专利名称：控制建筑物受地震引起的力、加速度和偏移的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用以缓冲和限制在诸如楼房和桥梁等建筑物中由外力例如地震和风导致的内力、加速度、漂移等情况的一个系统，更具体地涉及一建筑结构的系统，其中通过本发明设定了该建筑物的响应周期、偏移模式和减震性能，以消散地震能量且控制内力、偏移和加速度。
2．已有技术的描述为了保护诸如楼房或桥梁这样的建筑物，以及占据或处于该建筑物中的人，已设计出抗地震力系统。这些系统有时具有主动和／或被动地震能量消散装置。这些系统试图保护该建筑物，使之避免总体坍塌，且控制地震产生的地震力所造成的损坏。一般当地的建筑标准依据各种参数设定了该建筑物必须能够抵抗的最小的等同地震力。这些力的大小和分布一般以该建筑物的质量、其振动特性(响应周期)、该区域地震活动度、当地土质条件、地震系统的类型和该建筑物的重要性等因素而定。
对于具有一抗震系统的传统结构，诸如一地震支撑系统，主响应周期和减震性能均有效融进了该系统中，这些是由其质量和组成该地震支承系统的元件的形状和材料性能决定的。这些元件通常包括各种类型的结构壁和／或框架。该结构的响应周期及其减震性能可影响由给定的地震所导致的该结构的内力、加速度和偏移。
对于传统的支撑系统，一结构的边侧弹性地震响应被该地震系统相对于地震摇晃特性和该系统的减震性能的刚性所影响。简言之，中等至强烈的地震，距一建筑物的位置为中等至较大的距离，而当该建筑物之下的土质至少是中等刚度时，在较大刚性的建筑物中产生较大的力，而在较小刚性的建筑物中产生较小的力。在上述的情况下，对于刚性较大的建筑物相对偏移较小，而对于刚性较小的建筑物相对偏移较大。如果该建筑物特别接近裂开的地震断层，或者如果该建筑物之下是特别柔性的土质时，这些一般性的关系可能不再正确。
一般而言，刚性较大的建筑物应比柔性的建筑物制造得较为牢固，以弹性地抵抗较大的地震力。刚性较大的建筑物会产生较高的内部加速度，该加速度可对其内容产生不利影响。当一刚性较大的建筑物没有制造得足够牢固，以抵抗住弹性的地震力时，它将遭受到结构性的损坏。通过承受损坏，该建筑物消散了地震能量。内力被该建筑物的弹性强度所限制。该建筑物有效地软化且承受了较大的漂移。这些较大的漂移是非弹性变形，它们增加了非结构性的损坏。
另一方面，一柔性的建筑物一般可制造得比刚性较大的建筑物相对不牢固一些，且仍然能够弹性地抵抗一给定的地震所产生的地震力。正如一刚性建筑物一样，当该柔性建筑物没有制造得足够牢固，以抵抗住弹性的地震力时，它也能够通过承受结构性的损坏来消散地震能量。该柔性建筑物可以承受较大的变形，通过使它们遭受该结构的变形可对非结构元件产生不利的影响。
一建筑物能够承受显著的结构性损坏而没有明显丧失强度的能力(即具有较强挠性的建筑物)构成在当地的建筑标准中。具有较强挠性的建筑物与具有较弱挠性的那些建筑物相比可设计得不牢固一些。
通过在一传统地震支撑系统的支撑元件中增加能量消散单元(EDU)来提供补充的减震部件。增加的减震部件通过减小偏移、加速度以及结构性和非结构性损坏改进了该建筑物的减震性能。
图20用曲线示出了用于一简化模型的加速度、响应周期和减震的关系，该简化模型可用来理解复杂的结构。
结构系统的强度、刚性和挠性存在几种基本的关系，这些关系影响着目前的设计实践。这些关系包括对于一给定尺寸和类型的建筑物，强度的增强通常导致刚性的增强；刚性的增强通常导致地震力、内部加速度(和潜在的内容损坏)的增加，以及变形的减小；强度的减小通常导致挠性需求或减震需求的减小；补充减震的增加通常导致力、变形、内部加速度以及结构性和非结构性损坏的减小；一系统的强度、挠性和减震的相对改进通常导致成本增加。
