CN201217859Y - 消能减震的建筑环形水箱 - Google Patents

Abstract

消能减震的建筑环形水箱，涉及一种消能减震装置。提供一种主要用于建筑物的采用液体阻尼方法的消能减震的建筑环形水箱。设有至少1个环形水箱，环形水箱设有进水口和出水口，进水口和出水口外接水源。使用时，将环形水箱水平设置在建筑结构的顶层或/和设备转换层上，环形水箱内的液体可为消防和生活用水，并与供水系统连接。可用于建筑结构的抗震设计或对已有建筑结构进行改造。充分利用必备的消防和生活用水作为阻尼介质，布置在对应的高度，未给建筑结构增添非使用荷载(附加质量)和提高重心位置。提高阻尼耗能效果，并形成较大的反向力矩抵消部分倾复力矩。环形水箱内大量液体其动量削弱地震(风振)力传递到建筑结构的冲量(破坏力)。

Description

消能减震的建筑环形水箱

技术领域

本实用新型涉及一种消能减震装置，尤其是涉及一种用于建筑物的，采用液体阻尼方法的消能减震的建筑环形水箱。

背景技术

液体阻尼消能减震技术是通过“柔性消能”的途径来吸收消耗地震(风振)能量，迅速衰减建筑结构的地震(风振)反应。其理论研究始于1984年，众多实验表明，液体阻尼消能减震装置是一种有效的吸振器。1987年，为了减缓日本Nagasaki机场塔楼的风致振动，在高42m塔楼的控制室和塔楼上部楼梯间分别增设25个圆柱形水箱，每个水箱设有7个直径0.38m、高0.07m、水深0.048m的独立层，水箱中液体总质量为950kg，与塔楼的质量比约为0.015。经过对比安装前后一个月测定的数据，安装前后整体阻尼比从0.93％提高到4.7％，最大风振位移从0.79mm降到0.44mm，加速度反应减少40％以上，即使在一年重现的风速26m/s情况下，加速度反应仍在ISO规定的最小察觉水平以下。此后，结构类似的阻尼水箱分别安置在Yokohama航海塔楼、王子饭店和Haneda机场塔楼上，皆获得相似的消能减震效果。日本Ikuchi桥塔高120m，在塔顶增设2个矩形水箱，每个水箱的边长5m，高1.3m，水深0.8m，液体总质量40000kg，安装前后整体阻尼比从0.2％提高到3.7％，塔顶最大风振位移从400mm衰减到20mm，其消能减震效果凸显。然而，现有液体阻尼消能减震装置均为附加质量，且位于建筑结构的中上部，势必造成整体重心上移，由此削弱了结构的稳定性，这种负面影响是显而易见的。此外，液体在受迫振动时，惯性力导致液体反向移动，其反向力矩对减少建筑结构的倾复力矩有不可忽视的积极作用。由于以往的设计者侧重于克服风致振动的影响，力求扩大液体自由面来提高兴波耗能效果，又要尽可能减小附加质量带来的不利作用，因此小尺寸、浅水深的液体阻尼器成为设计的主流，这种阻尼器限制了液体移动的距离，其反向力矩的作用表现甚微。由此可见，现有的液体阻尼消能装置对减少风致振动有明显的效果，但对减少建筑结构的地震反应是有限的。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有的液体阻尼消能减震技术所存在的缺点，提供一种主要用于建筑物的，采用液体阻尼方法的消能减震的建筑环形水箱。

本实用新型设有至少1个环形水箱，环形水箱设有进水口和出水口，进水口和出水口外接水源。

环形水箱的水平截面可为方形、圆形或椭圆形等形状，优选圆形。

环形水箱的垂直截面可为方形、圆形或椭圆形等形状，优选圆形。

环形水箱最好设至少2个，至少2个环形水箱为多环相套环形水箱。

在环形水箱中最好设置竖杆和漂浮物，尤其是非流线型竖杆和漂浮颗粒，以增加液体的蜗旋和碎波耗能。

使用时，将环形水箱水平设置在建筑结构的顶层或/和设备转换层上，环形水箱内的液体可为消防和生活用水，并与供水系统连接，环形水箱内的液面高度可动态控制在水箱高度的1/3～3/4之间，环形水箱的蓄水量不少于建筑物消防和生活用水的最低配置量，环形水箱的容积以蓄水体积的2倍为宜，塔式结构体可按环形水箱内的蓄水量与塔式结构体总质量的比例为0.01设计。当建筑结构受到地震(风振)力的作用时，水箱内的液体会形成波浪和较大的反向位移，使消能减震装置进入了非弹性阶段，产生的阻尼吸收耗散了部分能量，在液体兴波和位移的耗能及位移产生的反向力矩等作用下，促使建筑结构的周期延长、加速度响应及振幅减小，迅速衰减地震(风振)反应。此外，液体的晃动干扰了建筑结构的自振频率，减小了建筑结构在地震(风振)发生时产生共振效应的几率。

