一種超高層建筑vd-mtlcd風振控制系統(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風振控制系統(tǒng)，超高層建筑設置有多個具有調頻液柱阻尼器功能的消防水箱，所述的多個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)有技術相比，本發(fā)明利用具有調頻液柱阻尼器功能的消防水箱減少建筑結構風振響應，提高建筑的抗風性能，具有低投入、高效率等優(yōu)點。
【專利說明】—種超高層建筑VD-MTLCD風振控制系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種建筑風振控制系統(tǒng)，尤其是涉及一種超高層建筑VD-MTLCD風振控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]超高層建筑結構自振周期較長，接近風荷載的卓越周期，屬于風敏感結構。由于超高層高、柔的特點，如果設計中風振考慮不足，輕則影響用戶正常使用，重則發(fā)生工程損傷和破壞,給人們的生命財產帶來重大損失。
[0003]由于城市建設中節(jié)約土地的需求、高強輕質材料的發(fā)展、設計與施工技術的提高以及人們對于超高地標性建筑的渴望，超高層建筑越來越多的出現(xiàn)。由于風對結構的作用，超高層建筑設計中需要考慮的問題主要有:
[0004]I)防止結構或構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)避免過大的風振使用戶產生不舒適感；
[0006]3)避免反復風振動或極端風作用使結構或構件發(fā)生損壞。
[0007]目前超高層建筑設計中，常通過剛度設計來控制結構的層間位移角，從而有效地防止結構或構件產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，超高層建筑結構的風振控制愈發(fā)重要。
[0008]隨著建筑高度的增加，結構的剛度不斷下降，由于加速度響應與結構剛度開四次方根成正比，通過提高結構剛度的方式降低加速度響應的效率太低。
[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行振動控制。
[0010]目前國內外高層建筑風振控制的實際應用中，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、調諧質量阻尼器(Tuned Mass Damper, TMD),4、主動調諧質量阻尼器(Active Tuned Mass Damper, ATMD), 5、調諧液體阻尼器(TunedLiquid Damper, TLD),6、調諧液柱阻尼器(Tuned Liquid Column Damper, TLCD)。
[0011]在目前常見的幾種風振阻尼器中，利用高層建筑中的水箱進行結構振動控制是一種經濟性的被動控制方法。目前利用固定水箱進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，利用液體運動時的側壓力提供減振力。TLCD是一種成U型的等截面管狀水箱，管道中間安設有一個增加液體運動阻尼的隔板，水箱下部直接固定在結構上，當結構受振時帶動水箱內的水晃動，這種晃動所引起的水平慣性力對水箱壁的作用構成了其對結構的激振力，從而減小結構振動。后來有研究人員提出了多調頻液柱阻尼器(Multiple Tuned Liquid Column Damper,MTIXD),研究結果表明其具有較好的控制效果，但這種風振控制系統(tǒng)的所有水箱均設置在同一樓層。
[0013]由于考慮抗震、抗風、經濟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，這使得頂部的結構樓層無法設置體積過大的TLCD或MTLCD，從而嚴重限制了其在工程中的應用。此外，一般高度高層建筑通常只在建筑頂部設置單個消防水箱，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)設置多個消防水箱。現(xiàn)有的TLCD減振技術無法充分利用上述特點。

【發(fā)明內容】

[0014]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種低投入、高效率的超高層建筑VD-MTLCD (豎向分布型調頻液柱阻尼器)風振控制系統(tǒng)，利用具有調頻液柱阻尼器功能的消防水箱減少建筑結構風振響應，提高建筑的抗風振性能。
[0015]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0016]一種超高層建筑VD-MTLCD風振控制系統(tǒng)，超高層建筑設置有多個具有調頻液柱阻尼器功能的消防水箱，所述的多個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構體系、伸臂結構體系、巨型結構體系中的一種或多種。
[0018]所述的消防水箱的管道中間安設有用于增加液體運動阻尼的隔板。
[0019]所述的具有調頻液柱阻尼器功能的消防水箱的結構參數(shù)包括質量比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構參數(shù)根據以下步驟進行優(yōu)化:
[0021]I)根據超高層結構特點和建筑的給水排水系統(tǒng)設計消防水箱的豎向分布位置；
[0022]2)設定各消防水箱結構參數(shù)的初始值；
[0023]3)對各消防水箱的結構參數(shù)進行調整，得到使超高層建筑各層的位移、速度和加速度達到最小的結構參數(shù)。
[0024]所述的步驟2)中，質量比的初始值根據給水排水系統(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算:
[0025]201)隔板阻塞系數(shù)取O~100間的任意值；
[0026]202)用式(I)計算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、速度與加速度的時程和超高層建筑各層的位移、速度與加速度的時程:
[0027]
【權利要求】
1.一種超高層建筑VD-MTLCD風振控制系統(tǒng)，其特征在于，超高層建筑設置有多個具有調頻液柱阻尼器功能的消防水箱，所述的多個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.根據權利要求1所述的一種超高層建筑VD-MTLCD風振控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的超高層建筑包括筒體結構體系、伸臂結構體系、巨型結構體系中的一種或多種。
3.根據權利要求1所述的一種超高層建筑VD-MTLCD風振控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的消防水箱的管道中間安設有用于增加液體運動阻尼的隔板。
4.根據權利要求3所述的一種超高層建筑VD-MTLCD風振控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的具有調頻液柱阻尼器功能的消防水箱的結構參數(shù)包括質量比μ、頻率比f、長度系數(shù)α和隔板阻塞系數(shù)ξ。
5.根據權利要求4所述的一種超高層建筑VD-MTLCD風振控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的消防水箱的結構參數(shù)根據以下步驟進行優(yōu)化: 1)根據超高層結構特點和建筑的給水排水系統(tǒng)設計消防水箱的豎向分布位置； 2)設定各消防水箱結構參數(shù)的初始值； 3)對各消防水箱的結構參數(shù)進行調整，得到使超高層建筑各層的位移、速度和加速度達到最小的結構參數(shù)。
6.根據權利要求5所述的一種超高層建筑VD-MTLCD風振控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的步驟2)中，質量比的初始值根據給水排水系統(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算: 201)隔板阻塞系數(shù)取O~100間的任意值； 202)用式(I)計算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、速度與加速度的時程和超高層建筑各層的位移、速度與加速度的時程:
7.根據權利要求6所述的一種超高層建筑VD-MTLCD風振控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的步驟3)具體為: 301)將各結構參數(shù)代入公式(3)進行計算，得到在設定風荷載作用下各消防水箱中液體的位移、速度與加速度的時程和超高層建筑各層的位移、速度與加速度的時程；
【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:同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司