CN112797110A - 以竖向隔工业振动为主的振震双控设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了以竖向隔工业振动为主的振震双控设计方法，包括：(1)设置竖向隔工业振动的装置，包括：沿需要隔振的建筑竖直方向安装弹簧隔振器(1)以达到隔振效果；(2)设置竖向隔工业振动的装置，包括：沿需要隔震的建筑水平方向在原有建筑的抗震基础上安装粘滞阻尼器(2)；钢制弹簧隔振器和粘滞阻尼器以及结构自身的耗能设计形成一个同层组合隔震系统，首先利用钢弹簧隔振器进行整体的系统的模态优化设计和隔振效果控制，在此基础上进行地震设防验算，当隔振器变形超限时，配置粘滞阻尼器限位和耗能，共同达到振动和地震危害的消除，同时满足振震双控，既满足工业振动要求，又能抵御隔震层的水平变形，安全性、舒适性和经济性都得到了保证。

Description

以竖向隔工业振动为主的振震双控设计方法

技术领域

本发明涉及地震及减振技术领域，特别是一种以竖向隔工业振动为主的振震双控设计方。

背景技术

建筑结构受轨道交通、工业环境等振动影响，工程建设面临振动与地震的双重需求，建筑设计阶段应考虑振动与地震的双重作用。目前，针对建筑与装备工程所面临的地震和振动危害，控制装置均是针对单一的控制目标进行开发的，只考虑水平方向或竖直方向危害的控制，缺乏完善系统的控制方法和界限的选择，单独采用“抗”的方法或是“隔”的方法，都无法同时解决振动与地震问题，很难同时满足对振震双控的要求。目前工程采用的方法具有以下缺陷:

(1)单一以“抗”为主的设计方法，建筑结构截面尺寸较大，以抗为主导致结构截面尺寸较大与建筑结构使用功能需求往往易产生矛盾；工艺变化和升级改造时产生困难，重大装备在服役期间，经常面临升级改造，而定向设计造成冗余度偏低，无法进行升级改造；结构与装备动力特性可变性，由于建筑功能的需求，设备的的运行方式、作业工况、劳损变化都会导致系统动力特性改变，引发振动变化。

(2)地震与振动控制采用基于“隔”理念的设计方法，需要采用水平向耗能降低地震剪切破坏、竖直向调频避免共振，同时还需隔的过程中系统具有较高稳定性，在工程中有时存在一定难度。“隔震”建筑及装备水平刚度低，结构水平方向自振周期长，隔震效果好，但结构竖直方向刚度大，对竖直方向振动控制效率低。“隔振”建筑及装备具有良好的隔振性能，尤其是竖向振动控制，但该类建筑及装备水平刚度一般较大，隔地震能力有限。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供一种“以竖向隔工业振动为主”的振震双控设计方法，以建筑及设备使用功能和人员舒适度为先导需求，再进行安全设计。本设计主要侧重解决工程振动危害，提出以竖向工业振动危害为主，以水平地震动危害为辅的振震双控设计方法，其核心内容是，按照振动控制优先原则，首先进行竖向隔振设计，在框架柱下方设置钢弹簧隔振器，满足振动控制需求；其次，为了满足结构抗震需求，达到振震双控效果，需要结合结构抗震设计措施，水平向通过增加粘滞阻尼器，使结构满足抗震要求，保障地震和振动过程中隔振装置完好，实现振震双控目标。

本发明的目的在于提供一种振震双控方法，包括：

(1)设置竖向隔工业振动的装置，包括：沿需要隔振的建筑竖直方向安装弹簧隔振器(1)以达到隔振效果。

(2)设置水平隔地震作用的装置，包括：沿需要隔震的建筑水平方向在原有建筑的抗震基础上安装粘滞阻尼器(2)。

优选的，所述弹簧隔振装置(1)为一种钢制隔振器。

优选的，所述粘滞阻尼器(2)根据流体通过节流孔时会产生节流阻力的原理制成，是一种与活塞运动速度相关的阻尼器。

优选的，所述钢制弹簧隔振装置(1)采用叠层橡胶隔振件替代，所述叠层橡胶隔振件由橡胶和铅版所组合成的物件。

优选的，所述方法具体实施的流程包括：

步骤1，进行系统三维精细化建模、重力作用静力场计算，设置支反力选择隔振装置，并且对竖向刚度进行精细化调整；

步骤2，对整体性结构模态进行计算后，判断是否满足整体模态，如果不满足整体模态要求，则返回对竖向刚度进行精细化调整，如果满足整体模态要求，则对振动控制有效性进行盐酸；

