專利名稱：建筑群的組合控制方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑物的振動(dòng)控制方法及其裝置設(shè)計(jì)對(duì)建筑物的動(dòng)力反應(yīng)(地震反應(yīng)、風(fēng)動(dòng)反應(yīng))實(shí)施控制是近十多年來開始的?，F(xiàn)有的一些對(duì)建筑物的控制方法及其裝置主要對(duì)單體建筑物實(shí)施控制，有以下幾種①TMD控制方法及裝置，主要是利用共振原理進(jìn)行抗風(fēng)和抗震設(shè)計(jì)，但對(duì)地震這樣寬頻譜激勵(lì)并不十分有效。②錨索控制方法及其裝置，適用于多層建筑物的抗震或抗風(fēng)設(shè)計(jì)，但有于錨索受拉而不能壓，屬于一種半程控制，且影響使用空間。③空氣動(dòng)力檔風(fēng)板方法及其裝置，用于高柔建筑物的抗風(fēng)設(shè)計(jì)中，但不能抗震。④基底隔震方法及裝置，將隔震裝置放于建筑物的基底或放于橋梁與橋墩的節(jié)點(diǎn)處，可以減少地面運(yùn)動(dòng)向上部結(jié)構(gòu)的傳遞，但在強(qiáng)震作用下，隔震裝置處于非線性階段工作，過大的非線性變形可能造成破壞，且不易修復(fù)。⑤擺式質(zhì)量控制方法及裝置，用質(zhì)量擺去碰撞建筑物來達(dá)到抗震或抗風(fēng)的目的，但適用范圍小，一般適用于煙筒或塔類結(jié)構(gòu)，且效果局限。對(duì)于現(xiàn)代大型建筑群的控制，現(xiàn)有的是根據(jù)建筑群中各子建筑物的使用功能、質(zhì)量及體型、結(jié)構(gòu)形式等因素的不同，而采用沉降縫、抗震縫等把各子建筑物分離開來，以避免它們相互影響或相互碰撞，而后再分別對(duì)各子建筑物進(jìn)行抗震或抗風(fēng)設(shè)計(jì)。這種方法沒有考慮建筑群體的自身結(jié)構(gòu)特性，是一種消極被動(dòng)的方法，既不合理又不經(jīng)濟(jì)。
本發(fā)明的目的在于提出一種控制建筑群動(dòng)力反應(yīng)的組合控制方法和與之相匹配的控制裝置。不僅使建筑群的動(dòng)力特性得到有效的控制，又使各子建筑物的動(dòng)力特性得到改善和加強(qiáng)。
本發(fā)明的控制方法是根據(jù)建筑群中各子建筑物不同的動(dòng)力特性和相互作用的性質(zhì)，利用控制裝置把各子建筑物以某種方式聯(lián)接起來，進(jìn)行總體上的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使整個(gè)建筑群在外界干擾(如地震、風(fēng)、海浪等)作用下的動(dòng)力響應(yīng)得到有效控制。合理地調(diào)整各子建筑物的質(zhì)量比，頻率比和阻尼比等結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制裝置的控制參數(shù)，使不同子建筑物的動(dòng)力特性、相互匹配及控制裝置的控制作用得到充分發(fā)揮，降低整個(gè)建筑群的動(dòng)力響應(yīng)。對(duì)建筑群中各子建筑物的動(dòng)力匹配性進(jìn)行選擇，要使各子建筑物之間的質(zhì)量比、頻率比相差不要太大，質(zhì)量比一般在 1/10 ～1，頻率比在1～6，各子建筑物的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)按剛?cè)嵯嗯涞脑瓌t，各子建筑物的平面和空間相對(duì)位置要合理地布置，以實(shí)現(xiàn)所要求的控制方向。采用控制裝置應(yīng)考慮其性能、可靠性、造價(jià)和適用性等因素，在布置控制裝置時(shí)，應(yīng)將其放在可以最大發(fā)揮控制作用的層間(如底層或頂層)和所要控制的建筑群的振動(dòng)方向，及子建筑物的薄弱層間處。在整個(gè)建筑群的優(yōu)化設(shè)計(jì)上應(yīng)以造價(jià)最低、可靠性最高和造價(jià)與可靠性雙重的原則。
