屋顶钢塔TMD和塔底隔震双重减震性能研究
多层房屋结构屋顶隔热层TMD减震控制系统设计
多层房屋 结构屋顶 隔热层 Ｔ ＭＤ减震控 制 系统设计
刘 强
（ 蔓大 学工程技术 学院。福建 厦 门 ３ １２ ） 集 ６０ １
摘 要 ： 结 构 控 制 理 论 研 究 成 果 基 础 上 ， 出 了利 用 多层 房 屋 结 构 屋 顶 隔 热 层 作 为 调 谐 质 量 阻 尼 嚣 在 提
ｔ ｅ ｆａ ｉ ｉ ｔ ｎ ｒｃｉａ ｌｔ ｆｔ ｅ ｄ ｓｇ ｈ ｅ ｂ ｌ ｙ ａ ｄ ｐ ａ ｔ ｂｉ ｙ ｏ ｈ ｅ ｉｎ． ｓ ｉ ｃ ｉ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ：ｔｎ ｄ １１ ８ ｄ ｍｐ ｒ ｅ ｉ ａａ ｅｅ ；ｔｅ ａ—ｎ ｕａｉ ｇ ｒｏ ｕ ｅ １ ａ ｅ ；ｄ ｓ ｐ ｒ ｍ ｔｒ ｈ ｒ ｌ ｉ ｓ ｌｔ ｏ ｆ １１ ８ ｎ ｇ ｍ ｎ
随着 结构 控 制 理 论 研 究 不 断深 入 。 种 新 的 各
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控制 技术 不 断提 出 。可供 选择 的控 制装 置 也越来
越多 ， 中 被 动 调 谐 质 量 阻 尼 器 （ ａｓ ｅ Ｔ ｎｄ 其 Ｐ ｉ ｕｅ ｓ ｖ Ｍ ｓＤ ｍ ｅ 缩 写 Ｐ Ｔ ） 由于易 于 工 程实 现 ， ｓ ａ ａ ｐｒ ．ＭＤ ， 受 到工 程 界 的普 遍 重视 ， 因而应 用 广泛 。
Ａｓ ｉｍ ａ ｉ ｙ ｔｍ ｅ ｉ ｎ ｏ ｓｎ ｈ ｒ ａ －ｎ ｕ ａ ｎ ｏ ｆ ｅｓ ｔｃ ｓ ｓｅ ｄ ｓｇ ｆｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｍ ｌｉ ｓ ｌ ｔ ｇ ｒ ｏ ｉ
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顶层TMD减震系统在土木工程中的应用
文章编号:100926825(2007)0720080202顶层TMD 减震系统在土木工程中的应用收稿日期6228作者简介王 宇(82),男,西安建筑科技大学土木工程学院硕士研究生,陕西西安 55谢文东(82),男,西安建筑科技大学土木工程学院硕士研究生,陕西西安 55王 宇 谢文东摘 要:分析了顶层TMD 减震系统的振动控制机理及在土木工程中的应用,针对建筑结构顶层TMD 减震控制,介绍了研究现状及进展,通过对几种TMD 新体系的分析,指出其在结构减震控制中的优点与缺点,并提出其面临解决的一些问题。
关键词:TMD 体系,减震系统,振动控制,土木工程中图分类号:TU352.1文献标识码:A引言随着我国经济建设的发展,一些重要的公共设施,不仅投资大,而且在地震时引起的危害性大。
因此,对其在地震作用下的抗震性能以及响应控制的研究是十分必要的。
近年来迅速发展的质量调谐减震控制技术(TMD )由于其无须对结构采取传统的加强措施(如加大断面、增加配筋、加强刚度、加设构件等),且减震效果明显,易于实施,已作为一种全新的抗震对策日益受到学术界、工程界的广泛重视,并在国内外工程中得到应用。
调频质量阻尼器(TMD )作为被动减振的有效手段,多用于高层建筑、高耸结构、大跨桥梁的减振防灾控制中。
1 TMD 体系的振动控制TMD (Tuned Mass Da mper )系统是在结构顶层加上惯性质量,并配以弹簧和阻尼器与结构相连,应用共振原理,对结构的某一些振型加以控制。
通常,惯性质量是附加质量块。
它是一种经典的动力吸振器,其最早应用可追溯到1902年安装于德国邮船上的Frahm 防摇水箱。
TMD 体系的工作原理:主体结构承受动力作用而振动时,质量块也产生相对惯性运动,当TMD 的自振频率调谐到与主结构的频率或激励频率达到某种关系时,TMD 将通过弹簧、阻尼器向主结构施加反方向作用力来部分抵消输入结构的扰动力,并通过阻尼器集中消能,使主结构的振动反应衰减。
大底盘双塔楼结构隔震层分析方法研究
大底盘双塔楼结构隔震层分析方法研究由于社会经济水平的不断发展和科学技术的不断进步，建筑行业也趋于向体型和功能的多样化发展，由于底部可利用的大空间以及隔震层设置的便利性，大底盘隔震的双塔楼结构在国内外的应用范围已越来越广。
然而大底盘双塔楼结构由于双塔结构之间的相互作用，对其在分析方法的选取方面也应该予以重视，单塔分析方法简便快捷，但缺点是没有考虑双塔之间的影响；双塔分析方法更接近结构的实际情况，缺点是建模计算等都比较复杂。
本文就这两种分析方法下结构隔震层的差异性进行了研究，得出“L”形布置和“一”字形布置的大底盘双塔楼隔震结构两种方法下隔震层的相关参数差异性均不大。
而单塔分析的方法是对结构隔震层分析偏保守的分析方法。
Key words：twin towers；large base isolation；single tower analysis method；twin towers analysis method国内外大量工程实例表明，隔震技术的出现和应用在很大程度上减少了地震中的人员伤亡和财物损失，目前，隔震技术已经成为抵抗地震的有力手段之一。
随着隔震技术的不断发展以及社会的不断进步，体型多样化和功能多样化的隔震建筑越来越受到人们的亲睐，其中大底盘隔震的双塔楼结构则是典型代表。
近些年来，关于大底盘双塔楼结构以及大底盘隔震的双塔结构的相关研究也越来越多，具体表现在双塔楼结构消能减震问题的研究[2]-[3]；大底盘双塔楼高层结构的模拟振动台试验和数值模拟分析[4]；高烈度区超大底盘多塔楼项目的隔震层设计及研究[5]；双塔连体结构的数值分析和抗震性能分析[6]等。
但是总的来看对于大底盘双塔楼隔震结构分析方法的比较和研究还较少。
因此，本文以具体的工程实例为例，对大底盘双塔楼隔震结构单塔分析和双塔分析结构隔震层的相关差异性进行了较为深入的研究，既具有一定的理论意义也具有一定的工程价值。
1.工程概况本文所研究的大底盘双塔楼结构地上塔楼部分为7层，地下大底盘部分1层，采取在地下室上部单独设置隔震层的大底盘隔震形式，上部塔楼部分为非对称分布，大底盘双塔楼结构的隔震计算简图见图1，“L”形和“一”字性大底盘双塔楼结构三维模型图分别见图2和图3。
非线性TMD对超高层结构减震效果影响分析
陕西理 工学院学报 （ 自然科 学版 ）
Ｊｕｎｌ ｆ ｈａ ｘ Ｕ ｉｅｓｙｏｅｈ ｏ ｇ Ｎ ｔｒ ｃｅｃ ｄｔ ｎ ｏｒ ａ ｏ ａｎ ｉ ｎｖｒ ｔ ｆ ｃ ｎｌ ｙ（ ａ ａ Ｓｉ ｅＥ ｉｏ ） Ｓ ｉ Ｔ ｏ ｕｌ ｎ ｉ
Ｊｎ．０ １ ｕ ｅ ２ １
第 ２ 卷 ７
结构连接 ， 来获得传统 Ｔ Ｄ系统很难获得的阻尼 。由于该减震系统 中使用的减震元件是非线性 的， Ｍ 所 以称该种类型的减震元件为“ 非线性 Ｔ Ｄ ［ 。 一 － ＿ ． Ｍ － ２ ”＿ － ３
２ 基于结构 分析软件的算例分析
２ １ 模型 介绍 ．
一
本文的基本模型是以西安市某幢超高层建筑为背景 ， 该建筑地上 ３ ６层 ， 塔楼 ３ ， 层 地下 ２ ， 层 结构
ｒ ＿＿＿＿一＿
口 口 日 口
ａ ．标准层结构平面 图 ｂ ．模 型标 准层平 面图
图 １ 结构、 型 图 模
ｃ ．非线性 Ｔ ＭＤ子 结构
收稿 日 ： １ — １ １ 期 ２ ０ １—６ ０ 基金项 目： 陕西理工学 院校级项 目（Ｌ Ｋ １ — ７ 。 ＳＧ Ｙ ０ １）
作者简介 ： 喜平 （９７ ） 女 ， 省城固县人 ， 刘 １７ 一 ， 陕西 陕西理 工学 院讲 师 ， ， 硕士 主要研究方 向为高层抗 震。
陕西理工学院学报（自然科学版 ）
状态 ， 产生较大的阻尼 ， 大量耗散能量 ， 使主体结构 的动力反应减小 ， 对高层建筑、 超高层建筑和高耸构 筑物的抗震和抗风有一定效果。但是装设数量少时作用不大 ， 数量多时造价显著增加 。鉴于基础隔 】
震和消能减震体系各 自的特点 ， 面对当前越来越多的超高层建筑出现 ， 预结合橡胶支座基础隔震和调谐 质量阻尼器（ ｕ ｅ ａｓ ａ ｐｒ ＭＤ 的研究成果 ， 出一种非线性调谐质量阻尼器减震技术 ， Ｔ ｎｄＭ ｓ Ｄ ｍ ｅ， ） Ｔ 提 针对超 高层结构在减震方面做些有价值 的工作 咱 。 Ｊ
