一种组合式高层结构消能减震加强层的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种组合式高层结构消能减震加强层，包括位于建筑中间的核心筒和建筑外围的框架柱，中间核心筒与外围框架柱之间连接有消能减震伸臂桁架，外围框架柱之间连接有消能减震环带桁架。消能减震伸臂桁架可以增大结构整体抗侧刚度，提供结构附加阻尼，减少结构的水平侧移；消能减震环带桁架能加强外围框架柱之间的相互联系，协调框架柱变形，减小变形差，增强结构的整体性，使结构受力均匀。消能减震伸臂桁架的边跨内设置金属屈服型阻尼器，消能减震环带桁架的边跨内设置粘滞阻尼器。在风荷载作用及众值烈度地震作用下，结构主要耗能构件为粘滞阻尼器；在设防烈度及以上地震作用下，结构主要耗能构件为金属屈服型阻尼器。
【专利说明】一种组合式高层结构消能减震加强层
【技术领域】
[0001]本实用新型属于土木结构工程领域，涉及消能减震结构，特别涉及高层结构的消能减震结构。
【背景技术】
[0002]近一百年来，高层建筑的设计和建造技术取得了迅猛发展。随着经济的发展，超高层建筑结构大量兴建，已经成为城市快速建设发展的主要趋势，其中很多超高层建筑采用了中间核心筒与外围框架相结合的结构形式，通过设置结构加强层来协调核心筒与框架的受力和变形，构成一种高效的抗侧力结构体系。加强层通常布置在技术层(设备层、避难层)，其高度往往是单层或多层楼高，其抗侧刚度比其他楼层大数倍，因此也称为刚性层。加强层内构件体系一般分为伸臂桁架和环带桁架两种形式。二者功能不同，不一定同时设置，但如果设置，一般设在同一层。
[0003]加强层的设置可加强中间核心筒和外围框架柱之间的联系，加强外围框架角柱、翼缘柱的连接，减少剪力滞后效应，进一步提高结构的抗侧刚度，减小结构的震(振)动反应。在风荷载下，设置加强层是一种减少结构水平位移的有效方法；但是在地震作用下，力口强层的设置会引起加强层及其附近楼层处结构刚度突变和内力突变，改变结构的整体传力路径，使结构的破坏较易集中在加强层及其附近楼层，由于应力集中而形成薄弱层，导致结构的破坏甚至倒塌，结构的损伤机理难以呈现延性屈服机制。
[0004]近年来结构减震控制技术快速发展，在结构的某个部位加设某种附加装置以调整结构的动力特性或消耗地震能量，使结构在地震作用下的动力响应(如位移、速度和加速度)控制在合理的范围内。消能减震技术主要是通过在结构的某些部位增设消能器或消能部件，为结构提供一定的附加刚度或附加阻尼，在风荷载或地震作用下主要通过消能部件来耗散输入结构的能量，以减轻结构的动力反应，从而更好地保护主体结构的安全。综合以上，对于结构层的刚度，一方面考虑到增加整体结构的抗侧刚度，为尽可能减少结构反应，加强层的刚度越大越好；另一方面考虑到结构刚度突变的问题，加强层的刚度不宜过大。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种组合式高层结构消能减震加强层，既能有效提高结构整体抗侧刚度，又能缓和结构刚度突变和内力剧增带来的负面影响，使整体结构达到预定的抗风和抗震性能目标，实现罕遇地震下消能减震、“延性屈服”的机制。
[0006]为达到上述目的，本实用新型的解决方案是:
[0007]—种组合式高层结构消能减震加强层，包括设置于建筑中间的核心筒和设置于建筑外围的框架柱，所述核心筒与框架柱之间连接消能减震伸臂桁架，所述消能减震伸臂桁架与框架柱垂直，多个消能减震伸臂桁架形成网格状结构，绕所述框架柱还设置有消能减震环带桁架，所述消能减震环带桁架与框架柱垂直，多个消能减震环带桁架形成方框状结构，所述消能减震伸臂桁架包括平行设置的上弦杆和下弦杆，所述上弦杆和下弦杆的两端分别连接一对框架柱，所述一对框架柱的中段位置处分别设有金属屈曲型阻尼器，所述上弦杆和下弦杆之间设置多根竖腹杆以及多根普通斜腹杆，位于边跨处的普通斜腹杆经由金属屈服型阻尼器连接于框架柱的中段；位于内跨处的多根普通斜腹杆两端分别连接于上弦杆、下弦杆和竖腹杆的交叉处。
[0008]所述消能减震环带桁架包括平行设置的上弦杆和下弦杆，所述上弦杆、下弦杆串联连接位于一边上的多根框架柱，所述上弦杆和下弦杆之间设置有多根普通斜腹杆和四个粘滞阻尼器；所述粘滞阻尼器设置于消能减震环带桁架的两侧边跨处，粘滞阻尼器两端连接于上弦杆、下弦杆和框架柱的交叉处；所述多根普通斜腹杆设置于消能减震环带桁架内跨处，普通斜腹杆两端分别连接于上弦杆、下弦杆和框架柱的交叉处。
[0009]所述竖腹杆为核心筒的边缘竖向钢骨杆件，竖腹杆的位置和数量依据消能减震伸臂桁架与核心筒相互交接贯穿的位置进行设置。
[0010]所述上弦杆、下弦杆和普通斜腹杆为普通钢结构杆件。
[0011]所述消能减震加强层高度为一层或两层层高。
[0012]由于采用上述方案，本实用新型的有益效果是:在风荷载作用及众值烈度地震作用下，结构主要耗能构件主要为粘滞阻尼器；在设防烈度及以上地震作用下，结构主要耗能构件为金属屈服型阻尼器；能有效地提高结构的整体抗侧刚度，实现结构的抗风和抗震性能目标，同时又可以根据结构的实际需求较为灵活地调整加强层的刚度和阻尼，防止结构在地震作用下加强层及其附近楼层由于应力集中而形成薄弱层，使整体结构达到预定的抗震性能目标，实现罕遇地震下消能减震、“延性屈服”的机制。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型组合式高层结构消能减震加强层一实施例的平面示意图；
[0014]图2是图1所示实施例中消能减震伸臂祐1架示意图；
[0015]图3是图1所示实施例中消能减震环带祐1架示意图。
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图所示实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0017]如图1所示，一种组合式高层结构消能减震加强层，其目的是为了提高结构的整体抗侧刚度，实现结构的抗风和抗震性能目标，由消能减震伸臂祐1架3和消能减震环带祐1架4结合原结构体系组成，包括设置于建筑中间的核心筒I和设置于建筑外围的框架柱2，核心筒I与框架柱2之间连接消能减震伸臂桁架3，消能减震伸臂桁架3与框架柱2垂直，多个消能减震伸臂桁架3形成网格状结构，绕框架柱2还设置有消能减震环带桁架4，消能减震环带桁架4与框架柱2垂直，多个消能减震环带桁架4形成方框状结构。
[0018]其中，消能减震伸臂桁架3的目的是使框架柱2拉伸或压缩，增大框架柱2的轴力，提高外围框架抵抗的倾覆力矩，从而起到增大结构整体抗侧刚度、反弯内筒、减少侧移的目的。消能减震环带桁架4的目的是加强外围框架柱2之间的相互联系，协调框架柱变形，减小变形差，增强结构的整体性，使结构受力均匀。消能减震伸臂桁架3和消能减震环带桁架4一般采用钢结构。
