本本发明专利技术提供了一种地铁沿线木结构古建筑振震双控结构及其设计方法。该控制结构包括木结构古建筑底部与台基之间的隔振层，以及布置在枋的上方与柱连接的阻尼器，隔震层包括位于建筑物底部托换底盘(5)、隔振支座(4)以及位于台基之上支撑隔振支座的隔振支座底盘(6)；同时本发明专利技术基于数值分析，提出了一套完整可行的设计方法，对隔振支座和阻尼器进行优化配置。该双控结构和设计方法不仅能够有效的减轻地铁振动影响，而且可以满足木结构古建筑抗震保护的需求。
【技术实现步骤摘要】
一种地铁沿线木结构古建筑振震双控结构及设计方法
本专利技术属于工程减振抗震
，特别涉及一种同时提升木结构古建筑减振与抗震性能的控制结构及设计方法。
技术介绍
木结构古建筑具有重要的历史、文化等价值，虽然经过研究发现其具有优良的抗震性能，但是在最近几次大地震中，该类建筑仍然出现了不同程度的破坏。同时，随着城市化进程的加快，城市地铁等公共交通建设逐渐增加，相对于地震等强振动发生的概率，处于城市交通网周边的木结构古建筑受地铁振动影响会更加频繁，发生的时间也更长，严重影响了其结构安全和正常使用。目前大多古建筑仅做了抗震加固，传统的加固改造措施，虽然加强了结构整体性，提高了结构的抗震性，但是不可避免地会增加结构刚度，结果就是加大了结构的动力响应，更无法减小地铁振动对建筑的影响，同时不可避免的会影响建筑物外观造型和内部装饰。因此，为了保护木结构古建筑，使之焕发新的生机，有必要提出一种新的技术措施来同时解决减小地铁振动和抗震加固的问题。
技术实现思路
为弥补上述技术的不足，本专利技术提出了一种地铁沿线木结构古建筑振震双控结构及设计方法，用以减轻地铁运行以及不可预期地震对木结构古建筑造成的不利影响。根据本专利技术的一方面，提供一种地铁沿线木结构古建筑振震双控结构，包括：阻尼器(3)、隔振支座(4)、托换底盘(5)以及隔振支座底盘(6)；其中，所述隔振支座(4)位于托换底盘(5)和隔振支座底盘(6)之间，三者共同构成隔振层，承托包括所述木结构古建筑在内的上部结构；所述阻尼器(3)位于木结构古建筑(1)的木枋(7)上部，安装在木枋(7)和木结构古建筑(1)的木柱(8)之间。优选地，所述隔振支座(4)为铅芯橡胶支座。优选地，所述托换底盘(5)为由托换梁和横纵向次梁构成的刚性底盘，所述托换梁沿承重柱间的墙体设置，所述横纵向次梁布置于托换梁之间。优选地，所述隔振层的刚度中心与上部结构的质量中心一致。优选地，所述阻尼器为粘滞阻尼器。根据本专利技术的另一方面，提供一种地铁沿线木结构古建筑振震双控结构设计方法，包括：(a)假定隔振支座初步布置方案，建立整体结构有限元数值模型；(b)施加静力荷载，进行整体结构静力分析，计算隔振支座处各支点的支反力，初选隔振支座有效截面面积；(c)调整隔振支座的刚度，对整体结构进行模态分析，计算各阶振型的基本频率以及整体结构振型质量参与系数；(d)施加振动荷载，验证结构振动响应是否满足振动容许值，如不满足，则改变隔振支座的布置方案，重复步骤(a)～(d)，如果满足，则进行步骤(e)；(e)进行罕遇地震验算，验证结构各层变形是否满足容许值，如不满足，添加粘滞阻尼器，重复步骤(a)～(e)，再次进行振动控制验算和地震响应验算，直至整体结构满足减振和抗震综合要求。优选地，所述步骤(a)的整体结构包含木结构古建筑和隔振层，建模采用有限元结构分析软件ANSYS。优选地，所述步骤(b)的静力荷载包含模型自重荷载、屋盖自重荷载、楼面以及屋面的活荷载，并且按照隔振支座最大竖向应力容许值确定隔振支座有效截面面积。优选地，所述步骤(c)计算得到的整体结构自振频率要避开地铁地面振动的主要频率，且确保整体振型质量参与系数最大化。优选地，所述步骤(d)施加的振动荷载采用结构现场实测数值，或者采用“地铁列车-轨道-隧道-土层振动分析模型”计算得到。优选地，根据古建筑所在地设防烈度、场地类别以及设计地震分组来选择所述步骤(e)的地震波，并且强震记录不少于两组，人工模拟地震波不少于一组。优选地，所述步骤(e)的变形容许值包含层间位移角限值、隔振支座侧向变形限值以及隔振支座拉应力限值。优选地，所述步骤(e)的粘滞阻尼器布置原则是：粘滞阻尼器宜布置在结构层间侧向变形最大的接处，且进行横向和纵向的双向布置以提高整体结构在地震作用下的抗扭能力。优选地，所述设计方法还包括依据步骤(a)～(e)确定的参数来优化隔振支座以及粘滞阻尼器的选择。本专利技术采用在木结构古建筑建筑基础设置隔振层的方案，对建筑物进行整体隔振，在木柱和木枋之间设置粘滞阻尼器，增强其阻尼特性，形成减震层，综合考虑了振动作用和抗震加固的要求，实现了地铁上沿线木结构古建筑振震双控的要求，并建立了一套完整可行的定量分析振震双控控制技术，该结构和技术可同时满足地铁振动控制运行和抗震加固需求，具有以下优点：1、隔振层水平刚度小，用于上部结构刚度较弱的木结构，隔振效果好；2、粘滞阻尼器增加结构阻尼，依靠阻尼材料材料非弹性变形耗散更多的地震能量，再不改变原结构动力特性的前提下，实现抗震性能的提升。