CN109826401B - 一种具有多阶调频功能的摆式外置电梯井体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有多阶调频功能的摆式外置电梯井体系，当结构发生振动时，调谐摆式外置电梯井的多个自振周期与结构的多阶周期相等或接近，从而实现对结构多振型的调谐减振控制。摩擦隔震支座的刚度根据实际需求通过滑块的厚度和摩擦材料来进行改变，便于根据结构实际情况来调整装置整体刚度。地震发生时为了保证人员安全，电梯将被中断电力并禁止运行，在地震时电梯体系是处于非工作状态的，用将电梯体系变换成等效摇摆墙体系对建筑结构主体进行耗能减振。当结构发生振动时，主体结构的晃动超过一定范围时，刚性连杆会推动旋转支撑，限位板将不再限制滑动支座的滑动，谐摆式外置电梯井将发生摆动，实现多阶调谐功能。

Description

一种具有多阶调频功能的摆式外置电梯井体系

技术领域

本发明涉及一种具有多阶调频功能的摆式外置电梯井体系，其功能在于通过多个调谐电梯井模块以及摩擦隔震支座实现对风荷载和地震作用下的结构进行多振型的调谐减振控制，并通过摩擦隔震支座滑动面与滑块之间的摩擦来达到大量消耗地震能量，降低结构动力响应，属于结构减振领域。

背景技术

研究发现，在结构中弱化基础对墙体的嵌固，使其在强震时墙脚能够上抬产生摇摆效应，有助于减小结构的地震响应。根据此原理国外专家提出了摇摆墙的概念，自从摇摆墙的概念提出以来，经过学者的不懈探索和研究，摇摆结构的研究已初见成果。对于摇摆体系来说，摇摆体本身只要具有足够的刚度和承载力，可以具有多种形式，并不局限于墙体的形式。目前各国学者研究过的摇摆体包括预应力混凝土墙、砌体墙、木板墙、钢框架和轻型支撑摇摆架等五种形式。摇摆墙的重要功能是保持结构各楼层变形均匀，避免出现薄弱层破坏，摇摆墙体即使在强烈地震作用下也有可能保持弹性，是控制结构的变形模式，提高抗倒塌能力，实现功能“可恢复”的保障。但传统摇摆墙体系有其不足：1)摇摆墙本身通常要求保持弹性，因此基本不具备耗能能力，往往需要采用一定的附加耗能机制；2)墙体与基础之间界面缝隙较小，使得墙体的转动能力受到限制，在强震作用下底部墙体难免会产生裂缝，这种裂缝不易修复，不能满足功能快速恢复的需求；3)目前对于摇摆墙与框架结构之间的连接研究较少，亟需更深入研究。

随着城镇居民居住条件的改善和人口老龄化问题的日益加剧，居民对住宅建设和旧住房改造提出了更高要求，迫切希望实施多层老住宅加装电梯工程，以解决老年人上下楼梯难的矛盾。由于地震发生时为了保证人员安全，电梯将被中断电力并禁止运行，因此在地震时电梯体系处于非工作状态，此时可用将电梯体系变换成等效摇摆墙体系对建筑结构主体进行耗能减振。综上，为了提高原有结构的抗震性能和加装电梯的安全性能，基于摇摆墙的减震机理，本发明提出了一种具有多阶调频功能的摆式外置电梯井体系。

该装置所遵循的原理为：通过合理地设置调谐电梯井的质量、摩擦隔震支座的刚度以及阻尼颗粒的整体阻尼，使调谐摆式外置电梯井的多个自振周期与结构的多阶周期相等或接近，从而实现对结构多振型的调谐减振控制，降低结构动力响应。

发明内容

为了提高主体结构的抗振性能以获得更好的整体稳定性，本发明提出了一种具有多阶调频功能的摆式外置电梯井体系，该装置能有效地降低建筑结构的动力响应，并能很好的为住户生活提供便利。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种具有多阶调频功能的摆式外置电梯井体系，该体系包括：调谐电梯井(1)、连廊(2)、摩擦隔震支座(3)、滑动支座(4)、填充颗粒(5)、限位板(6)、旋转支撑(7)、刚性连杆(8)和阻尼颗粒(9)。各个调谐电梯井(1)之间，调谐电梯井(1)与地面之间均通过滑动支座(4)相连接，连廊(2)和摩擦隔震支座(3)之间通过锚固螺栓与主体结构相连接，填充颗粒(5)填充于同侧的两个滑动支座(4)之间并通过限位板(6)与滑动支座(4)间隔，旋转支撑(7)位于填充颗粒(5)下方，旋转支撑(7)与通过刚性连杆(8)与主体结构相铰接，整个装置通过摩擦隔震支座(3)与主体结构相连接。该体系置于主体结构侧面，通过设置调谐电梯井(1)的质量、摩擦隔震支座(3)的刚度以及阻尼颗粒的整体阻尼，使调谐摆式外置的调谐电梯井(1)的多个自振周期与结构的多阶周期相等或接近，从而实现对结构多振型的调谐减振控制，降低结构动力响应。

