CN107338882A - 一种局部可侧滑的摇晃结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种局部可侧滑的摇晃结构，该结构局部布有摇晃构件，该摇晃构件左部和右部分别支撑上部的支撑柱或墙，和/或，该摇晃构件前部和后部分别支撑上部的支撑柱或墙；该摇晃构件铰接有滑动块，该滑动块搁置于基础或楼层梁顶上，且约束滑动块与基础或楼层梁相对转动，使结构该楼层刚度弱化并形成可局部摇晃的体系；所述滑动块与基础或楼层梁之间并设置有阻碍滑动块侧滑的装置，所述滑动块受周围结构推动时发生侧滑，并牵连摇晃构件侧滑、摇晃，摇晃构件又牵连其所支撑的各支撑柱或墙侧移和上下相对运动。本发明可有效减小结构水平振动和提升结构抗震性能。

Description

一种局部可侧滑的摇晃结构

技术领域

本发明涉及结构工程抗震技术领域，特别是涉及一种局部可侧滑的摇晃结构。

背景技术

房屋建筑结构抗震设计技术的发展大致经历两个途径，一是提高结构自身抵抗地震的能力途径，如发展高性能材料、构件和结构体系等；二是振动控制减小结构地震激励响应途径，如设置消能阻尼器耗能减振，及基础隔振等。耗能减振和隔振等在实践中并不一定泾渭分明，工程中的振动控制往往同时蕴含这两个概念和技术措施。

现有技术出现一种针对性放松结构内外约束弱化某些特定部位，以达到结构振动控制的效果。例如天然橡胶支座隔振基础、框架-摇摆核心筒等，此时结构或内部常呈现接近刚体模态的变形，低阶阶自振周期较大幅度变大，通常这类结构称为摇摆结构。进一步地，可在弱化部位附设耗能元件，实践隔振与耗能减振联合应用，同时减小弱化部位地震变形；或在构件连接部位用施加无粘结后张拉预应力替代刚性连接，既放松约束又在结构变形过程中产生滞回耗能，同时增强结构稳定性和使结构具有一定的自复位能力。

相比于传统结构，摇摆结构较大幅度减少地震对结构的能量输入，具有自减振和自复位能力等；另一方面，摇摆结构刚度弱化部位的地震变形较大，往往包含结构或非结构附件，如橡胶支座隔振基础、耗能元件或施加无粘结预应力等，要更精心设计、施工和维护。

发明内容

本发明的目的是提出一种局部可侧滑的摇晃结构，使体系具备自减振功能、且自抑制刚度弱化部位地震变形。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种局部可侧滑的摇晃结构，该结构局部布有摇晃构件，该摇晃构件左部和右部分别支撑上部的支撑柱或墙，和/或，该摇晃构件前部和后部分别支撑上部的支撑柱或墙；该摇晃构件铰接有滑动块，该滑动块搁置于基础或楼层梁顶上，且约束滑动块与基础或楼层梁相对转动，使结构该楼层刚度弱化并形成可局部摇晃的体系；所述滑动块与基础或楼层梁之间并设置有阻碍滑动块侧滑的装置，所述滑动块受周围结构推动时发生侧滑，并牵连摇晃构件侧滑、摇晃，摇晃构件又牵连其所支撑的各支撑柱或墙侧移和上下相对运动。

进一步的，所述摇晃构件呈V字形，其两上端部分别支撑上部的支撑柱或墙，且其两上端部之间连接有第一横梁；所述摇晃构件的下端铰接有所述滑块。

进一步的，所述摇晃构件顶部与其所在层的楼盖通过第二横梁连接。

进一步的，所述支撑柱或墙与周围各层楼盖之间分别通过第三横梁连接。

进一步的，所述支撑柱或墙与周围各层楼盖之间分别采用第一弹簧和/或第一阻尼器连接。

进一步的，所述支撑柱和/或墙之间在各层楼盖处分别连接有第四横梁。

进一步的，所述滑动块通过若干垂直锚拉杆与基础或楼层梁连接。

进一步的，所述锚拉杆外套设有刚性套筒，该套筒抵在所述滑动块底与基础或楼层梁顶之间。

进一步的，所述阻碍滑动块侧滑的装置为水平连接滑动块端侧面和基础或楼层梁顶的第二弹簧和/或第二阻尼器；或者，所述阻碍滑动块侧滑的装置为布置在所述滑动块底与基础或楼层梁顶之间的铅芯叠层橡胶支座。

