牺牲型耗能伸臂桁架系统的制作方法

本实用新型涉及土木结构工程领域，尤其涉及一种牺牲型耗能伸臂桁架系统。

背景技术：

随着经济的发展，超高层建筑大量兴建已成为城市建设的主要趋势。多数超高层建筑采用了中间核心筒与外围框架柱相结合的结构，通过设置伸臂桁架来协调核心筒与框架柱间的受力和变形。在强烈地震作用下，为提高伸臂桁架的抗震性能相关技术中将普通支撑更换为耗能阻尼器，但由于耗能阻尼器较大的二次刚度特性，在该类耗能伸臂桁架进入屈服后造成结构内构件受力重分配，剪力墙受力增加并产生较大塑性破坏，很难实现震后的修复，进而造成严重的经济损失。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种牺牲型耗能伸臂桁架系统，所述伸臂桁架系统能够减少大震下剪力墙的塑性破坏，降低地震下结构的损伤

根据本实用新型的牺牲型耗能伸臂桁架系统，包括：设置于建筑中间的核心筒；设置于建筑外围的框架柱；设置在所述核心筒和所述框架柱之间的伸臂桁架，所述伸臂桁架包括：连接所述核心筒与所述框架柱的上弦杆；平行设置于所述上弦杆下方且连接所述核心筒与所述框架柱的下弦杆；倾斜设置于所述上弦杆与所述下弦杆之间的牺牲段；平行设置于所述牺牲段一侧的耗能段。

根据本实用新型的牺牲型耗能伸臂桁架系统，在小震、中震作用时，牺牲段与耗能段共同受力。在大震作用下，牺牲段受力断裂从而退出承受力，使得牺牲型耗能伸臂桁架系统刚度降低并通过耗能段实现集中、稳定的耗能。从而降低与之相连的剪力墙的受力，减少剪力墙的塑性破坏，进而实现对建筑中不易修复的关键构件的保护，有效降低地震后带来的经济损失。

另外，根据本实用新型的牺牲型耗能伸臂桁架系统还可以具有如下附加的技术特征：

根据本实用新型的一些实施例，所述牺牲段的两端分别与所述上弦杆及所述下弦杆相连，且所述牺牲段相对与竖直方向倾斜布置。

根据本实用新型的一些实施例，所述耗能段具有第一端和第二端，所述第一端与所述上弦杆固定连接，所述第二端与所述下弦杆固定连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述牺牲段和所述耗能段包括多组，每组的所述牺牲段分别与所述上弦杆和所述下弦杆相连，且每组的所述耗能段与所述牺牲段平行设置。

可选地，所述牺牲段和所述耗能段包括两组，所述上弦杆设有第一节点板，所述下弦杆的两端分别设有与所述核心筒相连的第二节点板和与所述框架柱相连的第三节点板，其中一组的所述牺牲段的两端分别与所述第一节点板和所述第二节点板相连，且另一组的所述牺牲段的两端分别与所述第一节点板和所述第三节点板相连。

根据本实用新型的一些实施例，所述牺牲段包括：

弹性支撑段，所述弹性支撑段与所述上弦杆相连；第一连接板，所述第一连接板与所述弹性支撑段相连；第二连接板，所述第二连接板与所述下弦杆相连且与所述第一连接板通过剪切螺栓相连。

可选地，所述第二连接板为两个且分别位于所述第一连接板的两侧。

根据本实用新型的一些实施例，所述伸臂桁架为钢结构。

根据本实用新型的一些实施例，所述伸臂桁架高度为一层或两层楼层高。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例的牺牲型耗能伸臂桁架系统的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的牺牲型耗能伸臂桁架系统的部分结构示意图；

图3是根据本实用新型实施例的牺牲型耗能伸臂桁架系统的牺牲段和节点板的结构示意图；

图4是根据本实用新型实施例的牺牲型耗能伸臂桁架系统的牺牲段和节点板的立体图。

附图标记：

100：牺牲型耗能伸臂桁架系统；

10：核心筒，11：剪力墙；

20：框架柱；

30：伸臂桁架，31：上弦杆，32：下弦杆，33：耗能段，34：牺牲段，341：弹性支撑段，342：第一连接板，343：第二连接板，344：剪切螺栓，35：第一节点板，36：第二节点板，37：第三节点板。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，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”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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。在本实用新型的描述中，“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。

