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一種超高層建筑vd-mtlcd風(fēng)振控制系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:1882440閱讀:240來源:國知局
一種超高層建筑vd-mtlcd風(fēng)振控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超高層建筑VD-MTLCD風(fēng)振控制系統(tǒng),超高層建筑設(shè)置有多個(gè)具有調(diào)頻液柱阻尼器功能的消防水箱,所述的多個(gè)消防水箱豎向分布在超高層建筑上,所述的消防水箱為U型等截面管狀水箱。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明利用具有調(diào)頻液柱阻尼器功能的消防水箱減少建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng),提高建筑的抗風(fēng)性能,具有低投入、高效率等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】—種超高層建筑VD-MTLCD風(fēng)振控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種建筑風(fēng)振控制系統(tǒng),尤其是涉及一種超高層建筑VD-MTLCD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(diǎn),如果設(shè)計(jì)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(cái)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(jì)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(jì)中需要考慮的問題主要有:
[0004]I)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(jì)中,常通過剛度設(shè)計(jì)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(shí)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(TunedLiquid 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。
[0012]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(shí)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(gè)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(shí)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。
[0013]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(gè)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(gè)消防水箱?,F(xiàn)有的TLCD減振技術(shù)無法充分利用上述特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明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低投入、高效率的超高層建筑VD-MTLCD (豎向分布型調(diào)頻液柱阻尼器)風(fēng)振控制系統(tǒng),利用具有調(diào)頻液柱阻尼器功能的消防水箱減少建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng),提高建筑的抗風(fēng)振性能。
[0015]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0016]一種超高層建筑VD-MTLCD風(fēng)振控制系統(tǒng),超高層建筑設(shè)置有多個(gè)具有調(diào)頻液柱阻尼器功能的消防水箱,所述的多個(gè)消防水箱豎向分布在超高層建筑上,所述的消防水箱為U型等截面管狀水箱。
[0017]所述的超高層建筑包括筒體結(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。
[0018]所述的消防水箱的管道中間安設(shè)有用于增加液體運(yùn)動阻尼的隔板。
[0019]所述的具有調(diào)頻液柱阻尼器功能的消防水箱的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括質(zhì)量比μ、頻率比f、長度系數(shù)α和隔板阻塞系數(shù)ξ。
[0020]所述的消防水箱的結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)以下步驟進(jìn)行優(yōu)化:
[0021]I)根據(jù)超高層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和建筑的給水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)消防水箱的豎向分布位置;
[0022]2)設(shè)定各消防水箱結(jié)構(gòu)參數(shù)的初始值;
[0023]3)對各消防水箱的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行調(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)。
[0024]所述的步驟2)中,質(zhì)量比的初始值根據(jù)給水排水系統(tǒng)確定;頻率比的初始值為
0.9~1.1 ;長度系數(shù)的初始值為0.8~0.9 ;隔板阻塞系數(shù)初始值通過以下步驟計(jì)算:
[0025]201)隔板阻塞系數(shù)取O~100間的任意值;
[0026]202)用式(I)計(jì)算TIXD的等效線性阻尼,并代入式(2),求解消防水箱中液體的位移、速度與加速度的時(shí)程和超高層建筑各層的位移、速度與加速度的時(shí)程:
[0027]
【權(quán)利要求】
1.一種超高層建筑VD-MTLCD風(fēng)振控制系統(tǒng),其特征在于,超高層建筑設(shè)置有多個(gè)具有調(diào)頻液柱阻尼器功能的消防水箱,所述的多個(gè)消防水箱豎向分布在超高層建筑上,所述的消防水箱為U型等截面管狀水箱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高層建筑VD-MTLCD風(fēng)振控制系統(tǒng),其特征在于,所述的超高層建筑包括筒體結(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VD-MTLCD風(fēng)振控制系統(tǒng),其特征在于,所述的消防水箱的管道中間安設(shè)有用于增加液體運(yùn)動阻尼的隔板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超高層建筑VD-MTLCD風(fēng)振控制系統(tǒng),其特征在于,所述的具有調(diào)頻液柱阻尼器功能的消防水箱的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括質(zhì)量比μ、頻率比f、長度系數(shù)α和隔板阻塞系數(shù)ξ。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種超高層建筑VD-MTLCD風(fēng)振控制系統(tǒng),其特征在于,所述的消防水箱的結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)以下步驟進(jìn)行優(yōu)化: 1)根據(jù)超高層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和建筑的給水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)消防水箱的豎向分布位置; 2)設(shè)定各消防水箱結(jié)構(gòu)參數(shù)的初始值; 3)對各消防水箱的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行調(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)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種超高層建筑VD-MTLCD風(fēng)振控制系統(tǒng),其特征在于,所述的步驟2)中,質(zhì)量比的初始值根據(jù)給水排水系統(tǒng)確定;頻率比的初始值為0.9~1.1 ;長度系數(shù)的初始值為0.8~0.9 ;隔板阻塞系數(shù)初始值通過以下步驟計(jì)算: 201)隔板阻塞系數(shù)取O~100間的任意值; 202)用式(I)計(jì)算TLCD的等效線性阻尼,并代入式(2),求解消防水箱中液體的位移、速度與加速度的時(shí)程和超高層建筑各層的位移、速度與加速度的時(shí)程:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超高層建筑VD-MTLCD風(fēng)振控制系統(tǒng),其特征在于,所述的步驟3)具體為: 301)將各結(jié)構(gòu)參數(shù)代入公式(3)進(jìn)行計(jì)算,得到在設(shè)定風(fēng)荷載作用下各消防水箱中液體的位移、速度與加速度的時(shí)程和超高層建筑各層的位移、速度與加速度的時(shí)程;
【文檔編號】E04B1/98GK103541456SQ201310501037
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】趙昕, 林楨杉, 董耀旻, 余天意, 周瑛, 江祥 申請人:同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司
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