TMD超高层建筑水平荷载振动控制应用研究
TMD超高层建筑水平荷载振动控制应用研究发表时间：2016-05-29T10:06:55.657Z 来源：《基层建设》2016年3期作者：卢磊虞明杰吴鑫彪[导读] 中国联合工程公司调谐质量阻尼器TMD，是一种十分重要且广泛应用于工程实际的减振被动控制技术。
卢磊虞明杰吴鑫彪中国联合工程公司浙江杭州 3100521.TMD 简介调谐质量阻尼器TMD，是一种十分重要且广泛应用于工程实际的减振被动控制技术。
TMD主要由质量块、弹簧系统和阻尼系统组成。
质量块可以利用建筑物已有的水箱、混凝土块、装铅的钢箱或者环绕在结构外部的装铅的钢圈等。
理论上质量块越重，减振效果越好，但需要承担其重量的代价也越大，TMD质量比一般在0.005～0.03之间。
弹簧系统作用时调整TMD自振频率，使之与结构的受控自振频率接近，达到最优状态。
2.TMD减振设计原理2.1 TMD 对风荷载减振设计2.1.2 理论基础2.1.2.2 多自由度结构-阻尼TMD随机振动减振原理实际工况需考虑多自由度TMD结构在阻尼作用下的震动情况。
设一n层高层钢结构建筑，顶部放置一TMD阻尼器（图1）。
并根据平面内刚性板假定，在单一方向水平荷载作用下的每层只有一个自由度。
结构在脉动风作用下运动方程为：计算受控制结构的风压，风振加速度。
判断受控结构是否满足规范要求。
若不满足返回步骤（3）。
对于重要结构和特别不规则结构，原结构风振加速度严重不满足时，还应对结构进行风载动力时程分析验证。
参考文献[1]李春祥，熊学玉等,TMD—《高层钢结构系统按规范抗风设计方法》,工业建筑，2000,30（4）[2]李春祥，刘艳霞，《TMD—高层钢结构系统风振舒适度控制设计方法》，振动与冲击，1999,18（2）：60-64.[3]李春祥等，《高层结构TMD 风振控制最优参数的取值研究》，噪声与振动控制，1998.6，3：2-6[4]刘捷，《上海环球金融中心设置TMD 系统的结构抗震性能分析》，同济大学硕士学位论文，2005。
标志塔调谐质量阻尼器TMD减振控制分析与应用
标志塔调谐质量阻尼器TMD减振控制分析与应用一、TMD的减振原理TMD是通过与主体结构耦合，引入额外的质量和阻尼来减振的。
其基本原理是通过改变结构的动态特性，减小结构的振幅和响应。
TMD由两个基本部分组成，即质量和阻尼器，其中质量是由一个或多个质量体构成的，阻尼器则通过改变质量体的运动状态来消耗振动能量。
二、TMD的控制分析在TMD的控制分析中，需要确定质量体的质量、位置和阻尼器的阻尼系数。
而这些参数的选择需要根据主体结构的特性和振动特性进行合理的设计。
1.质量的确定：质量的选择需要考虑主体结构的刚度和自振频率，一般来说，TMD的质量应为主体结构的一小部分，以避免对结构的刚度造成过大的影响。
2.位置的确定：质量体的位置对于TMD的减振效果起着重要的作用。
一般来说，质量体应选择在主体结构的振动节点处，以达到最佳的减振效果。
3.阻尼系数的确定：阻尼器的阻尼系数直接影响着TMD的减振效果，过小的阻尼系数会导致无法有效减振，而过大的阻尼系数则会加大阻尼器的负荷。
因此，需要通过数值模拟或试验来确定最佳的阻尼系数。
三、TMD的应用TMD广泛应用于各种建筑和结构物中，包括高层建筑、桥梁、烟囱、标志塔等。
1.高层建筑标志塔：在高层建筑的标志塔中，由于自身的高度和形状造成的风振效应会引起结构的振动。
通过将TMD安装在标志塔的顶部，可以有效地减小风振引起的振动，提高结构的稳定性。
2.桥梁标志塔：桥梁标志塔常常会因为交通荷载和风荷载等环境激励的作用而产生振动。
应用TMD可以通过改变桥梁标志塔的动态特性，减小振幅和振动频率，提高桥梁的稳定性和舒适性。
3.烟囱标志塔：烟囱标志塔作为一个纤细结构，易受到风荷载的影响而产生振动。
通过在烟囱标志塔的适当位置安装TMD可以减小振幅，提高结构的稳定性，同时减少结构对周围环境的振动影响。
以上是对标志塔调谐质量阻尼器（TMD）减振控制分析与应用的详细介绍，TMD作为一种有效的减振装置，在工程实践中具有广泛的应用前景。
隔震减震作业.TMD减振原理
减震与隔震理论结课作业：****专业：结构工程学号：9日期：2014/1/15所谓结构振动控制（简称为结构控制）技术，就是指通过采取一定的控制措施以减轻或抑制结构由于动力荷载所引起的反应。
调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper/TMD ）作为被动控制技术之一，在生产实践中不断得到应用。
TMD 是在结构物顶部或下部某位置上加上惯性质量，并配以弹簧和阻尼器与主体结构相连。
因其构造简单，易于安装，维护方便，经济实用，并且不需要外力作用，因此在高层建筑风振控制、桥梁及海洋平台振动控制等领域得到重视。
一、TMD 振动控制机理TMD 对结构振动控制的机理可粗略描述如下：原结构体系由于加入了TMD ，其动力特性发生了变化，原结构承受动力作用而剧烈振动时，由于TMD 质量块的惯性而向原结构施加反方向作用力，其阻尼也发挥耗能作用，从而使原结构的振动反应明显衰减。
如图1所示，将TMD 子系统和被控制的主结构系统模型简化为两自由度的质量、弹簧、阻尼系统，并且直接受有简谐激励的作用。
图 1 两自由度力学模型图中：1M 为主结构质量；1K 为结构刚度；1C 为主结构阻尼；d M 为子结构质量；d K 为子结构刚度；d C 为子结构阻尼；()P t 为外激励，且0()sin P t P t ω=的简谐激励；1x 为主结构的位移反应；d x 为子结构的位移反应。
1. 无阻尼子结构的调谐减振控制假设主结构阻尼10C =，子结构0d C =，按图1所示的两自由度体系，可列出运动方程：1111()()d d d m x K K x K x P t ++-= （1） 1()0d d d d m x K x x +-= （2） 为求得主结构和子结构的位移反应1x 和d x ，可采用传递函数解法。
简谐激励为0sin P t ω，频率为ω，则主结构和子结构振动反应的传递函数1()H ω和()d H ω为：11()()()x t H P t ω= ()()()d d x t H P t ω= 主结构和子结构的位移反应为：1110()()()()sin x t H P t H P t ωωω==0()()()()sin d d d x t H P t H P t ωωω==可以表达为：110()()t x t H P e ωω= 0()()t d d x t H P e ωω=把1x 和d x 的传递函数表达式代入（1），经整理归纳得：2122211()()()d d d d d dK m H K K m K m K ωωωω-=+--- （3） 22211()()()dd d d d dK H K K m K m K ωωω=+---（4） 则主结构和子结构的位移反应最大值为：22011042221()1(1)P f h x H P K hh f f ωμ-==⎡⎤-+++⎣⎦（5） 20042221()1(1)d d P f x H P K h h f f ωμ==⎡⎤-+++⎣⎦（6） 式中01/P K —主结构在外激励下的最大等效静力位移；1ω—主结构固有频率，1ω=d ω—子结构固有频率，d ω=f —子结构与主结构的固有频率比，1/d f ωω=；h —外激励与主结构之频率比，1/h ωω=；μ—子结构与主结构的质量比，1/d m m μ=；式（5）（6）可表达为111Px A K = 01d d Px A K =1A 和d A 为主结构和子结构相对于等效静力位移的位移反应动力放大系数： 22142221(1)f h A h h f f μ-=⎡⎤-+++⎣⎦（7） 242221(1)d f A h h f f μ=⎡⎤-+++⎣⎦（8） 分析（7）及（8），可得出受简谐激励的结构被动调谐减振机理如下：（1）当子结构的固有频率d ω等于主结构的激励频率ω时，即d ωω=，则f h =此时可得：01110P x A K == 001d d dP P x A K K ==- 10()d d x x K P -=- 10x =表明，当主结构直接被简谐激励振动时，使主结构达到最优调谐减振效果（振动消失）的调谐条件是，子结构的固有频率等于直接激励主结构的激励频率。
