超高層建筑混合風(fēng)振控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種超高層建筑混合風(fēng)振控制系統(tǒng)，包括調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和調(diào)諧液體阻尼器，所述的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和調(diào)諧液體阻尼器均至少設(shè)置一個，豎直分布在超高層建筑的若干樓層中，調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和調(diào)諧液體阻尼器的結(jié)構(gòu)參數(shù)被配置為使超高層建筑的位移、速度和加速度達(dá)到最小。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型將調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和調(diào)諧液體阻尼器相結(jié)合，充分利用調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的高效性和調(diào)諧液體阻尼器的經(jīng)濟(jì)性，共同減少建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)，提高建筑的抗風(fēng)振性能，具有安全可靠、低投入、高效率等優(yōu)點。
【專利說明】超高層建筑混合風(fēng)振控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種建筑用風(fēng)振控制裝置，尤其是涉及一種超高層建筑混合風(fēng)振 控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 超高層建筑結(jié)構(gòu)自振周期較長，接近風(fēng)荷載的卓越周期，屬于風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)。由于超 高層高、柔的特點，如果設(shè)計中風(fēng)振考慮不足，輕則影響用戶正常使用，重則發(fā)生工程損傷 和破壞,給人們的生命財產(chǎn)帶來重大損失。
[0003] 由于城市建設(shè)中節(jié)約土地的需求、高強(qiáng)輕質(zhì)材料的發(fā)展、設(shè)計與施工技術(shù)的提高 以及人們對于超高地標(biāo)性建筑的渴望，超高層建筑越來越多的出現(xiàn)。由于風(fēng)對結(jié)構(gòu)的作用， 超高層建筑設(shè)計中需要考慮的問題主要有：
[0004] 1)防止結(jié)構(gòu)或構(gòu)件過大的撓度或變形，避免由此引起的外墻、外裝飾材料的損 壞；
[0005] 2)避免過大的風(fēng)振使用戶產(chǎn)生不舒適感；
[0006] 3)避免反復(fù)風(fēng)振動或極端風(fēng)作用使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件發(fā)生損壞。
[0007] 目前超高層建筑設(shè)計中，常通過剛度設(shè)計來控制結(jié)構(gòu)的層間位移角，從而有效地 防止結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生過大的撓度或變形。隨著業(yè)主對居住舒適性要求的提高，超高層建筑 結(jié)構(gòu)的風(fēng)振控制愈發(fā)重要。
[0008] 隨著建筑高度的增加，結(jié)構(gòu)的剛度不斷下降，由于加速度響應(yīng)與結(jié)構(gòu)剛度開四次 方根成正比，通過提高結(jié)構(gòu)剛度的方式降低加速度響應(yīng)的效率太低。
[0009] 對于超高層建筑（高度大于500米）而言，比較有效地改善舒適度的方法是采用 附加阻尼器進(jìn)行振動控制。
[0010] 目前國內(nèi)外高層建筑風(fēng)振控制的實際應(yīng)用中，較為常見的控制裝置大致有以下幾 種：1、粘彈性阻尼器，2、液體粘滯阻尼器，3、調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（Tuned Mass Damper，TMD)， 4、主動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（Active Tuned Mass Damper, ATMD)，5、調(diào)諧液體阻尼器（Tuned Liquid Damper，TLD)，6、調(diào)諧液柱阻尼器（Tuned Liquid Column Damper，TLCD)。
[0011] 在目前常見的幾種風(fēng)振阻尼器中，利用TMD進(jìn)行結(jié)構(gòu)振動控制是一種高效性的被 動控制方法。TMD由質(zhì)塊、彈簧和阻尼系統(tǒng)組成，當(dāng)結(jié)構(gòu)在外激勵作用下產(chǎn)生振動時，帶動 TMD系統(tǒng)一起振動，TMD系統(tǒng)產(chǎn)生的慣性力反作用到結(jié)構(gòu)上對主結(jié)構(gòu)的振動產(chǎn)生調(diào)諧作用， 從而達(dá)到減小結(jié)構(gòu)振動反應(yīng)的目的。后來國內(nèi)外學(xué)者針對單個TMD系統(tǒng)的理論和技術(shù)方 法，提出了多調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（Multiple Tuned Mass Damper，MTMD)，MTMD系統(tǒng)可對受較寬 頻帶的外激勵的結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動控制，效果明顯?，F(xiàn)階段國內(nèi)外學(xué)者對TMD系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn) 和擴(kuò)展，形成了利用結(jié)構(gòu)內(nèi)部的設(shè)備、裝置等作為質(zhì)量體對結(jié)構(gòu)的振動能量進(jìn)行消耗，簡稱 ETMD。此系統(tǒng)克服了 TMD系統(tǒng)需要增加額外質(zhì)量的不足，減輕了系統(tǒng)承擔(dān)的負(fù)擔(dān)，目前該系 統(tǒng)主要被應(yīng)用于海洋平臺的振動控制。