进一步的，所述摇晃构件为V形柱或倒三角形墙或倒梯形墙。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明在结构楼层局部布置所述摇晃构件，且摇晃构件铰接滑动块，使结构该楼层刚度弱化并形成可局部摇晃的体系，以利于减小地震能量输入；滑动块受周围结构水平推动发生侧滑，并牵连摇晃构件侧滑、摇晃，摇晃构件又牵连所支撑的各支撑柱或墙侧移和上下相对运动，滑动块底与基础或楼层梁顶产生滑动摩擦耗能、阻碍滑动块侧滑的装置积蓄弹性变形能和/或塑性变形耗能，及部分水平振动能量转化为支撑柱或墙等垂直振动能量，均减少体系水平振动能量，从而减小体系水平振动位移幅值。

特别地，滑动块侧滑时所受基础或楼层梁水平作用力传递到摇晃构件底端，与周围结构作用于摇晃构件左部及右部顶端的水平推力构成力矩，使摇晃构件摇晃并牵连其所支撑的各支撑柱或墙上下相对运动，与此上下相对运动加速度对应的惯性力矩最终将反作用于周围结构，可抑制楼层刚度弱化的不利影响。

相比现有技术，常见经典摇摆结构的“摇摆”方式较单一，如：局部摇摆剪力墙结构作定轴转动、橡胶支座隔振基础结构作水平平移；本发明的一种局部可侧滑摇晃结构则包含滑动块和摇晃构件侧移、摇晃构件摇晃及牵连其上的支撑柱或墙等侧移和分别上下相对平移等，可多种途径减少体系水平振动能量，同时自抑制楼层刚度弱化的不利影响。本发明所述的滑动块及摇晃构件可局部布置在结构任意层。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种局部可侧滑的摇晃结构不局限于实施例。

附图说明

图1是实施例一本发明的结构模型示意图；

图2是实施例一本发明的结构模型侧移变形示意图；

图3是实施例一本发明的滑动块搁置基础或楼层梁顶构造示意图；

图4是实施例一本发明的滑动块在基础顶侧滑示意图；

图5是实施例二本发明的结构模型示意图；

图6是实施例二本发明的滑动块搁置基础或楼层梁顶构造示意图；

图7是实施例三本发明的结构模型示意图；

图8是实施例四本发明的结构模型示意图；

图9是实施例五本发明的结构模型示意图。

具体实施方式

实施例一

请参见图1-图4所示，本发明的一种局部可侧滑的摇晃结构，结构底层局部布有摇晃构件，该摇晃构件左部和右部分别支撑上部(上部指位于摇晃构件之上)的支撑柱41、墙42。摇晃构件左部、右部所支撑的构件(支撑柱或墙)并非同一个构件，本实施例中，即摇晃构件左部对支撑柱41进行支撑，摇晃构件右部对墙42进行支撑。该摇晃构件下端铰接有滑动块2，该滑动块2搁置于基础31上，且约束滑动块2与基础31相对转动。所述滑动块2与基础或31之间并设置有阻碍滑动块2侧滑的装置(该装置会阻碍滑动块侧滑，但不会完全限制滑动块侧滑)。遭遇地震时，所述滑动块2受周围结构推动向左或向右发生侧滑，并牵连摇晃构件侧滑、摇晃，摇晃构件又牵连其所支撑的支撑柱41、墙42侧移和分别上下相对运动。将体系中摇晃构件、滑动块2、摇晃构件左部和右部分别支撑的支撑柱或墙及它们所承重的结构部分，称为“局部摇晃柱”；而将“局部摇晃柱”周边与之连接的体系其它结构部分，称为“周围结构”。相比于传统的落地剪力墙，墙42的性质较类似于支撑柱41，但一般墙和柱的截面抗弯和抗剪刚度差别较大，墙42对体系相关楼层水平变形的约束强于支撑柱41。

