專利名稱：一種屋面隔熱板改裝的綠色tmd多維減震裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種屋面隔熱板改裝的綠色TMD多維減震裝置，該裝置在保證建筑結(jié)構(gòu)屋面有效隔熱的前提下，結(jié)合綠色環(huán)保建筑的宗旨，實現(xiàn)了建筑結(jié)構(gòu)的多維減隔震目標。
背景技術(shù)：
地震是能量巨大且嚴重危害人類的自然災(zāi)害之一，給人類造成了非常慘重的生命財產(chǎn)損失。據(jù)統(tǒng)計，地球上平均每年發(fā)生震級為8級以上、震中烈度11度以上的毀滅性地震2次；震級為7級以上、震中烈度在9度以上的大地震不下20次；震級在2.5級以上的有感地震在15萬次以上。在頻繁的地震災(zāi)害作用下，房屋或類似建筑結(jié)構(gòu)需要在滿足使用功能要求的同時，也保持足夠承載力?，F(xiàn)代振動控制理論對減震技術(shù)的研究主要針對水平地震作用，然而大量地震記錄表明，豎向地震峰值加速度與水平地震加速度比值為1/2 2/3，因此建筑結(jié)構(gòu)豎向地震作用也需重點關(guān)注。建筑結(jié)構(gòu)的多維減隔震成為了學(xué)術(shù)界與工程界的一個熱點與難題。調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(Toned Mass Damper,簡稱TMD)是國內(nèi)外研究較早的一種振動控制方式，且在研究與應(yīng)用中均取得了有效的成果。其原理在于:當主結(jié)構(gòu)受激振動時，子結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生一個與主結(jié)構(gòu)振動方向相反的慣性力，使得主結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)衰減而達到減震控制的目標。由于TMD構(gòu)造簡單、經(jīng)濟、減震效果較好，目前已被廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)的振動控制中。隨著資源節(jié)約與環(huán)境保護的國家發(fā)展戰(zhàn)略政策的執(zhí)行，綠色環(huán)保理念勢必會成為土木結(jié)構(gòu)設(shè)計的熱點和潮流。綠色土木結(jié)構(gòu)可提高城市綠化覆蓋率，減輕城市污染，使人類生活更加親近自然。兩千多年前的古巴比倫空中花園是現(xiàn)代屋頂植被種植的雛形。近幾十年，美國、日本等國家也開展了屋頂植被的種植與研究工作，并逐漸得到較為廣泛的應(yīng)用。2005年，我國武漢理工大學(xué)提出在高層建筑屋頂建造花園并與調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)系統(tǒng)結(jié)合實現(xiàn)高層建筑的消能減震，然而其未體現(xiàn)利用已有設(shè)備或設(shè)施實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)消能減震的思想。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:為了改善建筑結(jié)構(gòu)的減震能力，本發(fā)明提供了一種屋面隔熱板改裝的綠色TMD多維減震裝置，實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的多維減震效果。發(fā)明內(nèi)容:一種屋面隔熱板改裝的綠色TMD多維減震裝置，它包括屋面隔熱板、水生植物、縱向彈簧單元、縱向阻尼器單元、限位裝置、混凝土樓蓋、混凝土擋墻、橫向彈簧單元、橫向阻尼器單元；其中，種植有水生植物的屋面隔熱板豎向通過縱向彈簧單元、縱向阻尼器單元與混凝土樓蓋連接，邊緣屋面隔熱板水平向通過橫向彈簧單元、橫向阻尼器單元與混凝土擋墻連接，相鄰的屋面隔熱板之間水平向通過限位裝置連接。