本發(fā)明屬于高層、超高層建筑物或構(gòu)筑物減震領(lǐng)域，具體涉及一種單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器結(jié)構(gòu)及施工方法。

背景技術(shù)：

隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提高，高層建筑及超高層建筑如雨后春筍般出現(xiàn)在人們的視野中，在節(jié)約用地和展現(xiàn)城市面貌的同時，這些建筑也面臨著諸如風振、地震等安全性問題。傳統(tǒng)抗震方法以“抗”為主要途徑，通過加大結(jié)構(gòu)斷面、加多配筋來抵抗地震，其結(jié)果是斷面越大剛度越大，地震作用也越大，所需斷面及配筋也越大。這種惡性循環(huán)，不僅難以保證安全，也使“抗震”所需的建筑造價大大提高。因此，自20世紀70年代初現(xiàn)代控制理論引入到土木工程的振動控制中后，對于振動控制的理論、試驗和應(yīng)用的研究成果也大多集中在多、高層和高聳建筑中。

調(diào)諧減震技術(shù)一般從較窄頻域振動控制入手，但tmd系統(tǒng)的控制效果對輸入地震動頻率的依賴性較大，tmd系統(tǒng)是通過容器中液體的晃動來消耗和吸收結(jié)構(gòu)振動的能量，從而達到控制結(jié)構(gòu)振動的目的。在減小同一結(jié)構(gòu)在不同地震下的反應(yīng)或不同結(jié)構(gòu)在同一地震下的反應(yīng)的方面，tmd的有效性有很大的差別。有些情況下可以發(fā)揮很好的性能，但有些情況下收效甚微。這暗示著可獲得的結(jié)構(gòu)響應(yīng)的減小量依賴于激勵結(jié)構(gòu)振動的地面運動特性。當?shù)孛孢\動的卓越周期接近結(jié)構(gòu)的固有頻率即tmd調(diào)諧頻率，從而產(chǎn)生共振時，反應(yīng)減少值很大；當二者相差很遠時，反應(yīng)減小值減小，而且，在脈沖類地震激勵下tmd的效果是有限的。而且地震反應(yīng)的頻域相對較寬，單個tmd不能有效對抗，這就有了多重調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(multipletunedmassdamper，mtmd)的提出和推廣。但是，地震作用較為迅速。每個tmd是否反應(yīng)或是否充分反應(yīng)都關(guān)系到其減震的有效性?？梢?，地震反應(yīng)的特殊性以及tmd系統(tǒng)對激勵地震動的依賴性是調(diào)諧減震技術(shù)的難題，也正是因為這些問題的存在使得調(diào)諧減震技術(shù)有較大改進和發(fā)展空間。本發(fā)明運用單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器、建筑高位水箱和計算機程序系統(tǒng)協(xié)同工作克服上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種適合于高層、超高層建筑物或構(gòu)筑物的單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器結(jié)構(gòu)及施工方法，該種減震結(jié)構(gòu)，既能應(yīng)對不同頻率的地震動，又能保證減震結(jié)構(gòu)的固有頻率接近地面卓越周期，達到減震的作用。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器結(jié)構(gòu)，由三個部分組成，分別為單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器、建筑高位水箱、計算機監(jiān)測控制系統(tǒng)。

其中所述單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器包括高強度鋼索、空心鋼構(gòu)球體、油壓粘滯性阻尼器和緩沖鋼環(huán)，采用吊裝方式將鋼索安裝在建筑物或構(gòu)筑物預(yù)留位置的支座上。若安裝的建筑物或構(gòu)筑物高度達到吊裝機吊裝極限，可采用直升機下放的方式安裝。接著使用吊裝或直升機下放的方式將空心鋼構(gòu)球放到鋼索位置進行搭接安裝，最后把大型油壓粘滯阻尼器和緩沖鋼環(huán)運用相同的方式進行安裝；到此，整個單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器安裝完成，對整個結(jié)構(gòu)進行安裝檢查，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性在進行鋼構(gòu)柱的安裝，以連接整個單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器。

進一步的，所述建筑高位水箱，由常規(guī)的高層建筑高位水箱進行改造，在底部加設(shè)20cm高的夾層，用于計算機控制線路的鋪設(shè)，在底部的兩塊底板處各開一個直徑為的圓孔，連接給水管到空心鋼構(gòu)球體；在兩塊底板處設(shè)計多直徑孔蓋用于控制流入空心球體的液體體積。

