迅速衰减结构的地震反应，保护主体结构和构件免遭破坏，确保结构在强震中的安全。而且这些附加的构件、装置、机构是非承重构件，其功能仅是在结构变形过程中发挥效能吸震作用，而不承担结构的荷载作用，对结构的承载能力和安全性不构成任何影响或威胁。
耗能装置的种类有阻尼器、耗能支撑、耗能墙等。阻尼器的种类有金属阻尼器、摩擦阻尼器、粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器、复合型阻尼器；耗能支撑的主要形式有偏心耗能支撑、摩擦耗能支撑、圆环耗能支撑；耗能墙的主要形式有带坚缝耗能墙、水平顶缝耗能墙和阻尼器耗能墙等。
③吸能减震技术
吸能减震技术是通过附加的子结构，使结构的振动发生转移，即使原结构的振动能量在原结构和子结构之间重新分配，从而达到减小结构振动的目的。附加的子结构具有质量、刚度和阻尼，因而可以调整子结构的自振频率，使其尽量接近主结构的基本频率或激振频率。这样当主结构受激励而振动时，子结构就会产生一个与主结构振动方向相反的惯性力作用在主结构上，使主结构的振动反应衰减并受到控制。
结构被动吸能减震控制的装置主要包括：调谐质量阻尼器（Turned Mass Damper，TMD）、调谐液体阻尼器（Turned Liquid Damper，TLD）、摆式质量阻尼器、质量泵、液体—质量振动控制系统（HMS）和空气阻尼器等几种，其中TMD和TLD应用较多。调谐质量阻尼器是一种有效的被动控制装置。目前，世界范围内已有许多结构安装了调谐质量阻尼器进行减震控制。它与传统的抗震设计相比，能够充分发挥结构材料本身的性能，有效地减轻震害，并且确保了居住的舒适度。
2、主动控制
结构主动控制是利用外部能源，在结构物受到外部激励而发生振动的过程中，瞬时施加控制力或瞬时改变结构的动力特性，以迅速衰竭和控制结构的振动响应的一种减振技术。
主动控制中，主动质量阻尼器（AMD）是一种有效的结构减振控制装置。与被动控制相比，AMD等主动控制方式有以下优点：提高控制的有效性；适应于多用途减振，如风震或地震；可以选择控制目标，如控制结构某个关键阵型的响应（位移、速度或加速度响应），或结构顶点位移、结构基底弯矩以及基底剪力等。
前景展望
结构振动主动控制技术及智能结构的出现，为振动控制问题的解决提供了新的手段，并大大地扩展了它的应用范围，同时也带来了一些挑战性的问题，需要对振动控制的机理作进一步的探讨，促使新的振动控制技术的产生和应用。
参考文献：
[1] 杨林，周锡元，苏幼坡，常永平，FPS摩擦摆隔震体系振动台试验研究与理论分析，[J]，特种结构，2005，22（4），43-46.
[2] 邹宏德，蓝宗建，FPS动力参数对新型巨型框架减震结构性能的影响，[J]，湖南城市学院学报，2005，14（3），1-4.
[3] 蓝宗建，邹宏德，梁书亭，戴航，钢筋混凝土巨型框架多功能减震结构地震反应分析，[J]，建筑结构学报，2001，22（4）。
[4] 薛素铎，张毅刚，曹资，李雄彦。三十年来我国空间结构抗震研究的发展与展望
[5] 赵伟，摩擦摆支座在网壳结构中的隔震研究[D].北京，北京工业大学2007.
【关键词】：大跨空间结构；结构振动控制；被动控制；摩擦摆支座
随着人类物质文明与精神文明的发展与提高，人们需要更大的覆盖空间来满足社会活动和生产的需要，如大型集会场所、体育馆、飞机库、会展中心、游泳池、工业厂房等。人们通过实践发现，空间结构具有三维空间形状并且有三维受力特性、呈空间工作状态，正好能满足大跨建筑结构的要求，空间结构不仅仅依赖材料性能，而且更加充分利用自己合理的形体及不同材料特性，来适应不同建筑建筑造型和功能要求。
传统的抗震设计是以“抗”为主要途径，通过增加材料用量、加大结构断面、提高建筑物自重，以保证结构本身具有足够的强度、刚度和延性，是一种“硬碰硬”式的抗震方法，使所设计的建筑物做到“小震不坏，中震可修，大震不倒”，从而达到减轻地震灾害的目的。这样不仅使工程造价大大提高，而且还存在着许多问题和缺点，发生突发性超烈度地震时，房屋可能会严重破坏，安全性难以得到保证，而且失去了轻质高强材料自身的优势，还不能满足口益现代化的机器设备不能因为剧烈振动而中断工作或者破坏的要求。
因此，研究更加安全、经济、可靠的结构新体系，提高工程结构的抗震防灾能力，是目前工程结构抗震领域的一门主要课题，对有效地减轻地震灾害有着重要的现实意义。
结构振动控制从控制对外部能量需求的角度，结构控制可分为：被动结构控制、主动结构控制、半主动结构控制、混合结构控制。除被动控制外，其他三种控制方式中的控制力全部或部分地根据反馈信息按照某种事先设计的控制律实时产生。
1、被动控制
目前被动控制主要有：基底隔震技术、耗能减震技术、调谐减震技术。
①基底隔震技术：