[0012] 在目前常見的幾種風(fēng)振阻尼器中，利用高層建筑中的水箱進(jìn)行結(jié)構(gòu)振動控制是一 種經(jīng)濟(jì)性的被動控制方法。目前利用固定水箱進(jìn)行減振的研究成果主要包括TLD和TLCD。
[0013] TLD是一種矩形、圓柱形或圓環(huán)形的水箱，利用液體運(yùn)動時的側(cè)壓力提供減振力。 TLCD是一種成U型的等截面管狀水箱，管道中間安設(shè)有一個增加液體運(yùn)動阻尼的隔板，水 箱下部直接固定在結(jié)構(gòu)上，當(dāng)結(jié)構(gòu)受振時帶動水箱內(nèi)的水晃動，這種晃動所引起的水平慣 性力對水箱壁的作用構(gòu)成了其對結(jié)構(gòu)的激振力，從而減小結(jié)構(gòu)振動。后來有研究人員提出 了多調(diào)頻液柱阻尼器（Multiple Tuned Liquid Column Damper, MTIXD)，研究結(jié)果表明其 具有較好的控制效果，但這種風(fēng)振控制系統(tǒng)的所有水箱均設(shè)置在同一樓層。
[0014] 由于考慮抗震、抗風(fēng)、經(jīng)濟(jì)性以及建筑美觀的緣故，超高層建筑的平面通常隨著樓 層的增高而逐漸縮小。然而，這使得頂部的結(jié)構(gòu)樓層無法設(shè)置體積過大的TLCD或MTLCD， 從而嚴(yán)重限制了其在工程中的應(yīng)用。此外，一般高度高層建筑通常只在建筑頂部設(shè)置單 個消防水箱，隨著建筑高度的增加，超高層建筑通常沿建筑高度不同分區(qū)設(shè)置多個消防水 箱。為了充分利用上述特點，有研究人員提出沿堅向分布的多調(diào)頻液柱阻尼器（Vertical Dimension-Multiple Tuned Liquid Column Damper, VD-MTLCD)〇


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種安全可靠、 低投入、高效率的超高層建筑混合風(fēng)振控制系統(tǒng)。
[0016] 本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0017] 一種超高層建筑混合風(fēng)振控制系統(tǒng)，包括調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和調(diào)諧液體阻尼器，所 述的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和調(diào)諧液體阻尼器均至少設(shè)置一個，堅直分布在超高層建筑的若干樓 層中。
[0018] 所述的超高層建筑包括需要進(jìn)行風(fēng)振控制的筒體結(jié)構(gòu)體系、伸臂結(jié)構(gòu)體系、巨型 結(jié)構(gòu)體系中的一種或多種。
[0019] 所述的調(diào)諧液體阻尼器為具有調(diào)諧液體阻尼器功能的消防水箱。
[0020] 調(diào)整，得到使超高層建筑各層的位移、速度和加速度達(dá)到最小的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
[0021] 所述的調(diào)諧液體阻尼器包括TLD或TIXD。
[0022] 所述的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器設(shè)置多個，多個調(diào)諧質(zhì)量阻尼器設(shè)置在超高層建筑的同一 高度處。
[0023] 所述的調(diào)諧液體阻尼器設(shè)置多個，多個調(diào)諧液體阻尼器設(shè)置在超高層建筑的同一 高度處或堅向分布在超高層建筑的多個樓層中。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點：
[0025] 1、本實用新型將調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和調(diào)諧液體阻尼器相結(jié)合，充分利用調(diào)諧質(zhì)量阻 尼器的高效性和調(diào)諧液體阻尼器的經(jīng)濟(jì)性，共同減少建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)，提高建筑的抗風(fēng) 振性能；
[0026] 2、本實用新型是一種安全可靠、低投入、高效率的風(fēng)振控制裝置，可以很好地滿足 工程建筑發(fā)展需要，能夠更好地適應(yīng)現(xiàn)代超高層建筑的發(fā)展要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1為本實用新型的原理示意圖；
[0028] 其中，（la)沒有設(shè)置阻尼器，（Ib)僅146層設(shè)置TLCD，（Ic)僅147層設(shè)置TMD， (Id)設(shè)置本實用新型的HTD混合控制；
[0029] 圖2為本實用新型的一種調(diào)諧液體阻尼器示意圖；
[0030] 圖3為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖4為本實用新型的另一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖5為實施例中建筑模型在不同調(diào)頻比與不同質(zhì)量TLCD下的減振系數(shù)比較曲線 圖；
[0033] 圖6為實施例中建筑模型在不同阻塞系數(shù)與不同質(zhì)量TLCD下的減振系數(shù)比較曲 線圖；
[0034] 圖7為實施例中建筑模型在147層（623m高）設(shè)置TMD時的風(fēng)振加速度時程曲線 圖；
[0035] 圖8為實施例中建筑模型在146層（617m高）設(shè)置TIXD時的風(fēng)振加速度時程曲 線圖；
[0036] 圖9為實施例中建筑模型設(shè)置HTD混合控制時（146層設(shè)置TIXD、147層設(shè)置TMD) 的風(fēng)振加速度時程曲線圖；
[0037] 圖10為實施例中建筑模型結(jié)構(gòu)頂層141層（598m高）加速度頻譜分析結(jié)果曲線 圖；
[0038] 其中，（IOa)沒有設(shè)置阻尼器，（IOb)僅146層設(shè)置TLCD，（IOc)僅147層設(shè)置TMD， (IOd)設(shè)置HTD混合控制；