進一步的，架設(shè)計算機監(jiān)測與控制系統(tǒng)，在建筑裝飾過程中將計算機整個控制系統(tǒng)進行安裝。該系統(tǒng)包括監(jiān)測地震動閾值及頻率、處理地震圖譜將頻率值和閾值傳輸進水箱落水管口開閉裝置控制系統(tǒng)，通過地震動頻率值計算在5min內(nèi)需注入空心鋼構(gòu)球體內(nèi)阻尼液體體積量，使得單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的固有頻率接近激勵地震動頻率。

組合式單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，包括如下施工步驟：

a)根據(jù)建筑所在地地質(zhì)、地震情況初步確定地震反應(yīng)的頻域，通過該范圍較大的地震頻域初步確定空心鋼構(gòu)球球體設(shè)計體積、質(zhì)量以及高位水箱的容量和落水管開閉孔多個直徑；所述鋼構(gòu)球體由125mm厚、內(nèi)徑為4.5m—5m，外徑為5.5m—6.5m的圓環(huán)形鋼板堆疊焊接組合而成；

b)待確定好一系列參數(shù)后，進行工廠預(yù)制加工；

c)在建筑物或構(gòu)筑物頂層樓板底面安裝8組60mm—100mm直徑所述高強度鋼索；在安裝前需要測定鋼索的載重能力，確保鋼索變形在正常使用狀態(tài)范圍內(nèi)，保障結(jié)構(gòu)的安全性；

d)所述高強度鋼索安裝完成后，與所述鋼構(gòu)球下部支架連接，透過支架托住球體質(zhì)量塊的下半部，將載重懸吊支承于頂層結(jié)構(gòu)中。調(diào)質(zhì)阻尼器支架周圍另設(shè)置8支斜向的大型油壓粘滯性阻尼器(primaryhydraulicviscousdamper)，其功能在于吸收球體質(zhì)量塊擺動時之沖擊能量，減少質(zhì)量塊的擺動。而為了避免強風及大地震作用時質(zhì)量塊擺幅過大，調(diào)質(zhì)阻尼器下方則放置了一可限制球體質(zhì)量塊擺動的緩沖鋼環(huán)(bumperring)，以及8組水平向防撞油壓式阻尼器(snubberdamper)，一旦質(zhì)量塊擺動振幅超過1.0m時，質(zhì)量塊支架下方的筒狀鋼棒(bumperpin)就會撞擊緩沖鋼環(huán)以減緩質(zhì)量塊的運動；

e)當整個單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器結(jié)構(gòu)安裝完成后使用大型托架進行支撐，待整個系統(tǒng)安裝完成撤去。所述高位水箱進行安裝，水箱最大存液量97m³,落水管一端安裝于水箱下部，另一端連接至空心鋼構(gòu)球體內(nèi)部，整個系統(tǒng)完成后水箱內(nèi)裝入阻尼液體；

f)最后接入所述計算機監(jiān)測控制系統(tǒng)，計算機系統(tǒng)分為兩部分，包括地震動監(jiān)測系統(tǒng)和水箱開閉孔蓋開閉控制系統(tǒng)。計算機的監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測地震的頻率值，可以為該地地震情況提供有關(guān)數(shù)據(jù)，將監(jiān)測到的頻率值轉(zhuǎn)入計算機的控制系統(tǒng)，通過該數(shù)值計算機控制開閉孔蓋開放孔的大小，該開閉孔打開時間控制在5min內(nèi)；

g)整個系統(tǒng)完成安裝后，撤去大型托架并在高位水箱內(nèi)加入阻尼液。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明空心鋼構(gòu)球體結(jié)構(gòu)示意圖：

(a)為本發(fā)明單片環(huán)形鋼板結(jié)構(gòu)示意圖；

(b)為本發(fā)明多片鋼板焊接示意圖；

圖3為本發(fā)明鋼索與下部支架連接結(jié)構(gòu)示意圖:

圖4為本發(fā)明斜向的大型油壓粘滯性阻尼器示意圖；

圖5為水平向防撞油壓式阻尼器與緩沖鋼環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7本發(fā)明建筑高位水箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為發(fā)明計算機接入示意圖：

圖8為本發(fā)明實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1.建筑物頂層底面預(yù)埋板，11.連接盤，2.拉結(jié)構(gòu)件，3.鋼索，4.支架，41.承托鋼支架，42.筒狀鋼棒，5.空心鋼構(gòu)球，51.環(huán)形鋼構(gòu)板，6.斜向的大型油壓粘滯性阻尼器，7.支承鋼構(gòu)底面板，71.水平向防撞油壓式阻尼器，72.緩沖鋼環(huán)，8.鋼構(gòu)柱，9.柔性落水管，10.建筑高位水箱，101.落水孔蓋，102.抽水孔

