一種組合式高層結(jié)構(gòu)消能減震加強層的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種組合式高層結(jié)構(gòu)消能減震加強層，包括位于建筑中間的核心筒和建筑外圍的框架柱，中間核心筒與外圍框架柱之間連接有消能減震伸臂桁架，外圍框架柱之間連接有消能減震環(huán)帶桁架。消能減震伸臂桁架可以增大結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度，提供結(jié)構(gòu)附加阻尼，減少結(jié)構(gòu)的水平側(cè)移；消能減震環(huán)帶桁架能加強外圍框架柱之間的相互聯(lián)系，協(xié)調(diào)框架柱變形，減小變形差，增強結(jié)構(gòu)的整體性，使結(jié)構(gòu)受力均勻。消能減震伸臂桁架的邊跨內(nèi)設(shè)置金屬屈服型阻尼器，消能減震環(huán)帶桁架的邊跨內(nèi)設(shè)置粘滯阻尼器。在風荷載作用及眾值烈度地震作用下，結(jié)構(gòu)主要耗能構(gòu)件為粘滯阻尼器；在設(shè)防烈度及以上地震作用下，結(jié)構(gòu)主要耗能構(gòu)件為金屬屈服型阻尼器。
【專利說明】一種組合式高層結(jié)構(gòu)消能減震加強層
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土木結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，涉及消能減震結(jié)構(gòu)，特別涉及高層結(jié)構(gòu)的消能減震結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]近一百年來，高層建筑的設(shè)計和建造技術(shù)取得了迅猛發(fā)展。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，超高層建筑結(jié)構(gòu)大量興建，已經(jīng)成為城市快速建設(shè)發(fā)展的主要趨勢，其中很多超高層建筑采用了中間核心筒與外圍框架相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，通過設(shè)置結(jié)構(gòu)加強層來協(xié)調(diào)核心筒與框架的受力和變形，構(gòu)成一種高效的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。加強層通常布置在技術(shù)層(設(shè)備層、避難層)，其高度往往是單層或多層樓高，其抗側(cè)剛度比其他樓層大數(shù)倍，因此也稱為剛性層。加強層內(nèi)構(gòu)件體系一般分為伸臂桁架和環(huán)帶桁架兩種形式。二者功能不同，不一定同時設(shè)置，但如果設(shè)置，一般設(shè)在同一層。
[0003]加強層的設(shè)置可加強中間核心筒和外圍框架柱之間的聯(lián)系，加強外圍框架角柱、翼緣柱的連接，減少剪力滯后效應(yīng)，進一步提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，減小結(jié)構(gòu)的震(振)動反應(yīng)。在風荷載下，設(shè)置加強層是一種減少結(jié)構(gòu)水平位移的有效方法；但是在地震作用下，力口強層的設(shè)置會引起加強層及其附近樓層處結(jié)構(gòu)剛度突變和內(nèi)力突變，改變結(jié)構(gòu)的整體傳力路徑，使結(jié)構(gòu)的破壞較易集中在加強層及其附近樓層，由于應(yīng)力集中而形成薄弱層，導致結(jié)構(gòu)的破壞甚至倒塌，結(jié)構(gòu)的損傷機理難以呈現(xiàn)延性屈服機制。
[0004]近年來結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)快速發(fā)展，在結(jié)構(gòu)的某個部位加設(shè)某種附加裝置以調(diào)整結(jié)構(gòu)的動力特性或消耗地震能量，使結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力響應(yīng)(如位移、速度和加速度)控制在合理的范圍內(nèi)。消能減震技術(shù)主要是通過在結(jié)構(gòu)的某些部位增設(shè)消能器或消能部件，為結(jié)構(gòu)提供一定的附加剛度或附加阻尼，在風荷載或地震作用下主要通過消能部件來耗散輸入結(jié)構(gòu)的能量，以減輕結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)，從而更好地保護主體結(jié)構(gòu)的安全。