专利名称：建筑群的组合控制方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于建筑物的振动控制方法及其装置设计对建筑物的动力反应(地震反应、风动反应)实施控制是近十多年来开始的。现有的一些对建筑物的控制方法及其装置主要对单体建筑物实施控制，有以下几种①TMD控制方法及装置，主要是利用共振原理进行抗风和抗震设计，但对地震这样宽频谱激励并不十分有效。②锚索控制方法及其装置，适用于多层建筑物的抗震或抗风设计，但有于锚索受拉而不能压，属于一种半程控制，且影响使用空间。③空气动力档风板方法及其装置，用于高柔建筑物的抗风设计中，但不能抗震。④基底隔震方法及装置，将隔震装置放于建筑物的基底或放于桥梁与桥墩的节点处，可以减少地面运动向上部结构的传递，但在强震作用下，隔震装置处于非线性阶段工作，过大的非线性变形可能造成破坏，且不易修复。⑤摆式质量控制方法及装置，用质量摆去碰撞建筑物来达到抗震或抗风的目的，但适用范围小，一般适用于烟筒或塔类结构，且效果局限。对于现代大型建筑群的控制，现有的是根据建筑群中各子建筑物的使用功能、质量及体型、结构形式等因素的不同，而采用沉降缝、抗震缝等把各子建筑物分离开来，以避免它们相互影响或相互碰撞，而后再分别对各子建筑物进行抗震或抗风设计。这种方法没有考虑建筑群体的自身结构特性，是一种消极被动的方法，既不合理又不经济。
本发明的目的在于提出一种控制建筑群动力反应的组合控制方法和与之相匹配的控制装置。不仅使建筑群的动力特性得到有效的控制，又使各子建筑物的动力特性得到改善和加强。
本发明的控制方法是根据建筑群中各子建筑物不同的动力特性和相互作用的性质，利用控制装置把各子建筑物以某种方式联接起来，进行总体上的优化设计，使整个建筑群在外界干扰(如地震、风、海浪等)作用下的动力响应得到有效控制。合理地调整各子建筑物的质量比，频率比和阻尼比等结构参数和控制装置的控制参数，使不同子建筑物的动力特性、相互匹配及控制装置的控制作用得到充分发挥，降低整个建筑群的动力响应。对建筑群中各子建筑物的动力匹配性进行选择，要使各子建筑物之间的质量比、频率比相差不要太大，质量比一般在 1/10 ～1，频率比在1～6，各子建筑物的结构形式应按刚柔相配的原则，各子建筑物的平面和空间相对位置要合理地布置，以实现所要求的控制方向。采用控制装置应考虑其性能、可靠性、造价和适用性等因素，在布置控制装置时，应将其放在可以最大发挥控制作用的层间(如底层或顶层)和所要控制的建筑群的振动方向，及子建筑物的薄弱层间处。在整个建筑群的优化设计上应以造价最低、可靠性最高和造价与可靠性双重的原则。
本发明的控制装置是由控制块、传力板、联接板、腹板、高强螺栓、牛脚式托架、可移动销、导轨、稳定杆、夹片和滑槽等组成。由高强螺栓将几块控制块和传力板在控制块的两侧连接，在控制块间有传力板，传递控制力，在传力板间有腹板，起加强传力板的刚性和稳定性的作用，传力板的一端与控制块相连，另一端与联接板相连，联接板与结构中的预埋件相连，在联接板的两端各有一个牛脚式托架，用于放导轨，在控制块中间有一稳定杆相串，用夹片夹紧，在两个联接板之间的同一侧，由导轨相连，导轨用来支持稳定杆，在导轨的中部有一滑槽，使稳定杆在槽内可以平移，在牛脚式托架和导轨相接处，有可移动销相连，用来限制导轨移动。控制块是由高分子材料制成的，既要有一定刚度，又要有较大的阻尼，可以用天然橡胶或氯丁橡胶作为高分子材料。在安装控制装置时，应在框架或墙体上预留预埋件，并用焊接或螺栓连接的方法，将控制装置固定于两个子建筑物之间。
本发明的建筑群的组合控制方法及装置，改变了现有的对建筑群采用沉降缝或抗震缝把各子建筑物分开，再各自对子建筑物进行抗震或抗风设计，而是用其控制装置有效地将各子建筑物联接起来。进行总体上的优化设计，从而提高整个建筑群的安全性和可靠性，大幅度地降低了整个建筑群的动力响应。所采用的控制装置原理简单，既可用于抗震，又可用于抗风，且不占用任何使用面积，适当布置可以实现多方向控制，也可以控制结构的扭转反应。
