專(zhuān)利名稱(chēng)：消能減震的建筑環(huán)形水箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種消能減震裝置，尤其是涉及一種用于建筑物的，采用液體阻尼方法 的消能減震的建筑環(huán)形水箱。
技術(shù)背景液體阻尼消能減震技術(shù)是通過(guò)"柔性消能"的途徑來(lái)吸收消耗地震(風(fēng)振)能量，迅速 衰減建筑結(jié)構(gòu)的地震(風(fēng)振)反應(yīng)。其理論研究始于1984年，眾多實(shí)驗(yàn)表明，液體阻尼消能 減震裝置是一種有效的吸振器。1987年，為了減緩日本Nagasaki機(jī)場(chǎng)塔樓的風(fēng)致振動(dòng)，在高 42m塔樓的控制室和塔樓上部樓梯間分別增設(shè)25個(gè)圓柱形水箱，每個(gè)水箱設(shè)有7個(gè)直徑 0.38m、高0.07m、水深0.048m的獨(dú)立層，水箱中液體總質(zhì)量為950kg，與塔樓的質(zhì)量比約為 0.015。經(jīng)過(guò)對(duì)比安裝前后一個(gè)月測(cè)定的數(shù)據(jù)，安裝前后整體阻尼比從0.93%提高到4.7% ， 最大風(fēng)振位移從0.79mm降到0.44mm，加速度反應(yīng)減少40%以上，即使在一年重現(xiàn)的風(fēng)速 26m/s情況下，加速度反應(yīng)仍在ISO規(guī)定的最小察覺(jué)水平以下。此后，結(jié)構(gòu)類(lèi)似的阻尼水箱 分別安置在Yokohama航海塔樓、王子飯店和Haneda機(jī)場(chǎng)塔樓上，皆獲得相似的消能減震效 果。日本Ikuchi橋塔高120m，在塔頂增設(shè)2個(gè)矩形水箱，每個(gè)水箱的邊長(zhǎng)5m，高1.3m，水 深0.8m ，液體總質(zhì)量40000kg，安裝前后整體阻尼比從0.2%提高到3.7% ，塔頂最大風(fēng)振 位移從400mm衰減到20mm，其消能減震效果凸顯。然而，現(xiàn)有液體阻尼消能減震裝置均為 附加質(zhì)量，且位于建筑結(jié)構(gòu)的中上部，勢(shì)必造成整體重心上移，由此削弱了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性， 這種負(fù)面影響是顯而易見(jiàn)的。此外，液體在受迫振動(dòng)時(shí)，慣性力導(dǎo)致液體反向移動(dòng)，其反向 力矩對(duì)減少建筑結(jié)構(gòu)的傾復(fù)力矩有不可忽視的積極作用。由于以往的設(shè)計(jì)者側(cè)重于克服風(fēng)致 振動(dòng)的影響，力求擴(kuò)大液體自由面來(lái)提高興波耗能效果，又要盡可能減小附加質(zhì)量帶來(lái)的不 利作用，因此小尺寸、淺水深的液體阻尼器成為設(shè)計(jì)的主流，這種阻尼器限制了液體移動(dòng)的 距離，其反向力矩的作用表現(xiàn)甚微。由此可見(jiàn)，現(xiàn)有的液體阻尼消能裝置對(duì)減少風(fēng)致振動(dòng)有 明顯的效果，但對(duì)減少建筑結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)是有限的。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有的液體阻尼消能減震技術(shù)所存在的缺點(diǎn)，提供一種主要用 于建筑物的，采用液體阻尼方法的消能減震的建筑環(huán)形水箱。本實(shí)用新型設(shè)有至少1個(gè)環(huán)形水箱，環(huán)形水箱設(shè)有進(jìn)水口和出水口，進(jìn)水口和出水口外 接水源。環(huán)形水箱的水平截面可為方形、圓形或橢圓形等形狀，優(yōu)選圓形。 環(huán)形水箱的垂直截面可為方形、圓形或橢圓形等形狀，優(yōu)選圓形。 環(huán)形水箱最好設(shè)至少2個(gè)，至少2個(gè)環(huán)形水箱為多環(huán)相套環(huán)形水箱。 在環(huán)形水箱中最好設(shè)置豎桿和漂浮物，尤其是非流線型豎桿和漂浮顆粒，以增加液體的 蝸旋和碎波耗能。