3、产品生产工艺及其工程应用成熟，性能稳定，且更换和维修方便；4、基本上不改变原建筑物的外观造型以及内部装饰。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本专利技术的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：图1是本专利技术实施方案的木结构古建筑振震双控结构的结构示意图；图2为本专利技术实施方案的双控结构减振和抗震设计方法流程图。附图标记说明：1木结构古建筑；2高台基；3阻尼器；4铅芯橡胶支座；5托换底盘；6隔振支座底盘；7木枋；8木柱；具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明，但并不用来限制本专利技术的保护范围。图1是本专利技术实施方案的木结构古建筑振震双控结构的结构示意图。参考图1，实施方案的振震双控结构可以包括木结构古建筑1、高台基2、木结构古建筑与高台基之间的隔振层以及阻尼器3。所述隔振层可以包括铅芯橡胶支座4、托换底盘5以及隔振支座底盘6，用于承托包括所述木结构古建筑在内的上部结构；隔振层的刚度中心可以与上部结构质量中心一致，以减小扭转效应。托换底盘5可以是由托换梁和横纵向次梁(未示出)构成的刚性底盘；托换梁沿承重柱间的墙体设置，横纵向次梁布置于托换梁之间。所述隔振支座4例如可以为橡胶支座、滑动支座或者复合支座等，优选地，所述隔振支座为铅芯橡胶支座。隔振支座底盘6例如可以为钢筋混凝土基础，其设置在高台基2上。所述阻尼器3设置在主体结构枋7上方对应的位置，并且安装在木柱8与木枋7之间，优选地，所述阻尼器为粘滞阻尼器，避免改变原结构的动力特性。另外，阻尼器的布置需保持木结构古建筑原有的对称性，缩小质量中心和刚度中心的差异。根据本专利技术的实施方案，依据木结构古建筑的特点，在建筑物的底部构筑刚性托换盘时，室内没有障碍的地方可进行明挖，遇到柱、墙等有障碍的地方需要进行托换。墙体可以主要采用分段掏挖和分段浇筑的技术进行托换，主要施工步骤为：首先沿墙体分段掏挖，然后搭设模板并放置钢筋笼，随后分段浇筑，最终待其强度形成以后将墙体托换至钢筋混凝土托换梁上。...
【技术保护点】
1.一种地铁沿线木结构古建筑振震双控结构，其特征在于，包括：阻尼器(3)、隔振支座(4)、托换底盘(5)以及隔振支座底盘(6)；/n其中，所述隔振支座(4)位于托换底盘(5)和隔振支座底盘(6)之间，三者共同构成隔振层，承托包括所述木结构古建筑(1)在内的上部结构；/n所述阻尼器(3)位于木结构古建筑(1)的木枋(7)上部，安装在木枋(7)和木结构古建筑(1)的木柱(8)之间。/n
【技术特征摘要】
1.一种地铁沿线木结构古建筑振震双控结构，其特征在于，包括：阻尼器(3)、隔振支座(4)、托换底盘(5)以及隔振支座底盘(6)；
其中，所述隔振支座(4)位于托换底盘(5)和隔振支座底盘(6)之间，三者共同构成隔振层，承托包括所述木结构古建筑(1)在内的上部结构；
所述阻尼器(3)位于木结构古建筑(1)的木枋(7)上部，安装在木枋(7)和木结构古建筑(1)的木柱(8)之间。
2.根据权利要求1所述的地铁沿线木结构古建筑振震双控结构，其特征在于，所述隔振支座(4)为铅芯橡胶支座。
3.根据权利要求1所述的地铁沿线木结构古建筑振震双控结构，其特征在于，所述托换底盘(5)为由托换梁和横纵向次梁构成的刚性底盘，所述托换梁沿承重柱间的墙体设置，所述横纵向次梁布置于托换梁之间。
4.根据权利要求1所述的地铁沿线木结构古建筑振震双控结构，其特征在于，所述隔振层的刚度中心与上部结构的质量中心一致。
5.根据权利要求4所述的地铁沿线木结构古建筑振震双控结构，其特征在于，所述阻尼器为粘滞阻尼器。
6.一种地铁沿线木结构古建筑振震双控结构设计方法，其特征在于，包括：
(a)假定隔振支座初步布置方案，建立整体结构有限元数值模型；
(b)施加静力荷载，进行整体结构静力分析，计算隔振支座处各支点的支反力，初选隔振支座有效截面面积；
(c)调整隔振支座的刚度，对整体结构进行模态分析，计算各阶振型的基本频率以及整体结构振型质量参与系数；
(d)施加振动荷载，验证结构振动响应是否满足振动容许值，如不满足，则改变隔振支座的布置方案，重复步骤(a)～(d)，如果满足，则进行步骤(e)；
(e)进行罕遇地震验算，验证结构各层变形是否满足容许...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑建国，王龙，徐建，钱春宇，胡明祎，李嘉毅，
申请(专利权)人：机械工业勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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