步骤3，判断是否满足震动要求，如果满足振动要求，则对罕遇地震变形进行验算，如果不满足振动要求，则返回竖向刚度精细化调整；

步骤4，对罕遇地震变形进行盐酸后，对位置变形进行协调，如果无法对位置变形无法协调，则施加大型粘滞阻尼器，之后再次进行罕遇地震变形验算；如果能够对位置变形进行协调，则对定型分组刚度进行优化；

步骤5，继续进行振震双控微调设计，然后对装置变形进行协调，如果无法对位置变形无法协调，则继续对振震双控微调进行设计；如果能够对位置变形进行协调，则继续对设计方案进行细化设计。

本发明的有益效果：

(1)以隔竖向振动为主的设计方案。对于地震频度较低的区域，工业振动的影响较为突出，所以将控制工业振动作为首要目的，以隔竖向振动为主进行研究。根据工业振动的特性，利用钢弹簧隔振器进行整体的系统的模态优化设计和隔振效果控制。降低整体系统的刚性，达到竖向的隔振效果。

(2)以隔水平向地震动为辅的设计方案。在满足竖直抗工业振动的要求下，以隔水平地震震动为辅，增设水平粘滞阻尼器，并且对辅助隔震层进行抗震的设计，以达到延长整个结构体系的自振周期的目的，从而减少输入上部结构的水平地震作用，最终达到水平方向隔震的效果。

(3)同时满足横向和竖向的振震双控设计方案。采用钢弹簧竖向隔振，同时增设水平方向的粘滞阻尼器，解决了罕见地震下隔震装置侧向变形的问题。相对于传统方法中“抗”和“隔”的方法，振震双控设计方案有更好的安全性、功能性、经济性和舒适性。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：

附图1为根据本发明实施例的以竖向振动控制为主的振震双控方法原理结构图。

附图2为根据本发明实施例的以竖向振动控制为主的振震双控方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的以竖向振动控制为主的振震双控设计方法作进一步阐述。以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本发明。

本实施例针对现有技术的缺陷，提供一种“以竖向隔工业振动为主”的振震双控设计方法，以建筑及设备使用功能和人员舒适度为先导需求，再进行安全设计。本设计主要侧重解决工程振动危害，提出以竖向工业振动危害为主，以水平地震动危害为辅的振震双控设计方法，其核心内容是，按照振动控制优先原则，首先进行竖向隔振设计，在框架柱下方设置钢弹簧隔振器，满足振动控制需求；其次，为了满足结构抗震需求，达到振震双控效果，需要结合结构抗震设计措施，水平向通过增加粘滞阻尼器，使结构满足抗震要求，保障地震和振动过程中隔振装置完好，实现振震双控目标。

本实施例应用于地震设防烈度相对较低、竖向振动强度相对较大、容许振动要求相对较高的工程建设，例如：低烈度区且具有较高振动控制要求的地铁上盖或毗邻建筑，具有较大冲击荷载作用的车间厂房，振动控制要求较高的精密车间等。

参见图1的一种振震双控方法，包括：

1、设置竖向隔工业振动的装置，包括：沿需要隔振的建筑竖直方向安装弹簧隔振器1以达到隔振效果；

2、设置水平隔地震作用的装置，沿需要隔震的建筑水平方向在原有建筑的抗震基础上安装粘滞阻尼器2。

弹簧隔振装置1为一种钢制隔振器，有高承载、低刚度、高稳定性、耐疲劳性的特性，可以很大程度的减少竖向振动。弹簧隔振器1静态压缩量大，固有频率低，低频隔振良好，不受温度变化的影响，不会老化或蠕变而且大量生产时特性变化很小。弹簧隔振器1的使用大大提高了抵抗工业振动的能力，有效保证了工程在轨道交通等工业振动严重时的稳定性。

粘滞阻尼器2根据流体通过节流孔时会产生节流阻力的原理制成，是一种与活塞运动速度相关的阻尼器。广泛应用于高层建筑、桥梁、建筑结构抗震改造、工业管道设备抗振、军工等领域。在地震来临时，粘滞阻尼器2最大限度吸收和消耗了地震对建筑结构的冲击能量，大大缓解了地震对建筑结构造成的冲击和破坏，减少了水平震动，提高了安全性能，极大程度上缓解了地震对建筑结构造成的冲击和破坏，同时降低了施工的成本。

另一优选实施例中，钢制弹簧隔振装置1采用叠层橡胶隔振件替代，叠层橡胶隔振件由橡胶和铅版所组合成的物件，有抗震能力以及较大的形变能力和形变后的复原能力。

参见图2，方法具体实施的流程包括：

步骤1，进行系统三维精细化建模、重力作用静力场计算，设置支反力选择隔振装置，并且对竖向刚度进行精细化调整；

步骤2，对整体性结构模态进行计算后，判断是否满足整体模态，如果不满足整体模态要求，则返回对竖向刚度进行精细化调整，如果满足整体模态要求，则对振动控制有效性进行盐酸；

