[發(fā)明專利]一種超高層建筑VD-MTLCD風(fēng)振控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310501037.8
• 申請(qǐng)日: 2013-10-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103541456A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙昕;林楨杉;董耀旻;余天意;周瑛;江祥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司
• 主分類號(hào): E04B1/98
• 分類號(hào): E04B1/98
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

技術(shù)領(lǐng)域

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)

超高層建筑結(jié)構(gòu)自振周期較長(zhǎng)，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(lái)重大損失。?

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(duì)于超高地標(biāo)性建筑的渴望，超高層建筑越來(lái)越多的出現(xiàn)。由于風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的作用，超高層建筑設(shè)計(jì)中需要考慮的問(wèn)題主要有：?

1）防止結(jié)構(gòu)或構(gòu)件過(guò)大的撓度或變形，避免由此引起的外墻、外裝飾材料的損壞；?

2）避免過(guò)大的風(fēng)振使用戶產(chǎn)生不舒適感；?

3）避免反復(fù)風(fēng)振動(dòng)或極端風(fēng)作用使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件發(fā)生損壞。?

目前超高層建筑設(shè)計(jì)中，常通過(guò)剛度設(shè)計(jì)來(lái)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(guò)大的撓度或變形。隨著業(yè)主對(duì)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。?

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(kāi)四次方根成正比，通過(guò)提高結(jié)構(gòu)剛度的方式降低加速度響應(yīng)的效率太低。?

對(duì)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(dòng)控制。?

目前國(guó)內(nèi)外高層建筑風(fēng)振控制的實(shí)際應(yīng)用中，較為常見(jiàn)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(dòng)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）。?

在目前常見(jiàn)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(dòng)控制是一種經(jīng)濟(jì)性的被動(dòng)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。?

TLD是一種矩形、圓柱形或圓環(huán)形的水箱，利用液體運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)水箱內(nèi)的水晃動(dòng)，這種晃動(dòng)所引起的水平慣性力對(duì)水箱壁的作用構(gòu)成了其對(duì)結(jié)構(gòu)的激振力，從而減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)。后來(lái)有研究人員提出了多調(diào)頻液柱阻尼器（Multiple?Tuned?Liquid?Column?Damper，MTLCD），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。?

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(wú)法設(shè)置體積過(guò)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(wú)法充分利用上述特點(diǎn)。?

發(fā)明內(nèi)容

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。?

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：?

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。?

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。?

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(dòng)阻尼的隔板。?

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(wàn)、長(zhǎng)度系數(shù)α和隔板阻塞系數(shù)ξ。?

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(duì)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)。?