屋顶水箱TMD对加固结构的减震控制研究
０ 前
言
本 文 以一 实际 加 固改 造工 程 为 背景 ， 利 用 其 顶
上布置的水箱为质量块设计 Ｔ Ｍ Ｄ ， 并分析其减振效
果。
近 年来 ， 调谐 质 量 阻尼 器 （ Ｔ ｕ ｎ ｅ ｄ Ｍａ ｓ ｓ Ｄ ａ ｍ ｐ ｅ ｒ ，
Ｔ Ｍ Ｄ ） 作为一种有效 的结构振动控制技术在生产实 践中不断得到发展 和应用 ， 特别是运用 于现有房屋 的加 固与改造 。谢 军 龙 、 周 福霖 用 ６层 框架 模 型 试
Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｒ ｏ ｏ ｆ ｔ ａ ｎ ｋ ＴＭ Ｄ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｒ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
ＷＡ Ｎ Ｇ Ｌ ｅ ｉ ， Ｔ Ｉ Ａ Ｎ Ｐ ｉ ｎ ｇ ， Ｆ Ａ Ｎ Ｇ Ｃ ｈ ｕ ａ ｎ ｇ ｊ ｉ ｅ ， ＭＯ Ｙ ａ ｎ ｌ ｉ ， Ｌ Ｉ Ｗｅ ｎ ｙ ａ ｎ
验 验证 了 Ｔ ＭＤ对 多层 房屋 结 构 具有 一 定 的减 震 效 果， 并 将此方 法实 际应 用 于 ７层 住宅 的“ 加 层 减震 ”
１ 工 程概 况
广东某 国际大酒店 于 １ ９ ８ ６年完成 设计 ， １ ９ ８ ８ 年 ２月 ２ ８日竣工投入使用。其建筑 主楼结构平 面
ｖ ａ ｉｏ ｒ ｕ ｓ ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ｑ ｕ ａ ｋ ｅ ｒ ｅ ｃ ｏ ｒ ｄ ｓ ． Ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｒ ｏｆ ｔ ａ ｎ ｋ Ｔ ＭＤｓ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｍｅ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ， ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ａ ｎ ｄ ｅ ｃ ｏ ｎ ｏ ｍｉ ｃ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｔ ＭＤ； ｒ ｏ ｏ ｆ ｔ ａ ｎ ｋ； ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｌ ａ ｒ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ； ｇ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｌ ａ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ
TMD减振系统在楼盖结构中的应用
TMD减振系统在楼盖结构中的应用严俊;王洪涛;施卫星【摘要】简要介绍了TMD减振系统的减震机理及在实际楼盖结构中的应用.楼盖结构在超过一定跨度以后,当第一阶频率接近人行走的频率时,容易产生共振,引起过大的振动容易使行人产生对于振动的不舒适感,因此需要采取有效的振动措施来控制较轻柔楼盖系统的振动强度.以某实际工程为研究对象,通过设置TMD减振系统,并对比分析楼盖结构在不同工况人行荷载作用下安装TMD系统前后的振动响应,验证了TMD减振系统应用在楼盖结构上有良好的减振效果,加设TMD减振系统后能满足人对于振动舒适度的要求.楼盖结构TMD减振系统的应用可为类似工程的减振设计提供参考.【期刊名称】《结构工程师》【年(卷),期】2015(031)006【总页数】7页(P91-97)【关键词】TMD减振;组合楼盖结构;人行荷载;舒适度【作者】严俊;王洪涛;施卫星【作者单位】同济大学土木工程学院结构工程与防灾研究所,上海200092;同济大学土木工程学院结构工程与防灾研究所,上海200092;同济大学土木工程学院结构工程与防灾研究所,上海200092【正文语种】中文Vibration Control of the Floor Using the TMD systemAbstractA brief introduction of the performance and application of the TMD dampi ng system for floor vibration control was presented in this paper. As the fir st order frequency is close to the human walking frequency with a long flo or span, resonance problems may be induced and excessive vibrations can cause discomfort. Therefore, effective measures are required to control the floor vibrations. In this paper, a project with a TMD damping system was i ntroduced. The TMD damping system was validated to reduce floor vibrati on to the level of satisfying vibration comfort requirements. Comparative a nalyses of the vibration responses before and after the installation of the T MD system were performed.Keywords tuned mass damper, the floor structure, human-induced excitation, comfort在建筑结构中,大部分楼盖系统因为跨度比较小,自振频率比较大,不存在舒适度的问题。
调谐质量阻尼器(TMD)在高层抗震中的应用解析
调谐质量阻尼器(ＴMD）在高层抗震中的应用摘要:随着经济的发展，高层建筑大量涌现，TMD系统被广泛应用。
越来越多的学者对ＴMＤ系统进行研究和改进。
本文介绍了TMD系统的基本工作原理，总结了其各种新形式,分析了它的研究现状,并指出了两个新的研究方向等。
关键词：ＴMD系统高层建筑抗震原理发展应用The use of the tｕｎeｄｍass dａmper in ｔhe seisｍic resistａnｃｅof the high－risｅｂuｉlｄｉｎg Abstｒａｃt：Ｗｉth thｅｅconｏmic dｅｖelopmｅnt, the ｈiｇｈ—riｓe buil ｄings ｓpring ｕp, tｈeｎ，thｅｔuｎｅd maｓｓdａｍpers arｅｅｘｔensi ｖely used。
Ｍoｒe and more scholars researｃｈａnd imprｏｖe ｔhe tｕneｄｍass daｍpｅｒ。
This theｓis iｎtrｏducｅs thｅｏperａtｉng ｐriｎcｉple of tｈｅtｕneｄmａss dａmper,summarizeｓｍany neｗfｏrms ｏf the ｔｕnｅｄｍaｓs ｄａmper, analyzes iｔs resｅarch sｔatus and eｖｅn ｐoints out two ｎeｗｒeseａrch ｄiｒｅcｔions．Kｅyword:thｅtuｎed ｍass daｍｐerｔhe ｈiｇh-rise builｄing sｅiｓmiｃreｓｉstａnce prｉnｃiplｅdevelopment usｅ１。