[0019]如图2所示，一组消能减震伸臂桁架3包括平行设置的上弦杆5和下弦杆6，上弦杆5和下弦杆6的两端分别连接一对框架柱2，一对框架柱2的中段位置处分别设有金属屈曲型阻尼器7，上弦杆5和下弦杆6之间设置多根竖腹杆9以及多根普通斜腹杆8，位于边跨内的普通斜腹杆8经由金属屈服型阻尼器7连接于框架柱2的中段；位于内跨内的多根普通斜腹杆8两端分别连接于上弦杆5、下弦杆6和竖腹杆9的交叉处。
[0020]实际工程中消能减震伸臂桁架3利用一个或两个楼层的高度，上弦杆5的位置正好是上层的楼面，下弦杆6的位置正好也是本层或下层的楼面，故一般的，上弦杆5和下弦杆6为原结构体系的梁，竖腹杆9为原结构体系的核心筒I的边缘竖向钢骨杆件，竖腹杆9的具体数量和位置依据消能减震伸臂桁架3与核心筒I相互交接贯穿的位置进行设置，图1所示实施例中，框架柱2和核心筒I采用的是对称等距排布，故竖腹杆9为等分点分布。金属屈服型阻尼器7布置于消能减震伸臂桁架3的边跨处，且金属屈服型阻尼器7通过预埋件连接在框架柱2上。
[0021]普通斜腹杆8布置于消能减震伸臂桁架3的边跨和内跨位置处，消能减震伸臂桁架3边跨内的普通斜腹杆8为普通支撑，边跨内的普通斜腹杆8通过金属屈服型阻尼器7连接于框架柱2的中段，形成消能减震伸臂桁架3的刚度和设防烈度及以上地震作用下的耗能作用，在设防烈度及以上地震作用下，金属屈服型阻尼器7受力屈服，产生较大的剪切变形，能消耗大量地震能量，同时在结构上较易于实现。消能减震伸臂桁架3内跨内的普通斜腹杆8两端连接于上弦杆5、下弦杆6和竖腹杆9的交叉处，形成消能减震伸臂桁架3的刚度。
[0022]如图3所示，消能减震环带桁架4包括平行设置的上弦杆5和下弦杆6，一组消能减震环带桁架4的上弦杆5和下弦杆6串联连接位于一边上的多根框架柱2，上弦杆5和下弦杆6之间设置有多根普通斜腹杆8和四个粘滞阻尼器10，粘滞阻尼器10设置于消能减震环带桁架4的两侧边跨处，普通支撑杆两端连接于上弦杆5、下弦杆6和框架柱2的交叉处；多根普通斜腹杆8位于消能减震环带桁架4内跨位置处，普通斜腹杆8两端连接于上弦杆5、下弦杆6和框架柱2的交叉处。
[0023]在风荷载作用及众值烈度地震作用下，整体结构的内力和层间变形相对较小，相邻框架柱2之间存在较小的差异变形，筒体结构的剪切滞后效应使得角部的框架柱2承受较大轴力，产生较大变形；而中部的框架柱2承受的轴力要小，产生的变形也要小。故在连接框架柱2的消能减震环带桁架4的边跨内设置粘滞阻尼器10，粘滞阻尼器10拉压变形显著，能有效耗能；在消能减震环带桁架4的内跨内普通斜腹杆8拉压变形不显著，只设置普通斜腹杆8。同时，消能减震环带桁架4内的粘滞阻尼器10双向布置，在保证刚度要求的同时，在风荷载作用及众值烈度地震作用下能相对较多地消耗能量。
[0024]实际工程中消能减震环带桁架4利用一个或两个楼层的高度，上弦杆5和下弦杆6为原结构体系的梁，斜腹杆采用普通斜腹杆8或粘滞阻尼器10，粘滞阻尼器10布置于消能减震环带桁架4的边跨内，普通斜腹杆8布置于消能减震环带桁架4的内跨内。消能减震环带桁架4边跨内的粘滞阻尼器10两端连接于上弦杆5、下弦杆6和框架柱2的交叉处。消能减震环带桁架4内跨内的普通斜腹杆8两端连接于上弦杆5、下弦杆6和框架柱2的交叉处。上弦杆5、下弦杆6和普通斜腹杆8采用普通钢结构杆件。
