CN103174264A - 一种屋面隔热板改装的绿色tmd多维减震装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种建筑物的减震系统，基于采用已有设备进行建筑结构消能减震的理念，通过特制的屋面隔热板作为TMD的质量部分，采用屋面隔热板凹槽中种植水生植物进行质量调整，达到设计TMD质量参数。屋面隔热板之间水平向通过限位装置实现连接，该限位装置采用拉压弹簧实现其弹性稳定，使屋面隔热板水平向形成整体且在地震作用下相邻屋面隔热板不会发生碰撞。屋面隔热板竖直方向通过弹簧单元与混凝土楼盖连接，形成竖向的TMD减震装置；边缘的屋面隔热板通过弹簧单元与混凝土挡墙连接，使整体形成水平向的TMD减震装置。本发明可以实现建筑结构多维减震的效果。

Description

一种屋面隔热板改装的绿色TMD多维减震装置

技术领域

本发明涉及一种屋面隔热板改装的绿色TMD多维减震装置，该装置在保证建筑结构屋面有效隔热的前提下，结合绿色环保建筑的宗旨，实现了建筑结构的多维减隔震目标。

背景技术

地震是能量巨大且严重危害人类的自然灾害之一，给人类造成了非常惨重的生命财产损失。据统计，地球上平均每年发生震级为8级以上、震中烈度11度以上的毁灭性地震2次；震级为7级以上、震中烈度在9度以上的大地震不下20次；震级在2.5级以上的有感地震在15万次以上。在频繁的地震灾害作用下，房屋或类似建筑结构需要在满足使用功能要求的同时，也保持足够承载力。

现代振动控制理论对减震技术的研究主要针对水平地震作用，然而大量地震记录表明，竖向地震峰值加速度与水平地震加速度比值为1/2～2/3，因此建筑结构竖向地震作用也需重点关注。建筑结构的多维减隔震成为了学术界与工程界的一个热点与难题。

调谐质量阻尼器（Toned Mass Damper，简称TMD）是国内外研究较早的一种振动控制方式，且在研究与应用中均取得了有效的成果。其原理在于：当主结构受激振动时，子结构将产生一个与主结构振动方向相反的惯性力，使得主结构动力响应衰减而达到减震控制的目标。由于TMD构造简单、经济、减震效果较好，目前已被广泛应用于工程结构的振动控制中。

随着资源节约与环境保护的国家发展战略政策的执行，绿色环保理念势必会成为土木结构设计的热点和潮流。绿色土木结构可提高城市绿化覆盖率，减轻城市污染，使人类生活更加亲近自然。两千多年前的古巴比伦空中花园是现代屋顶植被种植的雏形。近几十年，美国、日本等国家也开展了屋顶植被的种植与研究工作，并逐渐得到较为广泛的应用。2005年，我国武汉理工大学提出在高层建筑屋顶建造花园并与调谐质量阻尼器（TMD）系统结合实现高层建筑的消能减震，然而其未体现利用已有设备或设施实现建筑结构消能减震的思想。

发明内容

发明目的：为了改善建筑结构的减震能力，本发明提供了一种屋面隔热板改装的绿色TMD多维减震装置，实现建筑结构的多维减震效果。

发明内容：一种屋面隔热板改装的绿色TMD多维减震装置，它包括屋面隔热板、水生植物、纵向弹簧单元、纵向阻尼器单元、限位装置、混凝土楼盖、混凝土挡墙、横向弹簧单元、横向阻尼器单元；其中，种植有水生植物的屋面隔热板竖向通过纵向弹簧单元、纵向阻尼器单元与混凝土楼盖连接，边缘屋面隔热板水平向通过横向弹簧单元、横向阻尼器单元与混凝土挡墙连接，相邻的屋面隔热板之间水平向通过限位装置连接。

其中，所述的限位装置包括第一半结构和第二半结构，两个半结构均具有一板状的主体，主体的相对两端分别形成第一端和第二端；第一半结构的主体中部具有缺口，第二半结构的主体稍窄于第一半结构主体中部的缺口、并从第一半结构的缺口中穿过；两个主体的中部销轴连接，并且两个主体可以相互绕转；两个半结构的第一端分别形成钩持结构，用以固定在一屋面隔热板上；两个半结构的第二端分别设有螺孔，通过高强螺栓固定在另一屋面隔热板上，从而实现两个隔热板的互连。

