[发明专利]摆式支座水箱阻尼器

说明书

技术领域

本发明属于土木工程结构消能减振技术领域，特别涉及一种利用高层建筑顶部水箱控制建筑物振动、减小风荷载和地震荷载下结构响应的摆式支座水箱阻尼器。

背景技术

对于高层建筑，由于生活、生产、消防等方面的需要，常常需要在结构顶部设施水箱。水箱的质量通常超过几十吨甚至上百吨，在普通的安装方式下会大大增强结构在水平荷载下的振动响应，对建筑物的减振抗震十分不利。另一方面，近年来质量调谐阻尼器作为一种消能减振装置得到了越来越广泛的应用，其良好的减振效果也得到了大量的工程验证。

质量调谐阻尼器系统需要安装较大质量作为子系统以对结构施加动力影响,而对于高层建筑来说，位于高层结构顶部的水箱正是质量调谐阻尼器系统的理想质量源。通过特殊的安装方式，允许高层建筑上部的水箱与结构之间的水平相对运动、附加适当的阻尼，并辅以相应的构造措施，可作为质量调谐阻尼器对高层建筑进行有效的振动控制。这种方法一方面消除了高层水箱在水平荷载下对结构的不利影响，另一方面所构成的水箱阻尼系统将大大减小结构在水平荷载下的动力响应，提高高层建筑的抗震性能。目前，该技术在日本、美国等发达国家已经得到较多应用，从实际应用的情况来看，这种技术对结构的减震效果是明显的，具有广阔的发展前景。

现有的水箱阻尼系统分为隔振支座式和悬挂式两种。隔振支座式水箱阻尼系统是在水箱底部安装铅芯橡胶支座等类型的隔振支座。该方法利用隔震支座的水平刚度和自有阻尼实现质量调谐阻尼器系统的减振原理，具有构造简单、耐久性强的特点。但另一方面，质量调谐阻尼器系统的减振效果依赖于其稳定的自振频率，而隔震支座式水箱阻尼系统的基频与水箱的质量有关。由于水箱的水位是不断变化的，加之铅芯橡胶支座是一种非线性元件，因此隔震支座式水箱阻尼系统的自振频率随水箱水位的变化而变化，无法提供稳定的结构减振效果，不能进行系统的有效设计，其减振效果并不理想，大大制约了该类水箱阻尼系统的使用。

悬挂式水箱阻尼系统通过在结构顶端设置桁架等结构形式，用球铰将水箱悬挂起来，并安装阻尼器和弹簧系统进行消能减振。由于水箱作类单摆运动，其自振频率与水箱质量无关。这一方法有效地克服了水箱阻尼系统的基频与水箱水位相关的难题，实现了系统在任意水位下良好的减振效果。但该方法的构造复杂，工程造价高，安装不便。另一方面由于球铰等悬挂性构造的存在，该技术的耐久性不高。而悬挂结构一旦失效，跌落的大质量水箱将对结构产生破坏，造成巨大的安全隐患。因此，虽然拥有良好且稳定的减振效果，但悬挂式水箱阻尼系统在安全性和耐久性上的缺陷严重阻碍了该技术的应用和推广。

发明内容

本发明提供了一种结构简单、安全可靠、耐久性强，且基频不随水箱水位变化，具有稳定的消能减振效果的摆式支座水箱阻尼器，能够较好地解决了现有技术中水箱阻尼系统的缺陷以及存在的其他问题。

本发明采用技术方案为：

由固定在建筑结构上的多个摆式滑动支座、水箱、阻尼器支座、箱型柱以及粘滞阻尼器组成；

所述摆式滑动支座由支座上板、金属球和支座下板组成，支座上板通过螺栓连接固定在水箱的下表面，支座下板通过螺栓连接固定于结构上顶板或承重梁之上；支座上板和支座下板相对放置，中间放置金属球以实现两者之间的相对滑动；

所述水箱的底部设置箱型柱，在箱型柱的四面沿高度设置若干个阻尼器安装孔；

所述阻尼器支座安装于结构上顶板或承重梁之上，阻尼器支座上沿高度设置若干个阻尼器安装孔，其位置和数量与箱型柱上的安装孔相对应；

所述粘滞性阻尼器水平安装于箱型柱和阻尼器支座之间，通过安装孔和阻尼器安装孔在两端进行铰接。

所述多个摆式滑动支座呈对称性布置。

所述支座上板和支座下板的形状为圆形或矩形。

所述支座上板的中央设置半球型凹槽，其半径与金属球的半径相等；

所述支座下板设有球冠状凹槽，凹槽内圈为摆动工作区，凹槽外圈为摆动缓冲区；支座下板的边缘部分高于中心的球冠状凹槽部分；摆动工作区对应的球体半径即为系统正常工作时的摆长；摆动缓冲区对应的球体半径与摆动工作区对应的球体半径相等，或由内向外切线半径逐渐变小，但与摆动工作区相连的部分的切线半径与摆动工作区球冠半径需一致。

所述支座上板的半球面凹槽的内表面、支座下板的摆动工作区表面以及金属球的表面均采用低摩擦系数的镜面不锈钢材料制成；支座下板的摆动缓冲区表面采用普通钢材制成。

所述箱型柱为设置在水箱底部中心位置的一个，或是设置在水箱底部、对称布置的多个。

本发明具有如下优点：