其中，所述的限位裝置包括第一半結(jié)構(gòu)和第二半結(jié)構(gòu)，兩個半結(jié)構(gòu)均具有一板狀的主體，主體的相對兩端分別形成第一端和第二端；第一半結(jié)構(gòu)的主體中部具有缺口，第二半結(jié)構(gòu)的主體稍窄于第一半結(jié)構(gòu)主體中部的缺口、并從第一半結(jié)構(gòu)的缺口中穿過；兩個主體的中部銷軸連接，并且兩個主體可以相互繞轉(zhuǎn)；兩個半結(jié)構(gòu)的第一端分別形成鉤持結(jié)構(gòu)，用以固定在一屋面隔熱板上；兩個半結(jié)構(gòu)的第二端分別設(shè)有螺孔，通過高強螺栓固定在另一屋面隔熱板上，從而實現(xiàn)兩個隔熱板的互連。其中，為了使限位裝置能在互連中提供足夠的彈性和回復(fù)力，在第一半結(jié)構(gòu)和第二半結(jié)構(gòu)的第一端之間還設(shè)有限位彈簧，第一半結(jié)構(gòu)和第二半結(jié)構(gòu)的第二端之間也對稱地設(shè)置有限位彈簧；或者在第一半結(jié)構(gòu)和第二半結(jié)構(gòu)的銷軸上設(shè)置扭簧。其中，屋面隔熱板為設(shè)有凹槽的混凝土預(yù)制板，凹槽內(nèi)種植有水生植物。有益效果:綜上所述，本發(fā)明中結(jié)合水生植物可提高屋面隔熱板的隔熱性能，該減震系統(tǒng)利用屋面隔熱板、彈簧單元與阻尼器單元在水平向與豎向均形成了 TMD減震系統(tǒng)，利用建筑結(jié)構(gòu)原有的附屬設(shè)施達到了減弱地震作用的效果，可實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)多維減震的目標，在建筑業(yè)的裝配整體式結(jié)構(gòu)具有廣泛的應(yīng)用前景與實用價值。本發(fā)明的限位裝置可以保證屋面隔熱板在正常使用時的平面內(nèi)具有足夠的剛度，且在地震作用下不會發(fā)生碰撞，可使所有相鄰屋面板協(xié)同工作。


圖1是本發(fā)明一實施例的結(jié)構(gòu)剖面圖；圖2是圖1實施例在邊緣屋面隔熱板的大樣圖；圖3是圖1實施例中限位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3中限位裝置的第一半結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖5是圖3中限位裝置的第一半結(jié)構(gòu)的主視圖；圖6是圖3中限位裝置的第一半結(jié)構(gòu)的后視圖；圖7是圖3中限位裝置的第二半結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖8是圖3中限位裝置的第二半結(jié)構(gòu)的主視圖；圖9是圖3中限位裝置的第二半結(jié)構(gòu)的后視圖；圖中有:屋面隔熱板1、水生植物2、縱向彈簧單元3、縱向阻尼器單元4、限位裝置
5、混凝土樓蓋6、混凝土擋墻7、橫向彈簧單元8、橫向阻尼器單元9、第一半結(jié)構(gòu)10、第二半結(jié)構(gòu)11、限位彈簧12、高強螺栓13。
具體實施例方式為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合實施例與附圖對本發(fā)明作進一步的說明，實施方式提及的內(nèi)容并非對本發(fā)明的限定。本實施例的減震系統(tǒng)設(shè)置在建筑結(jié)構(gòu)的屋蓋上，并利用屋面隔熱板改裝的TMD減震裝置提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，同時提高其隔熱保溫功能。如圖1至圖2所示，本發(fā)明的屋面隔熱板改裝的綠色TMD多維減震裝置設(shè)置在建筑物的混凝土樓蓋6上，水平方向的最外側(cè)設(shè)置在建筑物的混凝土擋墻7上，從而使減震系統(tǒng)穩(wěn)定地設(shè)置在建筑物上。屋面隔熱板改裝的綠色TMD多維減震裝置主要包括若干屋面隔熱板1、水生植物2、縱向彈簧單元3、縱向阻尼器單元4、限位裝置5、橫向彈簧單元8和橫向阻尼器單元9。以下具體說明本發(fā)明的組裝關(guān)系。
