一种适用于装配式高层建筑超大风载荷的音乐预警装置的制作方法

本发明主要涉及高层建筑风载荷预警相关技术领域，具体是一种适用于装配式高层建筑超大风载荷的音乐预警装置。

背景技术

空气流动形成的风遇到建筑物时，就会在建筑物的表面产生压力或者吸力。这种风力作用成为风荷载。风力作用是不规则的，风压随风速、风向的变化而不断变化。实际上，风荷载是随时间波动的动力荷载，但设计时一般把它视为静荷载。长周期的风压使建筑物产生侧移，短周期的脉动风压使建筑物在平均侧移附近摇摆。高度较大且较柔的高层建筑要考虑动力效应，应适当加大风荷载数值。与地震作用相比，风力大小估计较可靠，故抗风设计具有较高的可靠性。风荷载的大小主要和近地风的性质、风速、风向有关，和建筑物所在地的地貌及周围环境有关，也和建筑物本身的高度、体形及表面状态有关。

随着现代社介经济、技术的快速发展，各类建筑结构如雨后春笋般地出现在世界各地。1883年，芝加哥家庭保险大楼(高55m)的建成，标志着现代高层建筑的开始。20世纪，高层建筑有了长足的发展，纽约帝国大厦(高381m)，纽约世贸中心双子大厦(高417m)、芝加哥西尔斯大厦(高443m)相继成为世界最高建筑。1998年，吉隆坡佩重纳斯大厦(高452m)建成，成为当时世界上最高的建筑，仅仅6年后，我国台北的101大厦(高508m)成为新的世界最高建筑，到2010年，世界最高建筑则是阿联酋的迪拜塔(高828m)。目前，国内内200m以上的超高层建筑已较为普遍，超过400m的超高层建筑也已经在多个城市出现，如上海金茂大厦(420m)、香港国际金融中心(420m)、广州西塔(432m)、深圳京基金融中心(439m)、武汉绿地中心(606m)、上海中心大厦(632m)、深圳平安大厦(660m)等。可以说，无沦从高度还是数量来看，我国的高层建筑的发展是处一于世界前列的。

现代建筑不仅要满足基本的妥全性和使用性要求，比在建筑外观上还往往需要具有突出的艺术美感和鲜明的代表性。建筑材料、结构体系及施工工艺的快速发展使得各类大体量复杂外型建筑结构的设计和施工得以实现。根据大型建筑结构在发展维度上的区别可以将其简单的划分为超高层建筑结构体系和大跨度屋盖结构体系两大类。由于结构体系及建筑选材等因素影响使得该两类建筑结构往往具有质量轻、柔度大、阻尼小等特点，其自振频率的低频特性使得在随机脉动风荷载作用下易激分出明显的共振响应，并使风荷载成为了主要的设计控制荷载。同时，现今超高层建筑的发展不仅简单体现在结构的高度和体量上，在建筑外型上也突破了传统形式的束缚，呈现出多样性和集中化的趋势。复杂建筑外型超高层建筑结构的快速发展使得建筑师天马行空的设计理念有机会得以实现，同时也给结构工程师带来了前所未有的挑战。

风灾作为全球范围内影响最大的自然灾害之一，尽管已受到工程界的广泛重视，但由于其发生频率高、次生灾害大、影响范围广等特点使得其对人类生命财产安全造成了巨大威胁。根据国内外统计资料显示，每年由风灾所造成的社会财产损失居各种自然灾害之首。就风灾对大型复杂建筑结构的破坏程度而言，风荷载的作用主要是导致建筑结构局部覆面材料脱落、玻璃幕墙破坏脱落等，这种高层材料脱落的情况极易对下方的人员、物品产生不可挽回的损伤或损失，且强风吹过建筑物高层时产生呼啸声容易给人们带来恐惧感。

技术实现要素：

为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供一种适用于装配式高层建筑超大风载荷的音乐预警装置，通过该预警装置可以及时有效地对不同等级的风载荷进行预警，并且发生的音乐可以消除由于强风吹过建筑产生呼啸声音给人带来的恐惧感。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种适用于装配式高层建筑超大风载荷的音乐预警装置，包括用于安装在建筑物上的音乐箱组，所述音乐箱组包括至少一个音乐箱，所述音乐箱迎风面设有风门，该风门可被相应等级的强风打开，音乐箱内部设置可产生音乐的音乐槽组，强风吹过使所述风门打开时，强风通过所述音乐箱使其内部的音乐槽组发出音乐。

