双向多频率矩形格构式调谐液体阻尼器

技术领域

本发明涉及一种建筑结构震动控制装置，特别是涉及一种建筑结构震动控制的双向多频率矩形格构调谐液体阻尼器。

背景技术

目前我国和世界各国普遍采用“延性结构体系”的抗震设计基本思想。这种抗震结构体系，容许结构及承重构件(柱、梁、节点等)在地震中出现损坏，即依靠结构及承重构件的损坏消耗大部分能量，往往导致结构在地震中严重破坏甚至倒塌，这在一定程度上是不合理也是不安全的。1972年美藉华裔学者姚治平(J T P Yao)教授在前人的基础上结合现代控制理论首次提出土木工程结构振动控制的概念，从而开创了结构振动控制的新局面。我国结构振动控制被广泛重视是在1980年王光远院士首先提出高耸结构风振控制开始的，从此推动了我国结构振动控制理论、技术及应用的发展。结构振动控制可以有效地减轻结构在地震、风、车辆、浪、流、冰等动力作用下的反应和损伤积累，有效地提高结构的抗震能力和抗灾性能，是土木工程结构防震减灾积极有效的方法和技术。

随着高层建筑日益向大高宽比以及轻质高强材料的方向发展，结构刚度和阻尼不断下降，对风、地震等强激励越来越敏感。结构振动控制作为一种经济、有效的手段，近年来越来越受到重视。高层建筑上大多设有生活或消防水箱，可利用这些水箱设计成的调谐液体阻尼器用于高层结构的地震和风振控制。但TLD存在一些不足，首先，调谐液体阻尼器一般只用于单一振型控制，不能有效地进行多振型控制。第二，地震是多向的，而结构横向和纵向的自振频率也是不同的，需要解决调谐液体阻尼器对不同方向和不同频率地震控制的问题。第三，需要解决依据高阶结构自振频率设计的调谐液体阻尼器又高又窄，不具工程操作性的问题。第四，为控制多阶地震反应设计多重调谐液体阻尼器，数目过多造成质量过大，其摆放位置也受到建筑功能和美观要求的限制，不仅经济上和施工上存在一定的困难与不合理，而且对生活用水，尤其消防用水带来困难。第五，不同建筑对调谐液体阻尼器有不同要求，对工厂批量生产有一定影响。因此本发明主要解决上述问题，可以控制不同建筑、不同方向、不同阵型的调谐液体阻尼器，不仅控制地震的效果好，而且便于生活和消防用水操作，外形美观，便于批量生产。调谐液体阻尼器既可以用于新建工程结构的地震和风振控制设计也可以用于已有建筑的加固维修、改造，具有良好的经济效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双向多频率矩形格构式调谐液体阻尼器，安装于高层建筑顶部，不仅可以用于为高层建筑的提供消防和生活用水，也可用于高层建筑的风振和地震反应控制，提高建筑的舒适度和安全度。本发明通过调整横向和纵向尺寸对横向和纵向地震反应进行控制；格构的方式采用不等分割方法，通过调整格构横向尺寸，使其不仅能够控制不同方向的地震，并且能够控制不同阵型作用下的地震反应。

