CN104947989B - 底部架空层集中耗能式抗震建筑 - Google Patents

底部架空层集中耗能式抗震建筑 Download PDF

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本发明公开了一种底部架空层集中耗能式抗震建筑,底部架空层集中耗能式抗震建筑包括:建筑本体,建筑本体的最底层为架空层;竖向承载构件,竖向承载构件设在架空层且支撑在架空层的上层竖向构件和下部结构之间,竖向承载构件与上层竖向构件之间设有上过渡部,竖向承载构件与下部结构之间设有下过渡部;水平耗能构件,水平耗能构件与竖向承载构件相对独立,水平耗能构件设在架空层,水平耗能构件分别与上过渡部和下过渡部相连或分别与上过渡部和设在架空层的钢筋混凝土反力墙相连。根据本发明实施例的底部架空层集中耗能式抗震建筑能够在震中保证建筑上部结构的安全,且震后更换维修方便、施工容易、费用低。

Description

底部架空层集中耗能式抗震建筑
技术领域
[0001]本发明涉及建筑领域,具体而言,涉及一种底部架空层集中耗能式抗震建筑。
背景技术
[0002]在中大震作用下,通常建筑上部结构构件会损伤,严重情况下会发生倒塌,导致无 法继续使用。为此,为减小建筑上部结构震害,在建筑结构底部采取减隔震措施。
[0003] 相关技术中通常采用橡胶支座隔震和底层柔性结构隔震。其中,对于橡胶支座隔 震,中大震后,无论支座哪部分发生损坏,都需要完全更换,费用较高且施工困难。对于底层 柔性结构隔震,由于竖向构件承担着整体建筑的竖向荷载,因此震后维修更换极为困难。
发明内容
[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的上述技术问题之一。为此,本发 明提出一种底部架空层集中耗能式抗震建筑,该底部架空层集中耗能式抗震建筑能够在震 中保证建筑上部结构的安全,且震后更换维修方便、施工容易、费用低。
[0005] 为实现上述目的,根据本发明的实施例提出一种底部架空层集中耗能式抗震建 筑,所述底部架空层集中耗能式抗震建筑包括:建筑本体,所述建筑本体的最底层为架空 层;竖向承载构件,所述竖向承载构件设在所述架空层且支撑在所述架空层的上层竖向构 件和下部结构之间,所述竖向承载构件与所述上层竖向构件之间设有上过渡部,所述竖向 承载构件与所述下部结构之间设有下过渡部;水平耗能构件,所述水平耗能构件与所述竖 向承载构件相对独立,所述水平耗能构件设在所述架空层,所述水平耗能构件分别与所述 上过渡部和所述下过渡部相连或分别与所述上过渡部和设在所述架空层的钢筋混凝土反 力墙相连。
[0006] 根据本发明实施例的底部架空层集中耗能式抗震建筑能够在震中保证建筑上部 结构的安全,且震后更换维修方便、施工容易、费用低。
[0007] 另外,根据本发明上述实施例的底部架空层集中耗能式抗震建筑还可以具有如下 附加的技术特征:
[0008] 根据本发明的一个实施例,所述上层竖向构件为上层柱,所述下部结构为基础,所 述竖向承载构件的上端伸入所述上层柱通过栓钉固定或与所述上过渡部焊接,所述竖向承 载构件的下端伸入所述基础通过栓钉固定。
[0009] 根据本发明的一个实施例,所述上过渡部和所述下过渡部分别为钢筋混凝土件、 钢结构件或钢-混凝土混合结构件
[0010] 根据本发明的一个实施例,所述竖向承载构件为超柔防倾柱,所述超柔防倾柱为 高强钢件或高强钢-混凝土组合件。
[0011] 根据本发明的一个实施例,对应的所述上过渡部和所述下过渡部之间连接有彼此 间隔开的多个所述超柔防倾柱。
[0012] 根据本发明的一个实施例,所述水平耗能构件包括屈曲约束支撑、分级限位弹簧 阻尼器体系、串联隔震垫体系、并联隔震垫体系和常规阻尼器体系中的至少一种。
[0013] 根据本发明的一个实施例,所述屈曲约束支撑相对于水平方向倾斜设置,所述屈 曲约束支撑的上端与一个所述竖向承载构件上的上过渡部相连且下端与另一个所述竖向 承载构件的下过渡部相连。
[0014] 根据本发明的一个实施例,所述分级限位弹簧阻尼器体系包括:阻尼器,所述阻尼 器水平设置且分别与所述上过渡部和所述钢筋混凝土反力墙相连;分级限位弹簧,所述分 级限位弹簧水平设置且分别与所述上过渡部和所述钢筋混凝土反力墙相连。
[0015] 根据本发明的一个实施例,所述串联隔震垫体系包括:串联杆,所述串联杆竖向设 置且分别与所述上层楼板梁和所述钢筋混凝土反力墙相连;多个串联隔震垫,多个所述串 联隔震垫上下排列套设在串联杆上且被夹持在所述上层楼板梁和所述钢筋混凝土反力墙 之间。