所述音乐箱组由多个音乐箱形成，每个音乐箱的风门打开所需强风等级不同，每个音乐箱内音乐槽组构造不同，从而使强风通过所述音乐槽组时能够产生不同音乐。

所述音乐槽组由大量音乐槽单体组成，音乐槽单体一端安装在音乐箱内壁，另一端设置长条形的音乐槽，通过改变音乐槽尺寸和在音乐箱内壁上的排列间距形成不同音符，进而当强风通过音乐箱时，气流通过音乐槽使其产生规定音符的音乐。

所述音乐槽单体为长条板形结构，音乐槽单体内端面垂直音乐箱内壁设置，外端面设置音乐槽，音乐槽单体安装后，强风流通方向为音乐槽宽度方向。

在音乐箱的内壁上沿强风流通方向设置两个平行的凸条，在音乐槽单体内端设置有两个卡槽，音乐槽单体通过将卡槽卡于凸条上实现在音乐箱内壁上的安装。

所述音乐箱横截面为矩形结构，组成音乐箱的四个侧壁均倾斜设置，从而使所述音乐箱的迎风面截面积大于背风面。

在所述音乐箱的四个侧壁上均设置音乐槽组，且设置在四个侧壁上的音乐槽组结构相同。

所述风门通过弹簧控制，由弹簧的弹性系数和初始张拉量确定风门打开所需的强风等级。

在所述风门上设有光滑段开口槽，光滑段开口槽内端设置直齿凹槽，所述弹簧一端连接在音乐箱内壁，弹簧另一端缠绕在一卡轴上，在卡轴上设置光滑段，光滑段外端设置限位齿，当卡轴的限位齿插入直齿凹槽时可实现所述弹簧与风门的连接，当卡轴的限位齿从直齿凹槽脱离后，可通过旋转卡轴的方式调节弹簧的初始张拉量。

所述风门由四个直角三角形的单体门形成，每个单体门均连接一弹簧，每个单体门的直角顶点均置于音乐箱迎风面中心处。

本发明的有益效果：

1、通过在建筑物上安装音乐预警装置，只有当设定等级的强风吹过时才可将风门打开产生音乐，通过不同的音乐进行不同风力预警，以便人们能够及时作出相应措施，降低强风对人身、财产造成的损失。

2、音乐预警装置能够将强风的咆哮声转化为悦耳的音乐，减少噪音污染和强风咆哮对人们带来的恐惧感。

3、采用大量音乐槽构造形成的音乐箱组配合强风进行音符的产生，加工制造成本低，可设置任意音乐类型，音乐槽采用装配式构件，安装极为方便，可以定期更换音乐槽组改变音乐曲目，减轻审美疲劳，同时可以根据不同季节的风向调整音乐箱组的安装方向，季节适应性强。

4、采用迎风面大、背风面小的音乐箱结构，利于强风吹入音乐箱后能够与音乐槽组产生振动作用发出音乐。

5、风门采用弹簧控制，通过弹簧的弹性系数、初始张拉量设计确定风门打开所需的风力等级，其整体结构简单，易于实现，且通过特殊的卡轴结构，能够在调试校核时方便的对开门力度进行调整，风门采用四组单体门形成，强风吹过时利于风门的打开，从而使强风能够与音乐箱四周的四组音乐槽组同时作用发声。

附图说明

附图1为本发明安装方式示意图一；

附图2为本发明安装方式示意图二；

附图3为本发明安装方式示意图三；

附图4为本发明音乐箱立体结构示意图；

附图5为本发明音乐箱主视结构示意图；

附图6为本发明音乐槽单体安装方式示意图；

附图7为本发明音乐槽布置方式示意图；

附图8为本发明风门结构示意图；

附图9为本发明风门与弹簧连接方式示意图；

附图10为本发明实施例中对应乐谱图。

附图中所示标号：1、音乐箱；2、音乐槽组；201、音乐槽；202、音乐槽单体；203、凸条；204、卡槽；3、风门；301、弹簧；302、卡轴；303、光滑段；304、限位齿；305、光滑段开口槽；306、直齿凹槽。