双向多频率矩形格构式调谐液体阻尼器包括容器、格构板、内装溶液和固定部分，可用螺栓将其连接在高层建筑顶部。调液阻尼器采用矩形设计，通过调整横向和纵向尺寸对横向和纵向地震反应进行控制。矩形容器对角侧分别分隔成1个容器，共2个容器用于控制1阶阵型对应的横向和纵向地震反应；相邻两个容器并位于整个容器中部，在Y轴两侧分别分隔成1个容器，共2个容器用于控制2阶阵型对应的横向和纵向地震反应；在与1阶阵型和2阶阵型对应的容器相邻处，位于整个容器的Y轴两个端部，各端部设置2个容器，共4个容器用于控制3阶阵型对应的横向和纵向地震反应；在与1阶阵型和2阶阵型对应的容器相邻处，位于整个容器的X轴两个端部，各端部设置8个容器，共16个容器用于控制4阶阵型对应的横向和纵向地震反应；在与3阶阵型和4阶阵型对应的容器相邻处，位于整个容器的轴两个角部，各端部设置16个容器，共32个容器用于控制5阶阵型对应的横向和纵向地震反应。格构的方式采用不等分割方法，通过调整格构横向尺寸，使其不仅能够控制不同方向的地震，并且能够控制不同阵型作用下的地震反应。并根据阵型阶数增加而增加相应阶数阻尼器的数量，以提高对高阶阵型风振和地震反应控制的敏感度。一种连体式格构和底部连通设计方法，2个容器用于控制1阶阵型、2个容器用于控制2阶阵型、4个容器用于控制3阶阵型、16个容器用于控制4阶阵型、32个容器用于控制5阶阵型对应的横向和纵向地震反应，避免依据高阶结构自振频率设计的调液阻尼器又高又窄，使阻尼器整体外形合理。 而底部连通的设计方法，通过调整格构尺寸，使阻尼器水面保持相同高度，不仅能够控制地震，并且便于生活或消防用水操作。

容器为矩形，采用格构板将容器分割成横纵不同尺寸，根据高层建筑的不同方向和不同阵型频率设置各相应容器的尺寸。固定部位设置在阻尼器四周，其中设置螺栓孔，其固定连接形式采用连接钢板。

本发明优点是：双向多频率矩形格构式调谐液体阻尼器既可以为高层建筑提供生活或消防用水，并且用于高层结构的地震和风振控制具有诸多优点，技术方案简单易行，容易调整工作频率；本阻尼器的性能稳定，对结构的风振和地震反应的控制效果都比较明显；本阻尼器便于维修且费用较少，并且短期和长期都适用；本阻尼器的自激活性能好；需要空间小，且不需要滑程空间；安装简单、使用方便，既可以用于新建建筑工程的抗震设计，也可以用于已有工程的加固维修。

与同类的调谐液体阻尼器相比，本阻尼器通过调整横向和纵向尺寸对横向和纵向地震反应进行控制。格构的方式采用不等分割方法，通过调整格构横向尺寸，使其不仅能够控制不同方向的地震，并且能够控制不同阵型作用下的地震反应，并且避免依据高阶结构自振频率设计的调液阻尼器又高又窄，使阻尼器整体外形合理，工程操作性高。根据阵型阶数增加而增加相应阶数阻尼器的数量，以提高对高阶阵型风振和地震反应控制的敏感度。

附图说明

图1为本发明采用螺栓连接的双向多频率矩形格构式调谐液体阻尼器示意图。

图2为图1的A-A剖面示意图。

图3为图1的B-B剖面示意图。

1~5分别为对应于1~5阶阵型的阻尼器容器；6为矩形容器；7为格构板；8为固定部位；9为螺栓孔；10为内装溶液；11为底部连通孔。

具体实施方式

下面结合技术方案和参照附图对本发明进行详细说明。

本发明提出的双向多频率矩形格构式调谐液体阻尼器如图1~图3所示。

整个装置主要由一个矩形容器6、若干格构板7、固定部位8、内装溶液10、

2个用于控制1阶阵型的阻尼器容器1、2个用于控制2阶阵型的阻尼器容器2、4个用于控制3阶阵型的阻尼器容器3、16个用于控制4阶阵型的阻尼器容器4和32个用于控制5阶阵型的阻尼器容器5。

根据振动控制要求，确定阻尼器的总体尺寸和对应各阶阵型阻尼器的尺寸。先将地板与四周维护板焊接，根据实际需要确定底部连通孔的大小和位置，然后先焊接纵向分隔板，再焊接横向分隔板，最后安装上水和下水管道。

双向多频率矩形格构式调谐液体阻尼器通过固定连接装置将其安装在高层建筑楼顶，安装方式为螺栓连接。

图2为图1的A-A剖面示意图，主要给出各对应各阶阵型对应阻尼器容易的底部连通孔的纵向布置位置。

图3为图1的B-B剖面示意图，主要给出各对应各阶阵型对应阻尼器容易的底部连通孔的横向布置位置。