CN105821985A - 一种大空间自恢复吸能结构体系 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大空间自恢复吸能结构体系，包括网壳结构、格构塔柱、自平衡液压杆和铰接结构，所述网壳结构为自消能、自回位空间网壳结构；所述网壳结构上部连接自平衡液压杆，为其提供径向力和张力；所述网壳结构下部连接高弹性、高耗能的铰接结构，为其提供支撑力和张力；所述格构塔柱连接基础和自平衡液压杆，用于支撑结构体系；所述网壳结构、自平衡液压杆和铰接结构在动荷载作用下通过发生变形，吸收地震波传来的能量，并分别通过格构塔柱和铰接结构将能量传递至基础，附加动荷载卸除后自复位实现结构体系的自恢复和吸能减震功能。本发明从整体上进行系统的吸能耗能设计，在受力传力合理的基础上，实现结构体系良好的吸能减震效果。

Description

一种大空间自恢复吸能结构体系
技术领域
本发明涉及建筑工程中的建筑结构领域，具体涉及一种大空间自恢复吸能结构体系。
背景技术
在人类社会发展的历程中，能够提供更大空间和跨度的结构常常是人们追求的目标。大空间和大跨度的结构不仅可以满足建筑大空间的使要求，使空间的水平分隔的灵活性及垂直方向自由调整的可能性增大，而且受力合理、结构轻巧、造型优美、用钢量低、实用耐久。大空间结构体系设计的优劣直接关系到建筑物的安全、经济、适用、美观，结构体系设计也关系着建筑的抗震能力、整体强度、经济性能等。由于大空间结构设计问题的复杂性，在实际应用中往往因为荷载传递及结构受力的不合理，导致建筑结构抗震能力及整体强度劣化。
随着现代科技技术的发展和建筑技术的进步，人们对建筑结构抗震吸能消能的要求越来越高。在现有的抗震技术中，大多利用提高建筑的整体刚度、对薄弱环节进行加固处理，或者使用轻质材料减轻自重从而达到抗震目的，这些技术虽然在一定程度上达到了减震的效果，但造价大大提高且容易出现脆性破坏等工程质量隐患；另外，在大空间建筑结构的抗震减震设计中也有使用抗震阻尼、隔震支座等局部抗震、隔震的结构，这种结构设计仅能起到整个建筑物横向的吸能抗震，而对于刚性较大的大空间建筑结构本身由于震动引起的不均匀动荷载不能及时、均匀的传递至基础，从而导致建筑结构产生不均匀沉降及脆性破坏；而且地震时地面运动是多维的，地基基础在各方向震动易引起建筑物产生纵向的轴向力，现有技术的抗震/减震设计仅能产生压缩变形实现耗能减震/抗震，不能产生转动变形实现吸能、耗能；现有的大空间建筑结构抗震设计仅为局部抗震设计，可实现局部或某方面的耗能减震/抗震，整体抗震效果不佳。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种具有较好的吸能减震和自恢复能力的大空间建筑结构体系。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种大空间自恢复吸能结构体系，包括网壳结构、格构塔柱、自平衡液压杆和铰接结构，其特征在于：所述网壳结构为三层叠层结构的网壳结构；所述网壳结构上部连接自平衡液压杆，为其提供径向力和张力；所述网壳结构下部连接弹性铰接结构，为其提供支撑力和张力；所述格构塔柱连接基础和自平衡液压杆，用于支撑结构体系；所述网壳结构、自平衡液压杆和铰接结构在动荷载作用下通过发生变形，吸收地震波传来的能量，并分别通过格构塔柱和铰接结构将能量传递至基础，附加动荷载卸除后自复位实现结构体系的自恢复和吸能减震功能。
进一步地，所述网壳结构通过模仿贝壳的层理构造，利用贝壳棱柱层连接上部角质层和下部珍珠层的原理，利用高弹性、高韧性的连接体连接上部壳体结构和下部网架结构，在径向起缓冲作用，所述连接体具有可发生一定程度的变形和复位的功能，用于网壳结构受外部荷载作用时，使网壳结构整体实现吸能、隔震及减震。
进一步地，所述铰接结构通过模仿贝壳韧带交叉棱柱层，利用贝壳韧带为贝壳张开提供张力的原理，用高弹性材料制成交叉棱柱状构件来连接网壳结构与基础；所述铰接结构由互成一定角度的多个棱柱层交叠而成，所述的铰接结构固结于地基基础，与上部结构刚接，起到承重、吸能耗能和传递荷载的作用；同时，所述铰接结构还可以在纵向面发生一定的转动并自回位，并在这一过程中实现吸能耗能。
进一步地，所述的棱柱层为多个棱柱体按照一定的角度整齐、紧密排列而成，所述的棱柱体由高弹性、高耗能的材料制成。