如圖1所示，相鄰的屋面隔熱板I之間通過限位裝置5互連成整體，并且相互之間可以允許一定的相對位移。屋面隔熱板I選用設(shè)有凹槽的混凝土預(yù)制板，凹槽內(nèi)可種植水生植物2。由于水的比熱容較大，故可提高預(yù)制板的隔熱效果；此外，也可以通過調(diào)整水生植物2而對單塊屋面隔熱板I進行質(zhì)量調(diào)整。屋面隔熱板I下部與混凝土樓蓋6通過縱向彈簧單元3和縱向阻尼器單元4連接。如圖2所示，混凝土樓蓋I上還砌有混凝土擋墻7，混凝土擋墻7與屋面隔熱板I的邊緣通過橫向彈簧單元8與橫向阻尼器單元9連接。這樣，屋面隔熱板1、縱向彈簧單元3、縱向阻尼器單元4、橫向彈簧單元8與橫向阻尼器單元9在水平向、豎向均形成了 TMD減震系統(tǒng)，可實現(xiàn)建筑物多維減震的效果。改裝的屋面隔熱板I所形成的質(zhì)量塊的振蕩與建筑主結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)總是保持異相，質(zhì)量塊總能在主結(jié)構(gòu)上作用一個與主結(jié)構(gòu)運動相反的慣性力，使主結(jié)構(gòu)水平向、豎向及扭轉(zhuǎn)位移響應(yīng)大幅度降低。在實施例中，縱向彈簧單元3、橫向彈簧單元8用來限定減震系統(tǒng)在豎直/水平方向上的位移范圍，并使屋面隔熱板I在發(fā)生位移后能回復(fù)原位。其它具有彈性支撐/復(fù)位的結(jié)構(gòu)或組合也可以達到同等效果。上述TMD減震系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)由結(jié)構(gòu)模態(tài)分析獲取的基頻決定，根據(jù)位移限值選擇合適參數(shù)的彈簧單元并確定其數(shù)量，通過數(shù)值分析確定該TMD減震系統(tǒng)應(yīng)具有的阻尼參數(shù)，通過此類參數(shù)選用合適的阻尼器單元。限位裝置5用以保證減震系統(tǒng)在平面內(nèi)具有足夠的剛度，且在地震作用下相鄰屋面板不會發(fā)生碰撞，使所有相鄰的屋面隔熱板I協(xié)同工作。圖3至圖9詳細揭示了限位裝置5的構(gòu)造。限位裝置5包括第一半結(jié)構(gòu)10和第二半結(jié)構(gòu)11，兩個半結(jié)構(gòu)均具有一板狀的主體，主體的相對兩端分別形成第一端和第二端，第一端和第二端可以固定到隔熱板上。具體地，第一半結(jié)構(gòu)10的主體中部具有缺口，第二半結(jié)構(gòu)11的主體稍窄于第一半結(jié)構(gòu)主體中部的缺口、并從第一半結(jié)構(gòu)10的缺口中穿過。兩個主體的中部穿設(shè)一銷軸(未示出)而形成十字交叉結(jié)構(gòu)，并且可以相互繞轉(zhuǎn)。兩個半結(jié)構(gòu)的第一端分別形成鉤持結(jié)構(gòu)，用以固定在一屋面隔熱板I上；兩個第二端分別設(shè)有螺孔，通過高強螺栓13固定在另一屋面隔熱板I上，從而實現(xiàn)兩個隔熱板的互連。為了使限位裝置5能在互連中提供足夠的彈性和回復(fù)力，在第一半結(jié)構(gòu)10和第二半結(jié)構(gòu)11的第一端之間還設(shè)有限位彈簧12,第一半結(jié)構(gòu)10和第二半結(jié)構(gòu)11的第二端之間也對稱地設(shè)置限位彈簧12。所述的限位彈簧12為壓縮彈簧，第一半結(jié)構(gòu)10和第二半結(jié)構(gòu)11的第一端和第二端兩端的壓縮彈簧分別處于相反的工作狀態(tài)，即一端的壓縮彈簧處于拉伸狀態(tài)，則另一端的壓縮彈簧處于壓縮狀態(tài)以實現(xiàn)限位裝置5的彈性穩(wěn)定?；蛘撸瑸榱耸瓜尬谎b置5能在互連中提供足夠的彈性和回復(fù)力，第一半結(jié)構(gòu)10和第二半結(jié)構(gòu)11的銷軸上設(shè)有扭簧。本實施例將屋面隔熱板I進行改裝，設(shè)計了一種綠色TMD多維減震系統(tǒng)，利用建筑結(jié)構(gòu)原有的附屬設(shè)施達到了減弱地震作用的效果。水生植物2的引入既可以調(diào)節(jié)減震系統(tǒng)的質(zhì)量，同時又可改善隔熱板I的隔熱性能，并能綠化屋面，使屋面兼?zhèn)錅p震效果、隔熱與觀賞功能。隨著建筑工業(yè)化的發(fā)展，裝配整體式結(jié)構(gòu)日趨產(chǎn)業(yè)化，而本實施例在保持裝配整體式結(jié)構(gòu)優(yōu)勢的同時，提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能，因此將此裝置應(yīng)用于裝配整體式結(jié)構(gòu)具有廣泛的應(yīng)用前景與實用價值。