步骤3，判断是否满足震动要求，如果满足振动要求，则对罕遇地震变形进行验算，如果不满足振动要求，则返回竖向刚度精细化调整；

步骤4，对罕遇地震变形进行盐酸后，对位置变形进行协调，如果无法对位置变形无法协调，则施加大型粘滞阻尼器，之后再次进行罕遇地震变形验算；如果能够对位置变形进行协调，则对定型分组刚度进行优化；

步骤5，继续进行振震双控微调设计，然后对装置变形进行协调，如果无法对位置变形无法协调，则继续对振震双控微调进行设计；如果能够对位置变形进行协调，则继续对设计方案进行细化设计。

工作原理：

钢制弹簧隔振器和粘滞阻尼器以及结构自身的耗能设计形成一个同层组合隔震系统。根据振动的特性，首先利用钢弹簧隔振器进行整体的系统的模态优化设计和隔振效果控制，在此基础上进行地震设防验算，当隔振器变形超限时，配置粘滞阻尼器限位和耗能，共同达到振动和地震危害的消除，同时满足振震双控。既满足了工业振动的要求，又能抵御隔震层的水平变形，安全性、功能性、舒适性和经济性都得到了保证。

本实施例实施的技术效果：

1以隔竖向振动为主的设计方案。对于地震频度较低的区域，工业振动的影响较为突出，所以将控制工业振动作为首要目的，以隔竖向振动为主进行研究。根据工业振动的特性，利用钢弹簧隔振器进行整体的系统的模态优化设计和隔振效果控制。降低整体系统的刚性，达到竖向的隔振效果。

2以隔水平向地震动为辅的设计方案。在满足竖直抗工业振动的要求下，以隔水平地震震动为辅，增设水平粘滞阻尼器，并且对辅助隔震层进行抗震的设计，以达到延长整个结构体系的自振周期的目的，从而减少输入上部结构的水平地震作用，最终达到水平方向隔震的效果。

3同时满足横向和竖向的振震双控设计方案。采用钢弹簧竖向隔振，同时增设水平方向的粘滞阻尼器，解决了罕见地震下隔震装置侧向变形的问题。相对于传统方法中“抗”和“隔”的方法，振震双控设计方案有更好的安全性、功能性、经济性和舒适性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种以竖向隔工业振动为主的振震双控设计方法，其特征在于包括：

(1)设置竖向隔工业振动的装置，包括：沿需要隔振的建筑竖直方向安装弹簧隔振器(1)以达到隔振效果；

(2)设置水平隔地震作用的装置，包括：沿需要隔震的建筑水平方向在原有建筑的抗震基础上安装粘滞阻尼器(2)。

2.根据权利要求1所述的以竖向隔工业振动为主的振震双控设计方法，其特征在于：所述弹簧隔振装置(1)为一种钢制隔振器。

3.根据权利要求1所述的以竖向隔工业振动为主的振震双控设计方法，其特征在于：所述粘滞阻尼器(2)根据流体通过节流孔时会产生节流阻力的原理制成，是一种与活塞运动速度相关的阻尼器。

4.根据权利要求1所述的以竖向隔工业振动为主的振震双控设计方法，其特征在于：所述弹簧隔振装置(1)采用叠层橡胶隔振件替代，所述叠层橡胶隔振件由橡胶和铅版所组合成的物件。

5.根据权利要求1所述的以竖向隔工业振动为主的振震双控设计方法，其特征在于：所述方法具体实施的流程包括：

步骤1，进行系统三维精细化建模、重力作用静力场计算，设置支反力选择隔振装置，并且对竖向刚度进行精细化调整；

步骤2，对整体性结构模态进行计算后，判断是否满足整体模态，如果不满足整体模态要求，则返回对竖向刚度进行精细化调整，如果满足整体模态要求，则对振动控制有效性进行盐酸；

步骤3，判断是否满足震动要求，如果满足振动要求，则对罕遇地震变形进行验算，如果不满足振动要求，则返回竖向刚度精细化调整；

步骤4，对罕遇地震变形进行盐酸后，对位置变形进行协调，如果无法对位置变形无法协调，则施加大型粘滞阻尼器，之后再次进行罕遇地震变形验算；如果能够对位置变形进行协调，则对定型分组刚度进行优化；

步骤5，继续进行振震双控微调设计，然后对装置变形进行协调，如果无法对位置变形无法协调，则继续对振震双控微调进行设计；如果能够对位置变形进行协调，则继续对设计方案进行细化设计。

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