在一力矩框架结构中的补充减震的典型布置示于
图1中。所有或部分该系统的侧向静态刚度是梁13和柱14的挠曲刚度的结果，梁13和柱14通过一刚性或半刚性的接合即一力矩节点15连接在一起。在每层之间给框架增加了撑柱10，以给各层连接一能量消散单元(EDU)11。该能量消散装置可通过使用几种机制来运作，例如摩擦、塑性金属、吸收能量塑料、橡胶等等，以及强迫流体通过小孔。这些装置(EDU)可通过每层之间的相对位移、每层之间的相对速度、或通过主动控制方法来激发。该EDU借助于撑柱还给框架提供了另外的静态刚度。在示于图2中的第二典型布置中，撑柱10在框架的各部分之间对角地延伸，在撑柱10中间带有EDU11。
补充减震装置相对传统地震支撑系统增加了大量成本。迄今与安装这些装置相关的成本已成为局限它们使用的一个因素。
示于3中的另一已有技术系统是在整个建筑之下具有一隔离层，一般称之为地基隔离系统。该隔离层利用了一般为轴承形式的隔离件16，它们以两种方式控制传递的加速度和变形通过影响该结构的响应周期，因为当承受边侧地面加速时，这些轴承相对具有柔性；以及通过提供减震。可增加可选择的补充减震装置11。该减震装置(与轴承和补充装置成为一体)有助于控制该结构的变形、加速度和力。在隔离层上的结构系统与那些传统的地震支撑系统相类似，但是，该隔离结构在发生大地震时只能承受较小的损坏。
因为隔离层具有柔性，该建筑物将承受较大的水平运动或“漂移”(即使带有可选择的减震装置)。一般在一到两英尺之间的漂移必须被例如电梯、管道、电源线等各种建筑系统所容纳。此外，该建筑必须通过特殊的覆盖微粒或地震接合件与周围的纵断度隔离，且允许其相对于周围纵断度产生变形。地基隔离的建筑物比带有传统地震支撑系统的建筑物在地震时保持得较好。但是，显著增加了与安装地基隔离系统相关的成本，这归因于需要容纳较大变形的隔离件、微粒和特殊的建筑系统的细节。这些成本局限了地基隔离系统的使用。
因此，需要一种地震系统，它既能控制负荷、内部加速度、变形以及结构性和非结构性损坏，同时又非常经济且不破坏建筑物的功能。
本发明的简要说明按照本发明的调谐、减震框架系统及其使用方法致力于解决已有技术中的缺点。
按照本发明的一个方面，提供了与诸如楼房和桥梁等建筑物一起使用的一种系统，用以缓冲内力、限制由外部激发例如地震、爆炸、大风等原因造成的加速度和漂移。它具有一重力框架、至少一个反应框架和连接重力框架和反应框架的连接装置。该连接装置具有用以设定响应周期的至少一个弹簧和用以消散由外部激发导致的在该建筑物中的地震或风能的减震装置。
按照本发明的另一方面，该系统具有至少四个反应框架。每个反应框架容纳在该建筑物的一不同竖直平面中。
按照本发明的另一方面，该结构是竖直延伸了一层或多层的建筑。该系统具有多个弹簧和多个能量消散单元形式的减震装置。每层具有至少一个弹簧和用以将反应框架连接于重力框架的至少一个能量消散单元。
按照本发明的另一方面，该重力框架包括多个梁和柱，重力框架的第一层的立柱具有在顶部和底部的可转动的低刚性连接，以最小化该框架的刚性和第一层立柱中的内力。
按照本发明的又一方面，该反应框架借助于可转动的柔性连接和地面相连接，以最小化因超出平面的弯曲而产生的内力。
按照本发明的另一方面，重力框架的第一层立柱连接于地基隔离滚轮，而该地基隔离滚轮连接于地面。
