专利名称：叉形构造阻尼器及其使用方法
技术领域：
本发明涉及用于建筑物、才乔梁和其他结构的阻尼系统的领域。 尤其是，本发明涉及一种新构造的阻尼器，该阻尼器用于使结构的 经历相对移动和变形的两个部件互相连接，当该整体结构遭受负载 状态时，该阻尼器提高阻尼水平。在结构系统中处于动力负载的情 况下，新构造的阻尼器有助于控制位移、速度和加速度。
背景技术：
-使用诸如钢筋混;疑土剪力纟啬、结构钢刚性构架、结构钢或钢筋 混凝土力矩框架或其组合等典型建筑部件的现代建筑物具有低的 固有阻尼特性。由于这种^氐固有阻尼，所以尤其是高层建筑物趋向 于易受由动力载荷导致的过大震动的影响。过大的加速度和扭转速 度可以导致居住者不适，同时过大的位移可以导致对非结构部件和 结构部件的损害。为此，^是供辅助的阻尼源以控制这些过大震动并 减轻整个建筑物对动力载荷的反应是有利的。当前用于在这些结构中控制位移、速度和加速度的有效系统包 括:帔动系统(例如辅助阻尼器和减震器)以及主动系统。当前，；故动辅助阻尼器(例如滞后阻尼器、粘性阻尼器和粘弹性阻尼器)被用于典型刚性构造中并且在轴向变形的情况下#皮启 动。虽然这在对于一些结构性构造(其中在这种典型刚性构造下支 撑部件经历显著的轴向变形)增加阻尼方面可以是有效的，但是它们对其他结构系统(例如高层建筑物，其中坤黄向变形的初始才莫式不 会在典型支撑部件中引起足以启动这些阻尼器的轴向变形)是较少 有效的。为了将变形增加到足够启动阻尼器的程度，使用了利用肘 节式支撑件或剪式支撑件来放大位移的特殊构造。还使用减震器(例如调质阻尼器(TMD )和调液阻尼器(TLD )) 来减小这些结构的变位、速度和加速度。它们通常包括设置在建筑 物顶楼上的机械震动系统以便使它们的效果最大化。除了设计和建 造均是费用浩大的之外，这还具有耗尽建筑物内若干最有价值的不 动产的缺点。此外，当必须将它们调到单一震动才莫式时，它们在有 限的频率范围内起作用。主动系统需要外部电源、驱动力以及大量石更件和^:件控制系 统。因此，对于i殳计和实施来i兌它们是费用浩大的，并且容易受断 电或控制系统故障的影响。发明内容本发明的一个目的在于，提供一种用于结构的新的阻尼系统， 该阻尼系统克服了现有系统的至少一个缺点。尤其是，本发明的一 个目的在于，该阻尼系统才是供了对结构的附加阻尼。一方面，本发明提供了 一种用于设置在建筑物等的抗横向载荷 结构(如墙)之间的阻尼系统，该阻尼系统包括多组呈交指型设置 的平4于一反。该第一组适合于在一个端部处连^姿至一个纟啬并适合于在 其另一端部处与第二组合作。同样，该第二组适合于连接至第二个 墙。耗能材料介于相应板组的构件之间。合适的耗能材料是本领域 已知的并包括如下材料，所述材料具有足够强度以经受住结构中出现的片黄向变形，没有扭斤裂或以其4也方式7ic久变形，同时具有消^毛乂人 才黄向变形中所吸收的能量的能力。当两个墙相对于^皮此移动(例如在疾风中)时，通过由于一反相对于;f皮此相对位移而引起的4反组之间
的 一毛能材津+的启动，来抑制墙的沿两个正交方向的平面内相对变形。
因此，根据本发明的一个方面，提供了一种用在结构中的阻尼
系统，该阻尼系统包括第一组一个或多个々反，通过连接装置连接 至第二组一个或多个板；第一组板，所述第一组板具有适合于接合 到结构内的第一抗载荷结构件的第一端部；第二组才反，所述第二组 板具有适合于接合到所述结构内的第二抗载荷结构件的第二端部， 邻接于所述第一抗载荷结构件定位所述第二抗载荷结构件；以及用 于将第一组板连接至第二组的板的连接装置，该连4妄装置包括耗能 材料。
