CN211447995U

CN211447995U - 一种局部隔震的双向调谐质量减震结构系统

Info

Publication number: CN211447995U
Application number: CN201921987582.1U
Authority: CN
Inventors: 谭杰; 江健; 王浩
Original assignee: Wuhan Institute Of Earthquake Engineering Co ltd
Current assignee: Wuhan Institute Of Earthquake Engineering Co ltd
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2020-09-08
Anticipated expiration: 2029-11-18

Abstract

本实用新型公开了一种局部隔震的双向调谐质量减震结构系统，包括主结构、局部隔震结构和隔震层，局部隔震结构通过隔震层安装在主结构上，隔震层包括隔震支座和耗能阻尼器，局部隔震结构底部设有多个支撑点，每个支撑点均通过一个隔震支座安装在主结构上，每个隔震支座四周的主结构上均设有一个基座，每个隔震支座和四周的基座之间均通过耗能阻尼器相连，通过隔震层的设置将局部隔震结构在建筑结构两个主轴方向上的的运动频率F_2x和F_2y分别调谐至与主结构在两个主轴方向上的的运动频率F_1x和F_1y相匹配。本实用新型通过较小的投入设置局部隔震结构，达到隔震保护、调谐质量、阻尼耗能的多重功效，起到消能减震、保护建筑结构的作用。

Description

一种局部隔震的双向调谐质量减震结构系统

技术领域

本实用新型属于工程领域，涉及一种建筑结构减震技术，尤其涉及一种局部隔震的双向调谐质量减震结构系统。

背景技术

随着城市建设的快速发展及科学技术的不断革新，高层建筑结构的数量越来越多，为满足建筑效果的需求，其体型不规则性也多样化。这些建筑结构为满足抗震、抗风的要求，需要在结构设计时加强主体结构的刚度、提高结构自身固有频率，因而会大幅增加结构构件的截面尺寸，增加工程成本。针对该问题，工程中采用隔震技术或增设调谐质量阻尼器等方法。

建筑结构隔震技术是一种有效的控制技术，可大幅降低结构的地震内力，保障结构安全。基础隔震技术是在结构基础与上部结构之间设置隔震层，由隔震支座组成的隔震层具有竖向承载力高、水平刚度小的特点，改变了整体结构的固有频率，使其远离破坏地震的频率，从而达到减小地震反应的目的。但基础隔震技术需要专业的结构设计论证，且需要布置大量的隔震支座和耗能阻尼器，一方面需要较大的技术支持和成本投入，另一方面需要严格的工艺措施来保证隔震层的施工质量。

调谐质量阻尼器(TUNED MASS DAMPER，简称TMD)，是通过在主结构附加一个子结构的方式来吸收主结构的能量。子结构的固有频率需要调谐至主结构的固有频率附近，当主结构振动时，子结构形成一个相反的惯性力，从而降低主结构的振动。工程应用中，为兼顾控制效果与实施可行性，TMD的子结构与主结构质量比需控制在1％～5％。但对于高层建筑结构，其总质量巨大，附加TMD子结构的质量、体积也特别大，不管是放在楼顶还是在结构内，都需要占用大量的空间，对建筑使用功能和结构设计都带来具大的挑战，影响其工程应用。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，将隔震结构和调谐质量阻尼器的原理结合起来，提出全新的一种局部隔震的双向调谐质量减震结构系统。将整体建筑结构的局部设计成隔震结构，控制该部分的质量为总结构的1％～5％，且选取合适的隔震层，使局部隔震结构在建筑结构两个主轴方向上的的运动频率F_2x和F_2y分别与主结构在两个主轴方向上的的运动频率F_1x和F_1y相近。这样局部隔震结构形成了主结构的附加调谐质量阻尼器，可以吸收输入主结构的能量，并通过附加阻尼器耗散能量，降低主结构的反应位移和内力，提高建筑结构的安全性。

为了解决所述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种局部隔震的双向调谐质量减震结构系统，包括主结构、局部隔震结构和隔震层，其特征在于：所述局部隔震结构通过隔震层安装在主结构上，所述隔震层包括隔震支座和耗能阻尼器，所述局部隔震结构底部设有多个支撑点，每个支撑点均通过一个隔震支座安装在主结构上，每个隔震支座四周的主结构上均设有一个基座，每个隔震支座和其四周基座之间均通过耗能阻尼器相连，通过隔震层的设置将局部隔震结构在建筑结构两个主轴方向上的的运动频率F_2x和F_2y分别调谐至与主结构在两个主轴方向上的的运动频率F_1x和F_1y相匹配。