使用時(shí)，將環(huán)形水箱水平設(shè)置在建筑結(jié)構(gòu)的頂層或/和設(shè)備轉(zhuǎn)換層上，環(huán)形水箱內(nèi)的液體 可為消防和生活用水，并與供水系統(tǒng)連接，環(huán)形水箱內(nèi)的液面高度可動(dòng)態(tài)控制在水箱高度的 1/3 3/4之間，環(huán)形水箱的蓄水量不少于建筑物消防和生活用水的最低配置量，環(huán)形水箱的 容積以蓄水體積的2倍為宜，塔式結(jié)構(gòu)體可按環(huán)形水箱內(nèi)的蓄水量與塔式結(jié)構(gòu)體總質(zhì)量的比 例為0.01設(shè)計(jì)。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)受到地震(風(fēng)振)力的作用時(shí)，水箱內(nèi)的液體會(huì)形成波浪和較大 的反向位移，使消能減震裝置進(jìn)入了非彈性階段，產(chǎn)生的阻尼吸收耗散了部分能量，在液體 興波和位移的耗能及位移產(chǎn)生的反向力矩等作用下，促使建筑結(jié)構(gòu)的周期延長(zhǎng)、加速度響應(yīng) 及振幅減小，迅速衰減地震(風(fēng)振)反應(yīng)。此外，液體的晃動(dòng)干擾了建筑結(jié)構(gòu)的自振頻率， 減小了建筑結(jié)構(gòu)在地震(風(fēng)振)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生共振效應(yīng)的幾率。本實(shí)用新型可用于建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，也可對(duì)己有的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。 本實(shí)用新型應(yīng)盡量布置在建筑結(jié)構(gòu)的頂層和中上部的設(shè)備轉(zhuǎn)換層。設(shè)置在頂層的環(huán)形水 箱可采用一環(huán)或多環(huán)(環(huán)中環(huán))，以多環(huán)為佳；頂層建筑平面長(zhǎng)寬比大于2時(shí)，宜采用多個(gè)環(huán) 并行排列方式。本實(shí)用新型的環(huán)形水箱應(yīng)盡量遠(yuǎn)離建筑結(jié)構(gòu)的中軸線，并以中軸線為基點(diǎn)對(duì)稱(chēng)分布，環(huán) 形水箱在水平方向的形狀盡可能采用圓環(huán)形。由此可見(jiàn)，與現(xiàn)有的液體阻尼消能減震裝置相比，本實(shí)用新型突出的優(yōu)點(diǎn)是-1. 充分利用必備的消防和生活用水作為阻尼介質(zhì)，且布置在對(duì)應(yīng)的高度，未給建筑結(jié)構(gòu) 增添非使用荷載(附加質(zhì)量)和提高重心位置。2. 在容積相等的各種形體中，環(huán)形水箱遠(yuǎn)比其他形體水箱細(xì)長(zhǎng)，為液體的反向移動(dòng)提供 充足的后退空間和距離，提高了阻尼耗能效果，并形成較大的反向力矩抵消部分傾復(fù)力矩。3. 環(huán)形水箱內(nèi)的大量液體產(chǎn)生了反向移動(dòng)速度，其動(dòng)量削弱了地震(風(fēng)振)力傳遞到建 筑結(jié)構(gòu)的沖量(破壞力)。4. 扁平的環(huán)形水箱具有較大的水平面積，其重心高度低于等容積的方形水箱，重心的降低意味著建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提高。5. 常規(guī)建筑結(jié)構(gòu)水箱由于布局上的原因，通常會(huì)偏離中軸線位置，這種結(jié)構(gòu)上的偏心在地震(風(fēng)振)時(shí)會(huì)導(dǎo)致不利的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)，而環(huán)形水箱可輕易回避上述問(wèn)題(建筑結(jié)構(gòu)的頂層 及設(shè)備轉(zhuǎn)移層的外圍一般都有足夠的空間)。6. 環(huán)形水箱對(duì)樓頂?shù)木植控?fù)荷較小，若設(shè)計(jì)得當(dāng)(如采用鋼板作為箱體材料)，反而減 少建筑結(jié)構(gòu)的自重及建造成本。7. 由于消防和生活用水處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，不存在水質(zhì)防腐及更換環(huán)節(jié)，對(duì)其維護(hù)保養(yǎng) 工作的設(shè)備及技術(shù)難度比其他液體阻尼消能減震裝置要簡(jiǎn)單得多。


圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1(設(shè)1個(gè)環(huán)形水箱)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例2(設(shè)2個(gè)環(huán)形水箱)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例1和2的使用狀態(tài)示意圖。圖4為圖3的A—A剖示圖。圖5為圖3的B—B剖示圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1參見(jiàn)圖l，本實(shí)用新型設(shè)有l(wèi)個(gè)圓環(huán)形水箱l，圓環(huán)形水箱l設(shè)有進(jìn)水口和出水口，進(jìn)水 口和出水口外接消防和生活用水水源，圓環(huán)形水箱l的垂直截面為圓形。在圓環(huán)形水箱1中最好設(shè)置非流線型豎桿，以增加液體的蝸旋和碎波耗能。 實(shí)施例2參見(jiàn)圖2，與實(shí)施例l類(lèi)似，其區(qū)別在于設(shè)有2個(gè)圓環(huán)形水箱2和3，圓環(huán)形水箱2和3 套設(shè)在一起。在圓環(huán)形水箱2和3中最好設(shè)置非流線型豎桿和漂浮顆粒。參見(jiàn)圖3 5，將實(shí)施例1和2使用于高層建筑，將圓環(huán)形水箱1沿著中軸線水平固置在 建筑結(jié)構(gòu)4的設(shè)備轉(zhuǎn)換層，將圓環(huán)形水箱2和3沿著中軸線水平固置在建筑結(jié)構(gòu)4的頂層。 圓環(huán)形水箱1 3內(nèi)裝有消防和生活用水5，并與供水系統(tǒng)6連接，圓環(huán)形水箱1的容積為消 防和生活用水5體積的2.5倍，圓環(huán)形水箱2和3的容積為消防和生活用水5體積的2倍。
權(quán)利要求1.消能減震的建筑環(huán)形水箱，其特征在于設(shè)有至少1個(gè)環(huán)形水箱，環(huán)形水箱設(shè)有進(jìn)水口和出水口，進(jìn)水口和出水口外接水源。
2. 如權(quán)利要求1所述的消能減震的建筑環(huán)形水箱，其特征在于環(huán)形水箱的水平截面為方 形、圓形或橢圓形。
3. 如權(quán)利要求1所述的消能減震的建筑環(huán)形水箱，其特征在于環(huán)形水箱的垂直截面為方 形、圓形或橢圓形。
4. 如權(quán)利要求1所述的消能減震的建筑環(huán)形水箱，其特征在于環(huán)形水箱設(shè)至少2個(gè)，至 少2個(gè)環(huán)形水箱為多環(huán)相套環(huán)形水箱。
5. 如權(quán)利要求1或2或3或4所述的消能減震的建筑環(huán)形水箱，其特征在于在環(huán)形水箱 中設(shè)置豎桿和漂浮物。
專(zhuān)利摘要消能減震的建筑環(huán)形水箱，涉及一種消能減震裝置。提供一種主要用于建筑物的采用液體阻尼方法的消能減震的建筑環(huán)形水箱。設(shè)有至少1個(gè)環(huán)形水箱，環(huán)形水箱設(shè)有進(jìn)水口和出水口，進(jìn)水口和出水口外接水源。使用時(shí)，將環(huán)形水箱水平設(shè)置在建筑結(jié)構(gòu)的頂層或/和設(shè)備轉(zhuǎn)換層上，環(huán)形水箱內(nèi)的液體可為消防和生活用水，并與供水系統(tǒng)連接?？捎糜诮ㄖY(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)或?qū)σ延薪ㄖY(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。充分利用必備的消防和生活用水作為阻尼介質(zhì)，布置在對(duì)應(yīng)的高度，未給建筑結(jié)構(gòu)增添非使用荷載(附加質(zhì)量)和提高重心位置。提高阻尼耗能效果，并形成較大的反向力矩抵消部分傾復(fù)力矩。環(huán)形水箱內(nèi)大量液體其動(dòng)量削弱地震(風(fēng)振)力傳遞到建筑結(jié)構(gòu)的沖量(破壞力)。
文檔編號(hào)E04B1/98GK201217859SQ200820102630
公開(kāi)日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月13日
發(fā)明者驤 黃 申請(qǐng)人:驤 黃