在本实用新型中，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实用新型中的具体含义。

下面参考附图描述根据本实用新型实施例的牺牲型耗能伸臂桁架系统100。

结合图1-图4所示，根据本实用新型实施例的牺牲型耗能伸臂桁架系统100可以包括设置于建筑中间核心筒10、设置于建筑外围的框架柱20和设置在核心筒10和框架柱20之间的伸臂桁架30。

具体地，伸臂桁架30包括、连接核心筒10与框架柱20的上弦杆31、平行设置于上弦杆31下方且连接核心筒10与框架柱20的下弦杆32、倾斜设置于上弦杆31与下弦杆32之间的牺牲段34和平行设置于牺牲段34一侧的耗能段33。

换言之，如图1和图2所示，牺牲型耗能伸臂桁架系统100包括核心筒10、框架柱20和伸臂桁架30，其中核心筒10设置于建筑中间，框架柱20设置于建筑外围，伸臂桁架30设置于核心筒10及框架柱20之间。伸臂桁架30包括上弦杆31、下弦杆32、牺牲段34及耗能段33，下弦杆32平行设置于上弦杆31的下方，牺牲段34设置于上弦杆31和下弦杆32之间，且牺牲段34相对与竖直方向倾斜布置，耗能段33平行设置于牺牲段34一侧，耗能段33设置于上弦杆31和下弦杆32之间，并相对与竖直方向倾斜设置。

具体地，核心筒10包括多个剪力墙11，伸臂桁架30还包括多个与剪力墙11或框架柱20连接的节点板，及与上弦杆31连接的节点板。节点板伸入剪力墙11以固定在剪力墙11上。牺牲段34的一端与耗能段33的一端均与节点板固定连接，例如通过焊接和/或螺栓连接，牺牲段34与耗能段33另一端与节点板固定连接，例如通过焊接和/或螺栓连接。

伸臂桁架30与核心筒10刚接以保证核心筒10在地震时将水平地震力通过伸臂桁架30转化为轴力施加到建筑外围的框架柱20。伸臂桁架30在传递地震能时受力以剪切力为主。其中伸臂桁架30的剪切力主要集中在牺牲段34及耗能段33上，耗能段33通过拉、压屈服消耗地震的传递的能量。其中牺牲段34在受到一定作用力时，容易发生断裂从而退出受力，使得力主要集中在耗能段33上。

由此，根据本实用新型实施例的牺牲型耗能伸臂桁架系统100，在小震、中震作用时，牺牲段34与耗能段33共同受力。在大震作用下，牺牲段34受力断裂从而退出承受力，使得牺牲型耗能伸臂桁架系统100刚度降低并通过耗能段33实现集中、稳定的耗能。从而降低与之相连的剪力墙11的受力，减少剪力墙11的塑性破坏，进而实现对建筑中不易修复的关键构件的保护，有效降低地震后带来的经济损失。

如图1所示，伸臂桁架30在建筑的高度方向可设置一道或多道，建筑设置多道伸臂桁架30后，建筑的整体刚度得到较大的提高，从而可提高建筑的抗震能力。建筑高度方向设置的某道伸臂桁架30中包括多个伸臂桁架30，多个伸臂桁架30布置在建筑的周围以连接建筑中心的核心筒10及建筑外围的框架柱20。伸臂桁架30不仅可以提高建筑的整体性，减少建筑的水平侧移，而且可以对震动进行缓冲，避免建筑受损。

在本实用新型的一些实施例中，牺牲段34的两端可分别与上弦杆31及下弦杆32相连，且牺牲段34相对与竖直方向倾斜布置，从而有利于牺牲段34和耗能段33的设置，也能够保证牺牲段34和耗能段33的受力程度。

在本实用新型的一些示例中，耗能段33具有第一端和第二端，第一端与上弦杆31固定连接，第二端与下弦杆32固定连接。换言之，耗能段33的两端分别与上弦杆31和下弦杆32固定相连且相对于竖直方向倾斜布置。耗能段33平行设置于牺牲段34的一侧，例如，如图2所示，耗能段33可平行设置于牺牲段34的上方。这样，在小震或中震时，耗能段33与牺牲段34共同受力且牺牲段34和耗能段33的受力可保持一致，能够提高伸臂桁架30的受力程度，而且在大震时，牺牲段34被破坏而退出受力，也使得耗能段33能够受力更加集中、稳定。

