在超高层建筑中实现震后自复位的伸臂阻尼系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种在超高层建筑中实现震后自复位的伸臂阻尼系统，所述在超高层建筑中实现震后自复位的伸臂阻尼系统包括：油阻尼器，所述油阻尼器设在所述超高层建筑的外框柱上；液压装置，所述液压装置与所述油阻尼器相连；软钢阻尼器；伸臂桁架，所述伸臂桁架的内端适于与所述超高层建筑的核心筒相连，所述伸臂桁架的外端与所述油阻尼器相连且通过所述软钢阻尼器与所述超高层建筑的外框柱相连。根据本发明实施例的伸臂阻尼系统能够迅速实现超高层建筑结构自复位、减小地震损失、加快震后恢复速度，具有抗震性好、结构不易损坏以及迅速实现结构自复位等优点。
【专利说明】在超高层建筑中实现震后自复位的伸臂阻尼系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及土木结构工程领域，具体而言，涉及一种在超高层建筑中实现震后自复位的伸臂阻尼系统。
【背景技术】
[0002]相关技术中的超高层建筑，采用中间核心筒与外围框架相结合的形式，通过结合避难层、设备层等设置伸臂桁架来协调核心筒与框架间的受力和变形。伸臂桁架的设置可以有效的提高结构的整体性，减少结构在地震作用下的水平侧移，并且具备一定的耗能能力。该结构在遭受设防地震或者罕遇地震时虽然可以防止建筑倒塌，但不能避免地在震荷载作用下对伸臂桁架本身以及剪力墙、框架柱等关键构件造成损伤，也不能保证在地震后恢复其残余变形，而且由于伸臂桁架、剪力墙及框架柱等关键构件因其位置的特殊性以及破坏严重性使其难以加固修复，最后整个结构只能被推倒重建从而造成巨大浪费。
【发明内容】
[0003]本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明提出一种用于超高层建筑的伸臂阻尼系统，该用于超高层建筑的伸臂阻尼系统能够实现结构复位、减小地震损失、加快震后恢复速度，具有抗震性好、结构不易损坏以及迅速实现结构自复位等优点。
[0004]为实现上述目的，根据本发明的实施例提出一种用于超高层建筑的伸臂阻尼系统，所述用于超高层建筑的伸臂阻尼系统包括:油阻尼器，所述油阻尼器设在所述超高层建筑的外框柱上；液压装置，所述液压装置与所述油阻尼器相连；软钢阻尼器；伸臂桁架，所述伸臂桁架的内端适于与所述超高层建筑的核心筒相连，所述伸臂桁架的外端与所述油阻尼器相连且通过所述软钢阻尼器与所述超高层建筑的外框柱相连。
[0005]根据本发明实施例的用于超高层建筑的伸臂阻尼系统，能够实现结构复位、减小地震损失、加快震后恢复速度，具有抗震性好、结构不易损坏以及迅速实现结构自复位等优点。
[0006]另外，根据本发明上述实施例的用于超高层建筑的伸臂阻尼系统还可以具有如下附加的技术特征:
[0007]根据本发明的一个实施例，所述油阻尼器与所述外框柱平行设置。
[0008]根据本发明的一个实施例，所述超高层建筑的外框柱的内侧面上设有牛腿，所述油阻尼器设在所述超高层建筑的外框柱的牛腿上。
[0009]根据本发明的一个实施例，所述油阻尼器包括:腔体，所述腔体设在所述超高层建筑的外框柱上；活塞，所述活塞设在所述腔体内，所述活塞上设有可开闭的活塞孔；活塞杆，所述活塞杆的一端与所述活塞相连且另一端伸出所述腔体与所述伸臂桁架的外端相连。
[0010]根据本发明的一个实施例，所述液压装置包括:储油箱，所述储油箱通过回油阀与所述腔体内的所述活塞上方的空间相连；油泵，所述储油箱通过油泵与所述腔体内的所述活塞下方的空间相连，且所述油泵和所述腔体之间连接有供油阀；电动机，所述电动机通过联轴器与所述油泵相连；滤油器，所述滤油器连接在所述储油箱和所述油泵之间。
[0011]根据本发明的一个实施例，所述软钢阻尼器与所述超高层建筑的外框柱垂直设置。
