CN108268680A - 建筑结构振动控制多道防线概念设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑结构振动控制多道防线的概念设计方法工程技术流程，主要包括避让多道防线设计方法，即新建建筑避让设计和既有建筑避让设计；空间上的多道防线设计方法，即针对振源采取主动控制措施、针对传递路径采取延长传递路径或设置各种传递屏障等控制措施和针对振敏对象采取主被动控制措施；时间上的多道防线设计方法，即阶段性振动控制设计和预测性控制设计。

Description

建筑结构振动控制多道防线概念设计方法

技术领域

本发明涉及一种建筑结构振动控制多道防线概念设计方法，属于建筑设计领域。

背景技术

目前，针对工业及民用建筑结构振动控制的专业规范较少、成套技术方法尚不成熟，而随着先进技术发展，一方面如地下交通、地面交通、动力设备等振动源产生的振动，另一方面如建筑结构、工艺设备等易受振动影响产生各种振动危害，以往大多数采用以下几种控制方法：常规建筑结构刚性设计方法；单独对动力设备减隔振设计以及单独对工艺设备减隔振设计。

这些设计方案在实际振动控制工程中的作用往往是局部的、片面的、一时的，并没有考虑整体性、阶段性、全过程性，因此具有以下缺陷：

常规建筑结构刚性设计在工业生产技术较为落后时是一种经验性、保守性的设计方法，但是随着先进技术的发展，建筑结构中的设备工艺越来越复杂，振动作用和反应也越来越复杂，需要根据建筑结构的功能要求，从全局角度考虑建筑结构的选型设计、地基基础设计、结构主体设计、构造措施设计、阻尼耗能结构元件布置设计等内容。

单独对动力设备减隔振设计只是针对动力设备基础、管道支撑吊装等进行简要柔性设计，缺乏一种对建筑结构内部所有动力设备的动力特征参数进行全局性的设计，导致虽然进行了减隔振设计，但是控制程度十分有限，有时候甚至适得其反。

单独对工艺设备减隔振设计缺乏对其周边的振源、传递路径进行综合考虑，单独靠一种技术手段处理，在工程中无法解决复杂建筑结构中振动危害问题。

因此在建筑设计领域，提出恰当的振动控制设计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建筑结构振动控制多道防线概念设计方法，该方法主要包括避让多道防线设计方法，即新建建筑避让设计和既有建筑避让设计；空间上的多道防线设计方法，即针对振源采取主动控制措施、针对传递路径采取延长传递路径或设置各种传递屏障等控制措施和针对振敏对象采取主被动控制措施；时间上的多道防线设计方法，即阶段性振动控制设计和预测性控制设计。

本发明主要包含以下如下内容：

(1)避让多道防线设计方法。该方法的设计基于对新建建筑结构和既有建筑结构的振源、振动传递路径、振敏对象综合考量，从高效性、经济性、可实施性方面确定避让的原则、方法和流程；

(2)空间上多道防线设计方法。该方法包括直接针对振源进行控制设计，通过各种技术，减小振源的振动能量直接传递到外部环境中去，目前针对轨道交通振动如浮置板道床、轨扣等都属于该类设计方法；直接针对传递路径，采取各种方法延长振动传递路径消耗振动能量，或者设置各种振动传递屏障减弱振动传递通过率，以此消耗振动在主要传递路径中的能量，降低振动不利影响，如隔振沟、排桩等设计方法等属于该类设计方法；直接针对振动影响对象，采用各种主被动控制技术实施振动控制，包括设备基础、承载性减振器、主动控制装置等属于该类设计方法。

(3)时间上多道防线设计方法。该方法包括根据振源和影响对象的动力特性，以及影响对象的振动反应破坏机制规律，通过合理的设计和实施，实现不同承载或受力阶段下的影响对象对振动危害的抵御；根据以往和当前环境的数据分析结果，对环境振动荷载的发展进行预测分析，针对最不利振动荷载情况，合理设计影响对象对震害防御能力的余量，以确保随着时间推进，振动环境虽然变化，但仍然不会对影响对象造成危害。

该发明可用于工业及民用建筑结构振动控制工程的咨询、设计、施工、运维过程，主要目的是用于抵御建筑结构外部和内部的各种振动源产生的振动对建筑结构自身及设备安全运行造成的损伤、停运、破坏。

该发明具有的特点是：

(1)基于振动控制基本理论，结合建筑结构设计基本原理，充分考虑规避策略、空间防线、时间防线三个方面因素，提出各自的多道振动控制防线实施内容，系统地建立了建筑结构振动控制多道防线的概念设计方法。

(2)建立了避让策略的多道防线技术。该技术针对新建建筑结构和既有建筑结构，首先根据各自不同的特征，基于对功能性和避让性的考虑，分别提出对振动源和振敏对象采取迁移评估的防线策略；并在此基础上对结构内部的结构件、设备间、工艺区等进行合理有效的隔离或远离避让布局；最后在已有研究成果和实际工程测试数据基础上，综合地提出初步设计方案。

(3)建立了空间多道防线设计方法。该方法以振敏对象为中心，由远至近、由外至内、由下至上、由大至小建立多道空间上的防线，分别考虑对振源、振动传递路径、振敏对象进行振动控制；并在此基础上，充分进行经济性评估和可实施性评估，建立详细的振动控制整体设计方案。

