CN103328736A

CN103328736A - 用于阻尼建筑结构中的振动的联接构件

Info

Publication number: CN103328736A
Application number: CN2012800049411A
Authority: CN
Inventors: C·克瑞斯托普罗斯; M·蒙哥马利
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2032-01-11
Also published as: EP2663699A1; JP5940516B2; EP2663699A4; JP2014095287A; JP2014507577A; KR101936186B1; CN103328736B; US20130283709A1; US8881491B2; JP5941927B2; KR20140040089A; EP2663699B1; CA2820820C; WO2012094756A1; CA2820820A1; HK1189918A1

Abstract

本发明提供一种建筑结构，该建筑结构包括从地面延伸的多个竖直构件，竖直构件中的至少第一个由联接构件连接到竖直构件中的第二个，联接构件包括阻尼构件以用于阻尼由于施加到建筑结构的横向负荷引起的第一竖直构件和第二竖直构件之间的相对运动所导致的建筑结构中的振动。阻尼构件由于竖直构件的相对运动经历变形，导致阻尼材料剪切触发。第一保险构件和第二保险构件中的至少一个分别连接到阻尼构件的第一端部和第二端部中的至少一个。保险构件从材料选择成并且另外尺寸确定成和尺度确定成当阻尼构件由于在预定负荷限度之下的负荷而经历变形时呈现出半刚性特征并且当负荷超过预定负荷限度时经历变形而保险构件和阻尼构件中的负荷没有显著增加，使得防止阻尼构件变形超过它的预定变形限度，并且因此避免发生将减小其为结构提供阻尼的能力的任何损坏。也提供第一连接装置和第二连接装置以用于将第一保险构件和第二保险构件分别刚性地连接到第一竖直构件和第二竖直构件。

Description

用于阻尼建筑结构中的振动的联接构件

本申请要求2011年1月14日提交的美国临时申请第61/432,631号的优先权，上述申请的内容通过引用完整地被合并于本文中。

技术领域

本发明总体上涉及建筑结构的领域，并且更具体地，涉及用于建筑结构中的振动阻尼机构。

背景技术

使用诸如钢筋混凝土剪力墙、结构钢支撑框架、结构钢或钢筋混凝土抗弯框架或它们的组合的典型建筑构件的现代建筑具有随着建筑高度减小的低固有阻尼性质。由于该低固有阻尼，特别是高层建筑倾向于受到由动态负荷导致的过度振动。过度加速和扭转速度可以导致居住者不适，而过度位移可以导致非结构和结构构件的损坏。由于该原因，有利的是提供附加阻尼源以控制这些过度振动并且减小对动态负荷的总建筑响应。这些动态负荷可以包括由风力负荷和地震负荷两者产生的动态负荷。

用于控制这样的结构中的位移、速度和加速的目前可用的系统由诸如辅助阻尼器和减振器的被动系统以及主动系统组成。

诸如滞后、粘性和粘弹性阻尼器的被动辅助阻尼器目前用于典型的支撑构造中并且在轴向变形下触发。尽管这对于增加一些结构性构造的阻尼是有效的，其中在该典型支撑构造下支撑构件受到显著的轴向变形，但是它们对于其它结构系统、如通常用于高层建筑中的结构系统不太有效，其中横向变形的主要模式不导致典型支撑构件中的足够轴向变形以有效地触发这样的阻尼器。为了将变形增加到足以触发阻尼器的程度，使用肘形撑件或剪式撑件来放大位移的特定构造已被采用。

诸如调谐质量阻尼器（TMD）和调谐液体阻尼器（TLD）的减振器也用于在风力负荷期间减小这样的结构的偏转、速度和加速度。它们典型地由插入建筑的顶层上的机械振动系统组成以便最大化它们的效能。除了设计和建造昂贵之外，它还具有的缺点是耗尽了建筑内的最有价值的财产。它们也在有限的频率范围内起作用，原因是它们必须被调谐到单一振动模式。

主动系统需要外部电源、致动力以及大量的硬件和软件控制系统。因此，它们在设计和实现上昂贵，并且易受控制系统的断电或故障的影响。

在2006年6月16日提交的、名称为“叉式构造阻尼器及其使用方法（Fork Configuration for Dampers and Method of Using Same）”的PCT申请第PCT/CA2006/000985号中提出了现有系统的上述问题的一个解决方案。该申请中的系统提供一种用于建筑中的阻尼系统的构造，该构造用于互连受到相对于彼此的相对运动的结构的两个构件。‘985申请的阻尼系统公开了固定到被提供用于抵抗横向负荷的第一大体竖直延伸结构构件的第一组板和固定到被提供用于抵抗横向负荷的第二大体竖直延伸结构构件的第二组板。竖直延伸结构构件例如可以是墙、柱、框架或建筑中的其它竖直构件。第一和第二组板均包括多个大致平行的、间隔开的板构件，所述板构件布置成使得第一组板的板构件与第二组板的板构件相互交错。提供阻尼材料以将第一组板联接到第二组板。以该方式，当竖直延伸结构构件由于横向负荷施加到建筑而受到相对于彼此的相对运动时，第一和第二组板在竖直剪切运动中位移并且用于经由抵抗板相对于彼此的位移的能量耗散材料阻尼结构中的振动。

