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      三階段控制型巨型框架上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系的制作方法

      文檔序號:1832950閱讀:229來源:國知局
      專利名稱:三階段控制型巨型框架上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本實(shí)用新型涉及一種減震控制系統(tǒng)中的懸掛減震結(jié)構(gòu)體系,屬于土木工程領(lǐng)域。
      背景技術(shù)
      隨著城市現(xiàn)代化進(jìn)程的加快,各種高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)。我國是多地震國家,地震區(qū)的高層建筑物不僅需要良好的建筑功能,而且需要具有良好的抗震性能。
      高層抗震結(jié)構(gòu)體系曾從剛性演變到柔性,進(jìn)而演變到目前世界各國普遍采用的剛?cè)岷侠斫Y(jié)合的結(jié)構(gòu)體系,既保證結(jié)構(gòu)自身具有一定的強(qiáng)度、剛度和延性,同時(shí)滿足抗震、抗風(fēng)要求。單純地通過“硬抗地震,加強(qiáng)結(jié)構(gòu)”的途徑來提高結(jié)構(gòu)的抗震能力,有時(shí)難以滿足結(jié)構(gòu)的安全性和適用性的要求,結(jié)構(gòu)抗震與減震控制的聯(lián)合應(yīng)用受到越來越廣泛的關(guān)注。減震控制體系是通過“以柔克剛,減震耗能”的途徑,采用隔震、消能、調(diào)整結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性等方法,達(dá)到隔離地震、消減地震反應(yīng)的目的。與抗震體系相比,減震控制體系能大大減小結(jié)構(gòu)在地震中的振動(dòng)反應(yīng),提高結(jié)構(gòu)防御地震的可靠度,較為安全、經(jīng)濟(jì),減震結(jié)構(gòu)體系還可使非結(jié)構(gòu)構(gòu)件減輕地震損壞。高層建筑懸掛結(jié)構(gòu)體系就是一種能夠滿足現(xiàn)代高層建筑發(fā)展要求的減震控制體系,高層建筑巨型框架懸掛結(jié)構(gòu)體系因布置合理、傳力簡潔明確,被積極地采用。
      1938年Williams提出了用懸掛原理建造超高層建筑的想法。直到二十世紀(jì)六十年代末,真正意義上具有懸掛結(jié)構(gòu)體系的高層建筑才實(shí)際出現(xiàn)。到目前為止,世界上共有70多座懸掛結(jié)構(gòu)的高層建筑,這些結(jié)構(gòu)體系主要由三部分組成一是承重主構(gòu)件,有芯筒鋼梁式、巨型框架式等;二是吊件,負(fù)責(zé)把各樓層與承重體系聯(lián)系在一起,有高強(qiáng)鋼束、型鋼吊桿等;三是被懸掛的樓層。
      懸掛結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢十分明顯,但懸掛部分本身不提供側(cè)向剛度,因此必須合理解決的抗側(cè)力體系問題。巨型框架通常利用筒體作為框架柱,框架柱每隔幾層通過巨型梁相連,形成巨型框架。巨型框架具有很強(qiáng)的抗側(cè)剛度,同時(shí)懸掛結(jié)構(gòu)部分,不僅滿足大的空間、建筑功能要求,而且減小地震作用,因此完善的巨型框架懸掛結(jié)構(gòu)體系必將在高層建筑中得到廣泛地應(yīng)用。
      現(xiàn)有的巨型框架懸掛結(jié)構(gòu)體系,是通高采用懸掛樓板結(jié)構(gòu)形式,懸掛樓板與框架柱之間只設(shè)有耗能器。但上述通高懸掛樓板結(jié)構(gòu),由于懸吊結(jié)構(gòu)的質(zhì)量太大,會(huì)對巨型框架產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)作用,使巨型框架按照懸吊結(jié)構(gòu)的頻率振動(dòng),這樣就會(huì)削弱了懸掛結(jié)構(gòu)部分對巨型框架的減振作用。另一方面,當(dāng)小震作用或風(fēng)荷載作用下,在懸掛樓板與框架柱只設(shè)有耗能器,盡管耗能器處于彈性階段,懸掛樓板與框架柱之間仍然會(huì)有相對的變形,會(huì)給居住使用者帶來一些心理和生活的不便。