与现有技术相比，本发明具备的有益效果为：本发明的一种大空间自恢复吸能结构体系从整体上进行系统的吸能耗能设计，在受力传力合理的基础上，通过自平衡液压杆和高弹性高韧性铰接结构的共同作用，在确保结构承受荷载时的整体稳定的条件下，通过结构本身自身发生的变形，使结构具有一定的自恢复能力，提高建筑物整体柔度，从而达到良好的吸能减震的效果。具体的，本发明结合网架结构跨度大和壳体结构张力大的优点，形成网壳协调大跨度空间结构；网壳结构中的连接体、自平衡液压杆以及高弹性高韧性铰接结构，在荷载作用下通过发生变形，吸收地震波传来的能量，并分别通过格构塔柱和铰接结构自身，将能量传递至基础，实现结构体系的自恢复和吸能减震功能；本发明明确提出的抗震结构体系从结构本身出发，结合新型仿生材料特性，通过提高结构整体柔度来达到抗震要求，这种抗震技术与已有的建筑抗震体系相比，大大降低了抗震费用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为铰接结构结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。如图1所示的一种大空间自恢复吸能结构体系，包括网壳结构3、格构塔柱4、自平衡液压杆1和铰接结构2，所述网壳结构3为自消能、自回位空间网壳结构；所述网壳结构3上部连接自平衡液压杆1，为其提供径向力和张力；所述网壳结构3下部连接高弹性、高耗能的铰接结构2，为其提供支撑力和张力；所述格构塔柱4连接基础和自平衡液压杆1，用于支撑结构体系；所述网壳结构3、自平衡液压杆1和铰接结构2在荷载作用下通过发生微小变形和复位，吸收地震波传来的能量，并分别通过格构塔柱4和铰接结构2将能量传递至基础，实现结构体系的自恢复和吸能减震功能。
进一步地，所述网壳结构3通过模仿贝壳的层理构造，利用贝壳棱柱层连接上部角质层和下部珍珠层的原理，利用高弹性、高韧性的连接体32连接上部壳体结构31和下部网架结构33，在径向起一定的缓冲作用，所述连接体32具有可发生一定程度的变形和复位的功能，用于网壳结构3受外部荷载作用时，使网壳结构3整体实现吸能、隔震及减震。
进一步地，所述铰接结构2通过模仿贝壳韧带交叉棱柱层，利用贝壳韧带为贝壳张开提供张力的原理，用多个高弹性材料制成交叉棱柱状构件来连接网壳结构与基础；如图2所示，所述铰接结构由互成一定角度的多个棱柱层21交叠而成，所述的铰接结构2固结于地基基础，与上部结构刚接，起到承重、吸能耗能和传递荷载的作用；同时，所述铰接结构2还可以在纵向面发生一定的转动并自回位，并在这一过程中实现吸能耗能。
进一步地，所述的棱柱层21为多个棱柱体22按照一定的角度整齐、紧密排列而成，所述的棱柱体22由高弹性、高耗能的材料制成。
当结构体系受载时，高弹性高韧性铰接结构处允许出现微小转动，自平衡液压杆被压缩，吸收能量；卸载后，在网壳结构自重和高弹性高韧性铰接结构的作用下，自平衡液压杆恢复变形，释放能量，从而实现结构体系的自恢复和吸能。此外，与自平衡液压杆相连的格构塔柱使整个结构体系具有足够的刚度，并实现结构体系主体到基础的传力。
应当说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不用以限制本发明，本领域人员在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种大空间自恢复吸能结构体系，包括网壳结构、格构塔柱、自平衡液压杆和铰接结构，其特征在于：所述网壳结构为三层式层叠结构的网壳结构；所述网壳结构上部连接自平衡液压杆，为其提供径向力和张力；所述网壳结构下部连接弹性铰接结构，为其提供支撑力和张力；所述格构塔柱连接基础和自平衡液压杆，用于支撑结构体系；所述网壳结构、自平衡液压杆和铰接结构在动荷载作用下通过发生变形，吸收地震波传来的能量，并分别通过格构塔柱和铰接结构将能量传递至基础，附加动荷载卸除后自复位实现结构体系的自恢复和吸能减震功能。
2.根据权利要求1所述的一种大空间自恢复吸能结构体系，其特征在于：所述网壳结构包括上部壳体结构、连接体和下部网架结构，所述连接体为高弹性、高韧性的材料，所述连接体具有可发生一定程度的变形和复位的功能，用于网壳结构受外部荷载作用时，使网壳结构整体实现吸能、隔震及减震。
3.根据权利要求1或2所述的一种大空间自恢复吸能结构体系，其特征在于：所述铰接结构由互成一定角度的多个棱柱层交叠而成，所述的铰接结构固结于地基基础，与上部结构刚接，起到承重、吸能耗能和传递荷载的作用。
4.根据权利要求3所述的一种大空间自恢复吸能结构体系，其特征在于：所述的棱柱层为多个棱柱体按照一定的角度整齐、紧密排列而成，所述的棱柱体由高弹性、高耗能的材料制成。
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周太全，华渊: "江南大学体育馆网壳结构静动力特性分析", 《江南大学学报（自然科学版）》 *

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