(4)建立了时间多道防线设计方法。该方法根据振动源动力特征及建筑结构材料特性，并考虑随着时间变化，结构构件及材料功能退化，对振动作用强度的改变过程中振动控制设计方案进行优化；同时也预先考虑针对随时间变化，振动源数量、强度、位置改变导致的环境振动恶化，对未来某段时间段内，为振动控制设计留有余量储备。

附图说明

图1是根据本发明一个实施方案的流程示意图。

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。

如图1所示，在本发明的方法中，主要包括三个部分，第一部分为避让策略防线设计，第二部分为空间多道防线设计，第三部分为时间多道防线设计，具体说明如下：

(1)首先进行避让策略防线设计。根据建筑结构使用功能的分类，对新建建筑结构和既有建筑结构采用不同的避让设计方法。针对新建建筑结构，考虑直接转移其振敏设备或同时转移振敏设备和振源，从而得到结构设备的合理布局；而针对既有建筑结构，通过转移其振源得到结构设备的合理布局。最后依据已有研究及应用成果和工程实测振动数据，确定建筑结构的初步避让设计方案。本领域技术人员熟知，现有技术中存在大量的关于各类建筑防振的研究，这些研究可应用于本发明涉及的类似建筑。至于程实测振动数据，本领域技术人员可以知晓如何检测。

(2)其次，进行空间多道防线设计。在得到初步避让设计方案后，应充分考虑振动控制三要素、经济性和可实施性进行防线设计。即先针对振源进行控制，再针对传递路径进行控制，最后针对振敏对象进行控制。当满足上述所有控制要求时，进行经济性评估，若不能通过经济性评估，则需要重新进行振动控制三要素分析，若满足经济性评估，则进行可实施性评估，若不能通过可实施性评估，则需重新进行振动控制三要素分析和经济性评估，若满足可实施性评估，即可得到详细的振动控制整体设计方案(详细设计方案)。关于经济性评估以及可实施性评估，在本领域中也为普通技术人员所熟知。

(3)第三步进行时间多道防线设计。此阶段需要考虑阶段性振动控制、预测性振动控制和方案完备性。阶段性振动控制主要是对施工阶段的振动、运行阶段的振动、疲劳阶段的振动和升级阶段的振动进行控制设计。而预测性振动控制包括环境振源增减预测、传递路径恶化预测和安全控制余量预测等方面的设计。在满足阶段性振动控制和预测性振动控制后，需考虑方案完备性，若不能满足完备性要求，则重新进行时间多道防线设计，若满足，则得到最终设计方案。

本发明提出建筑结构振动控制多道防线的概念设计方法，其中

本设计方法主要基于振动控制基本理论，将多种振控技术相结合，较全面地涵盖了复杂工程中各种可能振动。本方法形成了完整的工艺流程，将抗振设计分阶段逐级推进，根据工程实际情况，各阶段相互印证，找出最经济合理并行之有效的设计方法。

(2)避让多道防线设计方法。分别考虑对振源、振动传递路径、振敏对象进行振动控制；从振敏设备的布置入手，充分进行经济性评估和可实施性评估，建立详细的振动控制整体设计方案。

(3)空间上多道防线设计方法。分别考虑对振源、振动传递路径、振敏对象进行振动控制；从空间的分布入手充分进行经济性评估和可实施性评估，建立详细的振动控制整体设计方案。

(4)时间上多道防线设计方法。根据振动源动力特征及建筑结构材料特性，考虑随着时间变化，结构构件及材料功能退化，对未来某段时间段内，为振动控制设计留有余量储备，保证设计的安全性、可靠性。

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 (3)

1.一种建筑结构振动控制多道防线概念设计方法，包括：

1)进行避让策略防线设计，包括针对新建建筑结构直接转移其振敏设备或同时转移振敏设备和振源；针对既有建筑结构转移其振源得；依据已有研究及应用成果和工程实测振动数据，确定建筑结构的初步避让设计方案；

2)基于上述初步避让设计方案，进一步进行空间多道防线设计，包括对振源进行控制，对传递路径进行控制，以及对振敏对象进行控制，然后实施经济性评估和可实施性评估，由此得到振动控制整体设计方案；

3)基于上述整体设计方案，进一步进行时间多道防线设计，包括阶段性振动控制、预测性振动控制和方案完备性评估，以得到最终设计方案。

2.根据权利要求1所述的方法，其中对振源进行控制包括对轨道交通振动进行浮置板道床和轨扣的处理，针对传递路径进行控制包括延长振动传递路径消耗振动能量、设置振动传递屏障减弱振动传递通过率、设置隔振沟以及排桩，针对振动影响对象进行控制包括加强设备基础、设置承载性减振器以及主动控制装置。

3.根据权利要求1所述的方法，其中阶段性振动控制主要是对施工阶段的振动、运行阶段的振动、疲劳阶段的振动和升级阶段的振动进行控制，通过合理的设计和实施，实现不同承载或受力阶段下的影响对象对振动危害的抵御；预测性振动控制包括环境振源增减预测、传递路径恶化预测和安全控制余量预测等方面的设计，根据以往和当前环境的数据分析结果，对环境振动荷载的发展进行预测分析，针对最不利振动荷载情况，合理设计影响对象对震害防御能力的余量，以确保随着时间推进，振动环境虽然变化，但仍然不会对影响对象造成危害。