[0039] 圖11為實施例中建筑模型在沒有設(shè)置阻尼器、僅146層設(shè)置TIXD、僅147層設(shè)置 TIXD設(shè)置HTD混合控制情況下一階附近加速度頻譜比較曲線圖。

【具體實施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。本實施例以本實用新型 技術(shù)方案為前提進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保 護(hù)范圍不限于下述的實施例。
[0041] 本實用新型實施例提供一種超高層建筑混合風(fēng)振控制系統(tǒng)（HTD混合控制系統(tǒng)）， 其原理如圖1所示，其中，（Ia)表示將超高層建筑簡化后得到的質(zhì)點串模型，記為"結(jié)構(gòu)1"， (Ib)表示在"結(jié)構(gòu)1"上僅布置TMD，此時整體體系亦可視為質(zhì)點串模型，記為"結(jié)構(gòu)2"，（Ic) 表示在"結(jié)構(gòu)1"上僅布置TL(C)D,此時整體體系亦可視為質(zhì)點串模型，記為"結(jié)構(gòu)3"，（Id) 有兩種含義：一是表示在"結(jié)構(gòu)2"上僅布置TL(C)D,此時整體體系亦可視為質(zhì)點串模型，記 為"結(jié)構(gòu)4"，二是表示在"結(jié)構(gòu)3"上僅布置TMD，此時整體體系亦可視為質(zhì)點串模型，記為 "結(jié)構(gòu)4"。
[0042] 如圖3-圖4所示，本實用新型實施例提供的超高層建筑混合風(fēng)振控制系統(tǒng)包括調(diào) 諧質(zhì)量阻尼器3和調(diào)諧液體阻尼器，調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和調(diào)諧液體阻尼器均至少設(shè)置一個， 堅直分布在超高層建筑1的若干樓層中，調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和調(diào)諧液體阻尼器的結(jié)構(gòu)參數(shù)被 配置為使超高層建筑的位移、速度和加速度達(dá)到最小，進(jìn)行參數(shù)配置時，考慮調(diào)諧質(zhì)量阻尼 器和調(diào)諧液體阻尼器的相互作用，采用控制變量法，對調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和調(diào)諧液體阻尼器 的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。所述的超高層建筑1包括需要進(jìn)行風(fēng)振控制的筒體結(jié)構(gòu)體系、伸臂 結(jié)構(gòu)體系、巨型結(jié)構(gòu)體系中的一種或多種。所述的調(diào)諧液體阻尼器包括TLD2或TLCDLTLD2 為一種矩形、圓柱形或圓環(huán)形的具有調(diào)諧液體阻尼器功能的水箱，TLCD4為U型等截面管 狀、具有調(diào)諧液體阻尼器功能的水箱，如圖2所示。
[0043] 本實用新型對水箱的設(shè)計參數(shù)給出了一組設(shè)計參考值，具體見表1。需要注意的 是，表1中的參考值為常見優(yōu)化參考值，對于某些工程，各設(shè)計參數(shù)的取值范圍可以進(jìn)行一 定程度地擴(kuò)大。
[0044]表 1

【權(quán)利要求】
1. 一種超高層建筑混合風(fēng)振控制系統(tǒng)，其特征在于，包括調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和調(diào)諧液體 阻尼器，所述的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和調(diào)諧液體阻尼器均至少設(shè)置一個，堅直分布在超高層建 筑的若干樓層中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高層建筑混合風(fēng)振控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的超 高層建筑包括需要進(jìn)行風(fēng)振控制的筒體結(jié)構(gòu)體系、伸臂結(jié)構(gòu)體系、巨型結(jié)構(gòu)體系中的一種 或多種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高層建筑混合風(fēng)振控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的調(diào) 諧液體阻尼器為具有調(diào)諧液體阻尼器功能的消防水箱。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高層建筑混合風(fēng)振控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的調(diào) 諧液體阻尼器包括TLD或TIXD。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高層建筑混合風(fēng)振控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的調(diào) 諧質(zhì)量阻尼器設(shè)置多個，多個調(diào)諧質(zhì)量阻尼器設(shè)置在超高層建筑的同一高度處。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高層建筑混合風(fēng)振控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的調(diào) 諧液體阻尼器設(shè)置多個，多個調(diào)諧液體阻尼器設(shè)置在超高層建筑的同一高度處或堅向分布 在超高層建筑的多個樓層中。
【文檔編號】E04B1/98GK204098271SQ201420553346
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】丁潔民, 王立林, 鄭毅敏, 趙昕, 林禎杉 申請人:同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團(tuán))有限公司