綜合以上，對于結(jié)構(gòu)層的剛度，一方面考慮到增加整體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，為盡可能減少結(jié)構(gòu)反應(yīng)，加強層的剛度越大越好；另一方面考慮到結(jié)構(gòu)剛度突變的問題，加強層的剛度不宜過大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種組合式高層結(jié)構(gòu)消能減震加強層，既能有效提高結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度，又能緩和結(jié)構(gòu)剛度突變和內(nèi)力劇增帶來的負面影響，使整體結(jié)構(gòu)達到預(yù)定的抗風和抗震性能目標，實現(xiàn)罕遇地震下消能減震、“延性屈服”的機制。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0007]—種組合式高層結(jié)構(gòu)消能減震加強層，包括設(shè)置于建筑中間的核心筒和設(shè)置于建筑外圍的框架柱，所述核心筒與框架柱之間連接消能減震伸臂桁架，所述消能減震伸臂桁架與框架柱垂直，多個消能減震伸臂桁架形成網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，繞所述框架柱還設(shè)置有消能減震環(huán)帶桁架，所述消能減震環(huán)帶桁架與框架柱垂直，多個消能減震環(huán)帶桁架形成方框狀結(jié)構(gòu)，所述消能減震伸臂桁架包括平行設(shè)置的上弦桿和下弦桿，所述上弦桿和下弦桿的兩端分別連接一對框架柱，所述一對框架柱的中段位置處分別設(shè)有金屬屈曲型阻尼器，所述上弦桿和下弦桿之間設(shè)置多根豎腹桿以及多根普通斜腹桿，位于邊跨處的普通斜腹桿經(jīng)由金屬屈服型阻尼器連接于框架柱的中段；位于內(nèi)跨處的多根普通斜腹桿兩端分別連接于上弦桿、下弦桿和豎腹桿的交叉處。
[0008]所述消能減震環(huán)帶桁架包括平行設(shè)置的上弦桿和下弦桿，所述上弦桿、下弦桿串聯(lián)連接位于一邊上的多根框架柱，所述上弦桿和下弦桿之間設(shè)置有多根普通斜腹桿和四個粘滯阻尼器；所述粘滯阻尼器設(shè)置于消能減震環(huán)帶桁架的兩側(cè)邊跨處，粘滯阻尼器兩端連接于上弦桿、下弦桿和框架柱的交叉處；所述多根普通斜腹桿設(shè)置于消能減震環(huán)帶桁架內(nèi)跨處，普通斜腹桿兩端分別連接于上弦桿、下弦桿和框架柱的交叉處。
[0009]所述豎腹桿為核心筒的邊緣豎向鋼骨桿件，豎腹桿的位置和數(shù)量依據(jù)消能減震伸臂桁架與核心筒相互交接貫穿的位置進行設(shè)置。
[0010]所述上弦桿、下弦桿和普通斜腹桿為普通鋼結(jié)構(gòu)桿件。
[0011]所述消能減震加強層高度為一層或兩層層高。
[0012]由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是:在風荷載作用及眾值烈度地震作用下，結(jié)構(gòu)主要耗能構(gòu)件主要為粘滯阻尼器；在設(shè)防烈度及以上地震作用下，結(jié)構(gòu)主要耗能構(gòu)件為金屬屈服型阻尼器；能有效地提高結(jié)構(gòu)的整體抗側(cè)剛度，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的抗風和抗震性能目標，同時又可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的實際需求較為靈活地調(diào)整加強層的剛度和阻尼，防止結(jié)構(gòu)在地震作用下加強層及其附近樓層由于應(yīng)力集中而形成薄弱層，使整體結(jié)構(gòu)達到預(yù)定的抗震性能目標，實現(xiàn)罕遇地震下消能減震、“延性屈服”的機制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明組合式高層結(jié)構(gòu)消能減震加強層一實施例的平面示意圖；
[0014]圖2是圖1所示實施例中本發(fā)明消能減震伸臂祐1架示意圖；
[0015]圖3是圖1所示實施例中本發(fā)明消能減震環(huán)帶祐1架示意圖。
【具體實施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0017]如圖1所示，一種組合式高層結(jié)構(gòu)消能減震加強層，其目的是為了提高結(jié)構(gòu)的整體抗側(cè)剛度，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的抗風和抗震性能目標，由消能減震伸臂祐1架3和消能減震環(huán)帶祐1架4結(jié)合原結(jié)構(gòu)體系組成，包括設(shè)置于建筑中間的核心筒I和設(shè)置于建筑外圍的框架柱2，核心筒I與框架柱2之間連接消能減震伸臂桁架3，消能減震伸臂桁架3與框架柱2垂直，多個消能減震伸臂桁架3形成網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，繞框架柱2還設(shè)置有消能減震環(huán)帶桁架4，消能減震環(huán)帶桁架4與框架柱2垂直，多個消能減震環(huán)帶桁架4形成方框狀結(jié)構(gòu)。