按照本发明的又一方面，该地基隔离滚轮是低摩擦的缓冲件(pad)。
按照本发明的另一方面，该系统还具有位于重力框架和反应框架之间的风力引信(wind fuses)，以在较弱的风和地震时刚性地连接该框架，风力引信在有较大的外部激发时是脱开的。
按照本发明的另一实施例，该反应框架与重力框架刚性地连接在一起。
按照该另一实施例的一个方面，该系统被构制成它具有至少一个调谐减震框架，该框架具有位于两个柱和两个梁之间且界定了一顶点的一对沿对角延伸的撑柱、将该对撑柱连接于刚性连接的重力和反应框架的至少一个弹簧、以及将该对撑柱连接于刚性连接的重力和反应框架的至少一个减震装置。
按照该另一实施例的另一方面，该系统包括至少四个调谐的减震框架。每个调谐的减震框架容纳在该建筑物所界定的一不同竖直平面中。
按照该另一实施例的另一方面，该建筑物是一多层的楼房，且每层具有至少四个调谐的减震框架。每层的每个调谐的减震框架容纳在该楼房所界定的一不同竖直平面中。
按照该另一实施例的另一方面，该系统包括在基部带有可转动的低刚度连接的各个柱和与这些柱构成框架且带有可转动的低刚度连接的各个梁，以使刚性连接的重力和反应框架的刚度和该系统中的内力最小化。
按照本发明的另一方面，提供了用以缓冲内力、限制由外部激发引起的在诸如楼房或桥梁等建筑物中的加速度和漂移的一种方法，该建筑物具有一重力框架和一反应框架，该方法包括在该建筑物的反应框架和重力框架之间连接各弹簧；以及在该建筑物的反应框架和重力框架之间连接各能量消散单元。
按照本发明的另一方面，该方法还包括选择该建筑物对外部激发所需的响应周期；依据需要的响应周期构制各弹簧；选择所需的减震程度，以限制由外部激发导致的该建筑物内部的加速度和漂移；以及依据需要的减震程度构制该能量消散单元。
因此，按照本发明用于楼房、桥梁等类似建筑物中的调谐的减震结构系统包括各能量消散装置、各弹簧、一重力框架和各反应框架，它们被布置成可独立地设定该建筑物的响应周期、该建筑物的变形模式、该建筑物的强度和该建筑物的减震能力。
对于本发明的较佳实施例，在楼房的情况下，重力负荷承载框架和地震负荷反应框架的连接发生在地板隔层处。如同传统的地震工程实践一样，楼房的分散质量大约为在每个地板隔层处的集总质量。重力负荷承载框架的设计细节在分析时可忽略其侧向刚度。地震负荷反应框架可设计成具有很高的刚度和很小的质量，这将导致很短的响应周期。如此，反应框架的响应将与地面运动的响应相近似。因为地震反应框架基本是刚性的，而重力负荷承载框架基本是柔性的，该楼房的总的侧向刚度是由多个弹簧决定的。此外，该楼房的总的减震能力是由多个能量消散装置决定的。而且，该楼房可作为一系列独立的单一自由度结构的数学模型，其中例如质量、刚度和减震等参数被分配给每一层。这样，可从分析上确定楼房相对一给定地震的响应，且其特征以响应周期、加速度、力和变形来表达。
结合附图，通过阅读和理解以下较佳实施例的详尽描述，可理解本发明的其他特征和优点，在附图中相同的标号表示相同的部件。
附图的简要说明图1是已有技术中的一地震能量消散系统的示意图；图2是已有技术中的第二种地震能量消散系统的示意图；图3是已有技术中的第三种地震能量消散系统的示意图；图4是按照本发明的一调谐减震结构系统的示意图；图5是示出在图4中的调谐减震结构系统的示意图，其中该重力框架借助于低摩擦缓冲件连接于地面；图6是用于一钢架建筑的一地板框架平面的平面示意图，示出了按照本发明的一调谐减震结构系统的重力框架和反应框架的布局；图7是具有销钉连接的重力框架的第一层柱的主视图；图8