尽管该系统提供对现有阻尼系统的明显改进，但是在极端风力负荷和/或地震负荷的情况下，作用于阻尼系统的变形可能使系统超负荷，导致可能使阻尼器对于随后的负荷循环无效的非期望故障。因此，在超过阻尼系统的预期变形状态的这些极端负荷条件的情况下，韧性更大的鲁棒响应将是有利的。另外在极端事件之后难以修理或替换阻尼系统。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供一种建筑结构，所述建筑结构包括从地面延伸的多个竖直构件，所述竖直构件中的至少第一个由联接构件连接到所述竖直构件中的第二个，所述联接构件包括阻尼构件以用于阻尼由于施加到所述建筑结构的横向负荷引起的所述第一竖直构件和所述第二竖直构件之间的相对运动所导致的所述建筑结构中的振动。优选地，所述阻尼构件中的第一组板和第二组板在竖直剪切运动中移位并且用于经由抵抗所述板相对于彼此的位移的能量耗散材料阻尼所述结构中的振动。第一保险构件（fuse member）和第二保险构件中的至少一个分别连接到所述阻尼构件的第一端部和第二端部中的至少一个。所述保险构件从材料选择成并且另外尺寸确定成和尺度确定成当所述阻尼构件由于在预定负荷限度之下的负荷而经历变形时呈现半刚性特征并且当负荷超过所述预定负荷限度时经历变形，使得防止所述阻尼构件在它的预定变形限度之上变形。也提供第一连接装置和第二连接装置以用于将所述第一保险构件和所述第二保险构件分别刚性地连接到所述第一竖直构件和所述第二竖直构件。这些横向负荷导致阻尼系统中的剪切负荷。因此，保险构件设计成使得当达到阻尼构件中的预定剪切负荷时触发保险构件。

根据该实施例的一个方面，所述阻尼构件包括第一组和第二组两个或更多个板，以及布置在所述板组中的每个板之间的阻尼材料，其中所述第一组中的板与所述第二组中的板相互交错，并且在大致平行于地面的方向上彼此间隔。

根据该实施例的另一方面，所述阻尼材料包括粘弹性材料；当所述板组中的每个板在所述阻尼材料的阻力下在竖直方向上移位时随着所述阻尼构件受到剪切变形而所述阻尼构件阻尼振动。

根据该实施例的另一方面，所述预定负荷限度被选择在这样的负荷限度处，在所述负荷限度之下发生损坏事故，其中损坏事故选自下列的组，该组包括：所述阻尼材料的撕裂、所述阻尼材料从所述板组中的板脱离、所述板组中的板的故障、用于连接所述板组的装置的故障、焊缝的故障、所述连接装置的故障以及它们的组合。也可以预料其它故障模式，包括阻尼系统所连接的构件或阻尼构件所连接的竖直结构构件的故障。

根据该实施例的另一方面，所述保险构件中的至少一个或两个包括梁部分。

根据该实施例的另一方面，所述保险构件中的至少一个或两个包括梁部分和功能地连接到所述梁部分的加劲件部分，其中当负荷超出所述预定负荷限度时所述加劲件部分适合于稳定所述梁部分。

根据该实施例的另一方面，所述梁部分包括减小的梁截面。

根据该实施例的另一方面，所述加劲件部分包括加强构件，所述加强构件连接到所述梁部分并且与地面平行布置以抵抗所述梁部分中的挠曲力稳定所述梁部分。

根据该实施例的另一方面，所述加劲件部分包括至少一个加强构件，所述至少一个加强构件连接到所述梁部分并且与所述竖直构件平行布置以抵抗所述梁部分中的剪切力稳定所述梁部分。

根据该实施例的另一方面，所述第一连接装置和所述第二连接装置中的至少一个包括端板，所述端板适合于连接到锚固到所述竖直构件的板。

根据该实施例的另一方面，所述端板由可拆卸和可替换紧固件连接到所述板。

根据该实施例的另一方面，提供板材构件，所述板材构件附连到所述第一竖直构件和所述第二竖直构件的每一个，并且在竖直方向上与所述联接构件间隔。

根据该实施例的另一方面，提供附连到所述阻尼构件的顶表面的一个或多个静态刚度增加结构构件。

根据该实施例的另一方面，所述静态刚度增加结构构件包括钢板。

根据本发明的另一实施例，提供一种用于阻尼由施加到建筑结构的横向负荷导致的振动的方法，所述方法包括提供阻尼构件以用于阻尼由于施加到所述建筑结构的横向负荷引起的第一竖直构件和第二竖直构件之间的相对运动所导致的所述建筑结构中的振动，该阻尼通过能量耗散材料来产生，该能量耗散材料通过第一组钢板相对于第二组钢板经历变形而变形；提供分别连接到所述阻尼构件的第一端部和第二端部中的至少一个的至少一个保险构件；所述保险构件从材料选择成并且另外尺寸确定成和尺度确定成当所述阻尼构件由于在预定负荷限度之下的负荷而经历变形时呈现出半刚性特征并且当负荷超过所述预定负荷限度时经历变形，使得防止所述阻尼构件在它的预定变形限度之上变形；以及将所述第一保险构件和所述第二保险构件分别刚性地连接到所述第一竖直构件和所述第二竖直构件。这些横向负荷导致阻尼系统中的剪切负荷。因此，保险构件设计成使得当达到阻尼构件中的预定剪切负荷时触发保险构件。

根据该实施例的一个方面，所述阻尼构件包括在大致平行于地面的方向上彼此间隔的一组两个或更多个板，以及布置在所述板组中的每个板之间的阻尼材料。

根据该实施例的另一方面，所述保险构件中的至少一个或两个包括梁部分和功能地连接到所述梁部分的加劲件部分，其中所述保险构件适于在所述阻尼构件达到所述预定负荷限度时触发，并且其中所述梁部分适于在所述阻尼构件达到所述预定负荷限度时经历变形。

