CN108476805A - 一种与屋顶绿化技术结合的建筑减振消能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种与屋顶绿化技术结合的建筑减振消能装置，在金属外盒（10）内从上至下依次设置植被层（1）、种植基层（2）、蓄水层（3）、第一滤网（6）、过滤层（4）、第二滤网（7）、排水层（5），其中排水层（5）内包括若干个固体颗粒（9）和该层上部的排水口（8）。本发明设计合理，施工简便，可以在增加城市绿化覆盖率的同时，通过多种机制耗散能量，达到较好的减振效果。

Description

一种与屋顶绿化技术结合的建筑减振消能装置
技术领域
本发明涉及一种与屋顶绿化技术结合的建筑减振消能装置，具体地说，是涉及一种引入了屋顶绿化技术、同时提高耗能效率的减振器，属于土木结构（包括高层建筑、高耸结构和桥梁结构等）振动控制领域。
背景技术
调谐液体阻尼器（TLD）是一种被动耗能减振装置。调谐液体阻尼器利用固定水箱中的液体在晃动过程中产生的动侧力来提供减振作用。其具有构造简单，安装容易，自动激活性能好，不需要启动装置等优点，可兼作供水水箱使用。阻尼器一般放置在振动响应较大的区域，比如在地震和风振中位移响应最大的屋顶位置。某些建筑在高层设置泳池，在一定程度上也起到了液体阻尼器的作用。
近年来，为了减轻城市内涝灾害，提高城市绿化覆盖率，屋顶绿化技术被引入我国，并逐渐趋于热门。绿色屋顶一般包括隔水层、排水层、粗滤层、蓄水层、种植基质层以及植被层。火山石作为一种孔隙率大、质量轻的材料，常常被用于植物种植，最近也有人将其运用在屋顶绿化技术中。用火山石混合成的蓄水层比泥土的蓄水能力高出许多，可以大大提高绿植的存活率，同时在雨天缓解城市排水系统的压力；用火山石混合成的粗滤层可以滤掉雨水中的小颗粒，以便进一步利用雨水。然而，现有的屋顶绿化设计作用单一，且平面内占地面积大，限制了屋顶在其他功能设计中的发挥。
本发明将屋顶绿化技术与消能减震技术竖向结合起来，改变了传统的整体式泥土种植绿植的屋顶，使之成为模块化的各个竖向分层的绿植盒；盒内以火山石种植植物，并在盒子底层设置消能效果较好的调谐液体阻尼器（TLD）层，该层内放有较大的颗粒物，兼有消能减振与排水的作用。该装置构造简单，耗能能力较好，且使得现有建筑的屋顶空间得到更好的利用。
发明内容
为了弥补前述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于将屋顶绿化技术引入调谐液体阻尼器（TLD），提出一种集防洪排涝、雨水利用以及消能减振于一体的装置。本发明提出的减振器可以广泛应用到现有建筑中，同时可以加大绿化覆盖面积。该装置以火山石为蓄水层，火山石孔隙率大，蓄水效率高，可以缓解城市内涝灾害。火山石初步过滤雨水，其滤后的雨水通过管道排入城市雨水收集装置或后续雨水利用装置等，便于进一步的利用。当建筑在地震或风振作用下发生左右晃动时，装置中的水撞击盒子，火山石彼此相互摩擦、撞击，火山石与水摩擦，火山石与盒子亦会发生碰撞，建筑的动能以多种形式耗散，从而达到抑制结构振动反应的目的。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
本发明提出的一种与屋顶绿化技术结合的建筑减振消能装置，它包括植被层1、种植基层2、蓄水层3、过滤层4、排水层5、第一滤网6、第二滤网7、排水口8、排水层颗粒9和外盒10，其中：外盒10采用一种具有足够强度的刚性材料，外盒10内部从上到下依次为植被层1、种植基层2、蓄水层3、第一滤网6、过滤层4、第二滤网7和排水层5；所述排水层5应有一定高度，排水层５上部设置有若干个排水口8，排水层５下部设有若干颗粒9；排水层5在一次降水后会长期存有一部分水；通过多种机制耗能，包括蓄水层3、过滤层4中固体颗粒和水的振动、摩擦、撞击外盒10，以及排水层5中液体的振动、颗粒之间彼此摩擦与撞击、液体的侧动力、颗粒与外盒10的撞击，有效抑制建筑结构的地震和风振反应。