[0012]根据本发明的一个实施例，所述软钢阻尼器为多个，多个所述软钢阻尼器沿所述伸臂桁架的高度方向等间距地连接在所述伸臂桁架与所述超高层建筑的外框柱之间。
[0013]根据本发明的一个实施例，所述软钢阻尼器分别通过螺栓与所述伸臂桁架和所述超高层建筑的外框柱相连。
[0014]根据本发明的一个实施例，所述伸臂桁架包括:上弦杆，所述上弦杆的内端与所述超高层建筑的核心筒相连且外端通过所述软钢阻尼器与所述超高层建筑的外框柱相连；下弦杆，所述下弦杆的内端与所述超高层建筑的核心筒相连且外端通过所述软钢阻尼器与所述超高层建筑的外框柱相连，所述下弦杆位于所述上弦杆下方且与所述上弦杆平行设置；竖腹杆，所述竖腹杆连接在所述上弦杆和所述下弦杆之间且垂直于所述上弦杆和所述下弦杆；斜腹杆，所述斜腹杆连接在所述上弦杆和所述下弦杆之间且相对于竖直方向倾斜设置。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是根据本发明实施例的在超高层建筑中实现自复位伸臂阻尼系统的结构示意图。
[0016]图2是根据本发明实施例的在超高层建筑中实现自复位伸臂阻尼系统的油阻尼器和液压装置的结构示意图。
[0017]图3是根据本发明实施例的在超高层建筑中实现自复位伸臂桁架在地震作用下的工作示意图。
[0018]图4是根据本发明实施例的在超高层建筑中实现自复位伸臂阻尼系统的油阻尼器和液压装置在地震作用下的工作示意图。
[0019]图5是根据本发明实施例的在超高层建筑中实现自复位伸臂阻尼系统在地震作用后的结构示意图。
[0020]图6是根据本发明实施例的在超高层建筑中实现自复位伸臂阻尼系统的油阻尼器和液压装置在地震作用后复位时的工作示意图。
[0021]图7是根据本发明实施例的在超高层建筑中实现自复位伸臂阻尼系统的俯视图。
[0022]附图标记:超高层建筑1、核心筒100、剪力墙110、外围框架200、外框柱210、牛腿211、伸臂阻尼系统300、伸臂桁架310、上弦杆311、下弦杆312、竖腹杆313、斜腹杆314、软钢阻尼器320、油阻尼器330、腔体331、腔体固定部3310、活塞332、活塞孔3320、活塞杆333、活塞杆固定部3330、液压装置340、储油箱341、油泵342、电动机343、滤油器344、联轴器345、供油阀346、回油阀347、连接桁架400。
【具体实施方式】
[0023]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0024]下面参考附图描述根据本发明实施例的用于超高层建筑1的伸臂阻尼系统300。
[0025]如图1-图7所示，根据本发明实施例的超高层建筑1包括核心筒100、外围框架200和多个伸臂阻尼系统300。
[0026]外围框架200包括多个外框柱210，多个外框柱210设在核心筒100的外侧。每个伸臂阻尼系统300包括伸臂桁架310、软钢阻尼器320、油阻尼器330和液压装置340，多个伸臂桁架310的内端与核心筒100相连，且多个伸臂桁架310的外端分别通过多个软钢阻尼器320与多个外框柱210相连，多个油阻尼器330分别设在多个外框柱210上，且多个油阻尼器330分别与多个伸臂桁架310的外端相连，多个液压装置340分别与多个油阻尼器330相连。
[0027]根据本发明实施例的用于超高层建筑1的伸臂阻尼系统300，通过设置伸臂桁架310，可以在地震时将核心筒100受到的震动通过伸臂桁架310转化为轴力施加到外框柱210上，不仅可以提高超高层建筑1的整体性，减小超高层建筑1的水平侧移，而且可以对震动进行缓冲，使所述超高层建筑不易受损。
[0028]并且，由于伸臂桁架310与外框柱210连接的一端产生的结构反应最大，通过设置软钢阻尼器320和油阻尼器330，并将软钢阻尼器320和油阻尼器330与伸臂桁架310的外端相连，由此可以利用软钢阻尼器320和油阻尼器330共同作用，进一步对震动进行缓冲，不仅可以进一步防止所述超高层建筑受损，而且可以防止伸臂桁架310、外框柱210等关键结构受损，从而省去了在震后对这些结构进行加固维修的过程，减小了地震损失，加快了震后恢复的速度。