以下结合附图对本发明进一步描述
图1是本发明对建筑群实施单向控制的平面2是本发明对建筑群实施单向控制的俯视3是本发明对建筑群实施双向控制的平面4是本发明对建筑群实施双向控制的俯视5是本发明的控制装置放于建筑群薄弱层处的平面6是本发明的控制装置放于建筑群薄弱层处的俯视7是本发明的控制装置放于建筑群所要控制的振动方向上及能最大发挥控制作用处的平面8是本发明的控制装置放于建筑群所要控制的振动方向上及能最大发挥控制作用处的俯视9是本发明的控制装置的平面10是本发明的控制装置的俯视图参照图1、图2、图3、图4，对于建筑群中各子建筑物的平面和空间相对位置要合理布置，以实现所要求的控制方向，主体建筑物〔1〕、〔4〕与附属建筑物〔2〕、〔5〕由控制装置〔3〕分别按单向、双向控制联接。
参照图5、图6，控制装置〔3〕布置在主建筑物〔6〕有薄弱的层间处，与附属建筑物〔7〕相连接。
参照图7、图8，控制装置〔3〕分别布置于各子建筑物〔9〕、〔10〕、〔11〕所要控制的振动方向上及能最大发挥控制作用处。
参照图9、图10，控制装置的控制块〔12〕由高强螺栓〔13〕在其两端将控制块与传力板〔14〕联接，为加强传力板的刚性，在两个传力板间有暖板〔10〕，以保持传力板的稳定性，传力板的一端与控制块相连，另一端与联接板〔15〕相连，联接板与结构中预埋件相连，在联接板的两端有牛脚式托架〔17〕，用手放置导轨，在两个联接板的同一端，有一导轨〔19〕，在导轨中部有一稳定杆〔21〕将控制块连接，并有夹片〔22〕将其夹紧，在导轨中部有一滑槽〔20〕，允许稳定杆的平移，在牛脚式托架上有可移动销〔18〕，起限制导轨移动的方向作用。
对于图5、图6所示的二个建筑物组成的主附建筑群体，用控制装置〔3〕来控制建筑群的地震反应，假定地震反应为自噪声过程，在弹性范围内计算动力组合系数的变化规律。动力组合系数表示用控制装置把两个建筑物组合成系统后的地震反应与不用控制装置时同种工况下的地震反应之比。用(1-动力组合系数)×100%可以表示减震效果。在图5、图6中，主体建筑物〔6〕和附属建筑物〔7〕由控制装置〔3〕联接起来，地震输入〔8〕。由图11表示随着两个建筑物的频率比λW( (W2)/(W1) )的改变，动力组合系数的变化规律， 表示主建筑物的位移和速度的动力放大系数的变化规律， 表示附属建筑物的位移和速度的动力放大系数的变化规律，从图11看表明，许多这类建筑物用控制装置联接组合后，都可以取得30%以上的减震效果(计算参数取λm＝ (M2)/(M1) ＝ 1/4 、uc＝ (C0)/(C1) ＝2、uk＝ (K0)/(K1) ＝0.3)。图12表示随着两建筑物的质量比λm( (M2)/(M1) )的改变，动力组合系数的变化规律， 表示对主建筑物的位移和速度动力放大系数的变化， 表示附属建筑物的位移和速度的动力放大系数的变化(计算参数取λW＝ (W2)/(W1) ＝4、uc＝2、uk＝0.3、λ＝1)，图12表明对附属建筑物的控制效果随质量比的变化有一个最佳值，在设计中是可以寻求的。图13表示随两个建筑物之间控制装置的刚度比uk＝( (控制装置的测度K0)/(主建筑物的刚度K1) )的改变，建筑群动力组合系数的变化规律， 表示主建筑物的位移和速度的动力组合系数的变化， 表示附属建筑物的位移和速度的动力组合系数的变化(计算参数取λW＝4、λm＝1/4、uc＝2、λξ＝1)，图13表明控制装置的刚度不易过大。图14表示随两个建筑物之间的控制装置的阻尼uc＝( (控制装置的阻尼C0)/(主建筑物的阻尼C1) )的改变，建筑群动力组合系数的变化规律， 示主建筑物的位移速度的动力组合系数的变化， 表示附属建筑物的位移身速度的动力组合系数的变化(计算参数取λW＝4、λm＝1/4、uk＝0.3、λξ＝1)，从图14中表明，当阻尼增大时，可以大幅度降低主建筑物的反应(可减少近70%)，而对附属建筑物的减振效果有一个最佳范围。