在本实用新型的一些实施例中，牺牲段34和耗能段33可以包括多组，每组的牺牲段34分别与上弦杆31和下弦杆32相连，且每组的耗能段33与牺牲段34平行设置。换言之，上弦杆31和下弦杆32之间可设置多个牺牲段34和耗能段33，多个牺牲段34和多个耗能段33一一对应以形成多组，其中每组的牺牲段34和耗能段33平行设置，通过设置多组牺牲段34和耗能段33，从而能够提高建筑的整体刚度，进而提高建筑的抗震能力，同时，在发生大震时，也能够更好地保护不易修复的构件，以减小建筑的损坏，提高建筑的抗震能力和安全性。

在本实用新型的一些实施例中，牺牲段34和耗能段33可以包括两组，上弦杆31设有第一节点板35，下弦杆32的两端分别设有与核心筒10相连的第二节点板36和与框架柱20相连的第三节点板37，其中一组的牺牲段34的两端分别与第一节点板35和第二节点板36相连，且另一组的牺牲段34的两端分别与第一节点板35和第三节点板37相连。

换言之，伸臂桁架30可以包括两个牺牲段34和耗能段33，两个耗能段33和两个牺牲段34分别对应设置，两个牺牲段34的一端均与第一节点板35相连，两个牺牲段34中的一个牺牲段34的另一端与第二节点板36相连，两个牺牲段34中的另一个牺牲段34的另一端与第三节点板37相连。

在如图2所示的示例中，第一节点板35设在上弦杆31的中心处，第二节点板36设在剪力墙11与下弦杆32的连接处，第三节点板37设在框架柱20与下弦杆32的连接处，这样，两组的耗能段33和牺牲段34的上端均与第一节点板35相连，其中一组的牺牲段34和耗能段33的下端与第二节点板36相连，且另一组的耗能段33和牺牲段34的下端与第三节点板37相连，两组耗能段33和牺牲段34形成为大体八字形成，从而能够进一步地提高牺牲型耗能伸臂桁架系统100的整体结构强度和抗震能力。

在本实用新型的一些实施例，如图3和图4所示，牺牲段34可以包括弹性支撑段341、第一连接板342和第二连接板343，弹性支撑段341与上弦杆31相连，第一连接板342与弹性支撑段341相连，第二连接板343与下弦杆32相连且与第一连接板342通过剪切螺栓344相连。具体地，弹性支撑段341的一端通过节点板与上弦杆31固定连接，弹性支撑段341的另一端与第一连接板342固定，第二连接板343的一端通过节点板与下弦杆32固定连接，第二连接板343的另一端与第一连接板342通过剪切螺栓344相连。由此，牺牲段34中剪切螺栓344在设计荷载作用下迅速断裂，保证伸臂桁架30为结构中的主耗能构件，减少不易修复的关键构件即剪力墙11的塑性破坏，降低地震后带来的经济损失。牺牲段34采用钢结构的形式并且安装剪切螺栓344，如此，剪切断裂后可以快速更换，以减少地震后带来的经济损失，进一步地，牺牲段34的各个零部件的材料可相同以保证制造时焊接的工艺性。

可选地，第二连接板343为两个且分别位于第一连接板342的两侧。如图4所示，两个第二连接板343与第一连接板342均通过剪切螺栓344相连，通过两个第二连接板343与第一连接板342一方面使得第一连接板342的两侧受力更加均匀，更加稳定，另一方面通过剪切螺栓344与第二连接板343相连，也能够保证在牺牲段34在大震时断裂以退出受力。

在本实用新型的一些实施例中，伸臂桁架30可以为钢结构。伸臂桁架30采用钢结构形式可以在减少制造用料的同时仍然可以保持很高的弹性，并且对冲击载荷、地震及台风具有很好的抵抗力和适应性。进一步地，伸臂桁架30的材料可以使用屈服强度较大的钢材(例如Q345)以提高自身的弹性，从而保证伸臂桁架系统100的抗震能力。

在某些实施方式中，伸臂桁架30高度可以为一层或两层楼层高。制造伸臂桁架30时，将所需的材料运至现场后制造，考虑到伸臂桁架30的性能及制造工艺性，一层或两层楼层高的伸臂桁架30在保证伸臂桁架30性能的情况下可降低伸臂桁架30的制造成本。

在本实用新型中，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。

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实用新型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。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。