调谐电梯井(1)的个数至少为两个，调谐电梯井(1)的尺寸视电梯的尺寸而调整，调谐电梯井(1)的总质量不小于为建筑结构总质量的1.5％，适当增减阻尼颗粒(9)进行微调。

摩擦隔震支座(3)在连廊(2)与主体结构相接处安装，每一层安装两个摩擦隔震支座(3)。摩擦隔震支座(3)是一种有效的干摩擦滑移隔震体系，摩擦隔震支座(3)包括摩擦滑动块(10)、摩擦支座上板(11)、摩擦支座下板(12)和弹簧(13)。摩擦滑动块(10)放置在摩擦支座下板(12)上，摩擦支座上板(11)放置在摩擦滑动块(10)的顶部，摩擦滑动块(10)被摩擦支座上板(11)和摩擦支座下板(12)包覆；摩擦支座上板(11)与摩擦支座下板(12)的端部之间通过弹簧(13)连接；摩擦隔震支座(3)平面直径不大于连廊(2)的厚度。

滑动支座(4)与摩擦隔震支座(3)结构类似。滑动支座(4)位于上层调谐电梯井(1)和下层调谐电梯井(1)之间，每层四个，每侧各两个，正常使用情况下，通过限位开关限制滑动支座(4)的滑动。滑动支座(4)的平面直径不大于调谐电梯井(1)厚度。

填充颗粒(5)、限位板(6)、旋转支撑(7)和刚性连杆(8)组成滑动支座的限位开关，填充颗粒(5)由直径为10mm-30mm的钢球组成，限位板(6)为厚度为40mm的钢板，旋转支撑(7)为能绕中轴转动的方块，刚性连杆(8)为直径为200mm的钢管。

阻尼颗粒(9)由不同材料和直径的颗粒球混合组成，颗粒球的具体材料包括混凝土、碳钢颗粒、铅粒等，阻尼颗粒(9)的直径范围为2mm-50mm。

阻尼颗粒(9)的总质量不小于为建筑结构总质量的0.5％，填充率不小于调谐质量球体积的5％。在安装时通过预留填充孔将阻尼颗粒(7)填入调谐质量球，在结构发生振动时阻尼颗粒将发生碰撞和运动，从而产生耗能能力和阻尼效果。

本发明的功能如下：

当结构发生振动时，调谐摆式外置电梯井的多个自振周期与结构的多阶周期相等或接近，从而实现对结构多振型的调谐减振控制，降低结构动力响应。

摩擦隔震支座的刚度可以根据实际需求通过滑块的厚度和摩擦材料来进行改变，便于根据结构实际情况来调整装置整体刚度。

当结构发生振动时，主体结构的晃动超过一定范围时，刚性连杆会推动旋转支撑，此时填充颗粒会散落到下一层，限位板将不再限制滑动支座的滑动，谐摆式外置电梯井将发生摆动，实现多阶调谐功能。

调谐电梯井中的阻尼颗粒，在结构发生振动时将发生碰撞和运动，产生耗能能力和阻尼效果，从而提高减振效果。在进行精细化调谐调整时，可将阻尼颗粒灌入预留填充孔，使调谐电梯井与阻尼颗粒的整体质量满足设计要求。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1)本发明中一种具有多阶调频功能的摆式外置电梯井体系，通过合理地设置调谐电梯井的质量、摩擦隔震支座的刚度以及阻尼颗粒的整体阻尼，使调谐摆式外置电梯井的多个自振周期与结构的多阶周期相接近，从而实现对结构多振型的调谐减振控制，降低结构动力响应。

2)本发明中一种具有多阶调频功能的摆式外置电梯井体系，摩擦隔震支座的刚度可以根据实际需求通过滑块的厚度和摩擦材料来进行改变，可根据结构实际情况来调整装置整体刚度。