优选地，这两组板包括多个基本上平行的、隔开的板，第一组 板与第二组板呈交指型设置。同样优选地，将这两组^反连^妻至位于 该结构的确定7K平面下的相同平面内的两个不同的抗^黄向载^，件 (形成部分力矩框架的剪力墙、钢条或钢柱)的两个相对端部。延 伸件可以用在阻尼器的4壬一端部或两个端部处来延伸它的长度以 适应抗一黄向载荷件之间的3巨离。
根据本发明的另 一方面，提供了 一种增大结构中的阻尼的方 法，该方法包4舌以下步,骤在结构的两个相邻^^黄向载^^结构〗牛之 间设置至少 一个如上所述的阻尼系统。
才艮据本发明的另一方面，l是供一种具有增大的阻尼的结构，该 结构包括至少一个如上所述的阻尼系统。
根据下面参照附图对本发明的详细描述，本发明的其他和进一 步的优点和特征将对本领域技术人员显而易见。
现在将参照附图仅通过实例来详细描述本发明，在附图中相同
参考标号表示相同部件，其中
图1A是典型建筑物中的连接剪力墙的侧视图IB是典型建筑物中的结构钢刚性构架的侧一见图1C是典型建筑物中的结构钢或钢筋混凝土力矩框架的侧视
图ID是典型建筑物中的抗横向载荷系统、结构钢刚性构架和 钢筋混凝土剪力墙的组合的侧视图2A是高层建筑物中的两个剪力墙的侧视图，其中所7>开的 本发明连4姿在墙之间；
图2B是高层建筑物中的结构钢刚性构架的侧^f见图，其中所公 开的本发明连接在刚性构架之间；
图2C是高层建筑物中的结构钢或钢筋混凝土力矩框架的侧一见 图，其中所公开的本发明的一个实施例连接在抗力矩框架之间；
图2D是高层建筑物中的连接于钢筋混凝土剪力墙的抗横向载 荷系统、结构钢刚性构架的组合的侧视图，其中所公开的本发明的 一个实施例连接在钢刚性构架与混凝土剪力墙之间；
图3是本发明的构造的一系列一见图(正交图、局部图、平面图、 和侧视图)，该构造包括连接于五个钢板的四个钢板和夹入其间的 四层高阻尼材料；图4是具有所提议的锚定系统的耗能材料的替换构造和连接区 构造的实例的一对—见图(正交图和平面图)，其中阻尼器连4妄在两
个剪力^啬之间；
图5是本发明的一个实施例的一对—见图(正交图和平面图)， 其中可选的延伸件用于形成阻尼系统以连接在两个剪力墙之间；以 及
图6是经历变形的两个剪力墙的正交视图，其中所公开的本发 明连接在墙之间。
具体实施例方式
现在参照图1A至图1D,其中示出了用于构筑中层和高层建筑 物的现有才支术的实例，即，4吏用钢筋混凝土剪力墙110 (图1A)、 结构钢刚性构架120 (图1B)、结构钢或钢筋混凝土力矩框架130 (图1C)以及其组合140 (图1D)的实例。当建筑物遭受风或地 震载荷时，连接梁(116、 128、 134、 144)或侧部支撑件(126、 148)变形，而没有一是供任何有意义的阻尼。
参照图1A,利用钢筋混卩疑土剪力墙114的结构110具有位于剪 力墙114之间的开口 112中的混凝土连4妄梁116。类似地，如图1B 中所示，利用钢柱124和钢条126的结构120具有位于柱124之间 的开口 122中的钢连接梁128。图1C中示出了仅仅包括柱132和 开口 136中的连接梁134的替换钢结构130。图1D中示出的最后 的结构是组合结构140,该《且合结构具有由开口 146隔开并由连4妄 梁144连接的混凝土剪力墙142与钢柱150及钢条148。