摇晃构件的左部、右部是指摇晃构件在摇晃结构的横向上所在的两个部分，该两个部分以摇晃构件与滑动块2的铰接部位为分界。

本实施例中，所述摇晃构件呈V字形，其两上端部为左右关系，并分别支撑上部的支撑柱41、墙42。具体，该摇晃构件为V形柱1。所述滑动块2的底面为平面，滑动块2为正六面体。

本实施例中，传统结构中应垂直落地的柱(或墙)在底层局部被下端铰接滑动块2的V形柱1替换，使得滑动块2、V形柱1及其两上端部上的支撑柱41和墙42等，与周围结构一起组成局部摇晃结构体系。

本实施例中，V形柱1底端与滑动块2的铰接点位于滑动块2的中部；V形柱1的两上端部与支撑柱41、墙42连接的力学模型为铰接。

本实施例中，所述V形柱1的两个上端部之间有第一横梁51连接。V形柱1两上端部用横梁51近似组成一个三角形，可减少V形柱1的弯曲变形。

本实施例中，第一横梁51与V形柱1两上端部刚接，V形柱1两上端部分别与周围底层楼盖采用第二横梁61刚接；支撑柱41和墙42分别与周围各层楼盖采用第三横梁62刚接；支撑柱41和墙42之间在各层楼盖标高处分别连接有第四横梁52，且连接的力学模型均为铰接。

本实施例中，V形柱1及其底端铰接的滑动块2布置在体系的主振动方向，基础31顶面为水平面。

本实施例中，如图3、图4所示，所述滑动块2左、右两端分别通过垂直向锚拉杆71与基础31连接，以约束滑动块2相对基础31转动，使滑动块2只能相对基础31侧滑。锚拉杆71采用2根直径20mm的二级低碳钢筋，其两端分别锚入滑动块2和基础31的长度和做法符合《建筑抗震设计规范》GB50011-2010规定要求。结构抗震设计要求楼层层间位移符合弹塑性位移限值条件，使滑动块2侧滑导致的锚拉杆71偏转角通常较小，锚拉杆71对滑动块2的拉力方向大致沿垂直向，对滑动块2水平侧滑的阻碍作用较小。

本实施例中，如图3、图4所示，所述阻碍滑动块2侧滑的装置包括水平布置的第二弹簧81和第二阻尼器82，第二弹簧81和第二阻尼器82并联设置，并连接在所述滑动块2端部左侧(或者也可以是右侧)与基础31之间。体系水平振动时，滑动块2侧滑时其底面将受滑动摩擦力作用、其左侧受水平的弹簧力和阻尼力作用，并传递到V形柱1底端，与周围结构作用于V形柱1两上端部的水平推力构成力矩，使V形柱1绕其底端铰接点转动，对应使其两上端部上的支撑柱41和墙42产生上下相对平移。

本发明的一种局部可侧滑的摇晃结构，以实施例一说明其自减振、自抑制刚度弱化部位地震变形的工作机理如下：

⑴所述一种局部可侧滑的摇晃结构，楼层局部布有下端铰接滑动块2的V形柱1形成一种局部可侧滑的摇晃结构体系，且解除V形柱1底端的转动约束和部分解除V形柱1底端水平运动约束，弱化了体系楼层刚度；且使体系低阶自振频率较大幅度变小，而远离场地特征频率，均有利于减少对体系的地震能量输入，从而减小体系水平振动位移幅值。

