CN103572831A - 含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构，包括：主框架柱；主框架梁；以及变刚度悬挂减振子结构，变刚度悬挂减振子结构包括：减振柱；减振梁，减振梁与减振柱连接；吊杆装置，吊杆装置的一端与主框架梁连接，另一端与变刚度悬挂减振子结构连接；用于改变所述吊杆装置的有效计算长度的吊杆长度控制装置与吊杆装置连接；以及阻尼器，阻尼器设在减振梁与相邻的主框架柱之间。根据本发明变刚度悬挂减振子结构和阻尼器相互配合构造成调谐质量阻尼器，可以提高含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构的减振效果，阻尼器采用可更换构件，可以实现其在强震下的功能可恢复。

Description

含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构

技术领域

本发明涉及建筑减振控制技术领域，具体而言，特别涉及一种含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复的巨型框架结构。

背景技术

对于超高层建筑，由于其高昂的造价、内部密集的人员、以及复杂而重要的使用功能，不仅要求其在强烈地震中不倒塌，还希望结构具有恢复功能的能力，功能可恢复结构作为一种新型的减振控制结构受到了工程界人员的青睐，但是目前功能可恢复结构主要针对多高层结构，对于超高层结构功能可恢复设计较难实现，所以迫切需要一种新型结构体系的发明。

巨型框架结构体系是一种较为适合超高层建筑的一种结构体系，该结构体系是由作为主结构的巨型框架和作为次结构的楼层框架组成，主结构（主框架）是由巨型柱和巨型梁组成，承受整体结构竖向和水平作用；次结构（次框架）一般为常规框架，承受着楼层内竖向作用及对应的水平作用，并传递给主结构。巨型框架体结构系是一种非常高效的高层建筑结构体系，其主要优点包括：结构传力途径明确、整体性能好；结构抗侧力效率高，主结构构件布置远离结构的中心；主、次结构可以采用不同的结构形式和材料，从而节省资源；次结构中的梁柱可以抽空，能满足许多具有特殊形态和使用功能的建筑平立面要求；施工速度快，可先施工主结构，再在不同节段同时施工次结构等。但是在中、小地震作用下，结构的位移和加速度响应都比较显著，严重影响使用功能。且最终结构在超过罕遇地震的强震作用下，由于主框架梁柱节点处柱的破坏而丧失承载力，震后修复难度较大，可见普通巨型框架结构很很难实现功能可恢复。

要想实现巨型框架结构强震下功能可恢复设计，结构需满足：损伤部位及其出现次序更加明确，损伤程度可控；在中、小地震作用下，严格控制结构的位移和加速度响应，减少室内设备和非结构构件的损伤破坏；在罕遇地震作用下，关键构件无损伤或轻微损伤，耗能型构件损伤后可立即更换，结构残余变形小。

因此除了增强结构自身强度和延性，提高结构抗震能力外，采取合理的减振措施也是减少结构地震响应、改善结构性能化指标的有效手段。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复的巨型框架结构。

根据本发明的一个方面提供了一种含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构，包括：主框架柱；主框架梁；以及变刚度悬挂减振子结构，所述变刚度悬挂减振子结构包括：减振柱；减振梁，减振梁与减振柱连接；吊杆装置，所述吊杆装置的一端与所述主框架梁连接，另一端与所述变刚度悬挂减振子结构连接；用于改变所述吊杆装置的有效计算长度的吊杆长度控制装置，所述吊杆长度控制装置与所述吊杆装置连接；以及阻尼器，所述阻尼器设在所述减振梁与相邻的所述主框架柱之间。

根据本发明实施例的含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构，变刚度悬挂减振子结构和阻尼器可以相互配合并构造成调谐质量阻尼器,可以提高含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构的减振效果。吊杆装置可自适应改变自身长度，从而改变变刚度悬挂减振子组件的刚度，进而达到最优频率比要求，获得理想减振效果。阻尼器具有耗能以及缓解变刚度悬挂减振子结构对主框架柱碰撞的作用。阻尼器采用可快速修复或更换构件，主框架柱采用高弹性高强度构件，避免主框架柱在强震下产生损伤。由此，可以实现含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构在强震下的功能可恢复。

根据本发明的一个可选实施例，所述主框架柱为钢板混凝土组合剪力墙或核心筒。

根据本发明的另一个可选实施例，所述主框架柱为内藏钢桁架剪力墙或核心筒。

根据本发明的一个实施例，所述含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构进一步包括连梁，所述连梁为可更换连梁。