a是按照本发明的的一调谐减震结构系统的第一层立柱中的一连接点的放大视图；图8b是示于图8a中的该连接点的平面图；图9是示于图5中的该重力框架的第一层立柱的放大视图；图10是示出钢结构的一反应框架的可行布局的主视图；图11a是反应框架的立柱的可行连接的放大主视图，它示出了可使因超出平面的弯曲而产生的内部应力最小化的铰链连接；图11b示出在图lla中的该连接的放大的侧视图；图11c是反应框架的立柱的另一连接的放大的主视图，它示出了可使因超出平面的弯曲而产生的内部应力最小化的铰链连接；图11d是示出在图11c中的该连接的放大的侧视图12a是对角撑柱和一反应框架的基部的接合点的放大的主视图；图12b是示出在图12a中的该接合点的一放大的剖视图；图13是按照本发明的一调谐减震结构系统的重力框架和反应框架之间的接合点的放大的主视图；图14是如图10中的线图14-图14所示、相互连接了按照本发明的一调谐减震结构系统的重力框架和一反应框架的各弹簧和减震器的一可行布置的平面图；图15a是如图14中的线图15a-图15a所示、减震器和反应框架的连接的剖视图；图15b是如图14中的线图15b-图15b所示、减震器和重力框架的连接的剖视图；图16a是如图14中的线图16a-图16a所示、弹簧和重力框架的连接的剖视图；图16b是如图14中的线图16b-图16b所示、弹簧和反应框架的连接的剖视图；图17是按照本发明利用了一粘弹性弹簧／减震器组合的另一结构的主视图；图18a是示出了如图10中的线图18a-图18a所示各弹簧和减震器的另一布置的平面图；图18b和18c是示出了图18a中的各弹簧和减震器的布局的局部主视图；图19是按照本发明的另一实施例的示意图；以及图20是示出了响应周期、减震和加速度之间关系的一曲线图。
较佳实施例的详尽描述本发明可用于楼房、桥梁、高架路和高架铁道诸如此类建筑物的结构中。简单明了起见，将通过在楼房中利用的情形进行描述。
参见图4，简要示出了按照本发明用以缓冲或限制由外力例如地震引起的内力的一系统。对于该布置，一调谐的减震结构20包括一重力框架40和至少一个反应框架41。在该实施例中，重力框架40包括柱21a和梁22a，而反应框架41包括柱2lb和梁22b。从图10中可看出，反应框架还具有设置成大致的倒置V形的撑柱23，撑柱23也可以设置成V形、X形等形状，并且在每一层设置有一对撑柱。各个撑柱、柱和梁在各个位置通过接合件24连接在一起。此外，在该实施例中，重力和反应框架在利用了该系统的结构的地基处借助于接合件50和70连接于地面。
反应框架41可包括各种材料和结构，例如，钢筋混凝土、加强的砌石、木头、钢材料的壁等等；石块或土质扶壁；钢或钢筋混凝土支承框架、钢、钢筋混凝土力矩框架等等；或者类似物。反应框架41需要相当牢固地连接于地面上。
在较佳实施例中，重力框架和反应框架借助于多个弹簧30和减震器或能量消散单元(EDU)31连接在一起。构制弹簧，以通过弹簧刚度设定对于楼房的响应周期。可通过调节弹簧30的刚度来设定响应周期。一较硬的弹簧产生带有较短响应周期的更为坚固的结构，而一“较柔性”的弹簧产生带有较长响应周期的较柔性的结构。与设定响应周期的弹簧刚度相配合，设定能量消散单元的尺寸且构制该单元，以设定用以分散外部激发所产生的能量的减震程度。
在一较佳实施例中，最少可由一个弹簧和一个减震器或EDU将每个反应框架连接到重力框架上。但是，通常附加一些弹簧和减震器，因此可利用多个小弹簧来产生一个大弹簧的总的弹性效果。相似地，可利用多个小减震器来产生一个大减震器的总的效果。最后，弹簧具有它们自身固有的减震效果，而EDU具有它们自身固有的弹性效果也是确切的。这些减震和弹性效果可相加至总的减震效果和刚度。