其中，为了使限位装置能在互连中提供足够的弹性和回复力，在第一半结构和第二半结构的第一端之间还设有限位弹簧，第一半结构和第二半结构的第二端之间也对称地设置有限位弹簧；或者在第一半结构和第二半结构的销轴上设置扭簧。

其中，屋面隔热板为设有凹槽的混凝土预制板，凹槽内种植有水生植物。

有益效果：综上所述，本发明中结合水生植物可提高屋面隔热板的隔热性能，该减震系统利用屋面隔热板、弹簧单元与阻尼器单元在水平向与竖向均形成了TMD减震系统，利用建筑结构原有的附属设施达到了减弱地震作用的效果，可实现建筑结构多维减震的目标，在建筑业的装配整体式结构具有广泛的应用前景与实用价值。本发明的限位装置可以保证屋面隔热板在正常使用时的平面内具有足够的刚度，且在地震作用下不会发生碰撞，可使所有相邻屋面板协同工作。

附图说明

图1是本发明一实施例的结构剖面图；

图2是图1实施例在边缘屋面隔热板的大样图；

图3是图1实施例中限位装置的结构示意图；

图4是图3中限位装置的第一半结构的侧视图；

图5是图3中限位装置的第一半结构的主视图；

图6是图3中限位装置的第一半结构的后视图；

图7是图3中限位装置的第二半结构的侧视图；

图8是图3中限位装置的第二半结构的主视图；

图9是图3中限位装置的第二半结构的后视图；

图中有：屋面隔热板1、水生植物2、纵向弹簧单元3、纵向阻尼器单元4、限位装置5、混凝土楼盖6、混凝土挡墙7、横向弹簧单元8、横向阻尼器单元9、第一半结构10、第二半结构11、限位弹簧12、高强螺栓13。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

本实施例的减震系统设置在建筑结构的屋盖上，并利用屋面隔热板改装的TMD减震装置提高建筑结构的抗震性能，同时提高其隔热保温功能。

如图1至图2所示，本发明的屋面隔热板改装的绿色TMD多维减震装置设置在建筑物的混凝土楼盖6上，水平方向的最外侧设置在建筑物的混凝土挡墙7上，从而使减震系统稳定地设置在建筑物上。屋面隔热板改装的绿色TMD多维减震装置主要包括若干屋面隔热板1、水生植物2、纵向弹簧单元3、纵向阻尼器单元4、限位装置5、横向弹簧单元8和横向阻尼器单元9。以下具体说明本发明的组装关系。

如图1所示，相邻的屋面隔热板1之间通过限位装置5互连成整体，并且相互之间可以允许一定的相对位移。屋面隔热板1选用设有凹槽的混凝土预制板，凹槽内可种植水生植物2。由于水的比热容较大，故可提高预制板的隔热效果；此外，也可以通过调整水生植物2而对单块屋面隔热板1进行质量调整。屋面隔热板1下部与混凝土楼盖6通过纵向弹簧单元3和纵向阻尼器单元4连接。

如图2所示，混凝土楼盖1上还砌有混凝土挡墙7，混凝土挡墙7与屋面隔热板1的边缘通过横向弹簧单元8与横向阻尼器单元9连接。

这样，屋面隔热板1、纵向弹簧单元3、纵向阻尼器单元4、横向弹簧单元8与横向阻尼器单元9在水平向、竖向均形成了TMD减震系统，可实现建筑物多维减震的效果。改装的屋面隔热板1所形成的质量块的振荡与建筑主结构的振动响应总是保持异相，质量块总能在主结构上作用一个与主结构运动相反的惯性力，使主结构水平向、竖向及扭转位移响应大幅度降低。

在实施例中，纵向弹簧单元3、横向弹簧单元8用来限定减震系统在竖直/水平方向上的位移范围，并使屋面隔热板1在发生位移后能回复原位。其它具有弹性支撑/复位的结构或组合也可以达到同等效果。

上述TMD减震系统的相关参数由结构模态分析获取的基频决定，根据位移限值选择合适参数的弹簧单元并确定其数量，通过数值分析确定该TMD减震系统应具有的阻尼参数，通过此类参数选用合适的阻尼器单元。