本發(fā)明的控制裝置是由控制塊、傳力板、聯(lián)接板、腹板、高強(qiáng)螺栓、牛腳式托架、可移動(dòng)銷、導(dǎo)軌、穩(wěn)定桿、夾片和滑槽等組成。由高強(qiáng)螺栓將幾塊控制塊和傳力板在控制塊的兩側(cè)連接，在控制塊間有傳力板，傳遞控制力，在傳力板間有腹板，起加強(qiáng)傳力板的剛性和穩(wěn)定性的作用，傳力板的一端與控制塊相連，另一端與聯(lián)接板相連，聯(lián)接板與結(jié)構(gòu)中的預(yù)埋件相連，在聯(lián)接板的兩端各有一個(gè)牛腳式托架，用于放導(dǎo)軌，在控制塊中間有一穩(wěn)定桿相串，用夾片夾緊，在兩個(gè)聯(lián)接板之間的同一側(cè)，由導(dǎo)軌相連，導(dǎo)軌用來支持穩(wěn)定桿，在導(dǎo)軌的中部有一滑槽，使穩(wěn)定桿在槽內(nèi)可以平移，在牛腳式托架和導(dǎo)軌相接處，有可移動(dòng)銷相連，用來限制導(dǎo)軌移動(dòng)。控制塊是由高分子材料制成的，既要有一定剛度，又要有較大的阻尼，可以用天然橡膠或氯丁橡膠作為高分子材料。在安裝控制裝置時(shí)，應(yīng)在框架或墻體上預(yù)留預(yù)埋件，并用焊接或螺栓連接的方法，將控制裝置固定于兩個(gè)子建筑物之間。
本發(fā)明的建筑群的組合控制方法及裝置，改變了現(xiàn)有的對(duì)建筑群采用沉降縫或抗震縫把各子建筑物分開，再各自對(duì)子建筑物進(jìn)行抗震或抗風(fēng)設(shè)計(jì)，而是用其控制裝置有效地將各子建筑物聯(lián)接起來。進(jìn)行總體上的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而提高整個(gè)建筑群的安全性和可靠性，大幅度地降低了整個(gè)建筑群的動(dòng)力響應(yīng)。所采用的控制裝置原理簡單，既可用于抗震，又可用于抗風(fēng)，且不占用任何使用面積，適當(dāng)布置可以實(shí)現(xiàn)多方向控制，也可以控制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述

圖1是本發(fā)明對(duì)建筑群實(shí)施單向控制的平面2是本發(fā)明對(duì)建筑群實(shí)施單向控制的俯視3是本發(fā)明對(duì)建筑群實(shí)施雙向控制的平面4是本發(fā)明對(duì)建筑群實(shí)施雙向控制的俯視5是本發(fā)明的控制裝置放于建筑群薄弱層處的平面6是本發(fā)明的控制裝置放于建筑群薄弱層處的俯視7是本發(fā)明的控制裝置放于建筑群所要控制的振動(dòng)方向上及能最大發(fā)揮控制作用處的平面8是本發(fā)明的控制裝置放于建筑群所要控制的振動(dòng)方向上及能最大發(fā)揮控制作用處的俯視9是本發(fā)明的控制裝置的平面10是本發(fā)明的控制裝置的俯視圖參照?qǐng)D1、圖2、圖3、圖4，對(duì)于建筑群中各子建筑物的平面和空間相對(duì)位置要合理布置，以實(shí)現(xiàn)所要求的控制方向，主體建筑物〔1〕、〔4〕與附屬建筑物〔2〕、〔5〕由控制裝置〔3〕分別按單向、雙向控制聯(lián)接。
參照?qǐng)D5、圖6，控制裝置〔3〕布置在主建筑物〔6〕有薄弱的層間處，與附屬建筑物〔7〕相連接。
參照?qǐng)D7、圖8，控制裝置〔3〕分別布置于各子建筑物〔9〕、〔10〕、〔11〕所要控制的振動(dòng)方向上及能最大發(fā)揮控制作用處。
參照?qǐng)D9、圖10，控制裝置的控制塊〔12〕由高強(qiáng)螺栓〔13〕在其兩端將控制塊與傳力板〔14〕聯(lián)接，為加強(qiáng)傳力板的剛性，在兩個(gè)傳力板間有暖板〔10〕，以保持傳力板的穩(wěn)定性，傳力板的一端與控制塊相連，另一端與聯(lián)接板〔15〕相連，聯(lián)接板與結(jié)構(gòu)中預(yù)埋件相連，在聯(lián)接板的兩端有牛腳式托架〔17〕，用手放置導(dǎo)軌，在兩個(gè)聯(lián)接板的同一端，有一導(dǎo)軌〔19〕，在導(dǎo)軌中部有一穩(wěn)定桿〔21〕將控制塊連接，并有夾片〔22〕將其夾緊，在導(dǎo)軌中部有一滑槽〔20〕，允許穩(wěn)定桿的平移，在牛腳式托架上有可移動(dòng)銷〔18〕，起限制導(dǎo)軌移動(dòng)的方向作用。