引言随着社会经济的快速发展，城市人口密度不断增长，城市建筑用地日益紧张,高层建筑成为城市化发展的必然趋势［１—３］。
高层及超高层建筑的不断涌现，加上建筑物的高度和高宽比的增加以及轻质高强材料的应用,导致结构刚度和阻尼不断下降。
含TMD_TLCD的高层建筑结构振动混合控制研究_林小国
图 3 系统模型在非线型状态下顶层绝对位移控制图
图 4 系统模型在非线型状态下顶层绝对速度控制图
6。 其次是仿真方程（ 5 ） ， 可得模型在线性化后的顶层的绝对位移和绝对速度的动力响应 ， 见图 5 、
图 5 系统模型在线型状态下顶层绝对位移控制图
图 6 系统模型在线型状态下顶层绝对速度控制图
8 。 横坐标为时间 （ 单位： 秒 ） ， 有上两步的仿真计算， 可以得到线性化相对误差， 见图 7 、 纵坐标为 线性化相对误差。
1 含 TMD － TLCD 建筑结构模型
TMD 和 TLCD 三个系统组成。TMD、 TLCD 两系统是附属于主建 本系统模型主要包括主建筑结构 、 TMD 系统由质量块、 其中， 阻尼、 弹簧构成； TLCD 系统由装入 U 筑结构（ 主振动系统） 上的子振动系统， 形箱内的水构成， 见图 1 。 图 2 为 TLCD 系统模型图， 其液体的运动方程为 m w y c w （ t） y + k w y = － m h （ x g + x d ） ． 1 m w = ρAL， c w （ t） = ρA δ | y | 式中： 2 k w = 2 ρAg， m h = ρAB
第 23 卷 第 1 期 2011 年 3 月
宁波工程学院学报 JOURNAL OF NINGBO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Vol． 23 No． 1 March． 2011
含 TMD － TLCD 的高层建筑结构振动混合控制研究
1， 2 1 林小国 ， 马永政
（ 1． 宁波工程学院， 浙江 宁波 315211 ； 2． 河海大学， 江苏 南京 210098 ） 摘 要： 作为结构抗震主要手段之一的 TMD 和 TLCD 技术， 因具有良好的调谐特性而被广泛研究， 但把两者结合起 来进行振动控制的研究还较少 。把此两种控制技术结合在一起可以有效地利用楼顶部的水箱而达到减轻 TMD 的质量。 本文以 TMD － TLCD 混合控制为研究对象， 在建筑物采用多自由度的前提下， 详细推导了系统的振动方程 。 此外， 还考 TLCD 。 12 虑到 中含有非线性， 本文采用了等价线性化原理进行了处理， 并分析了其误差 最后， 以 层建筑结构为实例， 计算结果表明本文方法减震效果明显 。 关键词： TMD － TLCD； 建筑结构； 混合控制 中图分类号： TU311． 3 文献标识码： A
小高层结构屋顶不同的TMD设置方式减震对比分析
文章编号：１６７３ ５１９６（２０２０）０４ ０１１６ ０６小高层结构屋顶不同的犜犕犇设置方式减震对比分析丁艳梅１，２，王 腾１，２，寇兴亭２，焦振宇２，宋 １，２，３（１．山东省高校设施园艺实验室，山东潍坊 ２６２７００；２．潍坊科技学院建筑工程学院，山东潍坊 ２６２７００；３．兰州理工大学土木工程学院，甘肃兰州 ７３００５０）摘要：根据屋顶水箱和保温层对房屋整体结构减震的作用，建立采用铅芯橡胶支座的３种不同屋顶的ＴＭＤ控制装置的小高层结构模型，即单水箱屋顶ＴＭＤ、双水箱屋顶ＴＭＤ和屋顶保温层ＴＭＤ．在此基础上运用有限元分析和动力时程分析方法对控制装置的减震效果进行计算对比．对比结果表明，３种屋顶ＴＭＤ控制装置均有明显的减震效果；当质量比控制在３％以内时，质量越大，屋顶ＴＭＤ荷载分布越均匀，减震效果越好；屋顶保温层ＴＭＤ减震效果最好，双水箱屋顶ＴＭＤ的减震效果次之，单水箱屋顶ＴＭＤ的减震效果最差．本项研究成果可以为ＴＭＤ的后续研究和设计提供理论依据．关键词：高层结构；耗能减震；屋顶ＴＭＤ；动力响应中图分类号：ＴＵ３１２．３；ＴＵ３５２ 文献标志码：Ａ犃犮狅犿狆犪狉犪狋犻狏犲犪狀犪犾狔狊犻狊狅犳犱犪犿狆犻狀犵犲犳犳犲犮狋犻狀狊犿犪犾犾犺犻犵犺 狉犻狊犲狑犻狋犺犱犻犳犳犲狉犲狀狋狉狅狅犳 犜犕犇ＤＩＮＧＹａｎ ｍｅｉ１，２，ＷＡＮＧＴｅｎｇ１，２，ＫＯＵＸｉｎｇ ｔｉｎｇ２，ＪＩＡＯＺｈｅｎ ｙｕ２，ＳＯＮＧＹｕ１，２，３（１．ＦａｃｉｌｉｔｙＨｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒｅＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓｉｎＳｈａｎｄｏｎｇ，Ｗｅｉｆａｎｇ ２６２７００，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ，ＷｅｉｆａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｅｉｆａｎｇ ２６２７００，Ｃｈｉｎａ；３．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００５０，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄａｍｐｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｒｏｏｆｗａｔｅｒｔａｎｋａｎｄｔｈｅｒｍａｌｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｌａｙｅｒｏｎｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｈｏｕｓｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆＴＭＤｃｏｎｔｒｏｌｄｅｖｉｃｅｓｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏｏｆｓｗｉｔｈｌｅａｄｒｕｂｂｅｒｂｅａｒｉｎｇｓ，ｉ．ｅ．ＴＭＤｆｏｒｓｉｎｇｌｅｗａｔｅｒｔａｎｋｒｏｏｆ，ＴＭＤｆｏｒｄｏｕｂｌｅｗａｔｅｒｔａｎｋｒｏｏｆａｎｄＴＭＤｆｏｒｒｏｏｆｔｈｅｒｍａｌｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｌａｙｅｒ．Ｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｒｅｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｏｓｅｃｏｎｔｒｏｌｄｅｖｉｃｅｓｉｓｐｒｅｄｉｃｔｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｔｈｅｎｂｙｍｅａｎｓｏｆｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｅｓａｎｄｄｙｎａｍｉｃｔｉｍｅ ｈｉｓｔｏｒｙａｎａｌｙｓｅｓａｓｗｅｌｌ．Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｅｄｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｓｅｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｒｏｏｆ ＴＭＤｈａｖｅｏｂｖｉｏｕｓｌｙｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇｅｆｆｅｃｔ．Ａｓｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｒａ ｔｉｏｉｓｗｉｔｈｉｎ３％ｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｍａｓｓｉｓ，ｔｈｅｍｏｒｅｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｌｏａｄｉｓ，ｔｈｅｂａｔｔｅｒｔｈｅｖｉ ｂｒａｔｉｏｎ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇｅｆｆｅｃｔｗｉｌｌｂｅ．