限位装置5用以保证减震系统在平面内具有足够的刚度，且在地震作用下相邻屋面板不会发生碰撞，使所有相邻的屋面隔热板1协同工作。图3至图9详细揭示了限位装置5的构造。

限位装置5包括第一半结构10和第二半结构11，两个半结构均具有一板状的主体，主体的相对两端分别形成第一端和第二端，第一端和第二端可以固定到隔热板上。具体地，第一半结构10的主体中部具有缺口，第二半结构11的主体稍窄于第一半结构主体中部的缺口、并从第一半结构10的缺口中穿过。两个主体的中部穿设一销轴（未示出）而形成十字交叉结构，并且可以相互绕转。两个半结构的第一端分别形成钩持结构，用以固定在一屋面隔热板1上；两个第二端分别设有螺孔，通过高强螺栓13固定在另一屋面隔热板1上，从而实现两个隔热板的互连。

为了使限位装置5能在互连中提供足够的弹性和回复力，在第一半结构10和第二半结构11的第一端之间还设有限位弹簧12，第一半结构10和第二半结构11的第二端之间也对称地设置限位弹簧12。所述的限位弹簧12为压缩弹簧，第一半结构10和第二半结构11的第一端和第二端两端的压缩弹簧分别处于相反的工作状态，即一端的压缩弹簧处于拉伸状态，则另一端的压缩弹簧处于压缩状态以实现限位装置5的弹性稳定。

或者，为了使限位装置5能在互连中提供足够的弹性和回复力，第一半结构10和第二半结构11的销轴上设有扭簧。

本实施例将屋面隔热板1进行改装，设计了一种绿色TMD多维减震系统，利用建筑结构原有的附属设施达到了减弱地震作用的效果。水生植物2的引入既可以调节减震系统的质量，同时又可改善隔热板1的隔热性能，并能绿化屋面，使屋面兼备减震效果、隔热与观赏功能。随着建筑工业化的发展，装配整体式结构日趋产业化，而本实施例在保持装配整体式结构优势的同时，提高了结构的抗震性能，因此将此装置应用于装配整体式结构具有广泛的应用前景与实用价值。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种屋面隔热板改装的绿色TMD多维减震装置，其特征在于：它包括屋面隔热板（1）、水生植物（2）、纵向弹簧单元（3）、纵向阻尼器单元（4）、限位装置（5）、混凝土楼盖（6）、混凝土挡墙（7）、横向弹簧单元（8）、横向阻尼器单元（9）；

其中，种植有水生植物（2）的屋面隔热板（1）竖向通过纵向弹簧单元（3）、纵向阻尼器单元（4）与混凝土楼盖（6）连接，屋面隔热板（1）水平向通过横向弹簧单元（8）、横向阻尼器单元（9）与混凝土挡墙（7）连接，相邻的屋面隔热板（1）之间通过限位装置（5）连接。

2.根据权利要求1所述的屋面隔热板改装的绿色TMD多维减震装置，其特征在于：所述的限位装置（5）包括第一半结构（10）和第二半结构（11），两个半结构均具有一板状的主体，主体的相对两端分别形成第一端和第二端；第一半结构（10）的主体中部具有缺口，第二半结构（11）的主体稍窄于第一半结构主体中部的缺口、并从第一半结构（10）的缺口中穿过；两个主体的中部销轴连接，并且两个主体可以相互绕转；两个半结构的第一端分别形成钩持结构，用以固定在一屋面隔热板（1）上；两个半结构的第二端分别设有螺孔，通过高强螺栓（13）固定在另一屋面隔热板（1）上，从而实现两个隔热板的互连。

3.根据权利要求2所述的屋面隔热板改装的绿色TMD多维减震装置，其特征在于：第一半结构（10）和第二半结构（11）的第一端之间还设有限位弹簧（12），第一半结构（10）和第二半结构（11）的第二端之间也对称地设置有限位弹簧（12）。

4.根据权利要求2所述的屋面隔热板改装的绿色TMD多维减震装置，其特征在于：第一半结构（10）和第二半结构（11）的销轴上设置扭簧。

5.根据权利要求1所述的屋面隔热板改装的绿色TMD多维减震装置，其特征在于：屋面隔热板（1）为设有凹槽的混凝土预制板，凹槽内种植有水生植物（2）。

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