根据该实施例的另一方面，所述梁部分包括减小的梁截面。

根据该实施例的另一方面，所述加劲件部分包括加强构件，所述加强构件连接到所述梁部分并且与地面平行布置。

根据该实施例的另一方面，所述加劲件部分包括至少一个加强构件，所述至少一个加强构件连接到所述梁部分并且与所述竖直构件平行布置。

附图说明

现在将仅仅通过例子参考附图描述实施例，其中：

图1是用于建筑结构中的现有技术阻尼构件的透视图。

图2A和2B是前视和仰视图，分别显示根据本发明的一个实施例的联接构件。

图2C是图2A和2B的联接构件的透视图。

图2D是包括可选的静态刚度增加构件的图2A和2B的联接构件的前视图。

图3A和3B是前视和仰视图，分别显示根据本发明的另一实施例的联接构件。

图4A和4B是前视和仰视图，分别显示根据本发明的另一实施例的联接构件。

图5A和5B是前视和仰视图，分别显示根据本发明的另一实施例的联接构件。

图6显示可应用本发明的实施例的外伸桁架建筑构造。

图7显示可应用本发明的实施例的建筑结构。

图8A是图2A的实施例的操作的示意图，以及相关系统响应图形。

图9是用于将图2至7的各实施例可替换地连接到建筑结构中的竖直件的装置的前视图。

图10是用于将图2至7的各实施例可替换地连接到建筑结构中的竖直件的装置的前视图。

图11示出用于将图2至7的各实施例连接到建筑结构中的竖直件的备选装置。

图12示出用于将图2至7的各实施例连接到建筑结构中的竖直件的备选装置。

图13示出用于将图2至7的各实施例连接到建筑结构中的竖直件的备选装置。

图14示出用于将图2至7的各实施例连接到建筑结构中的竖直件的备选装置。

图15示出用于将图2至7的各实施例连接到建筑结构中的竖直件的备选装置。

图16示出用于将图2至7的各实施例连接到建筑结构中的竖直件的备选装置。

图17是与本发明的联接构件组合使用的传统板材的前视图。

图18A和18B分别是与本发明的联接构件组合的板材和挠性膜的前视和仰视图。

图19A和19B分别是与本发明的联接构件组合的托板板材的前视和仰视图。

图20A和20B至23A和23B示出在描述优选实施例之后陈述的每个例子的各测试结果。

具体实施方式

在2006年6月16日提交的、名称为“叉式构造阻尼器及其使用方法（Fork Configuration for Dampers and Method of Using Same）”的（其内容通过引用合并于本文中）申请人的在先PCT申请第PCT/CA2006/000985号中，公开了一种用于建筑结构中的阻尼系统，该阻尼系统包括如图1中所示的阻尼构件。如图所示，阻尼构件100包括在大致平行于地面的方向上彼此间隔的两个或更多个板20的两个组14、16，以及布置在各板组中的每个板20之间的阻尼材料30。实际上，各板组彼此相互交错，并且具有刚性地连接到建筑结构中的竖直构件50的端部40。竖直构件50抵抗施加到建筑结构的横向负荷，并且当施加显著负荷时相对于彼此移动。板20和布置在其间的阻尼材料30在竖直构件50相对于彼此移动时受到剪切变形，并且因此当钢板20相对于彼此移动时借助于阻尼材料提供建筑结构中的阻尼。阻尼材料优选地是粘弹性材料。本申请中所述的改进优选地应用于在前述PCT国际专利申请中所述的系统，但是也可以应用于在建筑结构中使用的其它阻尼系统，特别是高层建筑结构，其中关注由施加到有关建筑结构的横向负荷导致的振动。

本发明的实施例特别涉及对用于阻尼建筑结构中的振动的系统的改进，并且特别涉及针对由施加到建筑结构并且由竖直构件抵抗的横向负荷导致的振动提供阻尼的系统。此外，本文中所述的实施例特别地可应用于包括用于极端负荷条件的故障安全机构的阻尼系统，在没有下文中所公开的构件的情况下，这种极端负荷条件，例如在地震负荷期间，将导致阻尼系统的显著损坏。如下面将详细地所述，本发明的各实施例提供使建筑结构中的阻尼系统更鲁棒、更容易可修理和可替换并且在严重振动或灾难性负荷事件（例如地震）的情况下限制阻尼构件达到它的损坏事故并且因此被永久地损坏。本文中所述的本发明的各种其它益处和优点也将在下面进行概述并且由本领域的技术人员显而易见。特别地，本发明提供连接到阻尼构件的一个或多个保险构件。如下面更详细地所述，保险构件被设计成、尺寸确定成并且以另外方式尺度确定成当阻尼构件由于在预定负荷限度之下的横向负荷而经历变形时呈现半刚性特征并且当横向负荷超过所述预定负荷限度时经历变形而由保险构件和阻尼构件承载的负荷没有显著增加，使得防止所述阻尼构件变形超过它们的预定变形限度。在该描述中，在该情形下描述为当横向负荷超过预定负荷限度时触发保险构件。