[0016] 根据本发明的一个实施例,所述并联隔震垫体系包括:多个并联隔震垫,多个所述 并联隔震垫水平排列且被夹持在所述上层楼板梁和所述钢筋混凝土反力墙之间。
附图说明 _
[0017] 图1是根据本发明实施例的底部架空层集中耗能式抗震建筑的局部结构示意图。
[0018] 图2是根据本发明另一个实施例的底部架空层集中耗能式抗震建筑的局部结构示 意图。
[0019] 图3是根据本发明实施例的底部架空层集中耗能式抗震建筑的竖向承载构件的水 平截面示意图。
[0020] 附图标记:上层楼板梁10、上层竖向构件11、上过渡部12、地坪20、下部结构21、下 过渡部22、钢筋混凝土反力墙23、超柔防倾柱3〇、栓钉31、屈曲约束支撑40、分级限位弹簧阻 尼器体系50、阻尼器51、分级限位弹簧52、串联隔震塾体系6〇、串联杆6丨、串联隔震垫62。
具体实施方式 _
[0021] 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疋出,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。
[0022] 下面参考附图描述根据本发明实施例的底部架空层集中耗能式抗震建筑。其中, 上下方向(竖向)和水平方向分别以建筑正常使用时的上下方向和水平方向为准。
[0023] 如图1-图3所示,根据本发明实施例的底部架空层集中耗能式抗震建筑包括建筑 本体、竖向承载构件和水平耗能构件。
[0024] 所述建筑本体的最底层为架空层。所述竖向承载构件设在所述架空层,且所述竖 向承载构件支撑在所述架空层的上层竖向构件11和下部结构21之间,所述竖向承载构件与 上层竖向构件11之间设有上过渡部12,所述竖向承载构件与下部结构21之间设有下过渡部 22。所述水平耗能构件与所述竖向承载构件相对独立,即所述竖向承载构件和水平耗能构 件相脱离并非整体件。所述水平耗能构件设在所述架空层,所述水平耗能构件分别与上过 渡部12和下过渡部22相连或分别与上过渡部12和设在所述架空层的钢筋混凝土反力墙23 相连。
[0025]根据本发明实施例的底部架空层集中耗能式抗震建筑,利用建筑本体的架空层作 为减隔震层,实现架空层和减隔震层的统一,既不影响建筑本体的原有使用功能,又不会造 成建筑空间的浪费,具有较强的实用性和经济性。由于减隔震层位于地上,不涉及隐蔽工 程,对于隔震层的施工、维护保养、日常监测与震后维修等均具有更好的方便性与可操作 性。
[00261并且,所述架空层同时设有所述竖向承载构件和水平耗能构件,且所述竖向承载 构件和水平耗能构件相对独立,其中,所述竖向承载构件在大震下可以保持弹性,震后可为 结构提供足够竖向承载力和水平恢复力。所述水平耗能构件在地震时能够有效消耗地震输 入能量,为主要的损伤构件,震后易于更换。由于竖向承载构件的水平刚度较低,可以迫使 地震变形集中在隔震层,从而在中大震作用下,结构塑性变形将集中在结构底层的水平耗 能构件上。
[0027]由于结构变形集中在架空层,因此在中大震下所述水平耗能构件可以有效地消耗 地震能量,大大提高水平耗能构件的工作效率,不但能够保证建筑本体上部结构的安全,而 且具有更好的经济性。此外,由于塑性变形或者结构损伤集中在所述水平耗能构件上,所述 竖向承载构件仍为弹性,可保证竖向承载力,震后更换维修极为方便。
[0028]因此,根据本发明实施例的底部架空层集中耗能式抗震建筑,由于中大震作用下 层间变形主要集中在建筑本体底部的架空层,所述水平耗能构件能够发挥更高的工作效 率,消耗掉大部分地震输入能量,同时能够有效减小建筑本体上部结构的地震作用,对建筑 本体的整体结构有极好的保护作用,从而能够保护所述竖向承载构件以及建筑本体上部结 构的安全。由于中大震后,所述竖向承载构件仍能保持正常使用功能,而且结构损伤主要集 中在所述水平耗能构件上,震后更换损伤构件以及维修结构的施工简单方便,大幅减小了 维修时间与施工费用。
[0029]下面参考附图描述根据本发明具体实施例的底部架空层集中耗能式抗震建筑。 [0030]在本发明的一些具体实施例中,如图1-图3所示,根据本发明实施例的底部架空层 集中耗能式抗震建筑包括建筑本体、竖向承载构件和水平耗能构件。
[0031]具体而言,所述竖向承载构件为超柔防倾柱30,超柔防倾柱30为高强钢件或高强 钢-混凝土组合件。
[0032] 本领域的技术人员可以理解的是,高强钢是指强度在Q345以上的钢材,比如Q460 等,可按照结构具体特性与设计要求选择合适的高强钢。