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對發(fā)明中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的其它實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。

結(jié)合附圖1至圖8，對本發(fā)明作進一步說明：

本發(fā)明所述深組合式單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，如圖所示，包括鋼索3、承托鋼支架41、筒狀鋼棒42、空心鋼構(gòu)球5(由多片圓環(huán)形鋼構(gòu)板51焊接而成)、斜向的大型油壓粘滯性阻尼器6和支承鋼構(gòu)底面板7(其上包括水平向防撞油壓式阻尼器71和緩沖鋼環(huán)72)、鋼構(gòu)柱8、柔性落水管9、建筑高位水箱10(所述水箱細部結(jié)構(gòu)包括落水孔蓋101和抽水孔102)，建筑封頂時預(yù)埋底面預(yù)埋板1，同時在工廠中加工圓環(huán)形鋼板51、承托鋼支架41和筒狀鋼棒42，將承托鋼支架41和筒狀鋼棒42焊接成整體支架4，當建筑整體完成后，使用鋼索3一端連接預(yù)埋板1的連接盤11，在建筑現(xiàn)場將圓環(huán)形鋼板51堆疊焊接成空心鋼構(gòu)球并放置于整體支架4內(nèi)，通過吊裝將整個構(gòu)件與鋼索3另一端連接，之后完成支承鋼構(gòu)底面板7吊裝連接，測試整個單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器安裝的穩(wěn)定性及安全性，隨后進行建筑屋頂高位水箱10和柔性落水管9安裝，最后接入計算機系統(tǒng)，完成整個系統(tǒng)工程。

建筑物頂層底面預(yù)埋板1、支承鋼構(gòu)底面板7，厚度為500-1500mm，邊長為3500-600mm。

結(jié)合圖2(a)和(b)，所述空心鋼構(gòu)球內(nèi)徑為4.5m—5m，外徑為5.5m—6.5m，這里選取內(nèi)徑5m，外徑5.5m進行說明，由72層厚度125mm的圓環(huán)形鋼板和2層厚度500mm(鋼構(gòu)球厚度)的圓形實心鋼板(其中4層上開孔，孔徑為100mm—1000mm)，其中各層鋼板的直徑則配合球體形狀呈2.5mm—3.3m的尺寸變化，重量達400公噸—600公噸。

結(jié)合圖3，采用8組16根60mm—100mm直徑高強度鋼索3，長度根據(jù)建筑物或構(gòu)筑物高度及實際情況確定，一般為30m—50m，鋼索3透過支架41托住球質(zhì)量塊的下半部分，承托鋼支架41的8支支架臂為空心鋼構(gòu)件，筒狀鋼棒42長度為50mm—1000mm，根據(jù)實際工程情況進行筒狀鋼棒42長度調(diào)整，確保在強風及大地震作用下其能碰觸緩沖鋼環(huán)72，以達到減緩質(zhì)量塊的運動效果。

結(jié)合圖4，設(shè)立8支型號為最大行程±1000mm，設(shè)計阻尼力1000kn，設(shè)計速度400mm/s，阻尼系數(shù)為300kn/(mm/s)^0.15的斜向的大型油壓粘滯性阻尼器6(primaryhydraulicviscousdamper)，其功能在于吸收球體質(zhì)量塊擺動時之沖擊能量，減少質(zhì)量塊的擺動。

結(jié)合圖5，下部緩沖系統(tǒng)，由支承鋼構(gòu)底面板7、水平向防撞油壓式阻尼器71和緩沖鋼環(huán)72組成，緩沖鋼環(huán)72規(guī)格為外徑1200mm—1300mm，內(nèi)徑1000mm,高度為30mm—60mm,水平向大型緩沖油壓粘滯性阻尼器71(snubberhydraulicviscousdamper)型號與斜向的大型油壓粘滯性阻尼器相同，其設(shè)計目的在于抑制罕見的大臺風或大地震作用時造成tmd來回擺動超過100cm之消能及束制安全系統(tǒng)。

結(jié)合圖7，高位水箱10設(shè)計容積為97m³—150m³,柔性落水管9管徑設(shè)計為100mm—1000mm，落水孔蓋101設(shè)計按50mm變化進行孔蓋拼裝，抽水孔102按照市場上通用抽水泵管設(shè)計。