本实用新型可用于建筑结构的抗震设计，也可对已有的建筑结构进行改造。

本实用新型应尽量布置在建筑结构的顶层和中上部的设备转换层。设置在顶层的环形水箱可采用一环或多环(环中环)，以多环为佳；顶层建筑平面长宽比大于2时，宜采用多个环并行排列方式。

本实用新型的环形水箱应尽量远离建筑结构的中轴线，并以中轴线为基点对称分布，环形水箱在水平方向的形状尽可能采用圆环形。

由此可见，与现有的液体阻尼消能减震装置相比，本实用新型突出的优点是：

1.充分利用必备的消防和生活用水作为阻尼介质，且布置在对应的高度，未给建筑结构增添非使用荷载(附加质量)和提高重心位置。

2.在容积相等的各种形体中，环形水箱远比其他形体水箱细长，为液体的反向移动提供充足的后退空间和距离，提高了阻尼耗能效果，并形成较大的反向力矩抵消部分倾复力矩。

3.环形水箱内的大量液体产生了反向移动速度，其动量削弱了地震(风振)力传递到建筑结构的冲量(破坏力)。

4.扁平的环形水箱具有较大的水平面积，其重心高度低于等容积的方形水箱，重心的降低意味着建筑结构的稳定性提高。

5.常规建筑结构水箱由于布局上的原因，通常会偏离中轴线位置，这种结构上的偏心在地震(风振)时会导致不利的扭转反应，而环形水箱可轻易回避上述问题(建筑结构的顶层及设备转移层的外围一般都有足够的空间)。

6.环形水箱对楼顶的局部负荷较小，若设计得当(如采用钢板作为箱体材料)，反而减少建筑结构的自重及建造成本。

7.由于消防和生活用水处于动态平衡状态，不存在水质防腐及更换环节，对其维护保养工作的设备及技术难度比其他液体阻尼消能减震装置要简单得多。

附图说明

图1为本实用新型实施例1(设1个环形水箱)的结构示意图。

图2为本实用新型实施例2(设2个环形水箱)的结构示意图。

图3为本实用新型实施例1和2的使用状态示意图。

图4为图3的A-A剖示图。

图5为图3的B-B剖示图。

具体实施方式

实施例1

参见图1，本实用新型设有1个圆环形水箱1，圆环形水箱1设有进水口和出水口，进水口和出水口外接消防和生活用水水源，圆环形水箱1的垂直截面为圆形。

在圆环形水箱1中最好设置非流线型竖杆，以增加液体的蜗旋和碎波耗能。

实施例2

参见图2，与实施例1类似，其区别在于设有2个圆环形水箱2和3，圆环形水箱2和3套设在一起。在圆环形水箱2和3中最好设置非流线型竖杆和漂浮颗粒。

参见图3～5，将实施例1和2使用于高层建筑，将圆环形水箱1沿着中轴线水平固置在建筑结构4的设备转换层，将圆环形水箱2和3沿着中轴线水平固置在建筑结构4的顶层。圆环形水箱1～3内装有消防和生活用水5，并与供水系统6连接，圆环形水箱1的容积为消防和生活用水5体积的2.5倍，圆环形水箱2和3的容积为消防和生活用水5体积的2倍。

Claims (5)

1.消能减震的建筑环形水箱，其特征在于设有至少1个环形水箱，环形水箱设有进水口和出水口，进水口和出水口外接水源。

2.如权利要求1所述的消能减震的建筑环形水箱，其特征在于环形水箱的水平截面为方形、圆形或椭圆形。

3.如权利要求1所述的消能减震的建筑环形水箱，其特征在于环形水箱的垂直截面为方形、圆形或椭圆形。

4.如权利要求1所述的消能减震的建筑环形水箱，其特征在于环形水箱设至少2个，至少2个环形水箱为多环相套环形水箱。

5.如权利要求1或2或3或4所述的消能减震的建筑环形水箱，其特征在于在环形水箱中设置竖杆和漂浮物。

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