⑵所述一种局部可侧滑的摇晃结构，受周围结构水平推动，滑动块2侧滑时其底面所受的滑动摩擦力、其端部侧面所受的水平阻尼力做负功，将耗散体系振动能量；其端部侧面所受的水平弹簧力做负功，将积蓄弹性变形能，从而进一步减小体系水平振动位移幅值。

⑶所述一种局部可侧滑的摇晃结构，受周围结构水平推动，滑动块2牵连V形柱1侧移和向一侧转动，V形柱1转动又牵连其两上端部上的支撑柱41和墙42上下相对运动，一部分体系水平振动动能转化为垂直振动动能，同时增加体系内部阻尼耗散，从而进一步减小体系水平振动位移幅值。

⑷所述一种局部可侧滑的摇晃结构，受周围结构水平推动，所述V形柱1转动并牵连其两上端部上的支撑柱41和墙42上下相对运动，与此上下相对运动加速度对应的惯性力矩，最终将反作用于周围结构，阻碍V形柱1布有层的水平侧移，从而抑制楼层刚度弱化的不利影响。

本发明的一种局部可侧滑的摇晃结构，所述的可侧滑“局部摇晃柱”内置于结构体系，本身也作为体系的一部分承载结构，而直接利用该部分结构承载重量减振。本发明所述的可侧滑“局部摇晃柱”可局部布置于结构体系的任意层。

实施例二

请参见图5、图6所示，本发明的一种局部可侧滑的摇晃结构，其与实施例一的主要区别在于：所述滑动块2底与基础31顶之间布置有铅芯叠层橡胶支座10，而滑动块2侧面不再设置水平第二弹簧及第二阻尼器与基础31连接，详见图5所示。其中，铅芯叠层橡胶支座10的叠层橡胶起弹簧作用，铅芯起阻尼器作用，其水平约束的力学模型相当于连接滑动块2和基础31的一对水平并联的弹簧和阻尼器。铅芯叠层橡胶支座10除垂直支撑所述“局部摇晃柱”结构部分，还作为所述阻碍滑动块2侧滑的装置使用。阻碍滑动块2侧滑还有其它途径，如在滑动块2和基础31之间设置可主动控制开启/闭合的刹车装置等。

本实施例与实施例一的区别还在于：滑动块2两端部的锚拉杆71外分别套有刚性套筒72，刚性套筒72不锚入滑动块2或基础31，而是抵在滑动块2底面和基础31顶面之间，详见图6所示，目的仍是约束滑动块2相对基础31转动。

本实施例与实施例一的区别还在于：V形柱1的两上端部支撑的上部构件均为支撑柱41、43，且V形柱1两上端部与其支撑柱41、43的连接均为刚接；支撑柱41、43分别与周围各层楼盖之间刚接有第三横梁62，支撑柱41、43在各层楼盖标高处分别连接有第四横梁52，且连接的力学模型均为铰接。

实施例三

请参见图7所示，本发明的一种局部可侧滑的摇晃结构，其与实施例二的主要区别在于：滑动块2及V形柱1不布置于结构底层，而是布置在结构较高楼层，搁置支撑于楼层梁32顶上。同实施例二，所述滑动块2底与楼层梁32顶之间布置有铅芯叠层橡胶支座10，而滑动块2侧面和楼层梁32之间未设置水平并联的第二弹簧及第二阻尼器。

本实施例与实施例二的区别还在于：V形柱1两上端部与支撑柱41、43连接的力学模型均为铰接。

实施例四

请参见图8所示，本发明的一种局部可侧滑的摇晃结构，其与实施例三的主要区别在于：支撑柱41、43与周围各层楼盖之间均用水平设置的第一弹簧91和第一阻尼器92连接，第一弹簧91和第一阻尼器92相并联；V形柱1两上端部与其支撑柱41、43连接的力学模型均为刚接，支撑柱41、43在各层楼盖标高处分别刚接有第四横梁52。