對(duì)于圖5、圖6所示的二個(gè)建筑物組成的主附建筑群體，用控制裝置〔3〕來控制建筑群的地震反應(yīng)，假定地震反應(yīng)為自噪聲過程，在彈性范圍內(nèi)計(jì)算動(dòng)力組合系數(shù)的變化規(guī)律。動(dòng)力組合系數(shù)表示用控制裝置把兩個(gè)建筑物組合成系統(tǒng)后的地震反應(yīng)與不用控制裝置時(shí)同種工況下的地震反應(yīng)之比。用(1-動(dòng)力組合系數(shù))×100%可以表示減震效果。在圖5、圖6中，主體建筑物〔6〕和附屬建筑物〔7〕由控制裝置〔3〕聯(lián)接起來，地震輸入〔8〕。由圖11表示隨著兩個(gè)建筑物的頻率比λW( (W2)/(W1) )的改變，動(dòng)力組合系數(shù)的變化規(guī)律， 表示主建筑物的位移和速度的動(dòng)力放大系數(shù)的變化規(guī)律， 表示附屬建筑物的位移和速度的動(dòng)力放大系數(shù)的變化規(guī)律，從圖11看表明，許多這類建筑物用控制裝置聯(lián)接組合后，都可以取得30%以上的減震效果(計(jì)算參數(shù)取λm＝ (M2)/(M1) ＝ 1/4 、uc＝ (C0)/(C1) ＝2、uk＝ (K0)/(K1) ＝0.3)。圖12表示隨著兩建筑物的質(zhì)量比λm( (M2)/(M1) )的改變，動(dòng)力組合系數(shù)的變化規(guī)律， 表示對(duì)主建筑物的位移和速度動(dòng)力放大系數(shù)的變化， 表示附屬建筑物的位移和速度的動(dòng)力放大系數(shù)的變化(計(jì)算參數(shù)取λW＝ (W2)/(W1) ＝4、uc＝2、uk＝0.3、λ＝1)，圖12表明對(duì)附屬建筑物的控制效果隨質(zhì)量比的變化有一個(gè)最佳值，在設(shè)計(jì)中是可以尋求的。圖13表示隨兩個(gè)建筑物之間控制裝置的剛度比uk＝( (控制裝置的測度K0)/(主建筑物的剛度K1) )的改變，建筑群動(dòng)力組合系數(shù)的變化規(guī)律， 表示主建筑物的位移和速度的動(dòng)力組合系數(shù)的變化， 表示附屬建筑物的位移和速度的動(dòng)力組合系數(shù)的變化(計(jì)算參數(shù)取λW＝4、λm＝1/4、uc＝2、λξ＝1)，圖13表明控制裝置的剛度不易過大。圖14表示隨兩個(gè)建筑物之間的控制裝置的阻尼uc＝( (控制裝置的阻尼C0)/(主建筑物的阻尼C1) )的改變，建筑群動(dòng)力組合系數(shù)的變化規(guī)律， 示主建筑物的位移速度的動(dòng)力組合系數(shù)的變化， 表示附屬建筑物的位移身速度的動(dòng)力組合系數(shù)的變化(計(jì)算參數(shù)取λW＝4、λm＝1/4、uk＝0.3、λξ＝1)，從圖14中表明，當(dāng)阻尼增大時(shí)，可以大幅度降低主建筑物的反應(yīng)(可減少近70%)，而對(duì)附屬建筑物的減振效果有一個(gè)最佳范圍。
下面給出一個(gè)實(shí)施例，一個(gè)建筑群是由一個(gè)11層的主體建筑物與一個(gè)3層的附屬建筑物組成，主體建筑物底部兩層為薄弱區(qū)，需要加強(qiáng)，現(xiàn)用4個(gè)控制裝置把兩個(gè)建筑物組合起來。計(jì)算參數(shù)選取如下對(duì)主體建筑物每層質(zhì)量均為Mi＝691.1T＝0.705TS2/cm層間剛度K1主＝K2主＝272.7T/cm，K3主＝Ku主＝……＝K11主＝409.1T/cm對(duì)于附屬建筑物M1＝0.37TS2/cm m2＝0.38TS2/cm，m3＝0.85TS2/cm層間剛度K1＝1159.7T/cm，K2＝1053T/cm，K3＝977.8T/cm
