[发明专利]在地震期间消减楼层惯性水平力的反向消减设备及方法

说明书

本发明涉及建筑结构领域，提供一种在地震期间消减楼层惯性水平力的反向消减设备及反向消减方法。反向消减设备包括：采集地震频谱信息的感测装置；控制器，控制器根据接收的地震频谱信息和结构动力参数计算出地震将作用在建筑结构的各个楼层对应的各个水平楼板或钢梁处的楼层惯性水平力的大小、方向和作用时间，并基于此及预设的消减目标计算出消减力的大小和方向；以与地壳同步运动的方式固定至大地的引导作动器；以及固定至各个水平楼板或钢梁处的跟随作动器，其中，控制器发送指令给引导作动器和跟随作动器以于作用时间在各个水平楼板或钢梁处施加与楼层惯性水平力反向的消减力。根据本发明，有效减小了地震对建筑结构的损坏。

技术领域

本发明涉及建筑结构领域，更具体而言，涉及一种在地震期间消减楼层惯性水平力的反向消减设备和反向消减方法。

背景技术

在高层建筑中，结构体系需要承受的外部作用有恒荷载、活荷载、风荷载和地震作用。其中风荷载和地震作用是主要的侧向荷载，需要结构体系设置抗侧力构件，或由竖向承重构件兼做侧向力构件。与风荷载相比，地震作用具有不可预测性，对高层建筑的破坏也更严重，虽然在设计中已经过严格控制，但实际地震下建筑结构是否能逃脱严重破坏的命运，仍存在一定的不确定性。

地震作用多高层建筑结构的主要表现形式，是地壳的水平剧烈快速反复运动引起的结构惯性力变化。表现为对竖向构件随时间变化大小和方向的地震时楼层惯性水平力。地震对建筑结构的破坏程度与地震烈度有关，规范的设计原则是小震不坏、中震可修、大震不倒。

为了减轻地震作用对建筑结构的破坏，保证地震作用下结构的安全，在设计时有两种思路，一是通过设置抗侧力构件抵御地震力，二是通过消减地震力的方法减轻对结构的破坏。抵御地震力的思路，需要计算地震力的大小，并保证在地震工况下抗侧力构件满足设计性能要求。消减地震力的方法，通过设置阻尼、隔震垫等方式耗能减震。

采用抵御地震力的思路，在地震作用下对结构会带来一定的破坏，后期加固、维护等技术和经济成本高昂。采用消减地震力的方式，可会带来结构在地震作用下的大位移或不可恢复的变形，影响建筑的后期可持续使用功能。

因而，需要一种这样的反向消减设备和反向消减方法：其可以解决或至少减轻上述现有技术中所存在的部分或全部缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种可以快捷高效地消减楼层惯性水平力以减轻或防止地震对于建筑结构的损坏的反向消减设备和反向消减方法。

本发明所采用的技术方案如下所述。

根据本发明第一方面的第一种可能的实施方式，提供一种在地震期间消减楼层惯性水平力的反向消减设备，其中，所述反向消减设备包括：

感测装置，所述感测装置以与地壳同步运动的方式固定至大地并且采集地震频谱信息；

控制器，所述控制器配置为从所述感测装置接收所述地震频谱信息，根据所述地震频谱信息和预先存储的关于所述建筑结构的结构动力参数计算出地震将作用在所述建筑结构的各个楼层对应的各个水平楼板或钢梁处的楼层惯性水平力的大小、方向和作用时间，并基于所述楼层惯性水平力的大小和方向以及预设的消减目标计算出所述各个水平楼板或钢梁处的消减力的大小和方向；

引导作动器，所述引导作动器以与地壳同步运动的方式固定至大地；以及

跟随作动器，所述跟随作动器固定至所述各个水平楼板或钢梁处，

其中，所述控制器进一步配置为发送指令给所述引导作动器和所述跟随作动器并控制所述引导作动器和所述跟随作动器于所述作用时间在所述各个水平楼板或钢梁处施加与所述楼层惯性水平力反向的所述消减力。