本发明中，种植基层2为园艺土，厚度为20mm~30mm；覆盖于蓄水层3上方，减少装置内水分流失，提高植被存活率。
本发明中，蓄水层3采用粒径3mm-5mm的火山石与粒径6mm-7mm的火山石按1:1的重量比混合，蓄水层３厚度为80mm~100mm；其在雨天蓄水，在旱季可以给植被层1提供水分。
本发明中，过滤层4采用粒径3mm-5mm的火山石与粒径为6-7mm的火山石按1.5:1的重量比混合，过滤层４厚度为50mm-60mm，以初步过滤雨水中的小颗粒。
本发明中，排水层5的高度为90-100mm，内部放置若干粒径为25-35mm的质地坚硬的火山石或陶粒；排水口8设置于排水层5的上部，以保证排水层内储有足够的水，提高其消能效果。
本发明中，外盒10采用刚性材料，具体为有足够强度的金属。
本发明中，第一滤网6是尼龙等轻质材料；第二滤网7为刚性材料；第一滤网６和第二滤网７的筛孔尺寸均小于所用火山石的最小粒径。
本发明的技术步骤为：
（１）首先制作带有排水口8的钢质外盒10，并在内壁加设托槽或支架；
（２）放置排水层中的火山石或陶粒等颗粒9；
（３）放置第二滤网7；
（４）在第二滤网7上按前述材料要求铺设过滤层4；
（５）放置第一滤网6；
（６）在第一滤网6上按前述材料要求铺设蓄水层3；
（７）在蓄水层3上铺设园艺土作为种植基层2；
（８）移植植被或撒种种植；
（９）将制作好的减振装置放置在有需要的建筑屋顶。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）本发明在现有的调谐液体阻尼器技术上，结合了屋顶绿化技术，实现了多功能高效果地利用屋顶平面，节省了空间。
（2）本发明采用多种方式耗散动能。在传统的液体阻尼器中加入了颗粒，除了液体振动耗能外，引入了颗粒与外盒撞击的耗能机制。在地震或风振情况下，液体自身振动，并与外盒碰撞，同时排水层中的固体颗粒撞击外盒，能量以多种方式耗散，能达到更好的减振效果。
（3）本发明将现有的整体性屋顶绿化技术模块化，使其分布更为灵活，能够适应不同形状的屋面、满足屋面的多种作用需求。同时，装置轻便，易于移动与施工。
（4）本发明的半封闭式盒子限制了屋顶绿化材料的移动，避免了火山石颗粒在雨水冲刷下流失掉落等现象的发生。相较于一般的屋顶绿化技术，本发明的使用寿命更长。
附图说明
图1为本发明的内部细节图。
图2为本发明的整体外观图。
附图中，1、植被层；2、种植基层；3、蓄水层；4、过滤层；5、排水层；6、第一滤网；7、第二滤网；8、排水口；9、排水层颗粒；10、外盒。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1：
如图1所示，为本发明的一种与屋顶绿化技术结合的建筑消能装置实施例，其主要包括外盒10，植被层1，种植基层2，蓄水层3，过滤层4，排水层5，排水层颗粒9。其中，植被层1采用鼠尾草；种植基层2为园艺土，厚度20mm；蓄水层3采用粒径3mm-5mm的火山石与粒径6mm-7mm的火山石按1:1的比例混合，厚度为90mm；过滤层4采用粒径为粒径3mm-5mm的火山石与粒径为6-7mm的火山石按1.5:1的比例混合，厚度为50mm；排水层高度100mm，排水层颗粒9采用粒径25mm-35mm的陶粒；外盒采用钢材，尺寸为300mmX300mmX280mm；排水层5上方设有排水口8，共计12个，直径为30mm，排水口9的中心线到盒子底部的距离为80mm；蓄水层3与过滤层4之间设有第一滤网6，采用尼龙滤网，筛孔尺寸为2.80mm；过滤层4与排水层5之间设有第二滤网7，采用铁质滤网，筛孔尺寸为2.80mm。