[0033] 在本发明的一些具体示例中,如图1和图2所示,上层竖向构件11为上层柱,下部结 构21为设在地坪20下的基础,超柔防倾柱30的上端伸入所述上层柱通过栓钉31固定或与上 过渡部12焊接,超柔防倾柱30的下端伸入所述基础通过栓钉31固定。
[0034]当然,下部结构21也可以为其它结构,例如地下室结构。
[0035] 进一步地,上过渡部12和下过渡部22分别为钢筋混凝土件、钢结构件或钢-混凝土 混合结构件,上过渡部12和下过渡部22的尺寸满足高强钢件的锚固要求,以顺利地传递荷 载。
[0036] 有利地,如图1-图3所示,对应的上过渡部12和下过渡部22之间连接有彼此间隔开 的多个超柔防倾柱30,单个超柔防倾柱30的水平截面积小于上过渡部12的水平截面积和下 过渡部22的水平截面积中的任一个。图3示出了对应的上过渡部12和下过渡部22之间连接 有四个超柔防倾柱30的示例,该四个超柔防倾柱30布置在上层柱11的水平截面的四个拐角 处。
[0037]根据本发明实施例的底部架空层集中耗能式抗震建筑,在同一上层柱11下采用多 根小截面的超柔防倾柱30作为竖向承载构件,每个超柔防倾柱30之间的间距满足高强钢锚 固要求。竖向刚度与承载力较高,而水平刚度却较低,结合层高较大的架空层,具有较大的 水平柔度,可以确保在地震作用下结构变形集中在架空层。此外,超柔防倾柱3〇采用高强钢 或者高强钢-混凝土组合件,可以保证在大震作用下仍能保持拉压弹性,具有较高的抗倾覆 能力,且整体结构在震后具有易于自动复位的特性,超柔防倾柱30在震后仍然能够正常承 受竖向荷载,从而满足建筑的安全和正常使用要求,实现更高的抗震性能目标。
[0038] 在本发明的一些具体实施例中,如图1-图3所示,所述水平耗能构件包括屈曲约束 支撑40、分级限位弹簧阻尼器体系50、串联隔震垫体系60、并联隔震垫体系和诸如粘滞阻尼 器等无弹簧常规阻尼器体系中的至少一种。
[0039]具体而言,如图1和图2所示,屈曲约束支撑40相对于水平方向倾斜设置,屈曲约束 支撑40的上端与一个超柔防倾柱30上的上过渡部12相连,屈曲约束支撑40的下端与另一个 超柔防倾柱30的下过渡部22相连。其中,所述一个超柔防倾柱30和所述另一个超柔防倾柱 30为相邻的两个超柔防倾柱30。在中大震作用下,由于屈曲约束支撑40塑性变形甚至断裂, 刚度大大衰落,从而架空层将成为结构薄弱层,地震变形向架空层集中。
[0040]如图2所示,分级限位弹簧阻尼器体系50包括阻尼器51和分级限位弹簧52。阻尼器 51水平设置且分别与上过渡部12和钢筋混凝土反力墙23相连。分级限位弹簧52水平设置且 分别与上过渡部12和钢筋混凝土反力墙23相连。在中大震作用下,架空层刚度较弱,地震变 形集中,阻尼器51能够起到消耗地震输入能量的作用,而分级限位弹簧52能够对结构提供 可变的水平刚度,一方面能够保证在一定位移范围内架空层水平刚度较低,另一方面能够 防止建筑本体产生过大变形以致发生倾覆式倒塌破坏。
[0041]本领域的技术人员可以理解的是,术语“限位弹簧”是指,在一定变形范围内刚度 为零且超过该一定范围后刚度保持恒定的弹簧。
[0042] 术语“分级限位弹簧”是指在架空层不同跨内,限位弹簧规定的无刚度变形限值可 分级设置,以保证限位弹簧能为整体结构提供渐变的水平刚度。
[0043] 如图3所示,串联隔震垫体系60包括串联杆61和多个串联隔震垫62。串联杆61竖向 设置且分别与上层楼板梁10和钢筋混凝土反力墙23相连。多个串联隔震垫62上下排列套设 在串联杆61上且被夹持在上层楼板梁10和钢筋混凝土反力墙23之间。串联杆61可以将多个 串联隔震垫62串联在一起,多个串联隔震垫62能够成倍地放大单个串联隔震垫62的允许水 平变位,从而可大幅扩大串联隔震垫62的适用范围。
[0044]所述并联隔震垫体系包括多个并联隔震垫(图中未示出),多个所述并联隔震垫水 平排列且被夹持在上层楼板梁10和钢筋混凝土反力墙23之间。
[0045]本领域的技术人员需要理解的是,在建筑本体中,可以根据抗震性能目标要求及 具体特征,选用屈曲约束支撑40、分级限位弹簧阻尼器体系50、串联隔震垫体系60、并联隔 震垫体系和无弹簧常规阻尼器体系中的一种或多种,且设置每种的数量和尺寸。
[0046]举例而言,在风荷载及小震作用下,屈曲约束支撑40能够提供足够的水平刚度以 满足使用功能。在中大震作用下,屈曲约束支撑40、分级限位弹簧阻尼器体系5〇和串联隔震 垫体系60的结合使用能够高效地发挥耗散地震输入能量的作用。