实施例五

请参见图9所示，本发明的一种局部可侧滑的摇晃结构，其与实施例二的主要区别在于：V形柱1及第一横梁51被一片倒三角形墙11代替。相应地，倒三角形墙11底端与滑动块2铰接，倒三角形墙11的左、右上端部支撑的上部构件均为柱构件，即支撑柱41、43。

实施例六

其与上述各实施例的区别在于：所述摇晃构件为倒梯形墙。

实施例七

其与上述各实施例的区别在于：所述摇晃构件仅前部和后部分别支撑上部的支撑柱或墙，且摇晃构件前部、后部所支撑的构件(支撑柱或墙)并非同一个构件。摇晃构件的前部、后部是指摇晃构件在摇晃结构的纵向上所在的两个部分，该两个部分以摇晃构件与滑动块的铰接部位为分界。

实施例八

其与上述各实施例的区别在于：所述摇晃构件不仅左部和右部分别支撑上部的支撑柱或墙，所述摇晃构件的前部和后部也分别支撑上部的支撑柱或墙，且摇晃构件左部、右部、前部、后部以及该四者中的任意两个、任意三个所支撑的构件(支撑柱或墙)并非同一个构件。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种局部可侧滑的摇晃结构，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例的摇晃构件、滑动块等的构造所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种局部可侧滑的摇晃结构，其特征在于：该结构局部布有摇晃构件，该摇晃构件左部和右部分别支撑上部的支撑柱或墙，和/或，该摇晃构件前部和后部分别支撑上部的支撑柱或墙；该摇晃构件铰接有滑动块，该滑动块搁置于基础或楼层梁顶上，且约束滑动块与基础或楼层梁相对转动，使结构该楼层刚度弱化并形成可局部摇晃的体系；所述滑动块与基础或楼层梁之间并设置有阻碍滑动块侧滑的装置，所述滑动块受周围结构推动时发生侧滑，并牵连摇晃构件侧滑、摇晃，摇晃构件又牵连其所支撑的各支撑柱或墙侧移和上下相对运动。

2.根据权利要求1所述的一种局部可侧滑的摇晃结构，其特征在于：所述摇晃构件呈V字形，其两上端部分别支撑上部的支撑柱或墙，且其两上端部之间连接有第一横梁；所述摇晃构件的下端铰接有所述滑块。

3.根据权利要求1所述的一种局部可侧滑的摇晃结构，其特征在于：所述摇晃构件顶部与其所在层的楼盖通过第二横梁连接。

4.根据权利要求1所述的一种局部可侧滑的摇晃结构，其特征在于：所述支撑柱或墙与周围各层楼盖之间分别通过第三横梁连接。

5.根据权利要求1所述的一种局部可侧滑的摇晃结构，其特征在于：所述支撑柱或墙与周围各层楼盖之间分别采用第一弹簧和/或第一阻尼器连接。

6.根据权利要求1所述的一种局部可侧滑的摇晃结构，其特征在于：所述支撑柱和/或墙之间在各层楼盖处分别连接有第四横梁。

7.根据权利要求1所述的一种局部可侧滑的摇晃结构，其特征在于：所述滑动块通过若干垂直锚拉杆与基础或楼层梁连接。

8.根据权利要求7所述的一种局部可侧滑的摇晃结构，其特征在于：所述锚拉杆外套设有刚性套筒，该套筒抵在所述滑动块底与基础或楼层梁顶之间。

9.根据权利要求1或7或8所述的一种局部可侧滑的摇晃结构，其特征在于：所述阻碍滑动块侧滑的装置为水平连接滑动块端侧面和基础或楼层梁顶的第二弹簧和/或第二阻尼器；或者，所述阻碍滑动侧滑的装置为布置在所述滑动块底与基础或楼层梁顶之间的铅芯叠层橡胶支座。

10.根据权利要求1所述的一种局部可侧滑的摇晃结构，其特征在于：所述摇晃构件为V形柱或倒三角形墙或倒梯形墙。