当下雨时，雨水通过种植基层2进到蓄水层3，被蓄水层3的火山石吸收、储存一部分。随后雨水通过第一滤网6，滤去一部分颗粒后进入过滤层4，在过滤层4中进一步除去小颗粒杂质。初步过滤后的雨水通过第二滤网7进入到排水层5中，此时雨水中已经基本没有小颗粒杂质。排水层5的储水量可以达到出水口8处。
一次降水后，排水层5中存在雨水、空腔和陶粒9。此时，排水层形成一个消能装置。其消能机制主要有：陶粒与陶粒之间可以彼此摩擦与撞击，陶粒与水之间摩擦，陶粒与外盒之间的撞击，水晃动产生的动侧力。该消能装置可以提供较大的附加阻尼，耗能明显，且构造简单，造价低廉。
到旱季时，蓄水层3中所蓄的水通过蒸发等方式上升，给鼠尾草提供水分。
在工作一段时间后，该装置可以进行人工维护。可以将盒中材料取出，重新装填。
上述仅本发明较佳可行的实施例，非因此局限本发明保护范围，依照上述实施例所作各种变形或套用均在此技术方案保护范围之内。

Claims (7)

1.一种与屋顶绿化技术结合的建筑减振消能装置，包括植被层（1）、种植基层（2）、蓄水层（3）、过滤层（4）、排水层（5）、第一滤网（6）、第二滤网（7）、排水口（8）、排水层颗粒（9）和外盒（10），其特征是：外盒（10）采用一种具有足够强度的刚性材料，外盒（10）内部从上到下依次为植被层（1）、种植基层（2）、蓄水层（3）、第一滤网（6）、过滤层（4）、第二滤网（7）和排水层（5）；所述排水层（5）应有一定高度，排水层（５）上部设置有若干个排水口（8），排水层（５）下部设有若干颗粒（9）；排水层（5）在一次降水后会长期存有一部分水；通过多种机制耗能，包括蓄水层（3）、过滤层（4）中固体颗粒和水的振动、摩擦、撞击外盒（10），以及排水层（5）中液体的振动、颗粒之间彼此摩擦与撞击、液体的侧动力、颗粒与外盒（10）的撞击，有效抑制建筑结构的地震和风振反应。
2.根据权利要求1所述的一种与屋顶绿化技术结合的建筑消能装置，其特征是：种植基层（2）为园艺土，厚度为20mm~30mm；覆盖于蓄水层（3）上方，减少装置内水分流失，提高植被存活率。
3.根据权利要求1所述的一种与屋顶绿化技术结合的建筑消能装置，其特征是：蓄水层（3）蓄水层（3）采用粒径3mm-5mm的火山石与粒径6mm-7mm的火山石按1:1的重量比混合，蓄水层（３）厚度为80mm~100mm；其在雨天蓄水，在旱季可以给植被层（1）提供水分。
4.根据权利要求1所述的种与屋顶绿化技术结合的建筑消能装置，其特征是：过滤层（4）采用粒径3mm-5mm的火山石与粒径为6-7mm的火山石按1.5:1的重量比混合，过滤层（４）厚度为50mm-60mm，以初步过滤雨水中的小颗粒。
5.根据权利要求1所述的一种与屋顶绿化技术结合的建筑消能装置，其特征是：排水层（5）的高度为90-100mm，内部放置若干粒径为25-35mm的质地坚硬的火山石或陶粒；排水口（8）设置于排水层（5）的上部，以保证排水层内储有足够的水，提高其消能效果。
6.根据权利要求1所述的一种与屋顶绿化技术结合的建筑消能装置，其特征是：外盒（10）采用刚性材料，具体为有足够强度的金属。
7.根据权利要求1所述的一种与屋顶绿化技术结合的建筑消能装置，其特征是：第一滤网（6）是尼龙等轻质材料；第二滤网（7）为刚性材料；第一滤网（６）和第二滤网（７）的筛孔尺寸均小于所用火山石的最小粒径。
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