CN106593057B - 一种基于层级耗能的建筑及装备振动控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于层级耗能的建筑及装备振动控制方法，包括步骤：1)确定振动控制对象的振动速度V；2)根据所确定的振动速度V，将振动控制对象分为代表五个区域的振动能量分布的五个等级：50μm/s＜V＜5mm/s，12μm/s＜V≤50μm/s，3μm/s＜V≤12μm/s，1.5μm/s＜V≤3μm/s以及0<V≤1.5μm/s；3)针对上述五级振动能量区域，分别实施振动控制措施，使得各级振动控制效率△d1～△d5满足本发明利用“层级耗能”方法，基于提出的“由粗到细”五个振动等级，采取不同性能的隔振、减振以及振动控制装置，服务于不同等级和水平的振动对象，最终实现整体建筑结构振动能量分割、逐级耗散；与以单一能量耗散目标开展振动控制相比，降低耗费，设计安装简单。

Description

一种基于层级耗能的建筑及装备振动控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于层级耗能的建筑及装备振动控制方法，属于建筑设计领域。
背景技术
在实际工程中，建筑结构或构件的振动能量按频域、时域以及幅值等分布复杂，以单一能量耗散目标开展振动控制，振动控制措施往往根据建筑结构整体采取隔振、减振或者振动控制措施，如基底隔振、调谐质量阻尼器隔振以及耗能屈曲支撑等，其设计、安装复杂，经济耗费较大，但细部振动控制效果却不尽人意；此类方法，没有对建筑结构整体、构件以及内属精密设备等进行等级划分，振动控制目标模糊，希望通过一种方法解决全部振动问题是很难实现的。
传统设计方法往往仅能解决“粗级”振动控制需求。在传统振动控制工程中，希望通过调谐质量阻尼器等控制方法，实现建筑结构抗震或者高层结构抗风等结构整体振动的“粗级”需求，但内属精密设备或者其它微振动环境控制需求很难达到，没有考虑针对“细级”的微振动控制需求。
传统设计方法无法实现“粗级”、“细级”振动控制的合理、交叉及灵活运用。由于传统设计方法没有对建筑结构振动采取科学、合理的振动能量等级划分，导致整体振动控制目标混乱，拟通过“粗级”振动控制目标实现整体控制特性，往往“细级”微振动控制要求很难达到；拟通过“细级”微振动控制要求严格控制整体振动控制特性，其经济花费巨大，没有必要。因此在建筑设计领域，提出恰当的振动控制方法的需求日益增加。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于层级耗能的建筑及装备振动控制方法，其可将振动速度进行划分，即振动能级进行逐级划分，进而采取不同振动控制方法，实现层级耗能。
本发明的再一目的在于提供一种基于层级耗能的建筑及装备振动控制方法，其解决了设计、安装复杂，耗费较大等技术问题。
为了达到上述目的，本发明提供一种基于层级耗能的建筑及装备振动控制方法，包括步骤：1)确定振动控制对象的振动速度V；2)根据所确定的振动速度V，将振动控制对象分为代表五个区域的振动能量分布的五个等级：50μm/s＜V＜5mm/s，12μm/s＜V≤50μm/s，3μm/s＜V≤12μm/s，1.5μm/s＜V≤3μm/s以及0<V≤1.5μm/s；3)针对上述五级振动能量区域，分别实施振动控制措施，使得各级振动控制效率△d1～△d5满足
在根据本发明所述的振动控制方法中，振动速度V为50μm/s＜V＜5mm/s的振动控制对象选自动力设备、轨道交通、建筑结构主体或环境振动；相应的振动控制方法选自钢弹簧与阻尼器、大块式混凝土基础、橡胶减振器、浮置板道床装置、钢弹簧与浮置地板的混合隔振方式、房中房构造形式、临时隔断或屏障基础。
在根据本发明所述的振动控制方法中，对振动速度V为12μm/s＜V≤50μm/s的振动控制对象选自整体振动或微振动、细部振动；相应的振动控制方法选自筏板与桩基础、优化设备工艺布局、增加结构刚度、大块式混凝土基础、设计耗能阻尼器、调谐质量阻尼器或对内部精密设备设计隔振、减振。
在根据本发明所述的振动控制方法中，对振动速度V为3μm/s＜V≤12μm/s的振动对象的振动控制方法选自大块式混凝土基础、增加局部的刚度和质量、钢弹簧与阻尼器、光学平板、减振地板或大理石板。
在根据本发明所述的振动控制方法中，对振动速度V为1.5μm/s＜V≤3μm/s的振动对象的振动控制方法选自钢弹簧与阻尼器、被动空气弹簧隔振装置或光学平板。
在根据本发明所述的振动控制方法中，对振动速度V为0<V≤1.5μm/s的振动对象的振动控制方法选自钢弹簧与阻尼器、主动空气弹簧隔振装置、被动空气弹簧隔振装置或光学平板。
本发明的有益效果：
研究发现，通过将振动控制对象划分为上述五个等级，并分级进行控制，能够实现诸多的有益技术效果。例如不仅能够使得单个控制对象满足控制要求，而且在整体上也能够实现控制目标，更加有利的是能够大幅度降低成本。也即，本发明利用“层级耗能”方法，基于提出的“由粗到细”五个振动等级，采取不同性能的隔振、减振以及振动控制装置，服务于不同等级和水平的振动对象，最终实现整体建筑结构振动能量分割、逐级耗散；与以单一能量耗散目标开展振动控制相比，降低耗费，设计安装简单。
附图说明
图1是本发明的振动速度等级图示意图。
具体实施方式
为使本的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图进行详细说明。