Ａｍｏｎｇｗｈｉｃｈｔｈｅｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇｒｏｏｆ ＴＭＤｉｓｔｈｅｂｅｓｔ，ｔｈｅｄｏｕｂｌｅｔａｎｋ ＴＭＤｂｅｃｏｍｅｓｔｈｅｓｅｃｏｎｄ，ａｎｄｔｈｅｓｉｎｇｌｅｔａｎｋ ＴＭＤｔａｋｅｓｔｈｅｗｏｒｓｔ．Ｏｕｒｒｅｓｅａｒｃｈｆｉｎｄｉｎｇｓｍａｙｐｒｏ ｖｉｄｅａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｆｏｌｌｏｗ ｕｐｓｔｕｄｙａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆＴＭＤ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｈｉｇｈ ｒｉｓｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｐａｓｓｉｖｅｅｎｅｒｇｙｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ；ｒｏｏｆ ＴＭＤ；ｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅ 随着科学技术的发展以及人民生活水平的提高，人们对住宅的要求已不在只局限于具有宽敞的居住环境，更需要建筑具有较好的安全性和可靠性．调谐质量阻尼器（ｔｕｎｅｄｍａｓｓｄａｍｐｅｒ，ＴＭＤ）因其在工程抗震中良好的减震作用，得到越来越多国内 收稿日期：２０１９ ０４ １１ 基金项目：国家地区科学基金（５１４６８０４０），山东省高校设施园艺实验室资助项目（２０１８ＹＹ００５，２０１８ＹＹ０６０） 作者简介：丁艳梅（１９８５ ），女，山东寿光人，讲师，硕士．外研究者的重视．近几年来出现了一种以隔震支座作为弹簧阻尼器，以隔热层、屋盖或夹层结构本身作为附加质量块的新ＴＭＤ减震模型，其装置与传统ＴＭＤ装置相比，具有设计和制作简单、易于维护、减震效果良好等优点［１］．国内最早将这种ＴＭＤ减震技术应用于旧建筑物的抗震加固，通过利用隔震垫与加层结构本身组成的被动控制装置来吸收和耗散外界施加给建筑物的能量，达到减震的目的［２］．利用结构本身的屋顶或第４６卷第４期２０２０年８月兰 州 理 工 大 学 学 报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．４６Ｎｏ．４Ａｕｇ．２０２０隔热层作为ＴＭＤ的质量块［３ ４］，相继产生了具有节能和减震双重作用的屋顶储能集水箱ＴＭＤ装置．研究发现ＴＭＤ的质量比增加，控制效果也更好，但超过３％时则相反．对该装置在近远场地震作用下的减震效果进行分析［５］，结果表明这种新型ＴＭＤ可使结构的最大层间位移和最大层间剪力降低约２０％［６ ７］．以既有的某１１层小高层住宅楼为研究对象，针对单水箱屋顶ＴＭＤ、双水箱屋顶ＴＭＤ和屋顶保温层ＴＭＤ三种屋顶控制装置的耗能减震效果，采用有限元软件和弹塑性时程分析的方法，分析３种屋顶ＴＭＤ装置在地震作用下的减震效果和规律，为建筑物加固改造设计提供理论依据．１ 屋顶犜犕犇结构运动方程的建立及参数确定公式１．１ 小高层结构屋顶犜犕犇运动方程的建立小高层结构屋顶犜犕犇运动方程为［７］：犕狓··＋犆狓·＋犓狓＝犕犐狓··犵（１）式中：犕＝犿１０００００犿２００００００００００犿狀０００００犿ｄ熿燀燄燅（狀＋１）（狀＋１）犆＝犮１＋犮２－犮２００００－犮２犮２＋犮３－犮３００００－犮３０００００００００００００犮狀＋犮ｄ－犮ｄ００００－犮ｄ犮ｄ熿燀燄燅（狀＋１）（狀＋１）犓＝犽１＋犽２－犽２００００－犽２犽２＋犽３－犽３００００－犽３０００００００ ００００００犽狀＋犽ｄ－犽ｄ００００－犽ｄ犽ｄ熿燀燄燅（狀＋１）（狀＋１）犐＝［１１…１］Ｔ为单位列向量；狓··犵为激励加速度；犿犻为第犻层质量；犿ｄ为储能集水箱和梁板的质量；犮犻为第犻层的阻尼系数；犮ｄ为隔震层的阻尼系数；犽犻为第犻层剪切刚度；犽ｄ为ＴＭＤ的剪切刚度．１．２ 屋顶犜犕犇最优频率比和最优阻尼比的确定ＴＭＤ的最优阻尼比和最优频率比分别为［８］ ξｏｐｔ＝μ１－μ４（）４（１＋μ）１－μ２（）１２（２） λｏｐｔ＝１－μ２（）１２１＋μ（３） μ＝犿ｄ／犿（４） λ＝ωｄ／ω（５）式中：犿为主结构的质量；犿ｄ为子结构的质量；ω为主结构的圆频率；ωｄ为子结构的圆频率；ξｏｐｔ为最优阻尼比；λｏｐｔ为最优频率比．２ 工程概况建造于Ⅱ类场地的某１１层住宅楼，钢筋混凝土框剪结构，建筑面积约６３１５ｍ２，总质量约１５８２１ｔ，地震设防烈度为８度，设计地震分组为第三组．将水箱或屋面保温层与原结构之间用铅芯叠层橡胶支座进行连接，形成一种新的ＴＭＤ减震控制体系，以达到提高该建筑的抗震性能的目的．屋顶单水箱和双水箱的材质均为铁质，顶盖均设计成具有一定坡度的集水顶盖，顶盖中间留有直径为１５ｃｍ的孔洞．平时孔洞封闭，当雨天雨水量达到一定数值时会通过孔洞自动流入水箱内，起到储存雨水的作用．当水箱储满水时会将多余的水通过自动转存装置存至地下水库，用于消防和干旱季节浇灌植被．设计计算时假定水箱处于满水状态．２．１ 单水箱屋顶犜犕犇水箱的尺寸为７．６ｍ×７．２ｍ×２ｍ，水箱与隔震垫、梁板组成的屋顶ＴＭＤ控制系统的质量共约２７４ｔ．根据式（４）可得μ＝１．７３％，将１．７３分别代入式（２，３），可得ξｏｐｔ＝０．０６４，λｏｐｔ＝０．９８；同时根据原结构的第一阶阵型圆频率ω＝６．７２８ｒａｄ／ｓ，可得ωｄ＝λｏｐｔω＝６．５９３ｒａｄ／ｓ，采用ＴＭＤ的刚度犓ｄ＝犿ｄω２ｄ＝１１９１０ｋＮ／ｍ．通过现行抗震设计规范［９］中隔震层的水平等效刚度和等效黏滞阻尼比计算式联合计算，支座总刚度犓ｄ＝１１９２８ｋＮ／ｍ．选用６个ＬＲＢ７００支座，具体布置如图１所示．２．２ 双水箱屋顶犜犕犇２个水箱的尺寸均为６．８ｍ×６．５ｍ×１．３ｍ，双水箱屋顶ＴＭＤ的质量约２６５ｔ，可近似看作与单水箱屋顶ＴＭＤ质量相等．与单个水箱采用同样的计算方法可得：μ＝１．６７％；ξｏｐｔ＝０．０６４；ωｄ＝６．５９３ｒａｄ／ｓ；犓ｄ＝１１５２０ｋＮ／ｍ；因此，共选１８个ＬＲＢ３００铅芯叠层橡胶支座，支座总刚度为犓ｄ＝１４５０８ｋＮ／ｍ，具体布置如图２所示．·７１１·第４期 丁艳梅等：小高层结构屋顶不同的ＴＭＤ设置方式减震对比分析 图１ 屋顶单水箱及隔震垫布置犉犻犵．１ 犔犪狔狅狌狋狅犳狊犻狀犵犾犲狑犪狋犲狉狋犪狀犽狊犪狀犱狏犻犫狉犪狋犻狅狀犻狊狅犾犪狋犻狅狀犮狌狊犺犻狅狀狅狀狉狅狅犳狋狅狆图２ 屋顶双水箱及隔震垫布置犉犻犵．２ 犔犪狔狅狌狋狅犳犱狌犪犾狑犪狋犲狉狋犪狀犽狊犪狀犱狏犻犫狉犪狋犻狅狀犻狊狅犾犪狋犻狅狀犮狌狊犺犻狅狀狅狀狉狅狅犳狋狅狆２．３ 屋顶保温层犜犕犇结合工程实际，经计算屋顶保温层质量约４８５ｔ．采用同样的计算方法可得：μ＝３．０７％，与３％相近；ξｏｐｔ＝０．０８７；λｏｐｔ＝０．９６；ωｄ＝６．４５９ｒａｄ／ｓ；犓ｄ＝２０２３３ｋＮ／ｍ．因此，共选用１６个ＬＲＢ２００、１４个ＬＲＢ３００支座，支座总刚度为犓ｄ＝２０９３６ｋＮ／ｍ．具体布置如图３所示．图３ 屋顶隔震垫布置犉犻犵．３ 犔犪狔狅狌狋狅犳狏犻犫狉犪狋犻狅狀犻狊狅犾犪狋犻狅狀犮狌狊犺犻狅狀狅狀狋犺犲狉狅狅犳３ 有限元模拟及减震效果分析采用ＳＡＰ２０００有限元模拟软件，分别建立单水箱屋顶ＴＭＤ、双水箱屋顶ＴＭＤ和屋顶保温层ＴＭＤ三种结构体系模型，并利用动力时程分析方法分析结构的动力响应．选取３条地震波［１０］，分别为Ａｂｂａｒ波、Ｅｌ Ｃｅｎｔｒｏ波和兰州人工波，峰值调整为４００ｇａｌ，相当于８度罕遇地震．通过对比结构控制前后的楼层位移、层间位移、层间位移角和楼层剪力，分析３种不同控制方法的减震效果．３．１ 动力响应分析为了对比分析单水箱屋顶ＴＭＤ、双水箱屋顶ＴＭＤ和屋顶保温层ＴＭＤ三种控制体系对结构楼层位移、层间位移、层间位移角和楼层剪力的影响，分别将通过动力时程分析方法得到的各动力响应峰值绘于图４．