与总建筑物20相关且被每层楼面承载的质量(重量)在图4和图5中表示为块25。考虑到建筑物内的总负荷，当制造整个建筑物20时利用了足够多的反应框架。图6示出了利用本发明的系统构成的一钢架建筑的一种可行的地板框架平面图。四个反应框架41散布在重力框架40内，以产生调谐的减震建筑物20。为了符合大多数的当地建筑标准，一般需要四个反应框架4l，每个反应框架41处在不同的垂直平面中。反应框架不需要彼此交叉。依据建筑物的形状或大小可利用或多或少的反应框架41。
对于调谐的减震建筑物20，减震器和弹簧中的力并不是从一层到另一层有所增加，当楼层具有相似的质量、弹簧和能量消散单元时，在每层的这些力是基本相同的。该质量与弹簧的刚度相关，但与反应框架41的刚度无关，位于每一楼层的质量有效地彼此不相关。质量上的重力效果有效地被重力框架40支承住。反应框架41有效牢固地连接于楼房的地基57。因此，楼房的单个楼层不会彼此影响，该调谐的减震结构中的被动地震能量消散系统使层与层分开，每一层基本作为单一楼层结构起作用。与将整个结构一起与地震力分离的其他地震能量消散系统相比，这使楼房相当难以分裂。此外，与已有技术中的地震能量消散系统相比，例如与地基分离系统相比，按照本发明的被动地震能量消散系统的成本大大减小。
图7、图8a和图8b示出重力框架内的柱21a是如何较佳地连接在第一层的。依据该楼房是否延伸至地下，第一层可以是地面高度或地面之下。一下柱49a通过低转动刚性接合与一上柱49b相连，该低转动刚性接合一般是指枢接合50。还利用了一枢接合50将下柱49a连接于楼房的地基57或地面上。这些枢接合使重力框架40较“柔性”，由此只将临界刚度传递给该系统。
从图8a和图8b中可看出，枢接合50包括放置在两相邻柱49a和49b之间的一圆轴承51。利用了四个螺栓52和贝氏弹簧垫圈53将相邻的柱部分连接在一起。
图5和图9示出了一实施例，其中重力框架40被滚轮60支承在第一层。滚轮60使重力框架40更具柔性且替换第一层的枢接合50，由此将柱部分49a连接于地基57。从图9中可看出，滚轮60较佳地是低摩擦缓冲件的形式。这样缓冲件的一个例子由PTFE织物制成，该织物可从马萨诸塞州的迈瑞曼(Merriman)公司得到且具有大约0．04的摩擦系数。滚轮60被放置在基板62之上的平板61上。基板62通过螺栓63固定在楼房的地基57上。
图11a和图11b示出了反应框架41中的柱21b连接于楼房的地基57或地面的一可行方式。利用了具有转动灵活性的一挠性接合70，它具有一基部71和一主体72。基部71和主体72都具有从本体突出且相互混合的多个指73。一螺栓74将基部71和主体72连接在一起。基部71通过双头螺栓75牢固地嵌入在楼房的地基57中。因为反应框架41特别坚硬，挠性接合70允许柱响应超出平面的外力而运动，不产生较大的内部应力。
图11c和图11d示出了反应框架41中的柱21b怎样连接于楼房的地基57或地面的另一例子。利用一挠性接合70，该挠性接合70具有一基部71和一主体72。基部和主体通过螺栓74连接在一起。利用贝氏弹簧垫圈53作为弹性隔离物。
图12a和12b示出了一反应框架内的撑柱23通过一挠性接合连接于楼房的地基的一种方式，该挠性接合允许撑柱运动出平面外，而不产生较大的外部应力。