[0029]此外，由于地震较强时，核心筒100承受更大的水平地震力作用，伸臂桁架310传递的地震载荷大幅增加，在保证伸臂桁架310不发生变形的情况下，软钢阻尼器320和油阻尼器330需要缓冲更大的震动，在震后软钢阻尼器320易出现残余变形，使伸臂桁架310偏离地震前的位置，通过设置液压装置340，可以利用液压装置340为油阻尼器330进行供油，使油阻尼器330实现液压千斤顶的功能，由此可以在震后利用液压装置340和油阻尼器330推动伸臂桁架310恢复至地震前的位置，以便于对产生残余变形的软钢阻尼器320进行更换，使超高层建筑1恢复地震前的状态，实现超高层建筑1整体结构的可恢复性，从而避免了因震后结构不能恢复而将建筑整体推倒重建，进一步减小了地震的损失，加快了震后恢复速度。
[0030]换言之，在小震、中震作用下油阻尼器330及软钢阻尼器320辅助连梁耗能，保证在地震作用下剪力墙、框架柱等关键构件保持弹性。在地震作用后通过油阻尼器330及软钢阻尼器320将伸臂桁架310推回原位，实现伸臂桁架310的自复位。
[0031]因此，根据本发明实施例的用于超高层建筑1的伸臂阻尼系统300能够实现结构复位，减小地震损失，加快震后恢复速度，具有抗震性好、结构不易损坏等优点。
[0032]下面参考附图描述根据本发明具体实施例的用于超高层建筑1的伸臂阻尼系统300。
[0033]在本发明的一些具体实施例中，如图1-图7所示，根据本发明实施例的用于超高层建筑物的伸臂阻尼系统包括伸臂桁架310、软钢阻尼器320、油阻尼器330和液压装置340。
[0034]伸臂桁架310可以包括上弦杆311、下弦杆312、竖腹杆313和斜腹杆314。上弦杆311的内端可以与核心筒100相连，且上弦杆311的外端可以通过软钢阻尼器320与外框柱210相连。下弦杆312的内端可以与核心筒100相连，且下弦杆312的外端可以通过软钢阻尼器320与外框柱210相连，下弦杆312可以位于上弦杆311下方，且下弦杆312可以与上弦杆311平行设置。竖腹杆313可以连接在上弦杆311和下弦杆312之间，且竖腹杆313可以垂直于上弦杆311和下弦杆312。斜腹杆314可以连接在上弦杆311和下弦杆312之间，且斜腹杆314可以相对于竖直方向倾斜设置。
[0035]具体而言，竖腹杆313和斜腹杆314可以均为多个，多个竖腹杆313可以沿上弦杆311和下弦杆312平行且等间隔设置，斜腹杆314的下端可以连接在下弦杆312和竖腹杆313的连接处，斜腹杆314的上端可以与相邻的斜腹杆314的上端相连。由此不仅可以保证伸臂桁架310结构的强度和稳定性，而且可以使伸臂桁架310能够顺利将核心筒100的受力传递到外框柱210上。
[0036]其中，上弦杆311、下弦杆312、竖腹杆313和斜腹杆314可以均为钢材件。竖腹杆313的高度可以与所述高层建筑的一层楼层或两层楼层的高度一致。
[0037]有利地，如图1、图3、图5、图7所示，软钢阻尼器320可以与外框柱210垂直设置。由此可以提高软钢阻尼器320对震动的缓冲效果。
[0038]可选地，如图1、图3和图5所示，伸臂阻尼系统300中可以包括多个软钢阻尼器320，多个软钢阻尼器320可以沿伸臂桁架310的高度方向等间距地连接在伸臂桁架310与外框柱210之间。由此可以利用多个软钢阻尼器320对一个伸臂桁架310受到的震动进行缓冲，以进一步防止结构受损，提高抗震效果。
[0039]具体而言，每排软钢阻尼器320的个数可以根据如下计算方法获得。单个软钢阻尼器320最大消耗的能量为％ = 1 ((1-4)。式中，％为软钢阻尼器320产生(1位移时消耗的能量，为软钢阻尼器320的屈服力，尖为软钢阻尼器320的屈服位移。为了保证在大震下伸臂桁架310保持弹性，则整排软钢阻尼器320的耗能需大于等于伸臂桁架310屈服时的耗能2，则每排所需的软钢阻尼器320的个数:！！ = 2/巧。式中，2为伸臂桁架310屈服时的耗能。
