CN105507447A - 一种被动式变阻尼调谐质量阻尼器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种被动式变阻尼调谐质量阻尼器装置，包括消防水箱调谐质量块，所述消防水箱调谐质量块的底部设置有四个用于支撑其重量的滑板支座系统、一个双向滑轨支座系统及两个机械式多级变阻尼阻尼器系统，所述滑板支座系统分别设置于消防水箱调谐质量块的四个底脚处，所述双向滑轨支座系统设置于消防水箱调谐质量块的底部中心位置，所述两个机械式多级变阻尼阻尼器系统围绕设置于双向滑轨支座系统的外侧，具有结构简单、易于实施、稳定性好、减震效果好、安全性好等优点；结合高层、超高层及高耸结构自身的消防水箱作为调谐质量，从而不需要附加例如铅球等作为调谐质量的物体，有利于大大降低调谐质量阻尼器装置的造价。

Description

一种被动式变阻尼调谐质量阻尼器装置
技术领域
本发明涉及高层、超高层及高耸结构的抗风、抗震技术领域，具体涉及一种用于减小高层、超高层及高耸结构在风振或地震作用下的响应的被动式变阻尼调谐质量阻尼器装置。
背景技术
高层、超高层、高耸结构等重大工程结构的建设在我国方兴未艾，并将长期在社会经济发展中发挥重要作用。我国作为一个灾害多发国家，高层、超高层建筑的抗震、抗风等防灾减灾设计始终是影响建筑安全性能的重要问题。进入新世纪以来，高层、超高层、高耸结构进入了快速发展时期，特别是城市的地标性建筑已经成为城市经济实力的象征，如何保证这些高层、超高层、高耸结构的地震作用下的安全性以及强风作用下的舒适性和安全性已经成为需要迫切解决的关键问题。
以调谐质量阻尼器(TMD)为代表性的结构被动控制技术以逐渐应用于实际工程，被证明能有效减小高层、超高层、高耸结构风振和地震响应。TMD系统一般由质量块、刚度元件和阻尼元件构成。TMD系统的质量块的质量一般为结构第一模态质量的0.25％～1％，可以采用钢、铅、混凝土、建筑结构上的制冷系统或结构构件制作，TMD系统的质量块可以采用多段摆、倒摆、液压支撑系统、叠层橡胶垫等悬挂或支撑；TMD系统的阻尼元件可以采用油阻尼器、粘弹性阻尼器和粘滞阻尼器。TMD系统最早于1977年在美国244m高的Hancock大厦上得到应用，TMD系统安装在该结构的第58层上，质量块由铅制作，尺寸为5.2×5.2×1m，质量为300t，当TMD系统的底板振动达到3mg时，系统启动发挥减振作用，现场测试结果表明，该系统的减振效果可以达到50％。随后，在1978年美国纽约287m高的Citicorp大厦上也安装了TMD系统，该TMD系统质量块的尺寸为9.14×9.14×3.05m，质量为410t，是由混凝土制成的，当加速度达到3mg时，该系统启动发挥减振作用，现场测试结果表明，该系统控制效果达到40％。
目前，在实际工程中主要采用悬吊式或支撑式TMD。当采用悬吊式TMD时，通常悬摆较长，且需要设置阻尼器，需要较大的空间才能实现，而且需要附件质量块(一般为铅块)，而对于高层、超高层和高耸结构为重力敏感结构，附件质量块后会对结构受力不利；当采用支撑式TMD时，液压支撑系统通常造价较高，且液压支撑系统比较复杂，在工程中实施比较困难，且由于没有抗倾覆装置，存在倾覆的可能；当采用叠层橡胶垫作为支撑系统时，由于高层、超高层和高耸结构为弯曲变形结构，弯曲变形引起建筑结构顶部倾斜，而TMD设置在结构的顶部，TMD质量较大，水箱在隔震支座顶部面内有重力引起力分量，从而使隔震支座在压力和剪切变形下发生隔震支座倾覆，因此，橡胶隔震支座作为TMD的支撑只应用于较矮的剪切变形的结构。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种被动式变阻尼调谐质量阻尼器装置，具有结构简单、易于实施、稳定性好、减震效果好、安全性好等优点，同时，结合高层、超高层及高耸结构自身的消防水箱作为调谐质量，从而不需要附加例如铅球等作为调谐质量的物体，有利于大大降低调谐质量阻尼器装置的造价。
本发明通过以下技术方案实现该目的：