通过分析图４可知，３种屋顶ＴＭＤ控制体系均不同程度降低了小高层结构的楼层位移、层间位移、层间位移角和楼层剪力的峰值，具有良好的减震效果．其中减震效果最好的为屋顶保温层ＴＭＤ控制装置，其次为双水箱屋顶ＴＭＤ控制装置，效果最差的为单水箱屋顶ＴＭＤ控制装置．３．２ 减震效果分析为了定量分析３种屋顶ＴＭＤ控制装置对小高层结构的减震效果，分别将结构采用不同控制方式后在地震波作用下的动力响应平均减震率列于表１中．为便于总结减震规律，将楼层位移减震率、层间位移减震率、层间剪力减震率及相应的动力响应平均减震率绘于图５．从图５可以明显看出，屋顶保温层ＴＭＤ控制效果最好，其次为双水箱屋顶ＴＭＤ，效果最不好的为单水箱屋顶ＴＭＤ．屋顶保温层的质量最大，荷载分布较均匀．单水箱与双水箱质量近似相等，但单水箱布置在屋顶中间，质量较集中，双水箱相对单水箱的质量分布相对分散．因此，在一定范围内，质量越大，屋顶ＴＭＤ荷载分布越均匀，减震效果越好．通过分析表１和图５ｄ可知，单水箱屋顶ＴＭＤ可使结构的楼层位移减小１４．６％～１８．５％，层间位移减小１７．６％～２０．３％，层间剪力减小１５．３％～２０．２％；双水箱屋顶ＴＭＤ可使结构的楼层位移减小１７．９％～２３．０％，层间位移减小２０．７％～２４．４％，层间剪力减小１７．５％～３０．２％；屋顶保温层ＴＭＤ可使结构的楼层位移减小２３．７％～３０．３％，层间位移减小２６．６％～３４．３％，层间剪力减小２０．６％～３６．５％．３种屋顶ＴＭＤ控制装置对·８１１· 兰州理工大学学报 第４６卷图４ 楼层位移、层间位移、层间位移角、层间剪力包络图犉犻犵．４ 犜犺犲犲狀狏犲犾狅狆犲犱犻犪犵狉犪犿狅犳犳犾狅狅狉犱犻狊狆犾犪犮犲犿犲狀狋，狊狋狅狉狔犱狉犻犳狋，犻狀狋犲狉 狊狋狅狉狔犱犻狊狆犾犪犮犲犿犲狀狋，犳犾狅狅狉狊犺犲犪狉犳狅狉犮犲·９１１·第４期 丁艳梅等：小高层结构屋顶不同的ＴＭＤ设置方式减震对比分析 图５ 楼层位移、层间位移、层间剪力减震率及动力响应平均减震率 犉犻犵．５ 犜犺犲犱犲犮狉犲犪狊犻狀犵犪犿狆犾犻狋狌犱犲狉犪狋犻狅狅犳狊狋狅狉狔犱狉犻犳狋，犻狀狋犲狉 狊狋狅狉狔犱犻狊狆犾犪犮犲犿犲狀狋，犳犾狅狅狉狊犺犲犪狉犳狅狉犮犲犪狀犱犪狏犲狉犪犵犲犱犲犮狉犲犪狊犻狀犵犪犿狆犾犻狋狌犱犲狉犪狋犻狅狅犳犱狔狀犪犿犻犮狉犲狊狆狅狀狊犲狊·０２１· 兰州理工大学学报 第４６卷结构动力响应的减震效果有以下规律：楼层位移减震率随楼层的增加而增加；层间位移减震率随楼层的增加先减小后增大；层间剪力的减震率随楼层增加的变化可近似看作先减小后增大，且对１０楼的减震效果最佳．表１ 动力响应平均减震率 犜犪犫．１ 犜犺犲犪狏犲狉犪犵犲犱犲犮狉犲犪狊犻狀犵犪犿狆犾犻狋狌犱犲狉犪狋犻狅狅犳犱狔狀犪犿犻犮狉犲狊狆狅狀狊犲狊％ 楼层楼层位移ＡＢＣ层间位移ＡＢＣ层间剪力ＡＢＣ１１４．６１７．９２３．７１７．６２３．９３０．０１６．１１８．２２２．０２１５．４１８．６２３．７１８．６２１．９２７．２１５．３１７．５２０．６３１５．７１９．２２４．０１７．７２０．７２６．６１５．５１７．９２１．２４１５．８１９．５２４．７１７．９２０．８２７．２１６．７１９．１２３．８５１５．８１９．５２５．４１９．３２２．３２９．１１５．９１８．９２４．１６１６．４１９．８２６．０１９．９２２．７３０．６１９．８２２．６２８．９７１７．１２０．９２７．２２０．０２２．８３１．９１７．８２０．７２７．８８１７．６２１．６２８．１１９．７２２．９３２．２１９．４２２．８２９．７９１７．９２２．２２９．０１９．３２３．３３３．３１８．０２２．３２８．１１０１８．１２２．６２９．６１９．７２３．８３４．１２０．２３０．２３６．５１１１８．５２３．０３０．３２０．３２４．４３４．３１７．８２７．５３０．８ 注：Ａ为单水箱屋顶ＴＭＤ；Ｂ为双水箱屋顶ＴＭＤ；Ｃ为屋顶保温层ＴＭＤ．４ 结论１）３种屋顶ＴＭＤ控制装置均能有效降低地震作用，控制效果由大到小依次为屋顶保温层ＴＭＤ、双水箱屋顶ＴＭＤ和单水箱屋顶ＴＭＤ．其中屋顶带保温层的ＴＭＤ可使结构楼层位移减小２４％～３０％、层间位移减小２７％～３４％、层间剪力减小２１％～３０％；双水箱ＴＭＤ的３参数依次减小１９％～２０％、２１％～２４％和１３％～３０％；单水箱ＴＭＤ的３参数降低范围在１５％～２０％之间．证明了当质量比控制在３％以内时，质量越大，屋顶ＴＭＤ荷载分布越均匀，减震效果越好．２）楼层位移减震率随楼层的增加而增加；层间位移减震率随楼层的增加先减小后增大；层间剪力的减震率随楼层增加的变化可近似看作先减小后增大，且对１０楼的减震效果最佳．参考文献：［１］ 高剑平，刘礼君，李 明，等．多层钢筋混凝土框架结构“加层减震”能量时程分析［Ｊ］．华东交通大学学报，２００８，２５（５）：１７ ２０．［２］ 谢军龙，周福霖．多层房屋结构ＴＭＤ“加层减震”试验研究和应用［Ｊ］．世界地震工程，１９９８，１４（４）：５７ ６０．［３］ ＶＩＬＬＡＶＥＲＤＥＲ．Ａｓｅｉｓｍｉｃｒｏｏｆｉｓｏｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ：ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｓｔｕｄｙｗｉｔｈ１３ ｓｔｏｒｙｂｕｉｌｄｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＥｎｇｉ ｎｅｅｒｉｎｇ，２００２，２００２（２）：１８８ １９６．［４］ 刘 强．多层房屋结构屋顶隔热层ＴＭＤ减震控制系统设计［Ｊ］．福建工程学院学报，２００６，４（３）：３０４ ３０９．［５］ 刘 强，周瑞忠，邹祖军．房屋屋顶隔热层（ＴＭＤ）减震控制体系研究［Ｊ］．西华大学学报（自然科学版），２００８，２７（２）：１０１ １０４．［６］ 周茗如，王 腾，文煜馨，等．小高层结构屋顶保温层ＴＭＤ减震分析［Ｊ］．地震工程学报，２０１３（４）：８６６ ８７１．［７］ 杜永峰，丁艳梅．利用储能集水箱减震的小高层结构动力响应分析［Ｊ］．工程抗震与加固改造，２０１３（６）：９３ ９７．［８］ 夏 昌．屋顶花园ＴＭＤ减震控制研究［Ｊ］．合肥工业大学学报（自然科学版），２０１２，３５（５）：６６９ ６７２．［９］ 中华人民共和国住房和城乡建设部．建筑抗震设计规范：ＧＢ５００１１—２０１０［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２０１０．［１０］ 王智军，王 斌，李银文．结构动力弹塑性分析地震波的选取原则［Ｊ］．兰州理工大学学报，２０１３，３９（４）：１３８ １４２．·１２１·第４期 丁艳梅等：小高层结构屋顶不同的ＴＭＤ设置方式减震对比分析 。
TMD在高层建筑中不同高度减震效果研究
TMD在高层建筑中不同高度减震效果研究作者：李顺顺邱振华李故功王岩磊来源：《河南科技》2017年第17期摘要：在多层钢框架建筑模型上安装调谐质量阻尼器（TMD：Tuned Mass Damper），选取功率谱生成地震波作为加载波形。
改变TMD的安装高度，分别测得钢框架模型在不同TMD安装高度状态下的加速度，获得加速度时程曲线。
根据结果分析TMD减震效果与安装高度的相关关系，得出TMD在实验结构中最佳的减震相对位置。
关键词：高层建筑；调谐质量阻尼器；不同安装高度；减震效果中图分类号：TU352.1 文献标识码：A 文章编号：103-5168（2017）09-0119-02Abstract： In the construction of multi-storey steel frame model is installed on the tuned mass damper （TMD：Tuned Mass Damper）， selects the power spectrum generated seismic waves as the loading waveform. Change the installation height of TMD， were measured in a steel frame model under the condition of the installation height of acceleration in different TMD curve acceleration. It was according to the results of correlation analysis of TMD the damping effect and the installation height， the relative TMD in the experimental structure of the optimal damping position.Keywords： high rise buildings；tuned mass dampers；different mounting heights；damping effects调谐质量阻尼器是目前超高层建筑抗风设计中实际应用最为广泛的一种控制装置，其风振控制效果也得到了很多研究学者的认可。