對(duì)于控制裝置(4個(gè))C01＝C02＝30TS2/cmK01＝K02＝0.1K1主＝27.27T/cm對(duì)于地面運(yùn)動(dòng)取卓越頻率Wg＝5π，阻尼比ξg＝0.3譜強(qiáng)度S0＝11.56cm2/S3現(xiàn)比較兩種設(shè)計(jì)方案方案Ⅰ兩建筑物之間不用控制裝置聯(lián)接方案Ⅱ兩建筑物之間用控制裝置聯(lián)接則通過計(jì)算機(jī)可算得結(jié)果如下表
從表中可以明顯看出兩建筑物在聯(lián)接后的性能得到明顯改善，不但聯(lián)接區(qū)處主體建筑物的薄弱層得到加強(qiáng)，而且在非聯(lián)接區(qū)的位移也可以得到一定程度的降低。
以上結(jié)果可以證明本發(fā)明提出的建筑群的組合控制方法具有顯著的減振和抗震效果，同時(shí)證明控制裝置是實(shí)現(xiàn)這個(gè)效果的有力工具。
權(quán)利要求
1.一種建筑群的組合控制方法，其特征在于根據(jù)建筑群中各子建筑物不同動(dòng)力特性和相互作用的性質(zhì)，利用控制裝置把各子建筑物以某種方式聯(lián)接起來，組成一個(gè)大的建筑系統(tǒng)，進(jìn)行總體上的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于對(duì)建筑群中各子建筑物的動(dòng)力匹配性進(jìn)行選擇，各子建筑物之間的質(zhì)量比應(yīng)在1～ 1/10 之間，頻率比應(yīng)在1～6之間。
3.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于對(duì)建筑群中各子建筑物的平面和空間相對(duì)位置要達(dá)到所要求的控制方向。
4.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于控制裝置設(shè)置在底層或頂層。
5.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于控制裝置在所要控制的建筑群的振動(dòng)方向上。
6.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于控制裝置設(shè)置在子建筑物的薄弱層間處。
7.一種用于建筑群組合控制的控制裝置，其特征在于包括控制塊、傳力板、聯(lián)接板、腹板、高強(qiáng)螺栓、牛腳式托架、可移動(dòng)銷、導(dǎo)軌、穩(wěn)定桿、夾片和滑槽等，高強(qiáng)螺栓將控制塊和傳力板在控制塊兩端連接起來，用腹板置于兩傳力板間，傳力板一端與控制塊相連，另一端與聯(lián)接板相連，聯(lián)接板與結(jié)構(gòu)中的預(yù)埋件相接，在聯(lián)接板的兩端，各放置一個(gè)牛腳式托架，控制塊中間有一穩(wěn)定桿，并用夾片夾緊控制塊，在兩聯(lián)接板的同一端的牛腳式托架間，有一導(dǎo)軌來支持穩(wěn)定桿，在導(dǎo)軌中間有一滑槽來使穩(wěn)定桿在槽內(nèi)平移，在牛腳式托架和導(dǎo)軌相接處，有可移動(dòng)銷連接來限制導(dǎo)軌移動(dòng)。
8.如權(quán)利要求7所述的控制裝置，其特征在于控制塊是由高分子材料制成，可以采用天然橡膠或氯丁橡膠。
9.如權(quán)利要求7所述的控制裝置，其特征在于安裝控制裝置應(yīng)在框架或墻體上預(yù)留預(yù)埋件，并用焊接或螺栓連接的方法，固定于兩個(gè)建筑物之間。
全文摘要
建筑群的組合控制方法及裝置，是根據(jù)建筑群中各子建筑物不同的動(dòng)力特性和相互作用的性質(zhì)，利用控制裝置把各子建筑物聯(lián)接成一個(gè)大的建筑系統(tǒng)，進(jìn)行總體優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其動(dòng)力特性得到加強(qiáng)和改善，提高建筑群的安全性和可靠性。
文檔編號(hào)E04H1/00GK1058444SQ90104990
公開日1992年2月5日 申請(qǐng)日期1990年7月26日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月26日
發(fā)明者閔書亮 申請(qǐng)人:哈爾濱建筑工程學(xué)院