[0047] 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。
[0048] 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”的含义是至少两个,例如两 个,三个等,除非另有明确具体的限定。
[0049] 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。
[0050] 在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下” 可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它 们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特 征在第二特征正上方和斜上方,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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示 第一特征水平高度小于第二特征。
[0051] 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。
[0052]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 (9)

1. 一种底部架空层集中耗能式抗震建筑,其特征在于,包括: 建筑本体,所述建筑本体的最底层为架空层; 竖向承载构件,所述竖向承载构件设在所述架空层且支撑在所述架空层的上层竖向构 件和下部结构之间,所述竖向承载构件与所述上层竖向构件之间设有上过渡部,所述竖向 承载构件与所述下部结构之间设有下过渡部,所述竖向承载构件为超柔防倾柱,所述超柔 防倾柱为高强钢件或高强钢-混凝土组合件,单个所述超柔防倾柱的水平截面积小于所述 上过渡部的水平截面积和所述下过渡部的水平截面积中的任一个,对应的所述上过渡部和 所述下过渡部之间连接有四个所述超柔防倾柱,该四个超柔防倾柱布置在所述上层竖向构 件的水平截面的四个拐角处; 水平耗能构件,所述水平耗能构件与所述竖向承载构件相对独立,所述水平耗能构件 设在所述架空层,所述水平耗能构件分别与所述上过渡部和所述下过渡部相连或分别与所 述上过渡部和设在所述架空层的钢筋混凝土反力墙相连。
2. 根据权利要求1所述的底部架空层集中耗能式抗震建筑,其特征在于,所述上层竖向 构件为上层柱,所述下部结构为基础,所述竖向承载构件的上端伸入所述上层柱通过栓钉 固定或与所述上过渡部焊接,所述竖向承载构件的下端伸入所述基础通过栓钉固定。
3. 根据权利要求1所述的底部架空层集中耗能式抗震建筑,其特征在于,所述上过渡部 和所述下过渡部分别为钢筋混凝土件、钢结构件或钢-混凝土混合结构件。
4. 根据权利要求1所述的底部架空层集中耗能式抗震建筑,其特征在于,对应的所述上 过渡部和所述下过渡部之间连接有彼此间隔开的多个所述超柔防倾柱。
5. 根据权利要求1所述的底部架空层集中耗能式抗震建筑,其特征在于,所述水平耗能 构件包括屈曲约束支撑、分级限位弹簧阻尼器体系、串联隔震垫体系、并联隔震垫体系和常 规阻尼器体系中的至少一种。
6. 根据权利要求5所述的底部架空层集中耗能式抗震建筑,其特征在于,所述屈曲约束 支撑相对于水平方向倾斜设置,所述屈曲约束支撑的上端与一个所述竖向承载构件上的上 过渡部相连且下端与另一个所述竖向承载构件的下过渡部相连。
7. 根据权利要求5所述的底部架空层集中耗能式抗震建筑,其特征在于,所述分级限位 弹簧阻尼器体系包括: 阻尼器,所述阻尼器水平设置且分别与所述上过渡部和所述钢筋混凝土反力墙相连; 分级限位弹簧,所述分级限位弹簧水平设置且分别与所述上过渡部和所述钢筋混凝土 反力墙相连。
8. 根据权利要求5所述的底部架空层集中耗能式抗震建筑,其特征在于,所述串联隔震 垫体系包括: 串联杆,所述串联杆竖向设置且分别与所述上层楼板梁和所述钢筋混凝土反力墙相 连; 多个串联隔震垫,多个所述串联隔震垫上下排列套设在串联杆上且被夹持在所述上层 楼板梁和所述钢筋混凝土反力墙之间。
9. 根据权利要求5所述的底部架空层集中耗能式抗震建筑,其特征在于,所述并联隔震 垫体系包括: 多个并联隔震垫,多个所述并联隔震垫水平排列且被夹持在所述上层楼板梁和所述钢 筋混凝土反力墙之间。
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