CN109577505A - 抗风减震系统 - Google Patents

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陆建新
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Abstract

本发明提供一种抗风减震系统，涉及建筑工程技术领域，抗风减震系统包括供电装置和多个陀螺减摇装置；多个所述陀螺减摇装置分别分散设置在建筑结构上；所述供电装置与所述陀螺减摇装置，所述供电装置用于向所述陀螺减摇装置供电。利用陀螺减摇装置和供电装置，将多个陀螺减摇装置分别分散设置在建筑结构上，为建筑结构提供抗风减震作用，能够减小高层建筑风振效应，满足舒适度要求。由于陀螺减摇装置具有质量轻、体积小，整体性好、维护方便且成本低的特点，通过合理分散布置陀螺减摇装置，解决现有技术中抗风减震装置占用空间庞大、影响建筑使用以及安装维护不便的问题。

Description

抗风减震系统
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，尤其是涉及一种抗风减震系统。
背景技术
随着经济的发展，超高层建筑越来越多，然而超高层建筑结构由于自振周期长、阻尼小，风振效应十分明显，难以满足建筑物刚度和舒适度要求。因此，控制和减小超高层结构的风振反应已成为高层建筑结构的重要技术难题。
通过调频质量阻尼器(TMD)、调频液体阻尼器(TLD)或液体黏滞阻尼器(FVD)等被动控制装置是目前抗风减震方面的主要技术措施。
被动控制装置减震措施有各自的适用条件，比如：调频质量阻尼器(TMD)或调频液体阻尼器(TLD)对频率非常敏感，只有频率非常接近结构受控振型的频率时，抗风效果才会很好。但高层建筑在使用过程中由于活载、刚度的变化，会使结构的频率有一定程度的改变，这会造成实际减震效果难以预料；长时间满负荷工作的液体黏滞阻尼器(FVD)容易发生漏油现象，维护不当会失效，导致减震效果不佳。并且被动控制装置所占空间庞大，影响建筑使用，安装不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗风减震系统，以解决现有技术中的超高层建筑结构减震效果不佳且占用空间庞大的技术问题。
本发明提供的抗风减震系统，包括供电装置和多个陀螺减摇装置；
多个所述陀螺减摇装置分别分散设置在建筑结构上；
所述供电装置与所述陀螺减摇装置，所述供电装置用于向所述陀螺减摇装置供电。
进一步地，所述供电装置包括多个风力发电装置，多个所述风力发电装置分别分散设置在建筑结构上。
进一步地，所述风力发电装置为垂直轴风力发电装置。
进一步地，所述供电装置还包括建筑结构供电系统的电源。
进一步地，所述抗风减震系统还包括感应装置和控制装置；
所述感应装置用于检测建筑结构的振动加速度值；
所述感应装置与所述控制装置连接，所述控制装置用于接收建筑结构的振动加速度值；
所述控制装置用于在建筑结构的振动加速度值大于预设值时，控制所述风力发电装置和/或所述建筑结构供电系统的电源向所述陀螺减摇装置供电。
进一步地，所述感应装置包括加速度传感器。
进一步地，所述控制装置包括继电器。
进一步地，所述抗风减震系统还包括整流蓄电转换装置；所述风力发电装置、所述整流蓄电转换装置和所述陀螺减摇装置依次连接。
进一步地，多个所述陀螺减摇装置间隔设置在建筑结构设备层或顶层的边缘上。
进一步地，多个所述陀螺减摇装置呈矩阵状设置在建筑结构设备层或顶层上
本发明提供的抗风减震系统，包括供电装置和多个陀螺减摇装置；多个所述陀螺减摇装置分别分散设置在建筑结构上；所述供电装置与所述陀螺减摇装置，所述供电装置用于向所述陀螺减摇装置供电。利用陀螺减摇装置和供电装置，将多个陀螺减摇装置分别分散设置在建筑结构上，为建筑结构提供抗风减震作用，能够减小高层建筑风振效应，满足舒适度要求。由于陀螺减摇装置具有质量轻、体积小，整体性好、维护方便且成本低的特点，通过合理分散布置陀螺减摇装置，解决现有技术中抗风减震装置占用空间庞大、影响建筑使用以及安装维护不便的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的抗风减震系统的控制原理图。