优选地，所述预定负荷限度被选择在这样的负荷限度处，在所述负荷限度之下发生损坏事故。实际上，施加到建筑结构的横向负荷由竖直构件抵抗。这些横向负荷导致用作竖直构件之间的联接构件的阻尼系统中的变形，特别是剪切变形。在阻尼系统的指定负荷下，阻尼系统中的剪切或其它变形导致发生损坏事故。为了本申请的目的，损坏事故被定义为将导致阻尼构件不能在现场修理的永久、近似永久或类似损坏或使阻尼系统不足以为结构提供阻尼的事故。优选地，损坏事故是下列的一种或多种：阻尼材料的撕裂、阻尼材料从阻尼材料所连接的板脱离、形成阻尼构件的一部分的板的故障、用于连接阻尼构件中的构件的装置的故障、连接阻尼构件或柱构件的焊缝的故障和用于联接构件的连接装置的故障和或它们的组合。也可以预料其它损坏故障或故障模式，包括但不限于阻尼器所附连的竖直构件的故障。因此，如本文中所述的保险构件在达到预定触发负荷之后经历变形，而由保险构件和/或由阻尼构件承载的负荷没有任何显著增加，由此保护联接构件免于所有预期损坏事故。

为了实现如本文中所述的保险构件，申请人提供平行连接的一个或多个梁构件，当在低于预定负荷限度的水平下受到负荷时所述梁构件的组合呈现出半刚性特征。可选地，梁构件还包括用于在高负荷条件期间稳定梁构件的加劲件。因此已经一般地描述了本发明的操作原理，现在将描述实施本发明的各特定实施例。

现在参考图2A、2B和2C，显示了本发明的一个实施例，其中显示作为从地面（未显示）竖直延伸的多个竖直构件中的两个的第一竖直构件205和第二竖直构件210的横截面。为了本申请的目的，将理解术语竖直和竖直地在它们的普通意义上相对于建筑结构使用，也就是说，在大体垂直于地面的方向上。另外，当使用时术语水平地表示大体平行于地面的方向。联接构件215连接第一竖直构件205和第二竖直构件210。在此公开的联接构件215可作用为代替传统上在建筑结构中所使用的刚性联接构件而被更换和使用。

联接构件215优选地包括阻尼构件225以用于阻尼由于施加到建筑结构的横向负荷引起的第一竖直构件205和第二竖直构件210之间的相对运动所导致的建筑结构中的振动。下面进一步描述根据本发明的阻尼构件225的示例性实施例。与阻尼构件的特定实现方式无关，阻尼构件将具有根据设计限制和在操作期间典型预期的负荷确定的损坏事故限度，所述负荷由于竖直构件205和210之间的相对运动而导致阻尼构件的变形。一旦阻尼构件中的负荷水平达到预定限度，由于施加到建筑结构上的高负荷，在没有如下所述的根据本发明的保险构件的情况下，阻尼构件将变为永久变形、损坏或不合适使用的其它情况。这将使阻尼构件对随后的负荷循环无效。

为了解决该问题，申请人还提供分别连接到阻尼构件225的第一端部240和第二端部250的第一保险构件220和第二保险构件230。保险构件220、230从材料选择成并且以另外方式尺寸确定成并且以另外方式尺度确定成当阻尼构件225由于在预定负荷限度之下的负荷而经历变形时具有半刚性特征并且当负荷达到所述预定负荷限度时触发并且因此经历变形而由保险构件和由阻尼构件225承载的负荷没有任何显著增加，由此防止阻尼构件225由于在预定负荷限度之上的负荷而变形。如上所述，基于许多因素，预定负荷限度是发生损坏事故时的负荷限度，所述损坏事故将使阻尼构件225不适合于继续使用。

提供第一连接构件260以将第一保险构件220连接到第一竖直构件205，并且类似地，提供第二连接构件270以将第二保险构件230连接到第二竖直构件210。连接构件260、270优选地提供与竖直构件205、210的半刚性连接，使得在保险构件触发之前完全限制由在连接构件260、270处的任何弯曲力矩导致的可能运动。

保险构件220、230优选地包括梁部分280和可选的加劲件部分290。加劲件部分290设计成、尺寸确定成并且以另外方式尺度确定成功能地连接到梁部分280，并且当施加到竖直构件的负荷达到预定负荷时为梁部分280提供稳定支撑。因此，当保险构件220、230已经被触发时，加劲件部分290用于为保险构件220、230自身提供附加的变形能力。在由保险构件和阻尼构件承载的负荷没有任何显著增加的情况下发生这种情况。

在所示实施例中，加劲件部分290可以加强构件290，其连接到梁部分280并且与地面平行布置，使得当施加的横向负荷达到和/或超过预定负荷时在其挠曲屈服的同时加劲件部分290提供稳定性以抵抗梁部分280弯曲。为了清楚起见，在说明书和权利要求中提到施加的负荷达到预定负荷的情况下，预定负荷是低于该值的负荷不会导致阻尼构件或与其相关的连接件的损坏事故的负荷，所述损坏事故将使阻尼构件不适合于使用。可以预料的损坏的类型在上面进行了论述，但是不限于此。

阻尼构件225优选地包括具有在水平方向上间隔开的至少两个、并且更优选多个板的板的两个组212、213。板组212、213相互交错，并且具有重叠区域214，其中在各组中的板的半个部分重叠。在该重叠区域214中，提供了阻尼材料216，优选地是粘弹性材料，其在板的每一侧固定到每个板上，如图所示。在重叠区域214的每一侧上，是连接装置218，其将板组保持在一起并且使重叠区域214处的阻尼材料216处于压缩状态。如图所示，连接装置218优选地是螺栓。