[0018]其中，消能減震伸臂桁架3的目的是使框架柱2拉伸或壓縮，增大框架柱2的軸力，提高外圍框架抵抗的傾覆力矩，從而起到增大結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度、反彎內(nèi)筒、減少側(cè)移的目的。消能減震環(huán)帶桁架4的目的是加強外圍框架柱2之間的相互聯(lián)系，協(xié)調(diào)框架柱變形，減小變形差，增強結(jié)構(gòu)的整體性，使結(jié)構(gòu)受力均勻。消能減震伸臂桁架3和消能減震環(huán)帶桁架4一般采用鋼結(jié)構(gòu)。
[0019]如圖2所示，一組消能減震伸臂桁架3包括平行設(shè)置的上弦桿5和下弦桿6，上弦桿5和下弦桿6的兩端分別連接一對框架柱2，一對框架柱2的中段位置處分別設(shè)有金屬屈曲型阻尼器7，上弦桿5和下弦桿6之間設(shè)置多根豎腹桿9以及多根普通斜腹桿8，位于邊跨內(nèi)的普通斜腹桿8經(jīng)由金屬屈服型阻尼器7連接于框架柱2的中段；位于內(nèi)跨內(nèi)的多根普通斜腹桿8兩端分別連接于上弦桿5、下弦桿6和豎腹桿9的交叉處。
[0020]實際工程中消能減震伸臂桁架3利用一個或兩個樓層的高度，上弦桿5的位置正好是上層的樓面，下弦桿6的位置正好也是本層或下層的樓面，故一般的，上弦桿5和下弦桿6為原結(jié)構(gòu)體系的梁，豎腹桿9為原結(jié)構(gòu)體系的核心筒I的邊緣豎向鋼骨桿件，豎腹桿9的具體數(shù)量和位置依據(jù)消能減震伸臂桁架3與核心筒I相互交接貫穿的位置進行設(shè)置，圖1所示實施例中，框架柱2和核心筒I采用的是對稱等距排布，故豎腹桿9為等分點分布。金屬屈服型阻尼器7布置于消能減震伸臂桁架3的邊跨處，且金屬屈服型阻尼器7通過預(yù)埋件連接在框架柱2上。
[0021]普通斜腹桿8布置于消能減震伸臂桁架3的邊跨和內(nèi)跨位置處，消能減震伸臂桁架3邊跨內(nèi)的普通斜腹桿8為普通支撐，邊跨內(nèi)的普通斜腹桿8通過金屬屈服型阻尼器7連接于框架柱2的中段，形成消能減震伸臂桁架3的剛度和設(shè)防烈度及以上地震作用下的耗能作用，在設(shè)防烈度及以上地震作用下，金屬屈服型阻尼器7受力屈服，產(chǎn)生較大的剪切變形，能消耗大量地震能量，同時在結(jié)構(gòu)上較易于實現(xiàn)。消能減震伸臂桁架3內(nèi)跨內(nèi)的普通斜腹桿8兩端連接于上弦桿5、下弦桿6和豎腹桿9的交叉處，形成消能減震伸臂桁架3的剛度。
[0022]如圖3所示，消能減震環(huán)帶桁架4包括平行設(shè)置的上弦桿5和下弦桿6，一組消能減震環(huán)帶桁架4的上弦桿5和下弦桿6串聯(lián)連接位于一邊上的多根框架柱2，上弦桿5和下弦桿6之間設(shè)置有多根普通斜腹桿8和四個粘滯阻尼器10，粘滯阻尼器10設(shè)置于消能減震環(huán)帶桁架4的兩側(cè)邊跨處，普通支撐桿兩端連接于上弦桿5、下弦桿6和框架柱2的交叉處；多根普通斜腹桿8位于消能減震環(huán)帶桁架4內(nèi)跨位置處，普通斜腹桿8兩端連接于上弦桿5、下弦桿6和框架柱2的交叉處。
[0023]在風荷載作用及眾值烈度地震作用下，整體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和層間變形相對較小，相鄰框架柱2之間存在較小的差異變形，筒體結(jié)構(gòu)的剪切滯后效應(yīng)使得角部的框架柱2承受較大軸力，產(chǎn)生較大變形；而中部的框架柱2承受的軸力要小，產(chǎn)生的變形也要小。故在連接框架柱2的消能減震環(huán)帶桁架4的邊跨內(nèi)設(shè)置粘滯阻尼器10，粘滯阻尼器10拉壓變形顯著，能有效耗能；在消能減震環(huán)帶桁架4的內(nèi)跨內(nèi)普通斜腹桿8拉壓變形不顯著，只設(shè)置普通斜腹桿8。同時，消能減震環(huán)帶桁架4內(nèi)的粘滯阻尼器10雙向布置，在保證剛度要求的同時，在風荷載作用及眾值烈度地震作用下能相對較多地消耗能量。