圖8為計算機控制系統(tǒng)示意圖，示意計算機對地震的監(jiān)控，并進行相應(yīng)的分析處理，將得到的地震信息作為控制高位水箱落水孔蓋打開孔徑的大小。

實施例一

參照圖1～5，其施工步驟、方法及相關(guān)參數(shù)如下：

a)根據(jù)建筑所在地地質(zhì)、地震情況初步確定地震反應(yīng)的頻域，通過該范圍較大的地震頻域初步確定空心鋼構(gòu)球球體設(shè)計體積和質(zhì)量以及高位水箱的容量和落水管開閉孔多個直徑；在建筑封頂時將建筑物頂層底面預(yù)埋板1預(yù)埋建筑物內(nèi)。

b)通過上一步的工作進行工廠構(gòu)件生產(chǎn)。

c)在建筑物或構(gòu)筑物頂層樓板底面安裝8組60mm—100mm直徑所述高強度鋼索3，結(jié)合圖3，每支鋼索均超過2000條獨立小鋼線所組成，而起自重下之安全系數(shù)達9，亦即每一支鋼索均足以支撐tmd全部重量。

d)進一步在工程現(xiàn)場進行結(jié)構(gòu)的安裝，結(jié)合圖2(a)和(b)，鋼構(gòu)球體5由72層厚度125mm的環(huán)形鋼板51和2層厚度500mm的圓形鋼板堆疊焊接組合而成，焊接后將鋼構(gòu)球體5放置于承托鋼支架41內(nèi)，通過吊裝，鋼索3透過承托鋼支架41托住球質(zhì)量塊的下半部分，結(jié)合圖3，承托鋼支架41的8支支架臂為空心鋼構(gòu)件，高強度鋼索3在其間連接后用螺栓進行支架蓋板安裝。

e)在質(zhì)量塊吊裝完成后進行部緩沖系統(tǒng)安裝，進一步由支承鋼構(gòu)底面板7、水平向防撞油壓式阻尼器71和緩沖鋼環(huán)72組成，結(jié)合圖5，tmd質(zhì)量塊下放置一可限制球體質(zhì)量塊擺動的緩沖環(huán)72(bumperring)，緩沖環(huán)則與8支水平向大型緩沖油壓粘滯性阻尼器(snubberhydraulicviscousdamper)連接于支承鋼構(gòu)底面板7上，其設(shè)計目的在于抑制罕見的大臺風或大地震作用時造成tmd來回擺動超過100cm之消能及束制安全系統(tǒng)。其上還進一步安置斜向的大型油壓粘滯性阻尼器6(primaryhydraulicviscousdamper)，結(jié)合圖4于承托鋼支架41周圍另設(shè)置8支斜向的大型油壓粘滯性阻尼器6(primaryhydraulicviscousdamper)，球體由于地震做出應(yīng)激擺動，碰觸擠壓周圍的油壓粘滯性阻尼器6，其功能在于吸收球體質(zhì)量塊擺動時之沖擊能量，削弱質(zhì)量塊的擺動。

f)完成以上結(jié)構(gòu)的安裝后，進一步使用4支鋼構(gòu)柱8，型號為h500*300*10*16進行建筑物頂層底面預(yù)埋板1、支承鋼構(gòu)底面板7的連接，根據(jù)實際工程采取焊接或螺栓連接方式。

實施例二

參照圖6和圖7，在實施例一的基礎(chǔ)上，進行屋頂建筑高位水箱安裝以及與單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器結(jié)構(gòu)的連接，施工操作如下：

g)結(jié)合圖6，在實施例一步驟中，在空心鋼構(gòu)球頂部開孔位置放入柔性落水管9，柔性管入球深度在超過球厚50cm范圍內(nèi)，結(jié)合圖7進行建筑高位水箱安裝，落水孔蓋101及抽水孔102在安裝前安裝于建筑高位水箱10，完成后將柔性落水管9接入高位水箱落水孔處。

通過實例一和實例二，完成作用系統(tǒng)的安裝。監(jiān)測整個結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變情況，進一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能，保障安全性。

實施例三

h)結(jié)合圖8，在實施例一和二的基礎(chǔ)上，在建筑進行電子系統(tǒng)接入時將計算機的監(jiān)控及控制系統(tǒng)分別接入地面和高位水箱處。完成安裝后進行電子智能化系統(tǒng)試驗操作，確保運作正常撤去大型托架并在高位水箱內(nèi)加入阻尼液，再通過實際運行監(jiān)測系統(tǒng)使用性能。

需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中的部分技術(shù)特征進行等同替換，而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。