具体实施方式

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

本发明为一种适用于装配式高层建筑超大风载荷的音乐预警装置，主要包括安装在建筑物上的音乐箱组，可根据实际情况将音乐箱组安装在建筑物合适位置。如图1、2、3所示中，分别将音乐箱组安装在两个建筑物之间、建筑物顶部、建筑物一侧。音乐箱组为独立式结构，可根据相应地点季节的风向调整装置的方向，季节适应性强。音乐箱组可由一个音乐箱1组成，也可通过通过音乐箱1组装而成，音乐箱1内部设置音乐槽组2，迎风端设置弹簧风门2，音乐箱组2能够在强风流通音乐箱1内部时发出设定好的音符进而形成音乐。风门1通过强风推动打开，当设置多个音乐箱1时，将音乐箱1的风门2开启力度根据风力等级计算设计、将内部的音乐槽组2根据所需发出的音乐设计，当对应风力等级的强风吹过音乐箱组时，能够将对应的风门2吹开，进而使内部对应的的音乐槽组2产生相应的音乐，进而可根据发出的音乐类型判断出强风的等级，起到良好的预警作用。同时，该预警方式采用音乐的形式，能够将强风的呼啸声转变为悦耳的音乐声，减少风力噪音污染。

如图4、5、6、7所示，本发明的音乐槽组2由大量音乐槽单体202组成，音乐槽单体202为长条板形结构，音乐槽单体202内端面垂直音乐箱1内壁设置，外端面设置音乐槽201，该音乐槽201为长条形结构，音乐槽单体202安装后，强风流通方向为音乐槽201宽度方向。为了保证强风吹入音乐箱1后能够与音乐槽组2产生振动发出音乐，本发明将音乐箱1横截面设置为矩形结构，组成音乐箱1的四个侧壁均倾斜设置，从而使所述音乐箱1的迎风面截面积大于背风面。当强风进入音乐箱1时，空气会吹入音乐槽201产生回旋对音乐槽201产生规律的脉冲压力，空气的冲击力通过音乐槽201会产生微振动，由空气的脉冲压力和冲击力引起振动的同时生成声音，进而发出不同的频率和振幅的音乐。由于该结构的布置方式，产生音乐的音调主要由音乐槽201的宽度和深度决定，而音调之间的声音连贯通过相邻音乐槽201之间的间距决定。因此通过合理设置每个音乐槽201的宽度、深度以及相邻音乐槽201之间的间距，即可根据乐谱设计音乐槽201，使其产生相应的音符，进而当强风吹过时产生音乐。

如图6所示，本发明的音乐槽单体202采用装配式构件的方式安装在音乐箱1内壁上，其具体结构为：在音乐箱1的内壁上沿强风流通方向设置两个平行的凸条203，在音乐槽单体202内端设置有两个卡槽204，在安装音乐槽单体202时，将音乐槽单体202的卡槽204紧紧卡于凸条203上即可实现音乐槽单体202在音乐箱1内壁上的安装。采用该装配式构件的安装方式，能够定期的更改音乐槽组结构，进而改变相应的音乐曲目，减轻审美疲劳。

同时，可在本发明的音乐箱1的四个侧壁上均设置音乐槽组2，音乐槽组2构造相同，能够同时产生相同的音乐。

如图8所示，本发明的风门3采用弹簧控制的方式，可采用现有成熟弹簧门结构，通过合理设计弹簧的弹性系数和初始张拉量确定风门打开所需的强风等级。在本发明中，每个音乐箱1上的风门3均由四个单体门形成，四个单体门均为直角三角形结构，各单体门的斜边与音乐箱1侧壁铰接连接，单体门的直角顶点均置于音乐箱1迎风面中心处，风力吹过时，由中心处将四周的单体门同时打开，保证强风能够同时通过音乐箱1侧壁上所有的音乐槽组2。

风门3也可采用图9所示结构，相当于传统家庭中常用的弹簧纱窗门结构，即通过一根弹簧301，将弹簧301的一端连接到音乐箱1的侧壁上，弹簧301的另一端连接到单体门上，风力不足以打开风门时，在弹簧301的作用下拉紧风门使其关闭，风力较大时，推开风门。同时为了便于弹簧301初始张拉量的调节，在单体门上与弹簧301连接处设有光滑段开口槽305，光滑段开口槽305内端设置直齿凹槽306，弹簧301用于与风门连接的一端缠绕在一卡轴302上，在卡轴302上设置光滑段303，光滑段303外端设置限位齿304，当卡轴302的限位齿304插入直齿凹槽306时可实现所述弹簧301与风门的连接。在进行调试时，可将卡轴302通过外力向上拔出，使卡轴302的限位齿304从直齿凹槽306脱离至光滑段开口槽305时，可通过旋转卡轴302缠绕或松开弹簧301的方式调节弹簧301的初始张拉量，进而调整风门打开所需的风力强度。

