一种超高层建筑vd-mtlcd风振控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种超高层建筑VD-MTLCD风振控制系统，超高层建筑设置有多个具有调频液柱阻尼器功能的消防水箱，所述的多个消防水箱竖向分布在超高层建筑上，所述的消防水箱为U型等截面管状水箱。与现有技术相比，本发明利用具有调频液柱阻尼器功能的消防水箱减少建筑结构风振响应，提高建筑的抗风性能，具有低投入、高效率等优点。
【专利说明】—种超高层建筑VD-MTLCD风振控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种建筑风振控制系统，尤其是涉及一种超高层建筑VD-MTLCD风振控制系统。
【背景技术】
[0002]超高层建筑结构自振周期较长，接近风荷载的卓越周期，属于风敏感结构。由于超高层高、柔的特点，如果设计中风振考虑不足，轻则影响用户正常使用，重则发生工程损伤和破坏,给人们的生命财产带来重大损失。
[0003]由于城市建设中节约土地的需求、高强轻质材料的发展、设计与施工技术的提高以及人们对于超高地标性建筑的渴望，超高层建筑越来越多的出现。由于风对结构的作用，超高层建筑设计中需要考虑的问题主要有:
[0004]I)防止结构或构件过大的挠度或变形，避免由此引起的外墙、外装饰材料的损坏；
[0005]2)避免过大的风振使用户产生不舒适感；
[0006]3)避免反复风振动或极端风作用使结构或构件发生损坏。
[0007]目前超高层建筑设计中，常通过刚度设计来控制结构的层间位移角，从而有效地防止结构或构件产生过大的挠度或变形。随着业主对居住舒适性要求的提高，超高层建筑结构的风振控制愈发重要。
[0008]随着建筑高度的增加，结构的刚度不断下降，由于加速度响应与结构刚度开四次方根成正比，通过提高结构刚度的方式降低加速度响应的效率太低。
[0009]对于超高层建筑(高度大于500米)而言，比较有效地改善舒适度的方法是采用附加阻尼器进行振动控制。
[0010]目前国内外高层建筑风振控制的实际应用中，较为常见的控制装置大致有以下几种:1、粘弹性阻尼器，2、液体粘滞阻尼器,3、调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper, TMD),4、主动调谐质量阻尼器(Active Tuned Mass Damper, ATMD), 5、调谐液体阻尼器(TunedLiquid Damper, TLD),6、调谐液柱阻尼器(Tuned Liquid Column Damper, TLCD)。
[0011]在目前常见的几种风振阻尼器中，利用高层建筑中的水箱进行结构振动控制是一种经济性的被动控制方法。目前利用固定水箱进行减振的研究成果主要包括TLD和TLCD。
[0012]TLD是一种矩形、圆柱形或圆环形的水箱，利用液体运动时的侧压力提供减振力。TLCD是一种成U型的等截面管状水箱，管道中间安设有一个增加液体运动阻尼的隔板，水箱下部直接固定在结构上，当结构受振时带动水箱内的水晃动，这种晃动所引起的水平惯性力对水箱壁的作用构成了其对结构的激振力，从而减小结构振动。后来有研究人员提出了多调频液柱阻尼器(Multiple Tuned Liquid Column Damper,MTIXD),研究结果表明其具有较好的控制效果，但这种风振控制系统的所有水箱均设置在同一楼层。
[0013]由于考虑抗震、抗风、经济性以及建筑美观的缘故，超高层建筑的平面通常随着楼层的增高而逐渐缩小。然而，这使得顶部的结构楼层无法设置体积过大的TLCD或MTLCD，从而严重限制了其在工程中的应用。此外，一般高度高层建筑通常只在建筑顶部设置单个消防水箱，随着建筑高度的增加，超高层建筑通常沿建筑高度不同分区设置多个消防水箱。现有的TLCD减振技术无法充分利用上述特点。
【发明内容】
[0014]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低投入、高效率的超高层建筑VD-MTLCD (竖向分布型调频液柱阻尼器)风振控制系统，利用具有调频液柱阻尼器功能的消防水箱减少建筑结构风振响应，提高建筑的抗风振性能。