下面给出一个实施例，一个建筑群是由一个11层的主体建筑物与一个3层的附属建筑物组成，主体建筑物底部两层为薄弱区，需要加强，现用4个控制装置把两个建筑物组合起来。计算参数选取如下对主体建筑物每层质量均为Mi＝691.1T＝0.705TS2/cm层间刚度K1主＝K2主＝272.7T/cm，K3主＝Ku主＝……＝K11主＝409.1T/cm对于附属建筑物M1＝0.37TS2/cm m2＝0.38TS2/cm，m3＝0.85TS2/cm层间刚度K1＝1159.7T/cm，K2＝1053T/cm，K3＝977.8T/cm
对于控制装置(4个)C01＝C02＝30TS2/cmK01＝K02＝0.1K1主＝27.27T/cm对于地面运动取卓越频率Wg＝5π，阻尼比ξg＝0.3谱强度S0＝11.56cm2/S3现比较两种设计方案方案Ⅰ两建筑物之间不用控制装置联接方案Ⅱ两建筑物之间用控制装置联接则通过计算机可算得结果如下表
从表中可以明显看出两建筑物在联接后的性能得到明显改善，不但联接区处主体建筑物的薄弱层得到加强，而且在非联接区的位移也可以得到一定程度的降低。
以上结果可以证明本发明提出的建筑群的组合控制方法具有显著的减振和抗震效果，同时证明控制装置是实现这个效果的有力工具。
权利要求
1.一种建筑群的组合控制方法，其特征在于根据建筑群中各子建筑物不同动力特性和相互作用的性质，利用控制装置把各子建筑物以某种方式联接起来，组成一个大的建筑系统，进行总体上的优化设计。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于对建筑群中各子建筑物的动力匹配性进行选择，各子建筑物之间的质量比应在1～ 1/10 之间，频率比应在1～6之间。
3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于对建筑群中各子建筑物的平面和空间相对位置要达到所要求的控制方向。
4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于控制装置设置在底层或顶层。
5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于控制装置在所要控制的建筑群的振动方向上。
6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于控制装置设置在子建筑物的薄弱层间处。
7.一种用于建筑群组合控制的控制装置，其特征在于包括控制块、传力板、联接板、腹板、高强螺栓、牛脚式托架、可移动销、导轨、稳定杆、夹片和滑槽等，高强螺栓将控制块和传力板在控制块两端连接起来，用腹板置于两传力板间，传力板一端与控制块相连，另一端与联接板相连，联接板与结构中的预埋件相接，在联接板的两端，各放置一个牛脚式托架，控制块中间有一稳定杆，并用夹片夹紧控制块，在两联接板的同一端的牛脚式托架间，有一导轨来支持稳定杆，在导轨中间有一滑槽来使稳定杆在槽内平移，在牛脚式托架和导轨相接处，有可移动销连接来限制导轨移动。
8.如权利要求7所述的控制装置，其特征在于控制块是由高分子材料制成，可以采用天然橡胶或氯丁橡胶。
9.如权利要求7所述的控制装置，其特征在于安装控制装置应在框架或墙体上预留预埋件，并用焊接或螺栓连接的方法，固定于两个建筑物之间。
全文摘要
建筑群的组合控制方法及装置，是根据建筑群中各子建筑物不同的动力特性和相互作用的性质，利用控制装置把各子建筑物联接成一个大的建筑系统，进行总体优化设计，使其动力特性得到加强和改善，提高建筑群的安全性和可靠性。
文档编号E04H1/00GK1058444SQ90104990
公开日1992年2月5日 申请日期1990年7月26日 优先权日1990年7月26日
发明者闵书亮 申请人:哈尔滨建筑工程学院