基底隔震就是隔离地震对结构的作用，基本思想是，将整个结构物或其局部坐落在隔震支座上，或者坐落在起隔震作用的地基或基础上，通过隔震层装置的有效工作，限制和减少地震波向上部结构的输入，并控制上部结构地震作用效应和隔震部位的变形，从而减少结构的地震响应，提高结构的抗震安全性。隔震系统通过减少结构刚度使得结构自振周期增大，从而避开地震动卓越周期，避免了共振和接近共振现象的发生，较大程度地减少了上部结构的地震作用，从而达到了隔震的目的。
基础隔震是一种能够有效降低结构地震响应的技术手段。根据隔震层隔震装置的不同，基础隔震可分为橡胶垫基础、滑移基础隔震和混合基础隔震等多类。各类基础隔震结构地震反应的性态有所不同，但其隔震原理基本相同，都是通过隔震层削弱而不是强化上部结构与基础之间的联系，改变结构系统的动力特性，避免共振或者接近共振现象的发生，达到减少地震作用力和限制隔震层位移的目的。
在基底隔震中支座隔震是最有效的途径之一。橡胶支座和摩擦摆支座是大跨空间结构常用的两种隔震装置摩擦摆系统是应用最广泛的摩擦滑移隔震装置之一。摩擦摆支座由球面的不锈钢滑道和表面涂有聚四氟乙烯的滑塊组成，其几何构造保证滑块在滑道上滑动后能够自动复位。摩擦摆支座除具有一般平面滑动隔震系统的特点外，还具有良好地稳定性、复位功能和抗平扭能力。
②耗能减震
耗能减震技术是把结构的某些非承重构件（如支撑、剪力墙、连接构件等）设计成耗能杆件，或在某些部位（层间、空间、节点、连接缝等）安装消能装置，这些附加构件、装置、机构具有极大的效能吸震能力，在强震中能率先消耗、吸收结构的地震能量，迅速衰减结构的地震反应，保护主体结构和构件免遭破坏，确保结构在强震中的安全。而且这些附加的构件、装置、机构是非承重构件，其功能仅是在结构变形过程中发挥效能吸震作用，而不承担结构的荷载作用，对结构的承载能力和安全性不构成任何影响或威胁。
耗能装置的种类有阻尼器、耗能支撑、耗能墙等。阻尼器的种类有金属阻尼器、摩擦阻尼器、粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器、复合型阻尼器；耗能支撑的主要形式有偏心耗能支撑、摩擦耗能支撑、圆环耗能支撑；耗能墙的主要形式有带坚缝耗能墙、水平顶缝耗能墙和阻尼器耗能墙等。
③吸能减震技术
吸能减震技术是通过附加的子结构，使结构的振动发生转移，即使原结构的振动能量在原结构和子结构之间重新分配，从而达到减小结构振动的目的。附加的子结构具有质量、刚度和阻尼，因而可以调整子结构的自振频率，使其尽量接近主结构的基本频率或激振频率。这样当主结构受激励而振动时，子结构就会产生一个与主结构振动方向相反的惯性力作用在主结构上，使主结构的振动反应衰减并受到控制。
结构被动吸能减震控制的装置主要包括：调谐质量阻尼器（Turned Mass Damper，TMD）、调谐液体阻尼器（Turned Liquid Damper，TLD）、摆式质量阻尼器、质量泵、液体—质量振动控制系统（HMS）和空气阻尼器等几种，其中TMD和TLD应用较多。调谐质量阻尼器是一种有效的被动控制装置。目前，世界范围内已有许多结构安装了调谐质量阻尼器进行减震控制。它与传统的抗震设计相比，能够充分发挥结构材料本身的性能，有效地减轻震害，并且确保了居住的舒适度。
2、主动控制
结构主动控制是利用外部能源，在结构物受到外部激励而发生振动的过程中，瞬时施加控制力或瞬时改变结构的动力特性，以迅速衰竭和控制结构的振动响应的一种减振技术。
主动控制中，主动质量阻尼器（AMD）是一种有效的结构减振控制装置。与被动控制相比，AMD等主动控制方式有以下优点：提高控制的有效性；适应于多用途减振，如风震或地震；可以选择控制目标，如控制结构某个关键阵型的响应（位移、速度或加速度响应），或结构顶点位移、结构基底弯矩以及基底剪力等。
前景展望
结构振动主动控制技术及智能结构的出现，为振动控制问题的解决提供了新的手段，并大大地扩展了它的应用范围，同时也带来了一些挑战性的问题，需要对振动控制的机理作进一步的探讨，促使新的振动控制技术的产生和应用。
参考文献：
[1] 杨林，周锡元，苏幼坡，常永平，FPS摩擦摆隔震体系振动台试验研究与理论分析，[J]，特种结构，2005，22（4），43-46.
[2] 邹宏德，蓝宗建，FPS动力参数对新型巨型框架减震结构性能的影响，[J]，湖南城市学院学报，2005，14（3），1-4.
[3] 蓝宗建，邹宏德，梁书亭，戴航，钢筋混凝土巨型框架多功能减震结构地震反应分析，[J]，建筑结构学报，2001，22（4）。
[4] 薛素铎，张毅刚，曹资，李雄彦。三十年来我国空间结构抗震研究的发展与展望
[5] 赵伟，摩擦摆支座在网壳结构中的隔震研究[D].北京，北京工业大学2007.