CN101316973A - 叉形构造阻尼器及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

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、桥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
使用诸如钢筋混凝土剪力墙、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。由于这种低固有阻尼，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，提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被动系统(例如辅助阻尼器和减震器)以及主动系统。
当前，被动辅助阻尼器(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被启动。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，其中横向变形的初始模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模式时，它们在有限的频率范围内起作用。
主动系统需要外部电源、驱动力以及大量硬件和软件控制系统。因此，对于设计和实施来说它们是费用浩大的，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，该阻尼系统提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行板。该第一组适合于在一个端部处连接至一个墙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横向变形，没有撕裂或以其他方式永久变形，同时具有消耗从横向变形中所吸收的能量的能力。当两个墙相对于彼此移动(例如在疾风中)时，通过由于板相对于彼此相对位移而引起的板组之间的耗能材料的启动，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：第一组一个或多个板，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，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，该连接装置包括耗能材料。
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，将这两组板连接至位于该结构的确定水平面下的相同平面内的两个不同的抗横向载荷件(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任一端部或两个端部处来延伸它的长度以适应抗横向载荷件之间的距离。
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，该方法包括以下步骤：在结构的两个相邻抗横向载荷结构件之间设置至少一个如上所述的阻尼系统。
根据本发明的另一方面，提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。
附图说明
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；
图1B是典型建筑物中的结构钢刚性构架的侧视图；
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；
图1D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；
图2A是高层建筑物中的两个剪力墙的侧视图，其中所公开的本发明连接在墙之间；
图2B是高层建筑物中的结构钢刚性构架的侧视图，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视图，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视图(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视图(正交图和平面图)，其中阻尼器连接在两个剪力墙之间；
图5是本发明的一个实施例的一对视图(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技术的实例，即，使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，而没有提供任何有意义的阻尼。
参照图1A，利用钢筋混凝土剪力墙114的结构110具有位于剪力墙114之间的开口112中的混凝土连接梁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，该组合结构具有由开口146隔开并由连接梁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10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接梁(116、128、134、144)或侧部支撑件(126、148)。由于阻尼器10仅仅取代了连接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变形并对该系统提供附加阻尼。
以不同的方式参照图3至图5，阻尼装置10包括第一组钢板310，第一组钢板与第二组的一个或多个类似钢板312呈交指型设置并且通过耗能材料插入层320而与该第二组钢板连接，该耗能材料插入层借助于粘合剂层牢固地粘着于第一组钢板。通过将两组板的与连接端相对的端部埋入一对邻接的抗横向载荷件中或通过以紧固的方式将该端部拧紧到墙上，而使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之间的耗能材料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，当连接有该耗能材料的抗横向载荷件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公开了根据本发明的阻尼装置10的另一实施例，并且该阻尼装置包括第一组的四个板410，如图3中一样，这四个板通过更大的、矩形截面的耗能材料420连接至第二组的五个板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使其阻尼效果最大化。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公开了阻尼系统10的构造，其中阻尼器510的耗能部分被独立地构成接着被连接至刚性延伸件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的连接梁616是变形的，阻尼系统10也是一样。
因此，本发明的优选实施例利用两个或更多个抗横向载荷结构件(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提供附加阻尼。
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提供了一种阻尼系统，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提供对传统阻尼系统的简便取代。
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)对本领域技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将本发明限制为所披露的精确形式。多种改进和变化可以根据上面的教导进行并将对本领域技术人员来说是显而易见的。例如，虽然构成第一和第二组的板已经被描述为由钢制成，但是可以使用足够刚硬的任何材料(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择。本发明的范围旨在不由此描述限定，而是由随后的权利要求所限定。

Claims (8)

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，并且所述第二组板中的每个板又连接至所述第二组板中的每一其他板。
4.根据任一项前述权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。
5.一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，第二抗载荷结构件被定位成邻接于所述第一抗载荷结构件，
其中，所述阻尼系统包括：第一组板，所述第一组板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。
7.一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，系统包括：
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；
以及连接装置，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。
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