[0025]在风荷载作用及众值烈度地震作用下，屈服型阻尼器7保持弹性状态，不屈服不消耗能量，而粘滞阻尼器10是速度型阻尼器，速度越大耗能越多，风荷载作用及众值烈度地震作用下速度效应要比位移效应明显，所以相对而言，粘滞阻尼器10耗能比屈服型阻尼器7耗能明显，因此风荷载作用及众值烈度地震作用下，结构主要耗能构件为粘滞阻尼器
10。在设防烈度及以上地震作用下，屈服型阻尼器7进入塑性状态，屈服耗能，金属屈服型阻尼器7是位移型阻尼器，位移越大耗能越多，设防烈度及以上地震作用下位移效应要比速度效应明显，所以相对而言，屈服型阻尼器7耗能比粘滞阻尼器10明显，因此在设防烈度及以上地震作用下，结构主要耗能构件为金属屈服型阻尼器7。
[0026]上述的对实施例的描述是为便于该【技术领域】的普通技术人员能理解和使用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种组合式高层结构消能减震加强层，包括设置于建筑中间的核心筒(I)和设置于建筑外围的框架柱(2)，所述核心筒(I)与框架柱(2)之间连接消能减震伸臂桁架(3)，所述消能减震伸臂桁架(3)与框架柱(2)垂直，多个消能减震伸臂桁架(3)形成网格状结构，绕所述框架柱(2)还设置有消能减震环带桁架(4)，所述消能减震环带桁架(4)与框架柱(2)垂直，多个消能减震环带桁架(4)形成方框状结构，其特征在于:所述消能减震伸臂桁架(3)包括平行设置的上弦杆(5)和下弦杆(6)，所述上弦杆(5)和下弦杆(6)的两端分别连接一对框架柱(2)，所述一对框架柱(2)的中段位置处分别设有金属屈曲型阻尼器(7)，所述上弦杆(5)和下弦杆(6)之间设置多根竖腹杆(9)以及多根普通斜腹杆(8)，位于边跨处的普通斜腹杆(8)经由金属屈服型阻尼器(7)连接于框架柱(2)的中段；位于内跨处的多根普通斜腹杆(8)两端分别连接于上弦杆(5)、下弦杆(6)和竖腹杆(9)的交叉处。
2.根据权利要求1所述的组合式高层结构消能减震加强层，其特征在于:所述消能减震环带桁架(4)包括平行设置的上弦杆(5)和下弦杆(6)，所述上弦杆(5)、下弦杆(6)串联连接位于一边上的多根框架柱(2)，所述上弦杆(5)和下弦杆(6)之间设置有多根普通斜腹杆(8)和四个粘滞阻尼器(10);所述粘滞阻尼器(10)设置于消能减震环带桁架(4)的两侧边跨处，粘滞阻尼器(10)两端连接于上弦杆(5)、下弦杆(6)和框架柱(2)的交叉处；所述多根普通斜腹杆(8)设置于消能减震环带桁架(4)内跨处，普通斜腹杆(8)两端分别连接于上弦杆(5)、下弦杆(6)和框架柱(2)的交叉处。
3.根据权利要求1所述的组合式高层结构消能减震加强层，其特征在于:所述竖腹杆(9)为核心筒(I)的边缘竖向钢骨杆件，竖腹杆(9)的位置和数量依据消能减震伸臂桁架(3)与核心筒(I)相互交接贯穿的位置进行设置。
4.根据权利要求1或2所述的组合式高层结构消能减震加强层，其特征在于:所述上弦杆(5)、下弦杆(6)和普通斜腹杆(8)为普通钢结构杆件。
5.根据权利要求1所述的组合式高层结构消能减震加强层，其特征在于:所述消能减震加强层高度为一层或两层层高。
【文档编号】E04B1/98GK203716325SQ201420020153
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月14日 优先权日:2014年1月14日
【发明者】蒋欢军, 祝玉龙 申请人:同济大学