      實(shí)用新型內(nèi)容針對以上所存在的問題,申請者提出“三階段控制型巨型框架上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系”。三階段控制型巨型框架上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系,是對地震反應(yīng)不強(qiáng)烈的下部依然采用普通的巨型框架結(jié)構(gòu)形式,而對地震反應(yīng)強(qiáng)烈的上部采用巨型框架懸掛結(jié)構(gòu)形式,這樣可以避免懸吊質(zhì)量過大會(huì)對巨型框架產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)作用,從而充分發(fā)揮懸掛樓板對主體框架的減震作用,以保證巨型框架的抗震安全性。
      該結(jié)構(gòu)體系,上部采用巨型框架懸掛樓板的布置方式,下部巨型框架柱通過每層的巨型框架梁相連接;整個(gè)框架結(jié)構(gòu)的中間也設(shè)有巨型框架柱,便于實(shí)際應(yīng)用,此框架柱為筒體,也可以不設(shè)此框架柱。整個(gè)主體采用巨型框架承重,其中巨型框架柱既可以是實(shí)心柱,也可以是筒體;耗能器相對于巨型框架一個(gè)截面主軸對稱布置或相對于巨型框架兩個(gè)截面主軸對稱布置在懸掛樓板與巨型柱間隙之間,同時(shí)上部懸掛的最底端樓板與巨型框架中的巨型梁間隙之間也設(shè)有耗能器或只在最底端樓板與巨型框架中的巨型梁間隙之間設(shè)有耗能器(僅當(dāng)巨型框架中不設(shè)有中間柱的情況)。
      本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案具體參見圖1~圖11,整個(gè)結(jié)構(gòu)體系,以巨型框架結(jié)構(gòu)作為承重主體,其特征在于該結(jié)構(gòu)體系,上部是巨型框架懸掛結(jié)構(gòu),下部是普通巨型框架結(jié)構(gòu);其中巨型框架柱5分布在框架結(jié)構(gòu)的四周與中間,彼此通過巨型框架梁1和次框架梁7相連;在中間巨型框架柱5頂端即上部頂端以及下部各層的頂端設(shè)有次框架梁7,通過吊桿2把兩層以上的懸掛樓板8與上部頂端次框架梁7相連接;上部頂端次框架梁7再與巨型框架柱5頂端的四道以上巨型框架梁1相連接,通過巨型框架柱5把荷載傳遞到基礎(chǔ)9上;上部巨型框架懸掛結(jié)構(gòu)中,懸掛樓板8和相對應(yīng)位置的中間巨型框架柱5間隙之間布置耗能器4,耗能器4相對于巨型框架截面的兩個(gè)主軸或截面的一個(gè)主軸對稱布置;同時(shí)還設(shè)有的連接鍵3填滿懸掛樓板8與中間巨型框架柱5的間隙;上部巨型框架懸掛結(jié)構(gòu)中,最底端的懸掛樓板8與相應(yīng)位置的巨型框架梁1的間隙之間布置耗能器4,耗能器4相對于巨型框架截面的兩個(gè)主軸或截面的一個(gè)主軸對稱布置;同時(shí)還設(shè)有的連接鍵3填滿懸掛樓板8與巨型框架梁1的間隙,使結(jié)構(gòu)體系的上部組合成一個(gè)完整的傳力體系;下部的巨型框架柱5和次框架柱6,通過次框架梁7相連接,共同承擔(dān)豎向荷載。
      四周巨型框架柱5是實(shí)心柱或者是筒體。
      中間巨型框架柱5是筒體。
      中間巨型框架柱5是在數(shù)量上為零。
      這種結(jié)構(gòu)體系,下部仍然是普通的巨型框架結(jié)構(gòu)形式,上部是巨型框架懸掛結(jié)構(gòu)形式。在上部的懸掛樓板與巨型柱或梁的連接部分設(shè)有連接部件,這種連接部件有兩部分構(gòu)成第一部分是巨型柱或梁與懸掛樓板之間的用脆性材料制作的連接鍵,第二部分是巨型柱或梁與懸掛樓板之間設(shè)置的耗能器。這種結(jié)構(gòu)體系,之所以稱為三階段控制型核心筒上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系,是因?yàn)樵O(shè)計(jì)中遵循了抗震設(shè)計(jì)的“三水準(zhǔn)”要求,即“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)計(jì)要求。
      工作原理如下第一階段,在小震或風(fēng)荷載作用下,由于存在連接鍵,使懸掛樓板與巨型柱或梁連成整體,盡管此時(shí)懸掛部分并未給結(jié)構(gòu)提供剛度,但所設(shè)計(jì)的巨型柱或梁及混凝土連接鍵在小震或風(fēng)作用下是具有足夠的剛度和承載力的,是基本上處在彈性工作階段的,此時(shí)未產(chǎn)生懸掛樓板與巨型柱或梁之間的相對位移,上部各懸掛層的位移將比未加連接鍵情況下的懸掛樓板位移明顯減小,使人的居住舒適度變好;第二階段,當(dāng)中震作用時(shí),連接鍵發(fā)生損壞,在樓板與巨型柱或梁之間發(fā)生相對位移,耗能耗能器開始發(fā)揮作用,既可使懸掛部分有效控制,又可通過耗能器消耗地震能量;第三階段,當(dāng)大震作用時(shí),連接鍵完全退出工作,耗能器可進(jìn)一步地發(fā)揮其耗能作用,成為普通的帶耗能器的上部懸掛結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)體系還有一個(gè)優(yōu)勢,就是在中震作用后,由于連接鍵為非主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件,故它具有可修復(fù)性。