高耸钢框架结构-TMD减震控制效果模型实验分析
高耸钢框架结构-TMD减震控制效果模型实验分析李金海1，a，刘金栓1,b，李芦玉1,c(1.大连理工大学土木水利学院，辽宁大连 116024)a ljh@, b273898186@, c 7054419 @@摘要：由于TMD的经济性和实用性，其目前在实际工程中得到了广泛的认可和应用。
为了进一步验证TMD在高宽比较大的高耸钢框架结构中的减震控制作用，模型实验利用振动台对三层高耸钢框架结构-TMD模型在基底激励作用下的响应进行分析。
通过改变TMD的质量来进行分频率调谐控制，并分析了基底激励作用下TMD的不同安放位置对结构减震控制效果影响。
分析结果表明：通过改变TMD质量块的数量可以达到很好的调谐减震控制效果。
基底激励作用下TMD安装在顶部和底部都会有明显的减震控制效果。
关键词：变质量；调谐质量阻尼器；高耸钢框架；基底激励；传递函数国家自然科学基金资助项目：批准号为51008051中图分类号：TM 344.1文献标志码：A引言TMD的产生和发展已经有数十年的历史，近20年时间TMD更是凭借其经济，实用，安全性好，不需外加能源等诸多优点得到了迅速的发展和广泛的应用。
因此，伴随着工程师们大量的开发研究下，各种形式不同的TMD也随着实际生产需要应运而生【2】。
近年来，自然环境恶化，台风、高烈度地震频频发生，然而高耸钢结构的应用也随着社会发展需要而迅速发展，为了保证此类结构的抗震安全性和舒适性，国内外许多专家学者也做了大量的研究。
其中不乏利用TMD进行减震控制的研究。
为了研究高耸钢结构利用变质量TMD减震的效果，本实验分析利用振动台对三层TMD-高耸钢框架结构模型在基底激励作用下的响应进行测量分析，并结合利用结构振动理论和传递函数理论进行计算得到的结果，对比分析来验证变质量TMD的减震控制效果及其适用性【3】。
实验分析部分具体设计如下：首先在振动台上通过扫频实验得到结构的主频率，然后再根据各阶主频来确定基底激励进行实验，并对TMD安防在结构不同位置时候的减震效果进行实验测量，与结构不安放TMD时候的测量结果进行对比分析。
TMD减振技术在沈阳站房大跨度楼盖中的应用研究
TMD减振技术在沈阳站房大跨度楼盖中的应用研究张海【摘要】New railway station building floor structure is characterized by large span, small stiffness and low damping, which may result in big vibration and discomfort on account of human activities. Based on relevant research results at home and abroad, the model of crowd-induced load is created. According to the engineering of large span floor structure of Shenyang railway station, TMD is selected and designed to control thefloor vibration and comfort under the effect of crowd load. Time-history analysis is carried out under different working conditions of human activities to analyze the dynamic response and, compare and analyze the index of peak acceleration before and after TMD is installed. The results show that TMD vibration reduction scheme adopted in the large span floor structure can meet the requirement of comfort under crowd load and have a good anti-vibration effect.%新型铁路站房楼盖具有跨度大、刚度小、阻尼比低的特点，使得大跨度楼盖结构在人群活动下容易产生较大的振动，从而引起候车旅客的不舒适。
多重TMD减震系统的抗震性能研究的开题报告
多重TMD减震系统的抗震性能研究的开题报告一、选题背景随着我国城市化进程不断加快，城市建筑结构的抗震能力也日益成为人们关注的热点和焦点问题。
地震是一种极具破坏性的自然灾害，一旦发生地震，各种建筑物的抗震性能显得格外重要。
多重TMD减震系统是一种新型的抗震减震技术，可以通过减震器间的相互影响实现减震效果的叠加，提高建筑结构的抗震能力。
因此，对多重TMD减震系统的抗震性能进行研究，有助于提高建筑结构的抗震能力，保障人们的生命财产安全。
二、研究意义多重TMD减震系统作为新型的抗震减震技术，具有以下研究意义：1.提高建筑结构的抗震能力。
多重TMD减震系统通过减震器间的相互作用，可以实现减震效果的叠加，从而提高建筑结构的抗震能力，减轻地震对建筑物的破坏。
2.优化减震系统的设计方案。
多重TMD减震系统的性能受到很多因素的影响，如减震器的参数设置、减震器的数量、减震器的布置方式等。
对多重TMD减震系统的抗震性能进行研究，有助于优化减震系统的设计方案，提高减震效果。
3.推动抗震减震技术的发展。
多重TMD减震系统是一种新型的抗震减震技术，对其抗震性能的深入研究，可以为相关行业提供参考和借鉴，推动抗震减震技术的发展。
三、研究内容本研究主要针对多重TMD减震系统的抗震性能进行研究，具体内容如下：1.建立多重TMD减震系统的数学模型。
选取合适的减震器参数，利用数学方法建立多重TMD减震系统的数学模型，分析减震器的相互作用对减震系统抗震性能的影响。
2.分析多重TMD减震系统的抗震性能。
通过数值计算分析多重TMD减震系统在不同地震波下的抗震性能，以震级、加速度峰值、位移等为指标，评估减震系统的抗震性能，探究各种系统参数对抗震性能的影响。
3.优化多重TMD减震系统的设计方案。
根据研究结果，对多重TMD减震系统的设计方案进行优化，拟定减震器的最佳参数配置和布置方式，从而进一步提高减震效果。
四、研究方法本研究采用数学建模和数值计算两种方法进行研究。
房屋屋顶隔热层(TMD)减震控制系统研究
房屋屋顶隔热层(TMD)减震控制系统研究
刘强;周瑞忠;邹祖军
【期刊名称】《西华大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2008(027)002
【摘要】为了改善房屋结构的抗震性能,实现房屋结构减震设计的可靠性和有效性,提出了利用多层房屋结构屋顶隔热层作为TMD装置系统来达到减震的设想.建立了TMD控制结构的力学模型,并应用其中的双线型恢复模型描述橡胶隔震垫的弹塑特性,进一步对屋顶隔热层作为减震装置的构造设计.通过位移时程分析使结构各楼层的位移峰值得到了显著降低.工程实例计算表明,屋顶隔热层作为减震控制系统设计是可行和实用的.