如图2D中所示，可选的静态刚度增加构件232可以附连到板组212、213的顶表面234。在优选实施例中，刚度增加构件232是板，并且优选是钢板。也可以预料其它静态刚度增加构件232，包括但不限于能够执行所述的期望功能的角型材(angle section)、U型型材(U sections)和其它构件。在操作中，板构件232用于增加阻尼构件215的静态刚度。在优选实施例中，板232增加阻尼器的静态刚度使得在由建筑上的风压力导致的静态横向负荷下该结构更钢硬并且承受更小的变形，所述静态横向负荷也与动态横向负荷组合被施加。

在本文中所述的它的任何结构形式中，静态刚度增加构件232可以连接到联接构件的顶部和/或底部。构件232的一侧优选地连接到连接构件中的一个并且结构构件的另一侧连接到另一个连接构件。为了清楚起见，构件232不连接到结合到粘弹性材料的板组212、213上。在其另一实施例中，构件232可以直接嵌入竖直构件或墙中，分别在阻尼构件之上和之下一小段距离处，但是不连接到阻尼构件。在操作中，这也增加静态负荷下的联接效果。另外，由静态刚度增加构件232的安装导致的结构的总刚度的增加也减小作为整体的结构的振动周期，这又减小了结构上的风力负荷的动态效果。

现在参考图8，以放大形式示出根据本发明的联接构件215的行为，其中阻尼构件225已移位。如图所示，阻尼构件225已达到它的损坏事故限度，并且因此保险构件屈服。保险构件280和290现在经历变形以防止阻尼构件225再进一步变形。在所示的放大图中，在阻尼材料的每一侧上的板组212中的板已在竖直方向上移位到最大量。

现在将描述保险构件的各种其它实现方式。直接对应于已经参考图2所述和所示的构件的构件对应于相应的图号相应地以百编号，但是不再详细地进行描述，除非有必要描述本发明的特定方面、变型或实施例。

现在参考图3，显示由梁部分380和加劲件部分390组成的保险构件320和330。在该实施例中，加劲件部分390是连接到腹板并且在保险构件的凸缘之间、并且与竖直构件305、310平行布置的至少一个、并且优选多个加强构件390，使得当施加的横向负荷超过预定负荷时加劲件部分390提供稳定性以抵抗保险构件弯曲。

现在参考图4，显示保险构件420和430。保险构件420和430由半刚性板480组成，所述半刚性板480通过连接装置490夹紧（或以另外方式附连）到从阻尼器中的板组延伸的板。如图所示，连接装置490是防止板相对于半刚性板480滑动的螺栓。当达到预定摩擦力限度时，板滑动，并且半刚性板相对于另一个移动。因此，该实施例中的保险构件由螺栓连接的滑动触发，并且因此螺栓连接自身形成该实施例中的保护机构。螺栓的水平或旋转运动可以通过由倾斜连接部分的连接所适应。

现在参考图5，显示本发明的另一实施例，其中保险构件520和530由轴向力限制构件595组成，所述轴向力限制构件延伸通过嵌入竖直构件505、510中的沟道590，并且附连到端板连接器560。在操作中，当达到预定负荷限度时轴向力限制构件595限制传递到阻尼器的轴向力。构件595的轴向屈服允许限制施加在阻尼系统中的负荷。

本发明预料到用于将上述的各种保险构件连接到竖直构件的各种装置。有利地，在一些实施例中，如在它们的以下相应描述中将显而易见的，优选地提供用于连接的装置以在高负荷事故之后允许联接构件的部分或完全拆卸、修理和/或替换，在高负荷事故中，通过达到预定力限度触发力限制构件。

在图9中显示可替换联接构件的一个实施例。联接构件915示出为对应于图2A和2B中的联接构件215，但是可以是以上各实施例中所述的联接构件中的任何一种。在该实施例中，端板960被提供，并且附连到保险构件920、930。相应的板962定位和固定在竖直构件905、910内。板962例如可以浇筑在混凝土竖直构件中。钢立筋964优选地保持浇筑在竖直构件中的板962。诸如螺栓966的连接构件将端板960刚性地连接到板962。在操作中，在导致联接构件915的任何部分永久损坏的高或灾难性负荷事件的情况下联接构件915容易可拆卸或可替换。

参考图10，显示可替换联接构件1015的另一实施例，其中端板1060带有通过其的孔，以用于定位通过竖直构件1005、1010的外表面张紧的后张拉构件1062。图11示出实施例，其中螺纹钢筋1162嵌入竖直构件中并且拧入端板联接件1165中，所述端板联接件焊接到刚性地连接到联接构件1115的端板1160。

图12显示实施例，其中将组合工字梁1260构建到竖直构件1205、1210中。图13示出实施例，其中混凝土托架部分1360与竖直构件1305、1310成一体地形成以例如用螺栓1362直接连接到联接构件1315。为了易于显示并且保持清楚未在该图中显示联接构件1315的细节。图14的实施例显示浇入板1460，所述浇入板与钢筋1462附连，并且浇入板1460的一部分延伸超出竖直构件1405、1410的内壁1407，使得联接构件1415可以焊接到浇入板1460。图15示出实施例，其中搭接板1560用于连接联接构件1515和端板1562，该端板已经组合到竖直构件1505、1510中或以另外方式附连到竖直构件上。图16显示类似于图15的实施例，但是不同于使用搭接板，现浇板1660附连到竖直构件1605、1610并且附连到可以螺栓连接到现浇板的端板1662。