优选地，所述阻尼器与所述减振梁及所述主框架柱可拆卸连接。

根据本发明的一个实施例，所述吊杆装置包括：吊杆；以及吊杆长度控制装置，所述吊杆长度控制装置安装在所述变刚度悬挂减振子结构上，并与所述吊杆装置、主框架梁及变刚度悬挂减振子结构分别连接。

具体地，所述吊杆长度控制装置包括：第一传感器，所述第一传感器设在所述主框架柱或主框架楼板上；第二传感器，所述第二传感器设在所述减振柱或减振子结构楼板上；限位器，所述限位器与减振梁或减振柱固定连接；滑块，所述滑块与所述限位器连接，且所述滑块被所述限位器限定在只在竖向方向相对于所述限位器移动；可转动夹具，所述可转动夹具与所述滑块连接，所述吊杆装置穿过所述可转动夹具；作动器，所述作动器与所述滑块连接；以及控制器，所述控制器与所述第一传感器、所述第二传感器以及作动器连接。

优选地，所述第一传感器设在所述主框架柱或所述主框架楼板上。

优选地，所述第二传感器设在所述减振柱或所述减振子结构楼板上。

可选地，所述控制器设在所述变刚度悬挂减振子结构上。

根据本发明的一个实施例，所述吊杆装置一端与主框架梁连接，另一端与所述变刚度悬挂减振子结构连接。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构的示意图；

图2是图1所示的含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构的主框架悬挂层示意图；

图3是图1所示的含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构的变刚度悬挂减振子结构的悬挂层示意图；

图4是图1所示的含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构的吊杆长度控制装置示意图；

图5是图1所示的含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构的滑块结构示意图。

附图标记：

1主框架柱，2主框架梁，4吊杆装置，5减振梁，6减振柱，7阻尼器，8变刚度悬挂减振子结构，

11主框架梁交点，12第一传感器，13第二传感器，14控制器，15减振梁交点，16作动器，17限位器，18滑块，19可转动夹具。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，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”、“顺时针”、“逆时针”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发明和简化描述，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发明的限制。

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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，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；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。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发明中的具体含义。

下面参考附图1-图5描述根据本发明的实施例的含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构。

如图1所示，根据本发明实施例的含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构，包括：主框架柱1、主框架梁2以及变刚度悬挂减振子结构8。

具体而言，主框架柱1和主框架梁2可以构造成巨型框架结构的主体部分。变刚度悬挂减振子结构8作为巨型框架结构的子结构可以包括：减振柱6、减振梁5、吊杆装置4、吊杆长度控制装置以及阻尼器7。具体地，减振梁5与减振柱6连接以构造成具有减振子结构楼板的子结构。吊杆装置4的一端与主框架梁2连接，另一端与变刚度悬挂减振子结构8连接。吊杆长度控制装置与吊杆装置4连接，用于改变所述吊杆装置4的有效计算长度，进而达到最优频率比要求，获得理想减振效果。阻尼器7设在减振梁5与相邻的主框架柱1之间，阻尼器7可以耗能和防止变刚度悬挂减振子结构8与主框架柱1直接碰撞。以减少例如在强震下的损失，阻尼器7可以采用可快速修复或可更换构件，以在阻尼器7在遭到破坏后可以被重新设置，以快速恢复含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构的功能。

根据本发明实施例的含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构，变刚度悬挂减振子结构8和阻尼器7可以相互配合并构造成调谐质量阻尼器,可以提高含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构的减振效果。吊杆装置4可自适应改变自身长度，从而改变变刚度悬挂减振子结构8的刚度，进而达到最优频率比要求，获得理想减振效果。阻尼器7具有耗能以及缓解变刚度悬挂减振子结构8对主框架柱1碰撞的作用。阻尼器7采用可快速修复或更换构件，主框架柱1采用高弹性高强度构件，避免主框架柱1在强震下产生损伤，由此，可以实现含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构在强震下的功能可恢复。

如图1所示，根据本发明的一个可选地实施例，主框架柱1可以为钢板混凝土组合剪力墙或核心筒结构。根据本发明的另一个可选地实施例，主框架柱1可以为内藏钢桁架剪力墙或核心筒等高弹性、高强度构件。

根据本发明的一个实施例，含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构进一步包括连梁，连梁设在两片剪力墙之间，连接墙肢与墙肢，连梁采用高耗能构件，且采用可以拆卸连接或发生损伤后可快速修复或可更换构件。

如图1所示，根据本发明的一个优选地实施例，连梁采用损伤后可更换构件，以便于更换或修复连梁。根据本发明的一个优选地实施例，阻尼器7采用损伤后可更换构件，且与减振梁5及主框架柱1可拆卸连接。由此，以便于更换或修复阻尼器7。