一种被动式变阻尼调谐质量阻尼器装置，包括消防水箱调谐质量块，所述消防水箱调谐质量块的底部设置有四个用于支撑其重量的滑板支座系统、一个双向滑轨支座系统及两个机械式多级变阻尼阻尼器系统，所述滑板支座系统分别设置于消防水箱调谐质量块的四个底脚处，所述双向滑轨支座系统设置于消防水箱调谐质量块的底部中心位置，所述两个机械式多级变阻尼阻尼器系统围绕设置于双向滑轨支座系统的外侧。
其中，所述滑板支座系统包括滑板支座，所述滑板支座的上部设置有用于与消防水箱调谐质量块连接的上混凝土短柱，所述滑板支座的下部设置有用于与建筑结构的顶部连接的下混凝土短柱。
进一步的，所述滑板支座与上混凝土短柱之间还设置有上预埋钢板，所述滑板支座与下混凝土短柱之间还设置有下预埋钢板。
其中，所述双向滑轨支座系统包括相互连接的双向滑轨支座和球型绞支座，所述双向滑轨支座的底部与建筑结构的顶部连接，所述球型绞支座的顶部与消防水箱调谐质量块的底部连接。
进一步的，所述球型绞支座与消防水箱调谐质量块之间还设置有顶部预埋钢板。
其中，所述机械式多级变阻尼阻尼器系统包括机械式多级变阻尼阻尼器，所述机械式多级变阻尼阻尼器的一端通过一上型钢柱与消防水箱调谐质量块连接，另一端通过一下型钢柱与建筑结构的顶部连接。
其中，所述两个机械式多级变阻尼阻尼器分别沿消防水箱调谐质量块的纵向轴线和横向轴线方向水平设置。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明的被动式变阻尼调谐质量阻尼器装置，包括消防水箱调谐质量块，所述消防水箱调谐质量块的底部设置有四个用于支撑其重量的滑板支座系统、一个双向滑轨支座系统及两个机械式多级变阻尼阻尼器系统，所述滑板支座系统分别设置于消防水箱调谐质量块的四个底脚处，所述双向滑轨支座系统设置于消防水箱调谐质量块的底部中心位置，所述两个机械式多级变阻尼阻尼器系统围绕设置于双向滑轨支座系统的外侧，具有结构简单、易于实施、稳定性好、减震效果好、安全性好等优点；结合高层、超高层及高耸结构自身的消防水箱作为调谐质量，从而不需要附加例如铅球等作为调谐质量的物体，有利于大大降低调谐质量阻尼器装置的造价。
附图说明
图1为本发明的被动式变阻尼调谐质量阻尼器装置的结构示意图。
图2为本发明的被动式变阻尼调谐质量阻尼器装置的侧视图。
图中：1-消防水箱调谐质量块，2-滑板支座系统，3-双向滑轨支座系统，4-机械式多级变阻尼阻尼器系统，5-滑板支座，6-上混凝土短柱，7-下混凝土短柱，8-上预埋钢板，9-下预埋钢板，10-双向滑轨支座，11-球型绞支座，12-顶部预埋钢板，13-机械式多级变阻尼阻尼器，14-上型钢柱，15-下型钢柱，16-建筑结构。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1。
如图1-2所示，本实施例的一种被动式变阻尼调谐质量阻尼器装置，包括消防水箱调谐质量块1，所述消防水箱调谐质量块1的底部设置有四个用于支撑其重量的滑板支座5系统2、一个双向滑轨支座系统3及两个机械式多级变阻尼阻尼器系统4，所述滑板支座系统2分别设置于消防水箱调谐质量块1的四个底脚处，所述双向滑轨支座系统3设置于消防水箱调谐质量块1的底部中心位置，所述两个机械式多级变阻尼阻尼器系统4围绕设置于双向滑轨支座系统3的外侧。
本发明的被动式变阻尼调谐质量阻尼器装置，具有结构简单、易于实施、稳定性好、减震效果好、安全性好等优点；在使用的过程中安装在建筑结构16的上部，由于消防的需求，每个高层、超高层和高耸建筑结构16均需设置消防用水箱，本发明通过消防水箱作为调谐质量，从而实现不用附加其他质量(如铅球)作为调谐阻尼器的质量，可显著降低调谐质量阻尼器的造价。
其中，所述滑板支座系统2包括滑板支座5，所述滑板支座5的上部设置有用于与消防水箱调谐质量块1连接的上混凝土短柱6，所述滑板支座5的下部设置有用于与建筑结构16的顶部连接的下混凝土短柱7，滑板支座5具有承载力高、价格较低的优点，通过所述滑板支座5支撑消防水箱调谐质量块1，承担消防水箱调谐质量块1的重量，同时滑板支座5在水平面内可以多向滑动，可大大提高消防水箱调谐质量块1的竖向稳定性，同时有利于降低造价。
进一步的，所述滑板支座5与上混凝土短柱6之间还设置有上预埋钢板8，所述滑板支座5与下混凝土短柱7之间还设置有下预埋钢板9。