一个梁76下沉在地面或楼房的地基之中。双角铁77通过螺栓连接在梁76和板78上。贝氏弹簧垫圈53设置在双角铁77和板78之间。在托架78和第一层地板79之间提供了一间隙，以允许弯曲。
图13示出一反应框架41和一相邻的重力框架部分40a是如何实际相互连接的。重力框架部分40a与反应框架41“分享”柱21b。一地板梁80借助于一滑动连接81连接于柱21b。在地板梁80、楼板82与柱21b之间提供了一间隙G。相似地，在楼板83和柱21b之间也提供了一间隙G。较佳地，间隙G大约为两英寸，但依据设计的需要，间隙G也可以更大或更小。一工字梁84通过一滑动连接也连接在柱21b上。
图14至图16示出将弹簧30和EDU31连接于重力框架和反应框架的布置的一个例子。显然存在很多这样的布置。
在图14-16所示布置的一个例子中，弹簧30借助于托架92和杆95连接于重力框架梁91a和91b，且借助于托架96和杆95连接于反应框架梁90。两个EDU31借助于托架93连接于重力框架梁91a和91b，且借助于托架94连接于反应框架梁90。
用以设定响应周期的弹簧30可以是多种材料和结构，且可被设置呈现出多种可变的刚度特性，以控制该结构导致的负荷和该结构的变形。弹簧30较佳地是能承受较大负载的弹簧且具有多种形式。通过设置贝氏弹簧或圆盘簧这样的锥形钢板已获得极佳的效果，这些弹簧可从俄亥俄州的梭伦(Solon)制造公司或其他制造商购得。提供了满意效果的另一弹簧是火石(Firestone)公司制造的马什麦伦(marsh mellow)。如前所述，可利用多个弹簧来提供需要的“弹性效果”。通过串联和／或并联的形式组合多种线性和非线性的弹簧且留有间隙以延迟特定弹簧的接合，产生了总的弹性效果。多个弹簧的总效果可作为具有线性或非线性弹性性能的单个弹簧进行描述。
连接于某种布置中的框架、或一个壁或其他反应结构中的能量消散单元或减震器31设定了整个结构的减震性能。可以使用多种能量消散单元，例如但不局限于；流体冲击吸收器、吸收能量的塑料、橡胶等、摩擦装置和缓冲钢装置。这些装置可因相对的框架位移或速度而被动响应，或者可主动地控制它们。
因此，在地震时，例如，刚性的反应框架41与地面一起运动，而重力框架40将摇摆，并且／或者在选用的滚轮60上运动。弹簧30将控制响应周期，而EDU31在响应、缓冲和限制重力框架运动的过程中将分散能量。间隙G将允许地板相对反应框架的运动。一般而言，反应框架和重力框架的设计将依据当地的建筑标准和建筑规范，它们要求构制的弹簧和EDU能在发生特别强烈的地震时间隙G允许有两至三英寸的运动。但是，如果一异常的强烈地震致使该运动超过了间隙G，反应框架41将起到“支持”的作用，防止进一步的运动。两个框架的直接接合允许地震反应框架的强度和能量的消散能力超越多个弹簧的强度，也超越了多个能量消散装置的能量消散能力，而得到完全的利用。因此，与已有技术中的系统相比，本发明减小了地震时建筑物的摇摆和运动，由此减轻了损坏程度。
图17示出了另一实施例，其中利用了一粘弹性EDU100。该粘弹性EDU100被放置在一反应框架梁22b上。一较小的梁101放置在该粘弹性EDU之上和地板102之下。一粘弹性材料的扁平矿体103粘在钢板104a和104b之间，该组件放置在反应框架和重力框架之间。当粘弹性材料的扁平矿体由于框架的相对运动而剪切变形时，它产生了弹性效果和缓冲效果。弹性效果和缓冲效果是由扁平矿体的厚度、表面面积以及所选材料的类型决定的。现在一般用来制作EDU的材料是由明尼苏达州的3M公司制造的。可增加补充的弹簧和能量消散单元，以进一步微量调节该系统。这种结构的弹簧和能量消散装置的优点是其机构的简单性。