[0040]以单个伸臂桁架310屈服时需要1000吨的荷载为例，由于软钢阻尼器320可更换性和软钢阻尼器320可设置多个，因此多个软钢阻尼器320共承担800吨荷载，油阻尼器330承担200吨的荷载。假设单个软钢阻尼器320的承载力为100吨，则软钢阻尼器320的数量为8个。
[0041]具体地，软钢阻尼器320可以分别通过螺栓与伸臂桁架310和外框柱210相连。由此不仅可以保证软钢阻尼器320的连接强度，而且可以方便软钢阻尼器320的拆卸，以便于更换软钢阻尼器320。
[0042]图1-图7示出了根据本发明一个具体示例的用于超高层建筑1的伸臂阻尼系统300。如图1、图3和图5所示，油阻尼器330可以与外框柱210平行设置。由此可以避免施加在油阻尼器330上的地震力产生倾斜的分力，不仅可以提高油阻尼器330对震动的缓冲效果，而且可以防止油阻尼器330因分力而损坏。
[0043]有利地，如图1、图3和图5所示，外框柱210的内侧面上可以设有牛腿211，油阻尼器330可以设在外框柱210的牛腿211上。由此可以便于油阻尼器330的安装。
[0044]具体地，如图1-图6所示，油阻尼器330可以包括腔体331、活塞332和活塞杆333。腔体331可以设在外框柱210上。活塞332可以设在腔体331内，活塞332上可以设有可开闭的活塞孔3320。活塞杆333的一端可以与活塞332相连，且活塞杆333的另一端可以伸出腔体331与伸臂桁架310的外端相连。由此不仅可以在地震时打开活塞孔3320，使活塞332能够在腔体331内进行阻尼运动，以对地震时的震动进行缓冲，而且可以在需要复位时关闭活塞孔3320，在液压装置340的作用下使油阻尼器330实现千斤顶的功能，将伸臂桁架310推回原位。
[0045]更为具体地，如图2、图4和图6所示，腔体331的底壁的下表面可以设有腔体固定部3310，腔体331可以通过腔体固定部3310固定在牛腿211上，活塞杆333上可以设有活塞杆固定部3330，活塞杆333可以通过活塞杆固定部3330与伸臂桁架310相连。由此可以进一步便于油阻尼器330的安装。
[0046]可选地，如图1-图6所示，液压装置340可以包括储油箱341、油泵342、电动机343和滤油器344。储油箱341可以通过回油阀347与腔体331内的活塞332上方的空间相连。储油箱341可以通过油泵342与腔体331内的活塞332下方的空间相连，且油泵342和腔体331之间可以连接有供油阀346。电动机343可以通过联轴器345与油泵342相连。滤油器344可以连接在储油箱341和油泵342之间。由此不仅可以在地震时关闭供油阀346和回油阀347，形成密闭的腔体331，使活塞332运动时具有阻尼效果，实现对震动的缓冲，而且可以在震后打开供油阀346和回油阀347，利用电动机343带动油泵342为腔体331内的活塞332下方的空间供油，使活塞332上方的空间的油通过回油阀347流入储油箱341，从而使活塞332向上移动，推动伸臂桁架310进行复位。
[0047]其中，如图7所示，核心筒100内可以设有连接核心筒100相对两侧壁的剪力墙110。由此可以进一步提闻核心筒100的结构稳定性。
[0048]更为有利地，如图7所示，伸臂阻尼系统300可以在结构平面中沿核心筒100的周向对称均匀布置。由于软钢阻尼器320和油阻尼器330对于位移较敏感，因此伸臂阻尼系统300宜设置在最顶部的伸臂桁架310处，以保证伸臂阻尼系统300的使用效率最大化。
[0049]根据本发明实施例的用于超高层建筑1的伸臂阻尼系统300的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