      圖1是耗能器相對于框架截面一個(gè)主軸對稱布置的巨型框架上部懸掛減震新型組合結(jié)構(gòu)體系的正立面示意圖,背立面與正立面的示意圖完全相同。
      圖2是耗能器相對于框架截面一個(gè)主軸對稱布置的巨型框架上部懸掛減震新型組合結(jié)構(gòu)體系的側(cè)立面示意圖,兩個(gè)側(cè)立面的示意圖完全相同。
      圖3是耗能器相對于框架截面一個(gè)主軸對稱布置的巨型框架上部懸掛減震新型組合結(jié)構(gòu)體系的I-I截面示意圖。
      圖4是耗能器相對于框架截面一個(gè)主軸對稱布置的巨型框架上部懸掛減震新型組合結(jié)構(gòu)體系的II-II截面示意圖。
      圖5是耗能器相對于框架截面一個(gè)主軸對稱布置的巨型框架上部懸掛減震新型組合結(jié)構(gòu)體系的III-III截面示意圖。
      圖6是耗能器相對于框架截面一個(gè)主軸對稱布置的巨型框架上部懸掛減震新型組合結(jié)構(gòu)體系的IV-IV截面示意圖。
      圖7是耗能器相對于框架截面兩個(gè)主軸對稱布置的巨型框架上部懸掛減震新型組合結(jié)構(gòu)體系的正立面示意圖,其它三個(gè)立面的示意圖完全相同。
      圖8是耗能器相對于框架截面兩個(gè)主軸對稱布置的巨型框架上部懸掛減震新型組合結(jié)構(gòu)體系的I-I截面示意圖。
      圖9是耗能器相對于框架截面兩個(gè)主軸對稱布置的巨型框架上部懸掛減震新型組合結(jié)構(gòu)體系的II-II截面示意圖。
      圖10是耗能器相對于框架截面兩個(gè)主軸對稱布置的巨型框架上部懸掛減震新型組合結(jié)構(gòu)體系的III-III截面示意圖。
      圖11是耗能器相對于框架截面兩個(gè)主軸對稱布置的巨型框架上部懸掛減震新型組合結(jié)構(gòu)體系的IV-IV截面示意圖。
      附圖1-11中,1代表為巨型框架梁,2代表為吊桿,3代表為連接鍵,4代表為耗能器,5代表為巨型框架柱,6代表為次框架柱,7代表為次框架梁,8代表為懸掛樓板,9代表為基礎(chǔ)。
      具體實(shí)施方式
      以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型實(shí)施例作進(jìn)一步詳述三階段控制型巨型框架上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系,上部采用懸掛樓板與下部普通巨型框架的組合型式,如圖1、圖2。該結(jié)構(gòu)體系,在巨型框架柱5頂端設(shè)有幾道次框架梁7,通過吊桿2把四層或更多的懸掛樓板8與次框架梁7相連接,然后再與巨型框架柱5頂端的四道巨型框架梁1相連接,通過巨型框架柱5把荷載傳遞到基礎(chǔ)9上。懸掛樓板8與巨型框架柱5之間設(shè)有混凝土鍵3與耗能器4,同時(shí)在最底端的懸掛樓板8并與其相對應(yīng)的中部巨型框架梁1之間也設(shè)有混凝土鍵3與耗能器4,使結(jié)構(gòu)體系的上部組合成一個(gè)完整的傳力體系。下部的巨型框架柱5,通過次框架梁7相連接,共同承擔(dān)豎向荷載。在地震作用下,整個(gè)結(jié)構(gòu)體系發(fā)揮兩種不同結(jié)構(gòu)的組合優(yōu)勢。小震作用下,具有足夠剛度的混凝土鍵3,使地震反應(yīng)較大的上部懸掛樓板8與巨型框架柱5的中部巨型框架梁1形成整體,下部巨型框架的地震反應(yīng)要小于上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng),整個(gè)結(jié)構(gòu)體系基本上處于彈性階段,確保居住使用者有著良好的舒適度;中震作用下,地震反應(yīng)強(qiáng)烈的結(jié)構(gòu)體系的上部,導(dǎo)致混凝土鍵3損壞,懸掛樓板8與巨型框架柱5的中部巨型框架梁1發(fā)生相對的變形,耗能器4開始發(fā)揮作用,既可以通過耗能器耗能消耗地震能量避免地震作用對主體結(jié)構(gòu)的破壞,又可以控制懸掛樓板8與巨型框架柱5以及中部巨型框架梁1相對的變形,避免過大的變形影響居住使用者正常的生活。中震作用過后,可以通過修復(fù)破損的混凝土鍵,基本上恢復(fù)結(jié)構(gòu)體系初始的狀態(tài)。在大震作用下,耗能器4繼續(xù)發(fā)揮其耗能作用,懸掛樓板8與巨型框架柱5的中部巨型框架梁1相對變形加大,即該懸掛樓板8與主體巨型框架柱5運(yùn)動(dòng)方向相反,充分發(fā)揮了減震作用,大大降低地震作用對主體巨型框架柱5破壞,下部普通巨型框架結(jié)構(gòu)形式又是具有多道防線的抗震結(jié)構(gòu),因此可以完全避免主體結(jié)構(gòu)的破壞,確保達(dá)到“大震不倒”的抗震最終目標(biāo)。