【总页数】4页(P101-104)
【作者】刘强;周瑞忠;邹祖军
【作者单位】集美大学工程技术学院,福建厦门 361021;福州大学土木工程学院,福建福州 350001;福州大学土木工程学院,福建福州 350001;同济大学土木工程学院,上海 200092
【正文语种】中文
【中图分类】TU352.1
【相关文献】
1.地震作用下多层房屋建筑屋顶水箱(P-TMD)减震控制设计 [J], 刘强;邹祖军
2.多层房屋结构屋顶隔热层TMD减震控制系统设计 [J], 刘强
3.屋顶花园TMD减震控制研究 [J], 夏昌
4.屋顶水箱TMD对加固结构的减震控制研究 [J], 王磊;谭平;方创杰;莫艳丽;李文彦
5.单层工业厂房-TMD减震控制系统研究 [J], 田洁;姚谦峰;王克成
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TMD减振技术在沈阳站房大跨度楼盖中的应用研究
TMD 减振技术在沈阳站房大跨度楼盖中的应用研究摘要：本文研究了TMD 减振技术在沈阳站房大跨度楼盖中的应用。
首先介绍了TMD 的基本概念、特点和使用范围。
然后，结合沈阳站房大跨度楼盖的工程实例，分析了TMD 在楼盖减振中的适用性和优势。
最后，通过模拟分析和现场试验，验证了TMD 在沈阳站房大跨度楼盖中的有效性和实用性。
关键词：TMD；减振技术；沈阳站房；大跨度楼盖；工程实例；模拟分析；现场试验一、引言随着现代化城市的建设和高层建筑的不断涌现，大跨度楼盖已经成为了建筑工程设计和施工的难点之一。
在这样的背景下，减振技术作为一种有效的振动控制手段，被广泛应用于大跨度楼盖的动态控制和减震中。
而TMD（Tuned Mass Damper）减振技术，作为目前国际上使用最为广泛的一种减振技术之一，已经在许多大跨度结构中得到了成功的应用。
因此，本文结合沈阳站房大跨度楼盖的实际工程案例，研究了TMD 减振技术在大跨度楼盖中的应用。
二、TMD 的基本概念、特点和使用范围TMD 是一种基于质量、弹性与阻尼的简单振动控制机构。
其基本原理是通过结合弹性元件、质量和阻尼元件，将振动能量转移或减少到TMD 质量上，从而减小结构的振幅。
TMD 具有结构简单、成本较低、易于调试等特点，可以良好地降低结构的振动响应，改善结构的稳定性和安全性。
在实际应用中，TMD 主要用于减小大建筑结构的振动排除或减弱对结构的破坏作用。
三、沈阳站房大跨度楼盖结构特点沈阳站房大跨度楼盖作为一个典型的大跨度结构，其结构主要特点为：跨度较大、荷载较重、自重巨大、风荷载较大等。
这些因素加起来会导致楼盖在使用过程中产生较大的振动，严重影响楼盖的使用安全和性能。
四、TMD 在沈阳站房大跨度楼盖中的应用1.TMD 的适用性和优势TMD 在沈阳站房大跨度楼盖的应用中，主要考虑有以下几个方面因素：(1)结构的自然频率和振动周期较明显；(2)阻尼效果相对较差；(3)楼盖的承载力和稳定性要求高；(4)可能遇到较大的风荷载和震动荷载。
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近 年来 ，各 地相 继 出现 了一些 建造 在高层 建
柔性锚固 （ １ 图 ）实质 上 是某种 形 式 的“ 定 动 联结” 式 ，它 锚而 不死 ，固而 不 定 ，只对 结 构 的 方 倾覆 运动 产 生约束 ，提 供锚 力 ，而对 结 构 的水平 滑动 几 乎不 发生 限制和 妨碍 。
钢。 框架 结 构总质 量 ４７ ０ｋ ， ０ ｇ 基本 周 期为 ０３ 。 ．９Ｓ 顶层钢 塔 桁架 如 图 ３ 层 高 ２ｍ， ， 三层 共 ６Ｉ， ｎ 钢 塔 结构 底平 面尺 寸为 ２ ｍｘ ｎ ２ Ｉ ，第 二 层平面 尺 寸为 １ １ Ｉ ． ｍ￣ ． １，第三 层平 面 尺寸 为 １ ｌ ５ ５Ｔ ｍｘ ｍ， 第 四层平 面尺 寸为 ０５ｍ￣ ． ｎ。钢 塔柱 、斜撑 均 ． ０５ ｌ 采 用 Ｌ ０ ３ ｘ 钢 ，钢材 为 Ｑ ３ ． ３ ｘ ０ ２角 ２ ５Ａ钢 。在钢 塔 结构 节 点加 ２ ５ Ｎ 垂 直 向下 力 ，设 质量 源 后 ，钢 ７
强烈；设置屋顶钢塔和 Ｔ ＭＤ 时主体与钢塔 结构 的反应同时达到最弱 。研究表 明屋顶钢塔和 Ｔ ＭＤ 能够 同时
有效 的减 小主体结构与屋顶钢塔 的地震反应 ，避免 了屋顶钢塔 的鞭梢效应 ，达 到了较好 的减震效果 。 关键词 ：屋顶钢塔 ：调谐质量阻尼器 （ ＭＤ） Ｔ ：时程 分析 ；减震效果 中图分类号 ：Ｔ ３ ２１１ Ｕ １ ． Ｕ ５ ． ；Ｔ ３ １ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１７ —０ ７２０ ）３０ １－４ ６ ２７ ３ （０ ８０ —２ ８０
图 １ 柔性锚 固 （ 单锚 固）示意
架为例 ，同时考虑塔底隔震作用【 ２ 进行研究 ， 一 采 用有 限元 软件 Ｓ ２０ ［进 行不 同地 震波 下 的 ＡＰ ０ ０ ］ ４
时程分析 。
２ 主体钢框架和顶层钢塔基本参数
主 体钢 框架 如 图 ２ 层 高为 ３ｎ， ， ｌ 四层共 １ ２ｍ， 框 架平 面 尺寸 为 ６ｍｘ Ｉ ６１。除顶 层和 底层 四根 柱 Ｔ 外 ，框架 梁 、柱均 采用 工字 钢 Ｗ ｌ ｘ ２ ０ ｌ ，顶层 梁
钢 塔 的主体 结构和 钢塔 结构 顶层 的最大 相对 位移 和 最大 绝对加 速度 的 峰值列 于表 ２中。 将 仅设 屋顶钢 塔和 屋顶钢 塔 Ｔ ＭＤ 的主体 结
１ 钢 塔 与 主体 隔 震 连接 方式
对 于一 般满 足滑 动减 震抗 倾覆 自身 稳定 条件 的结 构 ，不 存在 为其 另行 提供 附加 抗倾 覆机 构 的
问题 。然而 ，对 于超 过可 能 发生倾 覆 界限 的高耸 钢 塔 结构 ，为 了保证 它 在地 震时 对于倾 覆 的绝对
与 底 层柱 采 用 工 字 钢 Ｗ １￣ ５ ８ ３ ，钢 材 为 Ｑ ３一 ２ ５Ａ
丝绳 锚 具 下钢 垫 板
筑 上 作 装饰 作 用 或 某 些 特 殊 用 途 的钢 结 构 塔 楼 （ 如通讯 微波 钢塔 ） 这 样不 仅节 省用地 ， 降 例 ， 也 低 工 程造价 。然而 ，在遭 遇 强烈 地震 时 ，屋顶钢
塔 受 到经过 主 体建筑 放 大 的地 震 加速度 作用 ，振
安 全 ，防止 大 幅度摇 摆 ，必须 采取 某种 抗倾 覆措
施 。为 了既能提 供抗 倾覆 锚 力 ，又不影 响滑 动发
生 ，本 文采 用“ 性锚 固” 柔 的构 想 。 Ｊ
收稿 日期 ：２ ０ ．２２ ０ ８０ ．７
作者简介 ：廖绍怀 （ ９４ ） １６ 一 ，男 ，湖北麻城人，副教授 ，研究方 向为钢结构及结构防灾减灾 ，ｌ ｘ ｙ ２ ． ｍ。 ｓ ｈ ＠１６ ｏ ｈ ｃ
・２ ２ ０・
华
中
科
技
大
学
学
报 （ 城市科学版 ）
２０ ０ ８年
为 了研 究对 比屋顶钢 塔鞭 梢 效应 ，在 以上三 种 地震激 励 作用下 ，将 未设 屋顶 钢塔和 仅 设屋顶
构 和钢 塔 结构顶 层 的最大 相对 位移 和最 大绝 对加 速 度 的峰 值列 于表 ３中。 将未 设屋 顶钢 塔和屋 顶钢 塔 Ｔ ＭＤ 的主体 结
第２ 卷第３ ５ 期 ２ ０ 年 ９月 ０８
华
中
科
技
大
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学
报 （ 市科学版 ） 城
Ｖ０ ． ５Ｎｏ ３ １ ． ２ Ｓｐ２０ ｅ．０８
Ｊｏ ．ｆ ＨＵＳ Ｔ．（ ｂ ｎＳ ｉｎ ｅＥ ｉ ｏ Ｕｒ ａ ｃｅ ｃ ｄ ｔ ｎ） ｉ
屋 顶钢 塔 Ｔ ＭＤ 和 塔 底 隔 震 双重 减 震性 能研 究
廖绍怀 ，吴巧云 ，熊 源
（ 中科技大学 ａ 华 ． 工程与力学学 院：ｂ控制结构湖北省重 点实验 室，湖北 武汉 ４ ０ ７ ） 土木 ． ３０ ４
摘 要 ｌ本文利用有限元软件 Ｓ ２ ０ ＡＰ ０ ０建立了某四层钢框架模型 ，对其未设置屋顶钢塔 、仅设置屋顶钢塔
及设置屋顶钢塔和 Ｔ ＭＤ 三种模 型进行 了不 同地震波下 的时程 分析和 比较。结果表明，未设置屋顶钢塔时， 主体 结构在地震作用下反应最强烈 ： 设置屋顶钢塔 时主体结构反应相对较弱 ， 仅 钢塔在鞭梢效应下 反应最 为
动激 励被 强化 ，水平 地 震作用 远 大于其 在地 面 时
的水 平地 震作 用 ， 时钢 塔楼 往往 产 生剧烈 振动 ， 这
簧垫 圈
容 易损坏 ， 甚至 脱落 ，因此要 对 其进行 抗 震处理 。 为 了达到 良好 的减 震效 果 ，对 钢塔 与 屋顶连
皮 垫 圈
丝锚 绳 震 层 ห้องสมุดไป่ตู้留 空 间
接采取隔震措施，塔底隔震是通过在钢塔与主体 结构 之 间安装 隔震 层来 限制 地 震能量 传入 上部 结 构 ，地震 时 结构底 部 可 以有 较 大变形 ，隔震层 的
变形 隔 离地震 力 向上传 递 ，结构 本身运 动 相对 减 小 ，从而 保护 钢塔 结构 免遭 地震 破坏 。钢 塔对 主 体 作用相 当 于一个 Ｔ ＭＤ［系 统 ， １ ］ 本文 以四层钢 框