[0024]實際工程中消能減震環(huán)帶桁架4利用一個或兩個樓層的高度，上弦桿5和下弦桿6為原結(jié)構(gòu)體系的梁，斜腹桿采用普通斜腹桿8或粘滯阻尼器10，粘滯阻尼器10布置于消能減震環(huán)帶桁架4的邊跨內(nèi)，普通斜腹桿8布置于消能減震環(huán)帶桁架4的內(nèi)跨內(nèi)。消能減震環(huán)帶桁架4邊跨內(nèi)的粘滯阻尼器10兩端連接于上弦桿5、下弦桿6和框架柱2的交叉處。消能減震環(huán)帶桁架4內(nèi)跨內(nèi)的普通斜腹桿8兩端連接于上弦桿5、下弦桿6和框架柱2的交叉處。上弦桿5、下弦桿6和普通斜腹桿8采用普通鋼結(jié)構(gòu)桿件。
[0025]在風荷載作用及眾值烈度地震作用下，屈服型阻尼器7保持彈性狀態(tài)，不屈服不消耗能量，而粘滯阻尼器10是速度型阻尼器，速度越大耗能越多，風荷載作用及眾值烈度地震作用下速度效應(yīng)要比位移效應(yīng)明顯，所以相對而言，粘滯阻尼器10耗能比屈服型阻尼器7耗能明顯，因此風荷載作用及眾值烈度地震作用下，結(jié)構(gòu)主要耗能構(gòu)件為粘滯阻尼器10。在設(shè)防烈度及以上地震作用下，屈服型阻尼器7進入塑性狀態(tài)，屈服耗能，金屬屈服型阻尼器7是位移型阻尼器，位移越大耗能越多，設(shè)防烈度及以上地震作用下位移效應(yīng)要比速度效應(yīng)明顯，所以相對而言，屈服型阻尼器7耗能比粘滯阻尼器10明顯，因此在設(shè)防烈度及以上地震作用下，結(jié)構(gòu)主要耗能構(gòu)件為金屬屈服型阻尼器7。
[0026]上述的對實施例的描述是為便于該【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員能理解和使用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種組合式高層結(jié)構(gòu)消能減震加強層，包括設(shè)置于建筑中間的核心筒(I)和設(shè)置于建筑外圍的框架柱(2)，所述核心筒(I)與框架柱(2)之間連接消能減震伸臂桁架(3)，所述消能減震伸臂桁架(3)與框架柱(2)垂直，多個消能減震伸臂桁架(3)形成網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，繞所述框架柱(2)還設(shè)置有消能減震環(huán)帶桁架(4)，所述消能減震環(huán)帶桁架(4)與框架柱(2)垂直，多個消能減震環(huán)帶桁架(4)形成方框狀結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述消能減震伸臂桁架(3)包括平行設(shè)置的上弦桿(5)和下弦桿(6)，所述上弦桿(5)和下弦桿(6)的兩端分別連接一對框架柱(2)，所述一對框架柱(2)的中段位置處分別設(shè)有金屬屈曲型阻尼器(7)，所述上弦桿(5)和下弦桿(6)之間設(shè)置多根豎腹桿(9)以及多根普通斜腹桿(8)，位于邊跨處的普通斜腹桿(8)經(jīng)由金屬屈服型阻尼器(7)連接于框架柱(2)的中段；位于內(nèi)跨處的多根普通斜腹桿(8)兩端分別連接于上弦桿(5)、下弦桿(6)和豎腹桿(9)的交叉處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式高層結(jié)構(gòu)消能減震加強層，其特征在于:所述消能減震環(huán)帶桁架(4)包括平行設(shè)置的上弦桿(5)和下弦桿(6)，所述上弦桿(5)、下弦桿(6)串聯(lián)連接位于一邊上的多根框架柱(2)，所述上弦桿(5)和下弦桿(6)之間設(shè)置有多根普通斜腹桿(8)和四個粘滯阻尼器(10);所述粘滯阻尼器(10)設(shè)置于消能減震環(huán)帶桁架(4)的兩側(cè)邊跨處，粘滯阻尼器(10)兩端連接于上弦桿(5)、下弦桿(6)和框架柱(2)的交叉處；所述多根普通斜腹桿(8)設(shè)置于消能減震環(huán)帶桁架(4)內(nèi)跨處，普通斜腹桿(8)兩端分別連接于上弦桿(5)、下弦桿(6)和框架柱(2)的交叉處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式高層結(jié)構(gòu)消能減震加強層，其特征在于:所述豎腹桿(9)為核心筒(I)的邊緣豎向鋼骨桿件，豎腹桿(9)的位置和數(shù)量依據(jù)消能減震伸臂桁架(3)與核心筒(I)相互交接貫穿的位置進行設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合式高層結(jié)構(gòu)消能減震加強層，其特征在于:所述上弦桿(5)、下弦桿(6)和普通斜腹桿(8)為普通鋼結(jié)構(gòu)桿件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式高層結(jié)構(gòu)消能減震加強層，其特征在于:所述消能減震加強層高度為一層或兩層層高。
【文檔編號】E04B1/98GK103774767SQ201410015016
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】蔣歡軍, 祝玉龍 申請人:同濟大學