如本文中所述的联接构件的实现细节中的一个导致它与常用作建筑中的结构构件的混凝土板材的相互作用。混凝土板材典型地用于构造地板和天花板。混凝土板材在本领域中是公知的并且因此在本文中不更详细地进行描述。然而，在使用根据本发明的联接构件的背景下考虑混凝土板材的布置是明智的。图17示出刚性地连接到竖直构件1705、1710的传统板材1720，这在本领域中是已知的。板材1720优选地在竖直方向与联接构件1715间隔使得在板材1720和联接构件1715之间没有干涉，即使当联接构件1715受到高负荷条件时。图18A和18B示出实施例，其中与传统板材1820一起也使用挠性膜1802，这在本领域中是已知的。挠性膜1802减小板材的刚度以便增加阻尼器效率。图19A和19B示出托板板材1920，不同于图17的传统浇筑板材。拖板板材1920可以被拆卸以用于检查联接构件1915。

尽管如上所述的本发明涉及用于连接建筑结构中的两个竖直构件的联接构件，但是申请人注意到如本文中所述的联接构件可以用于或以另外方式应用于可能需要阻尼由于横向负荷引起的振动的各种实现方式。在这个意义上，当在整个说明书中使用时术语竖直构件旨在广义地理解为包括由于横向负荷施加到建筑结构而提供支撑的任何结构构件。各种类型的建筑结构可以受益于如本文中所公开的竖直构件。例如，参考图6，显示外伸桁架建筑构造，其中中心建筑竖直件610具有间隔的多个外竖直构件605，因此联接构件610使外竖直构件605的每一个邻接到中心建筑竖直件610。也显示建筑结构中的各地板620。将显而易见联接构件615仅仅示意性地示出，并且可以是如参考图2至5所述的联接构件中的任何一种。此外，用于联接到竖直件605、610的连接装置可以如本文中所述。图7显示本发明的一般实现方式，其中联接构件725用于连接建筑结构中的两个竖直件705、710。

本发明也通过提供根据本发明的各实施例中的任何一个的联接构件并且用联接构件刚性地连接建筑结构中的两个竖直构件而提供一种连接如前文所述建筑结构中的竖直构件的方法。

尽管使用各种阻尼构件实现本发明，相对于如参考优选实施例所述的阻尼构件的组合，已经发现令人惊奇的结果，其中由于高剪切力或力矩引起的永久变形的风险更相关。也就是说，在图2A、2B和2C的阻尼构件中，其中多个板与其间的阻尼材料连接，当受到过度剪切或力矩或其它时，超过它的力导致损坏事故。一般而言，损坏事故也将包括联接构件自身的故障将是灾难性的事故。如先前所述，损坏事故是将导致使阻尼构件无效的永久、近似永久和类似损坏的事故。这样的损坏事故包括但不限于下列的一种或多种：阻尼构件中的阻尼材料的撕裂、阻尼材料从阻尼材料所连接的板脱离、形成阻尼构件的一部分的板的故障、用于连接阻尼构件中的构件的装置的故障、连接阻尼构件或柱构件的焊缝的故障、竖直构件的故障和用于联接构件的连接装置的故障、阻尼装置所连接的竖直构件的故障或它们的组合。

本领域的技术人员将领会，尽管保险构件不限制施加到阻尼构件的力，但是当屈服构件主要由于钢中的应变硬化而变形时仍然存在力的小幅增加。这很小并且出于本发明的目的可以认为可忽略。

例子

在以下的例子中，包含如本文中所述的优选阻尼构件的联接构件在有和没有根据本发明的保护部分的情况下如下所述进行测试。下面提供更多细节。在例子中，提到FCDs或叉式构造阻尼器，其表示在优选实施例中所述的类型的阻尼器，包含彼此相互交错的两组多个板和布置在相互交错板的每一对之间的阻尼材料。

在蒙特利尔巴黎综合理工学院的实验室中对两个叉式构造阻尼器（FCDs）进行测试。有两个不同的测试样本；第一个（FCD-A）设计成用于包含在85层建筑中并且不包括根据本发明的保护部分。第二个（FCD-B）设计成用于包含在50层建筑中并且确实包括根据本发明的保护部分（例如图2A、2B和2C中所示）。两个建筑设计成两个平行FCDs代替单一钢筋混凝土联接梁。

对于该例子，用于FCD-B的阻尼器设计成具有比针对FCD-A设计的阻尼器经受更大的位移（具有更大的韧性）的能力。FCD-B样本具有在钢制端板之前的2个挠曲力限制保险构件（减小的梁截面）。减小的梁截面策略地尺寸确定成保证它们是最弱连结并且损坏集中在它们内。这样做它们保证将不发生非期望的故障机制，例如混凝土墙故障、焊缝故障或阻尼材料撕裂。

保护部分设计成在低水平位移和风力负荷下保持弹性（不触发）。在FCD-B样本上进行一系列风洞测试，图20A显示在风洞测试下FCD剪切力与剪切位移的关系并且图20B显示在频率为f=0.1Hz的谐振负荷下FCD剪切力与剪切位移的关系。保护部分在这些负荷的任何一个下不触发。

也对FCD-B样本进行一系列大幅度地震测试，对于该样本保险构件设计成开始触发。图21A显示受到分析模拟北岭（Northridge）地震（1994）的FCD剪切力与剪切位移的关系并且图21B显示阻尼构件剪切力与剪切位移的关系。所述图显示开始限制FCD剪切力的保险构件触发和阻尼构件变形的发生。