如图1所示，根据本发明的一个实施例，吊杆长度控制装置安装在变刚度悬挂减振子结构8上，并与吊杆装置4、主框架梁2及变刚度悬挂减振子结构8分别连接。

如图3、图4所示，具体而言，吊杆长度控制装置包括：第一传感器12、第二传感器13、限位器17、滑块18、可转动夹具19、作动器16以及控制器14。

第一传感器12可以设在主框架柱1或主框架楼板上。第二传感器13可以设在减振柱6或减振子结构楼板上。限位器17与减振梁5或减振柱6固定连接。滑块18与限位器17连接，且滑块18被限位器17限定在只在竖向方向（例如图4所示的方向）相对于限位器17移动。可转动夹具19与滑块18连接，吊杆装置4穿过可转动夹具19。作动器16与滑块18连接。控制器14与第一传感器12、第二传感器13以及作动器16连接。

如图4所示，吊杆装置4穿过可转动夹具19设置，此时吊杆装置4的有效长度为主框架梁交点11和滑块18之间的距离，第一传感器12和第二传感器13将采集到的信号传输到控制器14中，控制器14计算出吊杆装置4的长度，通过作动器16的上下（例如图4所示的方向）移动来改变滑块18的位置，从而达到自适应性改变悬挂减振子结构8的周期，从而达到最优频率比要求，获得理想的减振效果。

如图2、图3所示，根据本发明的一个优选地实施例，第一传感器12设在主框架柱1或主框架楼板上，第二传感器13设在减振柱6或减振子结构楼板上。

如图3所示，根据本发明的一个可选地实施例，控制器14设在变刚度悬挂减振子结构8上。

根据本发明的一个实施例，如图2、图3所示，吊杆装置4的一端与两个相交的主框架梁2的交点处连接，即吊杆装置4的一端与主框架梁交点11连接。吊杆装置4的另一端与两个相交的减振梁5的交点处连接，即吊杆装置4的另一端与减振梁交点15连接。

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发明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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，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进行接合和组合。

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

Claims (11)

1.一种含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构，其特征在于，包括：

主框架柱；

主框架梁；以及

变刚度悬挂减振子结构，所述变刚度悬挂减振子结构包括：

减振柱；

减振梁，所述减振梁与所述减振柱连接；

吊杆装置，所述吊杆装置的一端与所述主框架梁连接，另一端与所述变刚度悬挂减振子结构连接；

用于改变所述吊杆装置的有效计算长度的吊杆长度控制装置，所述吊杆长度控制装置与所述吊杆装置连接；以及

阻尼器，所述阻尼器设在所述减振梁与相邻的所述主框架柱之间。

2.根据权利要求1所述的含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构，其特征在于，所述主框架柱为钢板混凝土组合剪力墙或核心筒。

3.根据权利要求1所述的含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构，其特征在于，所述主框架柱为内藏钢桁架剪力墙或核心筒。

4.根据权利要求1所述的含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构，其特征在于，进一步包括连梁，所述连梁为可更换连梁。

5.根据权利要求1所述的含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构，其特征在于，所述阻尼器与所述减振梁及所述主框架柱可拆卸连接。

6.根据权利要求1所述的含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构，其特征在于，所述吊杆长度控制装置安装在所述变刚度悬挂减振子结构上，并与所述吊杆装置、主框架梁及变刚度悬挂减振子结构分别连接。

7.根据权利要求6所述的含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构，其特征在于，所述吊杆长度控制装置包括：

第一传感器，所述第一传感器设在所述主框架柱或主框架楼板上；

第二传感器，所述第二传感器设在所述减振柱上或减振子结构楼板上；

限位器，所述限位器与减振梁或减振柱固定连接；

滑块，所述滑块与所述限位器连接，且所述滑块被所述限位器限定在只在竖向方向相对于所述限位器移动；

可转动夹具，所述可转动夹具与所述滑块连接，所述吊杆装置穿过所述可转动夹具；

作动器，所述作动器与所述滑块连接；以及

控制器，所述控制器与所述第一传感器、所述第二传感器以及作动器连接。

8.根据权利要求7所述的含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构，其特征在于，所述第一传感器设在所述主框架柱或所述主框架楼板上。

9.根据权利要求7所述的含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构，其特征在于，所述第二传感器设在所述减振柱或所述减振子结构楼板上。

10.根据权利要求7所述的含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构，其特征在于，所述控制器设在所述变刚度悬挂减振子结构上。

11.根据权利要求1所述的含变刚度悬挂减振子结构的功能可恢复巨型框架结构，其特征在于，所述吊杆装置的一端与所述主框架梁连接，另一端与所述变刚度悬挂减振子结构连接。

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