能量主要分为动能和势能，建筑结构中的振动能量考虑动能，建筑结构构件或构筑物动能与水平速度直接相关，速度愈大，振动能量愈大；建筑结构中，由于振源、传递路径不同，导致的影响对象水平振动存在差异，故而，可根据对象振动测试速度，进行振动能量区域划分，进而对振动控制对象进行划分。一般的振动速度V＜5mm/s，振动速度的测量可以利用现有技术的测量仪或者测量方法来进行，例如激光传感测量仪。
如图1所示，在本发明中，将工业和民用建筑结构以及构筑(造)物工程等目标控制对象，按照振动速度进行等级划分，分为五个等级：
50μm/s＜V＜5mm/s，12μm/s＜V≤50μm/s，
3μm/s＜V≤12μm/s，1.5μm/s＜V≤3μm/s以及0<V≤1.5μm/s。
基于层级耗能设计，选择振动控制装置。基于“由大到小”划分的五个振动能量等级，针对不同目标控制对象，选择隔振、减振和振动控制装置。层级耗能，逐级实现振动控制效率0～95％(及以上)。针对划分的五级振动能量区域，分别开展隔振、减振及振动控制措施，并分别定义振动控制效率为△d1～△d5，振动控制效率为1－有振动控制装置下的输出幅值/无振动控制装置下的输出幅值，通过逐级耗能，目标实现的整体振动控制效率其中△d1、△d2、△d3、△d4以及△d5分别为上述五个等级下的振动控制效率。本领域技术人员可以结合现有技术来检测确定该振动控制效率。
(1)速度V为50μm/s＜V＜5mm/s水平振动对象的振动控制方法如下：对动力机器等振源型设备，采取特定固有频率(隔振效率)的钢弹簧并配以阻尼器使用，也可使用大块式混凝土基础，或使用橡胶减振器；对(城市)轨道交通等，采取浮置板道床等隔振装置，亦可采用钢弹簧加浮置地板的混合隔振方式；对于建筑结构主体，可采取房中房构造形式；对于环境振动，可对主体隔振对象采用临时隔断方式，或采取屏障基础等。
(2)速度V为12μm/s＜V≤50μm/s水平振动对象的振动控制方法如下：可采取筏板加桩基础联合使用的方式，并通过优化设备工艺布局、增加结构刚度、配以大块式混凝土基础对建筑结构进行振动控制；此外，可基于整体振动控制需求，设以耗能阻尼器、调谐质量阻尼器，同时，基于微振动、细部振动控制需求，对内属精密设备进行隔振、减振和振动控制。
(3)速度V为3μm/s＜V≤12μm/s水平振动对象的振动控制方法如下：可采取大块式混凝土基础，以增加局部刚度和质量；并基于钢弹簧加阻尼器，加以主动控制装置(如主动空气弹簧隔振装置)，还可设计光学平板、减振地板和大理石板。
(4)速度V为1.5μm/s＜V≤3μm/s水平振动对象的振动控制方法如下：基于钢弹簧加阻尼器，加以主动控制装置(如主动空气弹簧隔振装置)和被动控制装置(被动空气弹簧隔振装置)；还可设置光学平板。
(5)速度V为0<V≤1.5μm/s水平振动对象的振动控制方法如下：基于钢弹簧加阻尼器，加以主动控制装置(如主动空气弹簧隔振装置)和被动控制装置(被动空气弹簧隔振装置)；还可设置光学平板，但精度要求严格于(4)。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种基于层级耗能的建筑及装备振动控制方法，包括步骤：
1)确定振动控制对象的振动速度V；
2)根据所确定的振动速度V，将振动控制对象分为代表五个区域的振动能量分布的五个等级：50μm/s＜V＜5mm/s，12μm/s＜V≤50μm/s，3μm/s＜V≤12μm/s，1.5μm/s＜V≤3μm/s以及0<V≤1.5μm/s；
3)针对上述五级振动能量区域，分别实施振动控制措施，使得各级振动控制效率△d1～△d5满足
其中，振动控制效率为1－有振动控制装置下的输出幅值/无振动控制装置下的输出幅值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
振动速度V为50μm/s＜V＜5mm/s的振动控制对象选自动力设备、轨道交通、建筑结构主体或环境振动；对于动力设备相应的振动控制方法选自钢弹簧与阻尼器、大块式混凝土基础、橡胶减振器；对于轨道交通相应的振动控制方法选自浮置板道床装置、钢弹簧与浮置地板的混合隔振方式；对于建筑结构主体相应的振动控制方法选自房中房构造形式；对于环境振动相应的振动控制方法选自临时隔断或屏障基础。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
对振动速度V为12μm/s＜V≤50μm/s的振动控制对象选自整体振动、微振动或细部振动；对于整体振动相应的振动控制方法选自设计耗能阻尼器、调谐质量阻尼器；对于微振动或细部振动相应的振动控制方法选自对内部精密设备设计隔振、减振。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
对振动速度V为3μm/s＜V≤12μm/s的振动对象的振动控制方法选自大块式混凝土基础以增加局部的刚度和质量、钢弹簧与阻尼器并加以主动空气弹簧隔振装置、光学平板、减振地板或大理石板。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
对振动速度V为1.5μm/s＜V≤3μm/s的振动对象的振动控制方法选自钢弹簧与阻尼器并加以主动空气弹簧隔振装置和被动空气弹簧隔振装置、光学平板。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
对振动速度V为0<V≤1.5μm/s的振动对象的振动控制方法选自钢弹簧与阻尼器并加以主动空气弹簧隔振装置和被动空气弹簧隔振装置、光学平板。
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