进行一系列增加幅度谐振测试，其中FCD样本“保险构件”在频率f₀=0.2Hz下触发，显示粘弹性-塑性FCD响应。该“保险构件”触发限制了FCD剪切力以及VE材料剪切变形。图22A显示FCD剪切力与剪切位移的关系并且图22B显示阻尼材料剪切力与剪切位移的关系。

分别在图23A和23B中显示FCD-A和FCD-B的剪切力与剪切位移测试剖面。这些测试剖面显示所进行的测试的包络。可以看到，存在明显的粘弹性响应包络，对于该包络阻尼器的响应实质上是粘弹性的。当剪切力达到钢的屈服力时（对于FCD-A，Fy=675kN，并且对于FCD-B，Fy=667kN），阻尼器的钢截面开始产生钢的集中损坏。对于FCD-A钢屈服在至端板的连接处的焊缝的趾部开始并且对于FCD-B钢屈服位于挠曲中的FCD-B的减小梁截面中，形成“韧性”保护机构。钢减小梁截面的该塑性行为保证发生期望的韧性力限制机制。阻尼器的总位移响应作为VE材料的剪切位移加上FCD-B中的韧性挠曲塑性保险构件变形和FCD-A中的钢的较低韧性故障的组合而构成。在图中可以看到，FCD-B中的韧性“保险构件”导致FCD-B的～120mm的剪切变形能力，比FCD-A的～44mm大得多，而最终力几乎相等，FCD-B为Fu=1,331kN并且FCD-A为Fu=1,366kN。从全尺寸测试结果获得这些最终响应包络并且可以看出通过保证不发生非期望的故障机制限制了最大力。

权利要求的范围不应当由在优选实施例或在例子中描述的优选实施例限制，而是应当给予与作为整体的描述一致的最广义解释。

Claims

1.一种建筑结构，所述建筑结构包括从地面竖直延伸的多个竖直构件，所述竖直构件中的至少第一个由联接构件连接到所述竖直构件中的第二个，所述联接构件包括：

阻尼构件，用于阻尼由于施加到所述建筑结构的横向负荷引起的所述第一竖直构件和所述第二竖直构件之间的相对运动所导致的所述建筑结构中的振动，所述阻尼构件由于所述相对运动经历变形；

分别连接到所述阻尼构件的第一端部和第二端部中的至少一个的第一保险构件和第二保险构件中的至少一个；所述保险构件从材料选择成并且另外尺寸确定成和尺度确定成当所述阻尼构件由于在预定负荷限度之下的负荷而经历变形时呈现出半刚性特征并且当负荷达到所述预定负荷限度时经历变形，使得防止所述阻尼构件由于在所述预定负荷限度之上的负荷而变形；

第一连接装置和第二连接装置，用于将所述第一保险构件和所述第二保险构件分别刚性地连接到所述第一竖直构件和所述第二竖直构件。

2.根据权利要求1所述的建筑结构，其中所述阻尼构件包括第一组和第二组两个或更多个板，以及布置在所述板组中的每个板之间的阻尼材料，其中所述第一组中的板与所述第二组中的板相互交错，并且在大致平行于地面的方向上彼此间隔。

3.根据权利要求2所述的建筑结构，其中所述阻尼材料包括粘弹性材料；当所述板组中的每个板在所述阻尼材料的阻力下在竖直方向上移位时随着所述阻尼构件受到剪切变形而所述阻尼构件阻尼振动。

4.根据权利要求3所述的建筑结构，其中所述预定负荷限度被选择在发生损坏事故的负荷限度处，其中损坏事故选自下列的组，该组包括：所述阻尼材料的撕裂、所述阻尼材料从所述板组中的板脱离、所述板组中的板的故障、用于连接所述板组的装置的故障、焊缝的故障、所述连接装置的故障、阻尼系统所连接的竖直构件的故障以及它们的组合。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的建筑结构，其中所述保险构件中的至少一个或两个包括梁部分。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的建筑结构，其中所述保险构件中的至少一个或两个包括梁部分和功能地连接到所述梁部分的加劲件部分，其中当所述横向负荷达到所述预定负荷限度时所述加劲件部分适合于稳定所述梁部分。

7.根据权利要求5或6中任一项所述的建筑结构，其中所述梁部分包括减小的梁截面。

8.根据权利要求6所述的建筑结构，其中所述加劲件部分包括加强构件，所述加强构件连接到所述梁部分并且与所述地面平行布置以在所述梁部分中的挠曲屈服期间稳定所述梁部分以抵抗弯曲。

9.根据权利要求6所述的建筑结构，其中所述加劲件部分包括至少一个加强构件，所述至少一个加强构件连接到所述梁部分并且与所述竖直构件平行布置以在所述梁部分中的剪切屈服期间稳定所述梁部分以抵抗弯曲。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的建筑结构，其中所述第一连接装置和所述第二连接装置中的至少一个包括端板，所述端板适合于连接到锚固到所述竖直构件的板。

11.根据权利要求10所述的建筑结构，其中所述端板由可拆卸和可替换紧固件连接到所述板。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的建筑结构，其还包括板材构件，所述板材构件附连到所述第一竖直构件和所述第二竖直构件的每一个，并且在竖直方向上与所述联接构件间隔。

13.根据权利要求2所述的建筑结构，其还包括附连到所述阻尼构件的顶表面的静态刚度增加结构构件。

14.根据权利要求13所述的建筑结构，其中所述静态刚度增加结构构件包括钢板。

15.一种用于建筑结构中的联接构件，所述联接构件包括：

阻尼构件，用于阻尼由于施加到所述建筑结构的横向负荷引起的第一竖直构件和第二竖直构件之间的相对运动所导致的所述建筑结构中的振动，所述阻尼构件由于所述相对运动经历变形；