      權(quán)利要求1.一種所述三階段控制型巨型框架上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系,整個(gè)結(jié)構(gòu)體系,以巨型框架結(jié)構(gòu)作為承重主體,其特征在于該結(jié)構(gòu)體系,上部是巨型框架懸掛結(jié)構(gòu),下部是普通巨型框架結(jié)構(gòu);其中巨型框架柱(5)分布在框架結(jié)構(gòu)的四周與中間,彼此通過巨型框架梁(1)和次框架梁(7)相連;在中間巨型框架柱(5)頂端即上部頂端以及下部各層的頂端設(shè)有次框架梁(7),通過吊桿(2)把2層以上的懸掛樓板(8)與上部頂端次框架梁(7)相連接;上部頂端次框架梁(7)再與巨型框架柱(5)頂端的四道以上巨型框架梁(1)相連接,通過巨型框架柱(5)把荷載傳遞到基礎(chǔ)(9)上;上部巨型框架懸掛結(jié)構(gòu)中,懸掛樓板(8)和相對應(yīng)位置的中間巨型框架柱(5)間隙之間布置耗能器(4),耗能器(4)相對于巨型框架截面的兩個(gè)主軸或截面的一個(gè)主軸對稱布置;同時(shí)還設(shè)有的連接鍵(3)填滿懸掛樓板(8)與中間巨型框架柱(5)的間隙;上部巨型框架懸掛結(jié)構(gòu)中,最底端的懸掛樓板(8)與相應(yīng)位置的巨型框架梁(1)的間隙之間布置耗能器(4),耗能器(4)相對于巨型框架截面的兩個(gè)主軸或截面的一個(gè)主軸對稱布置;同時(shí)還設(shè)有的連接鍵(3)填滿懸掛樓板(8)與巨型框架梁(1)的間隙,使結(jié)構(gòu)體系的上部組合成一個(gè)完整的傳力體系;下部的巨型框架柱(5)和次框架柱(6),通過次框架梁(7)相連接,共同承擔(dān)豎向荷載。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三階段控制型巨型框架上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系,其特征在于四周巨型框架柱(5)是實(shí)心柱或者是筒體。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三階段控制型巨型框架上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系,其特征在于中間巨型框架柱(5)是筒體。
      4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三階段控制型巨型框架上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系,其特征在于中間巨型框架柱(5)是在數(shù)量上為零。
      專利摘要本實(shí)用新型屬土木工程領(lǐng)域。該結(jié)構(gòu)體系以巨型框架結(jié)構(gòu)作為承重主體,特征在于上部是巨型框架懸掛結(jié)構(gòu),下部是普通巨型框架結(jié)構(gòu);巨型框架柱(5)分布在四周與中間,通過巨型框架梁(1)和次框架梁(7)相連;通過吊桿(2)把懸掛樓板(8)與上部頂端次框架梁(7)相連接;上部頂端次框架梁(7)再與巨型框架柱(5)頂端的巨型框架梁(1)相連接;上部懸掛樓板(8)和相應(yīng)中間巨型框架柱(5)間隙之間布置耗能器(4)和連接鍵(3);最底端的懸掛樓板(8)與相應(yīng)巨型框架梁(1)的間隙之間布置耗能器(4)和連接鍵(3);下部巨型框架柱(5)和次框架柱(6)通過次框架梁(7)連接。可以避免懸吊質(zhì)量過大會(huì)對巨型框架產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)作用,從而充分發(fā)揮懸掛樓板對主體框架的減震作用,以保證巨型框架的抗震安全性。
      文檔編號E04B1/98GK2791136SQ20052001735
      公開日2006年6月28日 申請日期2005年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月30日
      發(fā)明者曹萬林, 盧智成 申請人:北京工業(yè)大學(xué)
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