本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進，這些改進也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種屋面隔熱板改裝的綠色TMD多維減震裝置，其特征在于:它包括屋面隔熱板(I)、水生植物(2 )、縱向彈簧單元(3 )、縱向阻尼器單元(4)、限位裝置(5 )、混凝土樓蓋(6 )、混凝土擋墻(7 )、橫向彈簧單元(8 )、橫向阻尼器單元(9 ); 其中，種植有水生植物(2)的屋面隔熱板(I)豎向通過縱向彈簧單元(3)、縱向阻尼器單元(4)與混凝土樓蓋(6)連接，屋面隔熱板(I)水平向通過橫向彈簧單元(8)、橫向阻尼器單元(9)與混凝土擋墻(7)連接，相鄰的屋面隔熱板(I)之間通過限位裝置(5)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屋面隔熱板改裝的綠色TMD多維減震裝置，其特征在于:所述的限位裝置(5)包括第一半結(jié)構(gòu)(10)和第二半結(jié)構(gòu)(11 )，兩個半結(jié)構(gòu)均具有一板狀的主體，主體的相對兩端分別形成第一端和第二端；第一半結(jié)構(gòu)(10)的主體中部具有缺口，第二半結(jié)構(gòu)(11)的主體稍窄于第一半結(jié)構(gòu)主體中部的缺口、并從第一半結(jié)構(gòu)(10)的缺口中穿過；兩個主體的中部銷軸連接，并且兩個主體可以相互繞轉(zhuǎn)；兩個半結(jié)構(gòu)的第一端分別形成鉤持結(jié)構(gòu)，用以固定在一屋面隔熱板(I)上；兩個半結(jié)構(gòu)的第二端分別設(shè)有螺孔，通過高強螺栓(13)固定在另一屋面隔熱板(I)上，從而實現(xiàn)兩個隔熱板的互連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的屋面隔熱板改裝的綠色TMD多維減震裝置，其特征在于:第一半結(jié)構(gòu)(10)和第二半結(jié)構(gòu)(11)的第一端之間還設(shè)有限位彈簧(12),第一半結(jié)構(gòu)(10)和第二半結(jié)構(gòu)(11)的第二端之間也對稱地設(shè)置有限位彈簧(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的屋面隔熱板改裝的綠色TMD多維減震裝置，其特征在于:第一半結(jié)構(gòu)(10)和第二半結(jié)構(gòu)(11)的銷軸上設(shè)置扭簧。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屋面隔熱板改裝的綠色TMD多維減震裝置，其特征在于:屋面隔熱板(I)為設(shè)有凹槽的混凝土預(yù)制板，凹槽內(nèi)種植有水生植物(2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種建筑物的減震系統(tǒng)，基于采用已有設(shè)備進行建筑結(jié)構(gòu)消能減震的理念，通過特制的屋面隔熱板作為TMD的質(zhì)量部分，采用屋面隔熱板凹槽中種植水生植物進行質(zhì)量調(diào)整，達到設(shè)計TMD質(zhì)量參數(shù)。屋面隔熱板之間水平向通過限位裝置實現(xiàn)連接，該限位裝置采用拉壓彈簧實現(xiàn)其彈性穩(wěn)定，使屋面隔熱板水平向形成整體且在地震作用下相鄰屋面隔熱板不會發(fā)生碰撞。屋面隔熱板豎直方向通過彈簧單元與混凝土樓蓋連接，形成豎向的TMD減震裝置；邊緣的屋面隔熱板通過彈簧單元與混凝土擋墻連接，使整體形成水平向的TMD減震裝置。本發(fā)明可以實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)多維減震的效果。
文檔編號E04B1/98GK103174264SQ20131009748
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月25日
發(fā)明者陶天友, 王浩, 郭彤 申請人:東南大學(xué)