作为优选，所述主结构上安装局部隔震结构的位置设有局部加强的竖向转换构件和水平转换构件，所述隔震层安装在水平转换构件上。

作为优选，所述主结构包括水平承重构件和竖向承重构件，所述局部隔震结构为整体结构的一部分，与主结构一样，也包括水平承重构件和竖向承重构件。

作为优选，所述局部隔震结构的质量M₂约为主结构质量M₁的1％～5％。

作为优选，每个所述主结构上安装有一个或多个局部隔震结构。

作为优选，所述局部隔震结构设于主结构内中部或者上部。

作为优选，所述耗能阻尼器为液体阻尼器、气体阻尼器或电磁阻尼器。

本实用新型具有下列优点和积极效果：

(1)易于实现：不改变建筑结构的原使用功能，不需要额外加入大的质量体系，即可实现该减震结构体系；

(2)构造简单，造价低：只需要小范围进行隔震，成本投入低；

(3)设计简单，布置灵活：局部隔震部分既可以设置在主结构的上部也可以设置在主结构的中部，还可以根据需求在不同部位设置多个局部隔震区；

(4)减震效果显著：局部隔震不仅保护了隔震部分结构，而且在整个结构体系中起到调谐质量的作用，保护主结构，同时隔震层的阻尼器可以耗散能量，从而起到多种减震机理、多重保护的作用；

综上所述，本实用新型结构体系简单、成本低、布置灵活、减振效果显著，可以通过较小的投入设置局部隔震结构，达到隔震保护、调谐质量、阻尼耗能的多重功效，起到消能减震、保护建筑结构的作用。

附图说明

图1是本实用新型减震结构体系整体结构示意图。

图2是本实用新型局部隔震结构和隔震层示意图。

图3是本实用新型局部隔震结构和隔震层俯视示意图。

附图标记：1-主结构，10-主结构竖向承重构件，11-主结构水平承重构件，12-竖向转换构件，13-水平转换构件，14-基座，2-局部隔震结构，20-局部隔震结构竖向承重构件，21-局部隔震结构水平承重构件，22-局部隔震结构刚性底板，3-隔震层，30-隔震支座，31-阻尼器。

具体实施方式

下面结合附图详细说明：

一、减震结构体系的结构组成

如图1至图3所示，一种局部隔震的双向调谐质量减震结构系统，包括主结构1、局部隔震结构2和隔震层3；

主结构1包括主结构竖向承重构件10和主结构水平承重构件11，在与隔震层3相连的部位适当设置竖向转换构件12和水平转换构件13，用来承担并传递上部局部隔震结构2传递的荷载。局部隔震结构2包括局部隔震结构竖向承重构件20、局部隔震结构水平承重构件21和局部隔震结构刚性底板22，局部隔震结构刚性底板22与隔震层3紧密相连，起到传递荷载的作用。所述隔震层3包括隔震支座30和阻尼器31，隔震支座30为局部隔震结构2提供较小的水平刚度，阻尼器31耗散输入的能量。所述局部隔震结构2底部设有多个支撑点，每个支撑点均通过一个隔震支座30安装在主结构1上，每个隔震支座30四周的主结构1上均设有一个基座14，每个隔震支座30和其四周基座14之间均通过耗能阻尼器31相连，通过隔震层3的设置将局部隔震结构在建筑结构两个主轴方向上的的运动频率F_2x和F_2y分别调谐至与主结构在两个主轴方向上的的运动频率F_1x和F_1y相匹配。

本实施例中，局部隔震结构2为整体建筑结构的一部分，不改变原结构的使用功能情况下，实现减震效果，主结构1对局部隔震结构2既起到支承作用，又起到限位作用，防止隔震层3的过大变形。

在主结构1与局部隔震结构2相连构件处，适当设置转换梁、转换柱(墙)，当然该转换梁、转换柱(墙)不限于上述的竖向转换构件12和水平转换构件13，也可以是一体化的转换构件。

本实施例中，局部隔震结构2的质量M₂约为主结构1质量M₁的1％～5％，在设计阶段通过该原则可确定局部隔震结构2的面积和层数。在设计阶段，选取合适水平刚度K_1x、K_1y的隔震支座30使局部隔震结构2的在主结构的两个主轴方向上的运动频率F_2x、F_2y分别调谐至主结构1在两个主轴方向上的运动频率F_1x、F_1y附近，即局部隔震结构2的运动频率与主结构1的运动频率相匹配，达到提高减震效果的目的。