在图2A至图2D中，本文所描述的通常用IO表示的本发明的 一个实施例的阻尼系统或阻尼器取^代了在图1A至图1D中示出的结构的一个或多个连4妄梁(116、 128、 134、 144)或侧部支撑件(126、 148)。由于阻尼器10 <又<又耳又代了连4妾梁或侧部支撑件并且装配在 否则由连接梁或横向支撑件占据的区域内，因此这样做不会浪费内 部空间。在这种情况下，当建筑物遭受动态的风或地震载荷时，阻 尼器10变形并对该系统4是供附加阻尼。
以不同的方式参照图3至图5，阻尼装置10包4舌第一组钢板 310,第一组钢一反与第二组的一个或多个类似、钢4反312呈交指型i殳 置并且通过一€能材并牛插入层320而与该第二组钢才反连4妻，该库毛能材 泮牛插入层借助于粘合剂层牢固地粘着于第一组钢才反。通过将两组4反 的与连"l妻端相对的端部i里入 一 对邻4妄的抗4黄向载荷件中或通过以 紧固的方式将该端部拧紧到墙上，而4吏端部在结构上与这对邻接的 抗横向载荷件330 (即，混凝土剪力墙)相接合。板310、 312足够 刚硬以i^更向建筑物提供必需的结构完整性，并且Y更于跟随抗一黄向载 荷件330的移动，由此加强抗横向载荷件330的两个端部之间的差 动行程，该差动行程又剪切两组板310、 312之间的库毛能材料320。 图3公开了包括连接至五个板312的四个板310的阻尼系统的构造 的一个实例。通过耗能材料板320将四个板310连接至五个板312。 存在八层耗能材料320,当连接有该库C能材料的抗一黄向载荷件330 经历横向变形时，这八层耗能材料经历剪切变形。
所使用的耗能材料320是高阻尼橡胶或高阻尼粘弹性材料或能 够耗能(或者与位移有关的能量，或者与速度有关的能量)的任何 其他材料。
图4公开了才艮据本发明的阻尼装置10的另一实施例，并且该 阻尼装置包4舌第一组的四个4反410,如图3中一才羊，这四个^反通过 更大的、矩形截面的库毛能材并牛420连4妄至第二组的五个纟反412。所 使用的板在数量上的变化、以及耗能材料的长度、宽度、厚度和形 状可以用于将阻尼系统调整为适合于具体应用以卩吏其阻尼岁文果最大化。此外，图4公开了用于将阻尼系统10锚定到抗横向载荷件
430上的、位于板412的一个端部上的锚定系统414。
图5 7>开了阻尼系统10的构造，其中阻尼器510的l毛能部分 被独立地构成接着^皮连4妻至刚性延伸件520，该刚性延伸件又被构 造成随后(例如在建筑场地上)在结构上与抗横向载荷件530相接 合。在示出的该构造中，将板成组地连接在一起以便连接至刚性延伸件。
图6公开了一种经历横向变形的结构610。连接剪力墙614的 连4妻梁616是变形的，阻尼系统10也是一才羊。
因此，本发明的优选实施例利用两个或更多个抗碎黄向载荷结构 件(与其组成无关)之间的沿两个正交方向的平面内相对变形来4是 供附加阻尼。
与现在的阻尼系统相比，提供了 一种比较便宜的阻尼系统。
多个优选实施例进一步才是供了 一种阻尼系统，该阻尼系统不需 显著改变即能够被设置到该阻尼系统将被设置于其中的建筑物结 构的建筑和结构构造上，并且其是容易构造的并4是供对传统阻尼系 统的简使JF又4戈。
虽然本文所描述的本发明的实施例涉及遭受诸如风载荷、地震 载荷、以及爆破载荷等横向载荷的建筑物，但本发明的其他有利应 用(包括但不限于其他结构)对本领域冲支术人员将是显而易见的。