图标：1－陀螺减摇装置；2－继电器；3－加速度传感器；4－建筑供电系统；5－整流蓄电转换装置；6－风力发电装置。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供了一种抗风减震系统，下面给出多个实施例对本发明提供的抗风减震系统进行详细描述。
本实施例提供的抗风减震系统，如图1所示，包括供电装置和多个陀螺减摇装置1；多个陀螺减摇装置1分别分散设置在建筑结构上；供电装置与陀螺减摇装置1，供电装置用于向陀螺减摇装置1供电。
其中，陀螺减摇装置1内部有一个高速旋转的转子，转子的高速旋转产生角动量。当其在空间中受到外力矩(建筑结构的摇摆)作用时，转子就会发生前后摆动，这就是陀螺的进动现象，而这种进动将产生与建筑结构摇摆相抵抗的减摇力矩。陀螺减摇装置1具有质量轻、体积小，整体性好、维护方便且成本低的特点。
高层建筑风振效应产生的加速度使人员感到不适，如同船舶在海洋中摇摆的感觉。本实施例利用陀螺减摇装置1和供电装置，将多个陀螺减摇装置1分别分散设置在建筑结构上，为建筑结构提供抗风减震作用，能够减小高层建筑风振效应，满足舒适度要求。
由于陀螺减摇装置1具有质量轻、体积小，整体性好、维护方便且成本低的特点，通过合理分散布置陀螺减摇装置1，解决现有技术中抗风减震装置占用空间庞大、影响建筑使用以及安装维护不便的问题。
进一步地，供电装置包括多个风力发电装置6，多个风力发电装置6分别分散设置在建筑结构上。
利用风力发电装置6进行发电对陀螺减摇装置1进行供电，能够降低抗风减震装置的能耗，提高环保性能。
进一步地，风力发电装置6为垂直轴风力发电装置6。
垂直轴风力发电装置6在风向改变的时候无需对风，这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。
由于高层建筑结构顶部的风速较大，风力发电装置6还可以与建筑结构供电系统的电源连接，风力发电装置6除了能提供陀螺减摇装置1的电能消耗，还能生产电能供建筑结构使用。
进一步地，抗风减震系统还包括整流蓄电转换装置5；风力发电装置6、整流蓄电转换装置5和陀螺减摇装置1依次连接。
风力发电机因风量不稳定，故其输出的是低电压且变化的交流电，须经整流、充电，使风力发电机产生的电能变成化学能，然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成正常电压交流电，才能保证稳定使用。
通过设置整流蓄电转换装置5，使风力发电装置6发出的电能变为正常电压交流电供给陀螺减摇装置1，保证供电的稳定性及连续供电。
进一步地，供电装置还包括建筑结构供电系统的电源。
其中，建筑结构供电系统的电源和风力发电装置6分别能够为陀螺减摇装置1供电。
在风力发电装置6发出的电能足够驱动陀螺减摇装置1时，风力发电装置6为陀螺减摇装置1供电；
在风力发电装置6发出的电能不够驱动陀螺减摇装置1时，风力发电装置6和建筑结构供电系统的电源配合为陀螺减摇装置1供电；
在风力发电装置6不能发出的电能时，建筑结构供电系统的电源为陀螺减摇装置1供电。
建筑结构供电系统的电源和风力发电装置6配合供电，陀螺减摇装置1的电能在节约能源的基础上保证供电的连续性。
此外，供电装置还可以设置太阳能发电装置。
进一步地，抗风减震系统还包括感应装置和控制装置；感应装置用于检测建筑结构的振动加速度值；感应装置与控制装置连接，控制装置用于接收建筑结构的振动加速度值；控制装置用于在建筑结构的振动加速度值大于预设值时，控制风力发电装置6和/或建筑结构供电系统的电源向陀螺减摇装置1供电。
具体地，感应装置用于检测风振时建筑结构的振动加速度，当振动加速度超过预设时，控制装置做出响应，控制整流蓄电转换装置5的电能作用于陀螺减摇装置1，如果风电电能不够用时，控制装置将接通建筑供电系统4电源，保证陀螺减摇装置1的电能。控制装置能够控制电能输入到陀螺减摇装置1，当风电充足时优先使用风能，当风电不足时，使用建筑供电系统4电源的电能。
进一步地，感应装置包括加速度传感器3。
加速度传感器3是一种能够测量加速度的传感器。通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。传感器在加速过程中，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度值。根据传感器敏感元件的不同，常见的加速度传感器3包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。