本实施例中，角标1x表示x方向，1y表示y方向，比如K_1x表示隔震支座在x方向的水平刚度，K_1y表示隔震支座在y方向的水平刚度，F_2x为局部隔震结构2在x方向的运动频率，F_2y为局部隔震结构2在y方向的运动频率，F_1x主结构在x方向的运动频率，和F_1y主结构在y方向的运动频率。

根据隔震层3的运动位移选取合适的耗能阻尼器31，耗散输入局部隔震结构2的能量，达到消能减震的效果，局部隔震结构2可以设置为1个，也可以设置为多个；可以设置在主结构1上部，也可以设置在主结构1中间。

一种局部隔震的双向调谐质量减震结构系统设计方法，包括以下步骤：

1)按照普通结构的设计方法对主结构1进行结构设计，可以确定主结构1的质量M₁和主结构1在两个主轴方向上的固有频率F_1x和F_1y；

2)按照局部隔震结构2的质量M₂约为主结构1质量M₁的1％～5％的原则，确定局部隔震结构2的质量M₂，进而确定局部隔震结构2合适的面积、层数；

3)根据建筑结构设计使用功能，确定局部隔震结构2的位置，可以设置在主结构1的上部也可以设置在主结构1的中部，还可以根据需求在不同部位设置多个局部隔震区；

4)根据频率调谐的原理，将局部隔震结构2在两个主轴方向上的固有频率F_2x和F_2y分别调谐至主结构1的固有频率F_1x和F_1y附近，确定合适的F_2x和F_2y；

5)局部隔震结构2和隔震层3组成一个水平刚度较小的整体，可近似为单自由度结构体系，其固有频率

由此可得隔震层3两个主轴方向上的水平刚度K_x和K_y；

6)隔震层3的水平刚度K_x和K_y为所有隔震支座30的水平刚度之和，

其中n为隔震支座30的个数，k_xi和k_yi为每个隔震支座30两个主轴方向的水平刚度。这样可以选取合适水平刚度的隔震支座30，形成固有频率为F_2x和F_2y的局部隔震系统；

7)根据需要，选取合适数量、类型的阻尼器31，用于耗散输入的能量。

所述的方法可用于该种局部隔震的双向调谐质量减震结构系统的确定。

工作机理：

当风荷载或地震荷载作用于主结构1时，由于局部隔震结构2和主结构1频率调谐的原因，地震力经主结构1传递至局部隔震结构2，表现为主结构1的位移很小、局部隔震结构2位移较大的现象，在局部隔震结构2运动的同时，耗能阻尼器31可以耗散输入的能量，从而有效地降低主结构1的内力和位移，保护建筑结构安全。本实用新型结构体系简单、成本低、减振效果显著，在普通建筑结构体系基础上作局部调整，形成了一种新的调谐质量减震体系，可用于建筑结构的抗风和抗震。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种局部隔震的双向调谐质量减震结构系统，包括主结构、局部隔震结构和隔震层，其特征在于：所述局部隔震结构通过隔震层安装在主结构上，所述隔震层包括隔震支座和耗能阻尼器，所述局部隔震结构底部设有多个支撑点，每个支撑点均通过一个隔震支座安装在主结构上，每个隔震支座四周的主结构上均设有一个基座，每个隔震支座和其四周的基座之间均通过耗能阻尼器相连，通过隔震层的设置将局部隔震结构在建筑结构两个主轴方向上的运动频率F_2x和F_2y分别调谐至与主结构在两个主轴方向上的运动频率F_1x和F_1y相匹配。

2.如权利要求1所述的双向调谐质量减震结构系统，其特征在于：所述主结构上安装局部隔震结构的位置设有局部加强的竖向转换构件和水平转换构件，所述隔震层安装在水平转换构件上。

3.如权利要求1所述的双向调谐质量减震结构系统，其特征在于：所述主结构包括水平承重构件和竖向承重构件，所述局部隔震结构为整体结构的一部分，与主结构一样，也包括水平承重构件和竖向承重构件。

4.如权利要求1所述的双向调谐质量减震结构系统，其特征在于：所述局部隔震结构的质量M₂约为主结构质量M₁的1％～5％。

5.如权利要求1所述的双向调谐质量减震结构系统，其特征在于：每个所述主结构上安装有一个或多个局部隔震结构。

6.如权利要求1所述的双向调谐质量减震结构系统，其特征在于：所述局部隔震结构设于主结构内中部或者上部。

7.如权利要求1所述的双向调谐质量减震结构系统，其特征在于：所述耗能阻尼器为液体阻尼器、气体阻尼器或电磁阻尼器。