图18a、18b和18c示出弹簧30和减震器31的另一布置。一托架97将弹簧30连接于重力框架梁91，还将EDU31连接于重力框架梁91。一托架98将EDU31连接于反应框架梁90。弹簧30还连接在反应框架柱21b上。
前面已提及，一柔性的楼房易于在强风中运动或“摇摆”。为了解决这样的情况，可在图4所示的调谐减震结构中设置风力引信45。这些风力引信使楼房更加牢固，所以在有强风时减轻了摇摆，但是它们之中具有销钉，当存在特别强的力时，例如由剧烈地震引起的那些情况，其内的销钉被剪切，由此使楼房不太刚强或更为“柔软”，从而允许反应框架和重力框架之间的相对运动，激发了能量消散单元。
图19简要示出了另一实施例，其中重力框架和反应框架以26简要表示的方式刚性地连接在一起。刚性连接26一般是螺栓接合。这样的布置作为调谐的减震框架。一多层楼房的调谐减震框架110是用单个柱21和梁22制造的。第一层的柱一般刚性地连接于楼房的地基，或者用一柔性的接合，如前所述。撑柱23一般设置成倒置的V形(也可设置成V形或X形)。这些柱、梁和撑柱通过低转动刚性的或带有销钉的接合24在各个位置连接在一起。一般，梁22对应多层楼房的一个楼层。各个梁上的块25代表支承在多层楼房的每层上的质量。
如图19所示利用了调谐减震框架布置的一楼房框架一般每层具有四个或更多的设置成图6所示的调谐减震框架。每组四个中的两个将基本位于相对的竖直平面中，但不需要彼此直接相对。当然，依据楼房的形状和大小、以及当地的建筑标准要求，可以使用额外的或较少的框架。
对于该调谐减震框架，为了适当地给该结构减震，缓冲力一般在第一层最大，随楼层的升高逐渐减小。弹性力一般附加在楼层之间，对于该减震器，最大的弹性力位于第一层。
因此，应理解到，通过应用本发明，在初始建造的结构和一些已存在的结构中，可获得对地震负荷、结构性变形、结构和非结构性损坏的控制。按照本发明的一方法包括通过选择多个弹簧来设定重力负荷承载框架的响应周期。要考虑当地地面响应各种地震的摇晃特性，来选择响应周期。负荷承载框架的所需的缓冲特性可通过选择多个能量消散装置来进行设定，而地震负荷反应框架要依据对该结构承受一给定地震的分析来设计。该框架系统的接合和分离可利用力量控制的可断链接器和限制位移的间隙通过连接多个弹簧和多个能量消散装置来进行控制。利用本发明可进行一设计过程，来制造能非常有效地抵抗地震和强风的效应的建筑物。
尽管通过具体的实施例已对本发明进行了描述，但应理解到，本发明涵盖了所附权利要求书范围中的所有改型和等同体。
权利要求
1．与诸如楼房或桥梁等建筑物一起使用的一系统，用以缓冲内力，且限制由外部激发导致的加速度和偏移，该系统包括a．一重力框架；b．一反应框架；以及c．用以连接重力框架和反应框架的连接装置，该连接装置具有用以设定响应周期的弹簧装置和用以消散能量且限制建筑物中的力、加速度和偏移的缓冲装置。
2．如权利要求1所述的系统，其特征在于该系统包括至少四个反应框架，每个反应框架借助于连接装置与重力框架相连，每个反应框架容纳在该建筑物的不同竖立平面内。
3．如权利要求2所述的系统，其特征在于该建筑物是一竖直延伸的一层或多层楼房，弹簧装置包括多个弹簧，而缓冲装置包括多个能量消散单元，其中每个楼层具有至少一个弹簧和将反应框架连接于重力框架的至少一个能量消散单元。
4．如权利要求1所述的系统，其特征在于该重力框架包括多个梁和柱，柱的第一层在顶部和底部具有一销钉连接。