其中，所述双向滑轨支座系统3包括相互连接的双向滑轨支座10和球型绞支座11，所述双向滑轨支座10的底部与建筑结构16的顶部连接，所述球型绞支座11的顶部与消防水箱调谐质量块1的底部连接。所述双向滑轨支座10设置双层双向正交导轨，通过导轨进行导向，滑块内置滚珠，实现导轨的滚动摩擦，降低摩擦力，实现更好的减震效果；双向滑轨支座10一个滑动方向对应建筑结构16的弱轴、另一个滑动方向对应建筑结构16的强轴布置，实现对建筑结构16两个振动方向的控制；在滑轨支座内部双层导轨之间设置弹簧原件，作为恢复力装置，通过调节弹簧的刚度，从而实现通过消防水箱对结构的调谐控制；同时，双向滑轨支座10上还可以设置安全(防撞)装置。
所述双向滑轨支座10的底部连接到建筑结构16的楼板上，上部通过球绞型支座连接到消防水箱质量块的底部，该球型绞支座11仅可在竖直方向内转动，不能在水平面内转动，球型绞支座11在竖向摆动的最大角度为3°(一般3°可满足需求)，通过摆动的角度可以使载荷均匀分布到每个双向滑轨支座10支座上。
进一步的，所述球型绞支座11与消防水箱调谐质量块1之间还设置有顶部预埋钢板12。
其中，所述机械式多级变阻尼阻尼器系统4包括机械式多级变阻尼阻尼器13，所述机械式多级变阻尼阻尼器13的一端通过一上型钢柱14与消防水箱调谐质量块1连接，另一端通过一下型钢柱15与建筑结构16的顶部连接。本发明的被动式变阻尼调谐质量阻尼器装置设置两个正交的机械式多级变阻尼阻尼器13，两个机械式多级变阻尼阻尼器13分别沿消防水箱调谐质量块1的纵向轴线和横向轴线方向水平设置设置，设置方向分别与双向滑轨支座10的两个滑动方向相同，该机械式多级变阻尼阻尼器13可根据消防水箱调谐质量块1的位移范围而改变阻尼系数。在小风(10年一遇)或多遇地震作用时，采用较小的阻尼系数，以控制结构的舒适性为主；在中等强度的风(50年一遇)或设防烈度地震作用时，采用中等的阻尼系数，以控制结构的舒适性为主，兼顾控制结构的安全性；在大风(100年一遇)或罕遇地震作用时，采用较大的阻尼系数，以控制建筑结构16的安全性，以及减小消防水箱调谐质量块1的位移为主，消防水箱调谐质量块1的位移对调谐质量阻尼器的费用有一定的影响，通过在较大的阻尼系数，可有效减小消防水箱调谐质量块1的位移，从而降低工程造价。
以上所述实施例仅表达了本发明的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种被动式变阻尼调谐质量阻尼器装置，其特征在于，包括消防水箱调谐质量块，所述消防水箱调谐质量块的底部设置有四个用于支撑其重量的滑板支座系统、一个双向滑轨支座系统及两个机械式多级变阻尼阻尼器系统，所述滑板支座系统分别设置于消防水箱调谐质量块的四个底脚处，所述双向滑轨支座系统设置于消防水箱调谐质量块的底部中心位置，所述两个机械式多级变阻尼阻尼器系统围绕设置于双向滑轨支座系统的外侧。
2.根据权利要求1所述的被动式变阻尼调谐质量阻尼器装置，其特征在于，所述滑板支座系统包括滑板支座，所述滑板支座的上部设置有用于与消防水箱调谐质量块连接的上混凝土短柱，所述滑板支座的下部设置有用于与建筑结构的顶部连接的下混凝土短柱。
3.根据权利要求2所述的被动式变阻尼调谐质量阻尼器装置，其特征在于，所述滑板支座与上混凝土短柱之间还设置有上预埋钢板，所述滑板支座与下混凝土短柱之间还设置有下预埋钢板。
4.根据权利要求1所述的被动式变阻尼调谐质量阻尼器装置，其特征在于，所述双向滑轨支座系统包括相互连接的双向滑轨支座和球型绞支座，所述双向滑轨支座的底部与建筑结构的顶部连接，所述球型绞支座的顶部与消防水箱调谐质量块的底部连接。
5.根据权利要求4所述的被动式变阻尼调谐质量阻尼器装置，其特征在于，所述球型绞支座与消防水箱调谐质量块之间还设置有顶部预埋钢板。
6.根据权利要求1所述的被动式变阻尼调谐质量阻尼器装置，其特征在于，所述机械式多级变阻尼阻尼器系统包括机械式多级变阻尼阻尼器，所述机械式多级变阻尼阻尼器的一端通过一上型钢柱与消防水箱调谐质量块连接，另一端通过一下型钢柱与建筑结构的顶部连接。
7.根据权利要求6所述的被动式变阻尼调谐质量阻尼器装置，其特征在于，所述两个机械式多级变阻尼阻尼器分别沿消防水箱调谐质量块的纵向轴线和横向轴线方向水平设置。
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