进一步地，控制装置包括继电器2。
继电器2是一种电控制器件，是当输入量(激励量)的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
通过继电器2的使用，确保抗风减震装置在风振加速度超过预设值时通过风力发电储能装置或者建筑供电系统4自动供电。
该抗风减震装置相关组成部分可从各专业公司采购并进行安装，陀螺减摇装置1和风力发电装置6的支座可采用其公司通常做法。抗风减震装置的数量可以根据结构计算得出，根据建筑结构的平面布置，将陀螺减摇装置1分散布置在建筑物设备层或楼顶的各个位置，由于陀螺减摇装置1具有质量轻、体积小，不影响建筑功能；根据陀螺减摇装置1的功率，可同时接入多个风力发电装置6，风力发电装置6可分散布置在楼顶或开放空间的设备层。
其中，多个陀螺减摇装置1可以间隔设置在建筑结构设备层或顶层的边缘上，也可以呈矩阵状设置在建筑结构设备层或顶层上。
多个风力发电装置6可以间隔设置在楼顶或开放空间的设备层的边缘上，也可以呈矩阵状设置在楼顶或开放空间的设备层上。
抗风减震装置使用方法为：在风荷载作用时垂直轴风力发电装置6将风能转化为电能并通过整流蓄电转换装置5将风力发电的电能转换成正常电压的电能；加速度传感器3收集风振作用下建筑结构的振动加速度，当震动加速度超过预设值时，将会通过继电器2做出响应，使整流蓄电转换装置5的电能作用于陀螺减摇装置1，如果风电电能不够用时，继电器2将接通建筑供电系统4电源，保证陀螺减摇装置1的电能供应；继电器2用来控制电能输入到陀螺减摇装置1，当风电充足时优先使用风能，当风电不足时，使用建筑供电系统4的电能；电能驱动陀螺减摇装置1工作，使其产生与建筑物的摇摆相抵抗的减摇力矩，从而实现抗风减震的效果。
本实施例提供的抗风减震系统，包括供电装置和多个陀螺减摇装置1；多个陀螺减摇装置1分别分散设置在建筑结构上；供电装置与陀螺减摇装置1，供电装置用于向陀螺减摇装置1供电。利用陀螺减摇装置1和供电装置，将多个陀螺减摇装置1分别分散设置在建筑结构上，为建筑结构提供抗风减震作用，能够减小高层建筑风振效应，满足舒适度要求。由于陀螺减摇装置1具有质量轻、体积小，整体性好、维护方便且成本低的特点，通过合理分散布置陀螺减摇装置1，解决现有技术中抗风减震装置占用空间庞大、影响建筑使用以及安装维护不便的问题。
此外，本实施例提供的抗风减震系统，采购方便、形式简单、施工安装维护方便、节约能源、经济适用并能很好满足建筑结构抗风减震的需求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种抗风减震系统，其特征在于，包括供电装置和多个陀螺减摇装置；
多个所述陀螺减摇装置分别分散设置在建筑结构上；
所述供电装置与所述陀螺减摇装置，所述供电装置用于向所述陀螺减摇装置供电。
2.根据权利要求1所述的抗风减震系统，其特征在于，所述供电装置包括多个风力发电装置，多个所述风力发电装置分别分散设置在建筑结构上。
3.根据权利要求2所述的抗风减震系统，其特征在于，所述风力发电装置为垂直轴风力发电装置。
4.根据权利要求2或3所述的抗风减震系统，其特征在于，所述供电装置还包括建筑结构供电系统的电源。
5.根据权利要求4所述的抗风减震系统，其特征在于，所述抗风减震系统还包括感应装置和控制装置；
所述感应装置用于检测建筑结构的振动加速度值；
所述感应装置与所述控制装置连接，所述控制装置用于接收建筑结构的振动加速度值；
所述控制装置用于在建筑结构的振动加速度值大于预设值时，控制所述风力发电装置和/或所述建筑结构供电系统的电源向所述陀螺减摇装置供电。
6.根据权利要求5所述的抗风减震系统，其特征在于，所述感应装置包括加速度传感器。
7.根据权利要求5所述的抗风减震系统，其特征在于，所述控制装置包括继电器。
8.根据权利要求2所述的抗风减震系统，其特征在于，所述抗风减震系统还包括整流蓄电转换装置；所述风力发电装置、所述整流蓄电转换装置和所述陀螺减摇装置依次连接。
9.根据权利要求1所述的抗风减震系统，其特征在于，多个所述陀螺减摇装置间隔设置在建筑结构设备层或顶层的边缘上。
10.根据权利要求1所述的抗风减震系统，其特征在于，多个所述陀螺减摇装置呈矩阵状设置在建筑结构设备层或顶层上。
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