5．如权利要求1所述的系统，其特征在于该反应框架包括多个梁和柱，柱的第一层借助于可转动的柔性连接与地面相连。
6．如权利要求1所述的系统，其特征在于重力框架包括多个梁和柱，柱的第一层连接于地基隔离滚轮。
7．如权利要求6所述的系统，其特征在于该地基隔离滚轮是低摩擦缓冲件。
8．如权利要求1所述的系统，其特征在于还包括位于重力框架和反应框架之间的风力引信。
9．如权利要求1所述的系统，其特征在于该反应框架包括一个壁，该壁由钢筋混凝土、加强的砌石、钢和木头中的至少一种组成。
10．如权利要求1所述的系统，其特征在于该反应框架包括一扶壁，该扶壁是由石头或土质中的至少一种组成。
11．如权利要求1所述的系统，其特征在于至少一个反应框架刚性地连接于重力框架部分，以形成至少一个调谐减震框架。
12．如权利要求11所述的系统，其特征在于至少一调谐的减震框架包括a．位于两个柱和两个梁之间且界定了一顶点的一对对角延伸的撑柱；b．将该对撑柱连接于刚性连接的重力和反应框架的至少一个弹簧；以及c．借助于撑柱将刚性连接的重力和反应框架的两相邻层相连接的至少一减震装置。
13．如权利要求12所述的系统，其特征在于该系统包括至少四个调谐的减震框架，每个调谐的减震框架容纳在由该建筑物界定的一不同竖直平面中。
14．如权利要求12所述的系统，其特征在于该建筑物是一多层的建筑，且每层具有至少四个调谐减震框架，每层的每个调谐减震框架容纳在由该建筑界定的一不同竖直平面中。
15．如权利要求12所述的系统，其特征在于该反应框架包括多个梁和柱，这些柱的第一层借助于可转动的柔性连接与地面相连。
16．用于多层建筑物例如楼房或桥梁的一系统，用以缓冲由外力导致的内力，该系统包括a．包括多个梁和柱的一重力框架；b．包括多个梁和柱的至少四个反应框架；c．多个弹簧，每层的每个反应框架部分通过至少一个弹簧连接于重力框架；以及d．多个能量消散单元，每层的每个反应框架通过至少一个能量消散单元连接于重力框架。
17．如权利要求16所述的系统，其特征在于第一层的重力框架的各柱在顶部和底部具有一销钉连接。
18．如权利要求16所述的系统，其特征在于第一层的反应框架各柱借助于可转动的柔性连接与地面相连。
19．如权利要求16所述的系统，其特征在于第一层的重力框架的各柱连接于地基隔离滚轮。
20．如权利要求16所述的系统，其特征在于该系统还包括位于重力框架和反应框架之间的风力引信。
21．用以缓冲诸如楼房或桥梁等建筑物中由外力导致的内力的一种方法，该建筑物具有一重力框架和至少一反应框架，该方法包括在该建筑物的反应框架和该建筑物的重力框架之间连接各弹簧；以及在该建筑物的反应框架和该建筑物的重力框架之间连接各能量消散单元。
22．如权利要求21所述的方法，其特征在于还包括选择该建筑物相对外力的所需的响应周期；依据所需的响应周期构制弹簧；选择由外力导致的该建筑物中所需的减震程度；以及依据所需的减震程度构制能量消散单元。
全文摘要
一种供楼房、桥梁等类似建筑物使用的地震能量消散系统,该系统具有一重力框架(40)、至少一反应框架(41)和连接重力框架和反应框架的连接装置。该连接装置具有用以设定响应周期的弹簧(30)和用以消散该建筑物(20)中能量的能量消散单元(31),由此控制一建筑物相对因外部激发例如风或地震所导致的内力、加速度和变形的响应。
文档编号E01D1/00GK1281525SQ98812094
公开日2001年1月24日 申请日期1998年10月16日 优先权日1997年10月20日
发明者史蒂文·B·逖平, 大卫·马 申请人:史蒂文·B·逖平, 大卫·马