[0015]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0016]一种超高层建筑VD-MTLCD风振控制系统，超高层建筑设置有多个具有调频液柱阻尼器功能的消防水箱，所述的多个消防水箱竖向分布在超高层建筑上，所述的消防水箱为U型等截面管状水箱。
[0017]所述的超高层建筑包括筒体结构体系、伸臂结构体系、巨型结构体系中的一种或多种。
[0018]所述的消防水箱的管道中间安设有用于增加液体运动阻尼的隔板。
[0019]所述的具有调频液柱阻尼器功能的消防水箱的结构参数包括质量比μ、频率比f、长度系数α和隔板阻塞系数ξ。
[0020]所述的消防水箱的结构参数根据以下步骤进行优化:
[0021]I)根据超高层结构特点和建筑的给水排水系统设计消防水箱的竖向分布位置；
[0022]2)设定各消防水箱结构参数的初始值；
[0023]3)对各消防水箱的结构参数进行调整，得到使超高层建筑各层的位移、速度和加速度达到最小的结构参数。
[0024]所述的步骤2)中，质量比的初始值根据给水排水系统确定；频率比的初始值为
0.9~1.1 ;长度系数的初始值为0.8~0.9 ;隔板阻塞系数初始值通过以下步骤计算:
[0025]201)隔板阻塞系数取O~100间的任意值；
[0026]202)用式(I)计算TIXD的等效线性阻尼，并代入式(2)，求解消防水箱中液体的位移、速度与加速度的时程和超高层建筑各层的位移、速度与加速度的时程:
[0027]
【权利要求】
1.一种超高层建筑VD-MTLCD风振控制系统，其特征在于，超高层建筑设置有多个具有调频液柱阻尼器功能的消防水箱，所述的多个消防水箱竖向分布在超高层建筑上，所述的消防水箱为U型等截面管状水箱。
2.根据权利要求1所述的一种超高层建筑VD-MTLCD风振控制系统，其特征在于，所述的超高层建筑包括筒体结构体系、伸臂结构体系、巨型结构体系中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种超高层建筑VD-MTLCD风振控制系统，其特征在于，所述的消防水箱的管道中间安设有用于增加液体运动阻尼的隔板。
4.根据权利要求3所述的一种超高层建筑VD-MTLCD风振控制系统，其特征在于，所述的具有调频液柱阻尼器功能的消防水箱的结构参数包括质量比μ、频率比f、长度系数α和隔板阻塞系数ξ。
5.根据权利要求4所述的一种超高层建筑VD-MTLCD风振控制系统，其特征在于，所述的消防水箱的结构参数根据以下步骤进行优化: 1)根据超高层结构特点和建筑的给水排水系统设计消防水箱的竖向分布位置； 2)设定各消防水箱结构参数的初始值； 3)对各消防水箱的结构参数进行调整，得到使超高层建筑各层的位移、速度和加速度达到最小的结构参数。
6.根据权利要求5所述的一种超高层建筑VD-MTLCD风振控制系统，其特征在于，所述的步骤2)中，质量比的初始值根据给水排水系统确定；频率比的初始值为0.9~1.1 ;长度系数的初始值为0.8~0.9 ;隔板阻塞系数初始值通过以下步骤计算: 201)隔板阻塞系数取O~100间的任意值； 202)用式(I)计算TLCD的等效线性阻尼，并代入式(2)，求解消防水箱中液体的位移、速度与加速度的时程和超高层建筑各层的位移、速度与加速度的时程:
7.根据权利要求6所述的一种超高层建筑VD-MTLCD风振控制系统，其特征在于，所述的步骤3)具体为: 301)将各结构参数代入公式(3)进行计算，得到在设定风荷载作用下各消防水箱中液体的位移、速度与加速度的时程和超高层建筑各层的位移、速度与加速度的时程；
【文档编号】E04B1/98GK103541456SQ201310501037
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】赵昕, 林桢杉, 董耀旻, 余天意, 周瑛, 江祥 申请人:同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司