本发明中，音乐预警装置的实施步骤如下：

(1)设计不同风载状态下的播放曲目。垂直于建筑物表面的单位面积风荷载标准值为ωk＝βzμsμzω0，其中ωk为风荷载标准值，βz为z高度处的风振系数，μs为风荷载体型系数，μz为风压高度变化系数，ω0为基本风压。根据高层建筑结构设计规范中规定的层间弹塑性位移角限值、结构顶点风振加速度限值、楼盖竖向振动加速度限值等指标确定高层建筑能承受的最大风荷载ωm。由n为安全系数，根据不同的安全系数确定对应安全系数下的风荷载等级，进而确定不同等级下由装置发出音乐的曲目。

(2)根据风荷载情况设计弹簧初始张拉量和弹性系数。

(3)根据由风荷载和弹簧弹性系数所确定的音乐曲目设计音乐槽组。当风荷载达到打开风门的数值时，强风吹过音乐槽，音乐槽上的凹槽由于宽度、深度和凹槽间距不同可以发出不同的音调，通过设计可以达到不同风力作用下发出不同音符的效果。

下面以具体实施例对本发明作进一步说明：

首先设计不同风载状态下的播放曲目。根据当地情况在脉动风荷载的共振分量分子取50时，垂直于建筑物表面的单位面积风荷载标准值为ωk＝βzμsμzω0＝0.35kn/m²，其中ωk为风荷载标准值，βz为z高度处的风振系数，μs为风荷载体型系数，μz为风压高度变化系数，ω0为基本风压。根据高层建筑结构设计规范中规定的层间弹塑性位移角限值(框架结构为1/50)、结构顶点风振加速度限值(办公楼取为0.25m/s²)、楼盖竖向振动加速度限值(竖向自振频率不大于2hz的办公楼取为0.07m/s²)等指标确定高层建筑能承受的最大风荷载ωm＝1.45kn/m²。由n为安全系数，当n＝4时，播放歌曲《茉莉花》，当n＝3时，播放《歌唱祖国》，当n＝2时，播放《祖国颂》。②根据风荷载情况设计弹簧初始张拉量和弹性系数。一扇风门的面积为1m²，取弹簧弹性系数为0.3kn/m，弹簧拉力f＝k·δx，预设n＝5即风荷载ω低于0.3kn/m²时风门不打开，则可确定此时弹簧的初始拉力f1＝0.3kn和初始拉伸量δx1＝10cm。当n＝4时需要播放《茉莉花》，此时风荷载ω2＝0.36kn/m²，弹簧拉力f2＝0.36kn，需要δx1＝30cm，则弹簧弹性系数需为0.3kn/m，若与预设k值相当则不需要再算，n＝3和n＝2的计算方法同n＝4。③根据由风荷载和弹簧弹性系数所确定的音乐曲目设计音乐槽组。当风荷载达到打开风门的数值时，强风吹过音乐槽，音乐槽上的凹槽由于宽度、深度和凹槽间距不同可以发出不同的音调，凹槽间距越小音调越高，通过设计可以达到不同风力作用下发出不同音符的效果。

上述参数计算、设计完成之后，需要对装置进行调试，用鼓风机吹送一定的气流模拟大风，校核不同等级大风下装置发出的音乐，若有偏差，可通过调节弹簧张拉程度进行调整。装置安装、校核调试之后，当风荷载达到一定数值将弹簧拉开，进而风门打开，强风进入音乐箱，使音乐槽组上的音乐槽产生振动，进而发出音乐。音乐槽组在设置于音乐箱之前根据乐谱由“1、2、3、4、5、6、7、等音节组成，各弹簧有不同的弹性系数和初始张拉量，进而导致在不同等级的风力下打开不同的风门，产生不同的音乐，起到对不同等级强风的预警作用，并且发出的音乐可以消除由于强风吹过建筑而产生呼啸声音给人带来的恐惧感。

参考图10，为音乐《茉莉花》节选，对应的音乐箱组设计结构如下：音乐箱侧壁倾斜角度20～30°，凹槽间隔为两音乐槽的槽口之间距离最近的两条边的距离，则其对应音调的音乐槽尺寸参考表1。

表1