分别连接到所述阻尼构件的第一端部和第二端部中的至少一个上的第一保险构件和第二保险构件中的至少一个；所述保险构件从材料选择成并且另外尺寸确定成和尺度确定成当所述阻尼构件由于在预定负荷限度之下的负荷而经历变形时具有半刚性特征并且当负荷达到所述预定负荷限度时经历变形，使得防止所述阻尼构件由于在所述预定负荷限度之上的负荷而变形；

16.根据权利要求15所述的联接构件，其中所述阻尼构件包括在大致平行于地面的方向上彼此间隔的一组两个或更多个板，以及布置在所述板组中的每个板之间的阻尼材料。

17.根据权利要求16所述的联接构件，其中所述阻尼材料包括粘弹性材料；当所述板组中的每个板在所述阻尼材料的阻力下在竖直方向上移位时随着所述阻尼构件受到剪切变形而所述阻尼构件阻尼振动。

18.根据权利要求17所述的联接构件，其中所述预定负荷限度被选择在发生损坏事故的负荷限度处，其中损坏事故选自下列的组，该组包括：所述阻尼材料的撕裂、所述阻尼材料从所述板组中的板脱离、所述板组中的板的故障、用于连接所述板组的装置的故障、焊缝的故障、所述连接装置的故障、阻尼系统所连接的竖直构件的故障以及它们的组合。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的联接构件，其中所述保险构件包括梁部分。

20.根据权利要求15至18中任一项所述的联接构件，其中所述保险构件中的至少一个或两个包括梁部分和功能地连接到所述梁部分的加劲件部分，其中当所述横向负荷超过所述预定负荷限度时所述加劲件部分适合于稳定所述梁部分。

21.根据权利要求19至20中任一项所述的联接构件，其中所述梁部分包括减小的梁截面。

22.根据权利要求20所述的联接构件，其中所述加劲件部分包括加强构件，所述加强构件连接到所述梁部分并且与所述地面平行布置以在所述梁部分中的挠曲屈服时稳定梁辐板以抵抗弯曲。

23.根据权利要求20所述的联接构件，其中所述加劲件部分包括至少一个加强构件，所述至少一个加强构件连接到所述梁部分并且与所述竖直构件平行布置以稳定所述梁部分以抵抗所述梁部分中的弯曲。

24.根据权利要求14至23中任一项所述的联接构件，其中所述第一连接装置和所述第二连接装置中的至少一个包括端板，所述端板适合于连接到锚固到所述竖直构件的板。

25.根据权利要求24所述的联接构件，其中所述端板由可拆卸和可替换紧固件连接到所述板。

26.根据权利要求14至25中任一项所述的联接构件，其还包括板材构件，所述板材构件附连到所述第一竖直构件和所述第二竖直构件的每一个，并且在竖直方向上与所述联接构件间隔。

27.根据权利要求15所述的联接构件，其还包括附连到两个或更多个板的所述组的顶表面的静态刚度增加构件。

28.根据权利要求27所述的联接构件，其中所述静态刚度增加板构件包括钢板。

29.一种用于阻尼由施加到建筑结构的横向负荷导致的振动的方法，所述方法包括：

提供阻尼构件，该阻尼构件用于阻尼由于施加到所述建筑结构的横向负荷引起的第一竖直构件和第二竖直构件之间的相对运动所导致的所述建筑结构中的振动，所述阻尼构件由于所述相对运动而经历变形；

提供分别连接到所述阻尼构件的第一端部和第二端部中的至少一个上的第一保险构件和第二保险构件中的至少一个；所述保险构件从材料选择成并且另外尺寸确定成和尺度确定成当所述阻尼构件由于在预定负荷限度之下的负荷而经历变形时呈现出半刚性特征并且当负荷超过所述预定负荷限度时经历变形，使得防止所述阻尼构件由于在所述预定负荷限度之上的负荷而变形；以及

将所述第一保险构件和所述第二保险构件刚性地连接到所述第一竖直构件和所述第二竖直构件。

30.根据权利要求29所述的方法，其中所述阻尼构件包括在大致平行于地面的方向上彼此间隔的一组两个或更多个板，以及布置在所述板组中的每个板之间的阻尼材料。

31.根据权利要求28所述的方法，其中所述阻尼材料包括粘弹性材料；当所述板组中的每个板在所述阻尼材料的阻力下在竖直方向上移位时随着所述阻尼构件受到剪切变形而所述阻尼构件阻尼振动。

32.根据权利要求29所述的方法，其中所述保险构件中的至少一个或两个包括梁部分。

33.根据权利要求29所述的方法，其中所述保险构件中的至少一个或两个包括梁部分和功能地连接到所述梁部分的加劲件部分，其中在所述阻尼构件达到所述预定负荷限度之前所述保险构件适合于屈服，并且其中在所述阻尼构件达到所述预定负荷限度之后所述梁部分适合于经历变形。

34.根据权利要求32至33中任一项所述的方法，其中所述梁部分包括减小的梁截面。

35.根据权利要求33所述的方法，其中所述加劲件部分包括加强构件，所述加强构件连接到所述梁部分并且与地面平行布置。

36.根据权利要求33所述的方法，其中所述加劲件部分包括至少一个加强构件，所述至少一个加强构件连接到所述梁部分并且与所述竖直构件平行布置。