在此结束本发明的当前优选实施例的描述。已经给出的前述描 述是用于解释的目的，并且不应认为是无遗漏的或用来一夺本发明限 制为所披露的精确形式。多种改进和变化可以才艮据上面的教导进行并将对本领域:技术人员来it是显而易见的。例如，虽然构成第一和 第二组的玲反已经被描述为由钢制成，但是可以使用足够刚石更的任何 材料(例如其他金属和合金、高强度树脂增强复合材料等等)，以 便向建筑物提供必需的结构完整性并且便于跟随抗横向载荷件(如 墙或梁)的移动。另外，耗能材料可以选自多种多样的材料，例如
天然或合成橡胶(SBR、聚丁二烯、丁基合成橡胶等)，这是本技术
领域内的选4奪。本发明的范围旨在不由此描述限定，而是由随后的 斥又利要求所限定。
权利要求
1.一种使用于结构中的阻尼系统，所述阻尼系统包括a)第一组板，所述第一组板具有适合于接合到所述结构内的第一抗载荷结构件的第一端部；b)第二组板，所述第二组板具有适合于接合到所述结构内的第二抗载荷结构件的第二端部，所述第二抗载荷结构件被定位成邻接于所述第一抗载荷结构件；c)连接装置，用于将所述第一组板连接至所述第二组板，其包括耗能材料。
2. 根据权利要求1所述的阻尼系统，其中，每个所述组板包括多 个基本平行的、隔开的板，所述第一组板与所述第二组板呈交 指型设置。
3. 根据任一项前述权利要求所述的阻尼系统，其中，所述第一组 板中的每个板又连接至所述第一组板中的每一其他板，并且所 述第二组4反中的每个板又连接至所述第二组板中的每一其他板。
4. 根据任一项前述^L利要求所述的阻尼系统，其中，所述第一端 部包括适合于连接至所述第一抗载荷结构件的刚性延伸件。
5. —种增大结构中的阻尼的方法，所述方法包括a)在第一抗载荷结构件与第二抗载荷结构件之间插入至 少一个阻尼系统，第二抗载4苛结构件#皮定4立成邻4妻于所述第一 抗载荷结构件，其中，所述阻尼系统包4舌第一组—反，所述第一组—反具 有适合于接合到所述第一抗载荷结构件的第一端部；第二组 板，所述第二组板具有适合于接合到所述第二抗载荷结构件的第二端部；并且所述第一组板通过耗能材料连接至所述第二组板。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述插入步-骤包括在所述 结构的每一层插入至少 一 个阻尼系统。
7. —种具有增大的阻尼的结构，所述结构包括第一抗载荷结构件；邻接于所述第一抗载荷结构件定位的第二抗载荷结构件；至少一个阻尼系统，系统包^舌第一组板，所述第一组板具有适合于与所述结构内的所 述第一抗载荷结构件相接合的第一端部；第二组板，所述第二组板具有适合于与所述结构内的所 述第二抗载荷结构件相接合的第二端部；以及连4妄装置，所述连接装置用于将所述第一组板连接 至所述第二组板，所述连接装置包括耗能材料。
8. 根据权利要求7所述的结构，其中，所述结构在所述结构的每 一层中包括至少一个所述阻尼系统。
全文摘要
本发明公开了一种新的构造的阻尼器，该构造阻尼器用于使结构的经历相对运动和变形的两个部件互相连接，当该整体结构遭受载荷状态时，该构造阻尼器提高阻尼水平。在结构系统处于动态负载的情况下，新的构造阻尼器有助于控制位移、速度和加速度。
文档编号E04H9/02GK101316973SQ200680040409
公开日2008年12月3日 申请日期2006年6月16日 优先权日2005年10月26日
发明者伊万·本茨, 康斯坦丁·赫里斯托普洛斯, 肖恩·史密斯, 蒂博尔·科考伊, 迈克尔·柯林斯, 迈克尔·蒙哥马利, 阿迦·哈桑 申请人:优乐仕合伙公司;康斯坦丁·赫里斯托普洛斯;迈克尔·蒙哥马利;肖恩·史密斯