[0050]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0051]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0052]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0053]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0054]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0055]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【权利要求】
1.一种在超高层建筑中实现震后自复位的伸臂阻尼系统，其特征在于，包括: 油阻尼器，所述油阻尼器设在所述超高层建筑的外框柱上； 液压装置，所述液压装置与所述油阻尼器相连； 软钢阻尼器； 伸臂桁架，所述伸臂桁架的内端适于与所述超高层建筑的核心筒相连，所述伸臂桁架的外端与所述油阻尼器相连且通过所述软钢阻尼器与所述超高层建筑的外框柱相连。
2.根据权利要求1所述的在超高层建筑中实现震后自复位的伸臂阻尼系统，其特征在于，所述油阻尼器与所述外框柱平行设置。
3.根据权利要求2所述的在超高层建筑中实现震后自复位的伸臂阻尼系统，其特征在于，所述超高层建筑的外框柱的内侧面上设有牛腿，所述油阻尼器设在所述超高层建筑的外框柱的牛腿上。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的在超高层建筑中实现震后自复位的伸臂阻尼系统，其特征在于，所述油阻尼器包括: 腔体，所述腔体设在所述超高层建筑的外框柱上； 活塞，所述活塞设在所述腔体内，所述活塞上设有可开闭的活塞孔； 活塞杆，所述活塞杆的一端与所述活塞相连且另一端伸出所述腔体与所述伸臂桁架的外端相连。
5.根据权利要求3所述的在超高层建筑中实现震后自复位的伸臂阻尼系统，其特征在于，所述液压装置包括: 储油箱，所述储油箱通过回油阀与所述腔体内的所述活塞上方的空间相连； 油泵，所述储油箱通过油泵与所述腔体内的所述活塞下方的空间相连，且所述油泵和所述腔体之间连接有供油阀； 电动机，所述电动机通过联轴器与所述油泵相连； 滤油器，所述滤油器连接在所述储油箱和所述油泵之间。
6.根据权利要求1所述的在超高层建筑中实现震后自复位的伸臂阻尼系统，其特征在于，所述软钢阻尼器与所述超高层建筑的外框柱垂直设置。
7.根据权利要求6所述的在超高层建筑中实现震后自复位的伸臂阻尼系统，其特征在于，所述软钢阻尼器为多个，多个所述软钢阻尼器沿所述伸臂桁架的高度方向等间距地连接在所述伸臂桁架与所述超高层建筑的外框柱之间。
8.根据权利要求1所述的在超高层建筑中实现震后自复位的伸臂阻尼系统，其特征在于，所述软钢阻尼器分别通过螺栓与所述伸臂桁架和所述超高层建筑的外框柱相连。
9.根据权利要求1所述的在超高层建筑中实现震后自复位的伸臂阻尼系统，其特征在于，所述伸臂祐1架包括: 上弦杆，所述上弦杆的内端与所述超高层建筑的核心筒相连且外端通过所述软钢阻尼器与所述超高层建筑的外框柱相连； 下弦杆，所述下弦杆的内端与所述超高层建筑的核心筒相连且外端通过所述软钢阻尼器与所述超高层建筑的外框柱相连，所述下弦杆位于所述上弦杆下方且与所述上弦杆平行设置； 竖腹杆，所述竖腹杆连接在所述上弦杆和所述下弦杆之间且垂直于所述上弦杆和所述下弦杆；斜腹杆，所述斜腹杆连接在所述上弦杆和所述下弦杆之间且相对于竖直方向倾斜设置。
【文档编号】E04B1/98GK104389354SQ201410645172
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】陆新征, 杨青顺 申请人:清华大学