3)本发明中一种具有多阶调频功能的摆式外置电梯井体系，调谐质量球中得阻尼颗粒，在结构发生振动时将发生碰撞和运动，产生耗能能力和阻尼效果，从而提高减振效果。

4)本发明中一种具有多阶调频功能的摆式外置电梯井体系，该装置不仅可以应用于高层结构建筑，对于中低层结构建筑减振效果同样明显。

5)本发明中一种具有多阶调频功能的摆式外置电梯井体系，该装置可应用于旧房加梯工程，不仅为居民生活提供便利，还能提升原有建筑的抗振性能。

附图说明

图1为本发明摆式外置电梯的立体图。

图2为本发明摆式外置电梯的正视图。

图3为本发明摆式外置电梯的摩擦隔震支座的正视图。

图4为本发明摆式外置电梯的限位开关的立体图。

图5为摩擦隔震支座的断面结构示意图。

图中：1－调谐电梯井、2－连廊、3－摩擦隔震支座、4－滑动支座、5－填充颗粒、6－限位板、7－旋转支撑、8－刚性连杆、9－阻尼颗粒、10－摩擦滑动块、11－摩擦支座上板、12－摩擦支座下板、13－弹簧。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，是本发明一种具有多阶调频功能的摆式外置电梯井体系实施例，其主要包括：调谐电梯井1、连廊2、摩擦隔震支座3、滑动支座4、顶填充颗粒5、限位板6、旋转支撑7、刚性连杆8、阻尼颗粒9、摩擦滑动块10、摩擦支座上板11、摩擦支座下板12、弹簧13。

实施步骤如下：

1)对于一个层数为5、层高为3.3m的建筑结构，平面尺寸为55m×18m，在建筑结构顶部安装该一种具有多阶调频功能的摆式外置电梯井体系。

2)摆式外置电梯井体系采用装配式，整个电梯井体系分为上下两个调谐模块，上部调谐电梯井为3-5层，下部调谐电梯井为1-3层，在三层和五层顶部连廊与主体结构通过摩擦隔震支座连接，其他部位连廊与主体结构铰接。

3)本实施例采用摩擦隔震支座由45号钢制成，自身重W＝95kg，单面移动距离为2D＝150mm×2＝300m m，中心滑块极限位置摆角＝8^○40’，弧面半径R＝1m。调谐电梯框架柱下每个支墩设置一个摩擦摆隔震支座。

4)选用不同材质和直径的阻尼颗粒，具体材料选用混凝土、金属等，阻尼颗粒的直径从0.01m到0.2不等，然后将不同材料不同粒径的阻尼颗粒通过预留填充孔灌入调谐质量球。

5)通过模态测试技术获得结构频率，适当增减颗粒的数量从而改变调谐总质量的质量或者调整摩擦摆隔震支座刚度，最终使阻尼器自振频率与结构基本频率相吻合。

以上为本发明的一个典型实施例，但本发明的实施不限于此。

Claims (5)

1.一种具有多阶调频功能的摆式外置电梯井体系，其特征在于：该体系包括调谐电梯井(1)、连廊(2)、摩擦隔震支座(3)、滑动支座(4)、填充颗粒(5)、限位板(6)、旋转支撑(7)、刚性连杆(8)和阻尼颗粒(9)；

各个调谐电梯井(1)之间，调谐电梯井(1)与地面之间均通过滑动支座(4)相连接，连廊(2)和摩擦隔震支座(3)之间通过锚固螺栓与主体结构相连接，填充颗粒(5)填充于同侧的两个滑动支座(4)之间并通过限位板(6)与滑动支座(4)间隔，旋转支撑(7)位于填充颗粒(5)下方，旋转支撑(7)与通过刚性连杆(8)与主体结构相铰接，整个装置通过摩擦隔震支座(3)与主体结构相连接；该体系置于主体结构侧面，通过设置调谐电梯井(1)的质量、摩擦隔震支座(3)的刚度以及阻尼颗粒(9)的整体阻尼，使调谐摆式外置的调谐电梯井(1)的多个自振周期与结构的多阶周期相等，从而实现对结构多振型的调谐减振控制，降低结构动力响应；滑动支座(4)位于上层调谐电梯井(1)和下层调谐电梯井(1)之间，每层四个，每侧各两个，正常使用情况下，通过限位开关限制滑动支座(4)的滑动；滑动支座(4)的平面直径不大于调谐电梯井(1)水平截面宽度；

填充颗粒(5)、限位板(6)、旋转支撑(7)和刚性连杆(8)组成滑动支座的限位开关，填充颗粒(5)由直径为10mm-30mm的钢球组成，限位板(6)为厚度为40mm的钢板，旋转支撑(7)为能绕中轴转动的方块，刚性连杆(8)为直径为200mm的钢管。

2.根据权利要求1所述的一种具有多阶调频功能的摆式外置电梯井体系，其特征在于：调谐电梯井(1)的个数至少为两个，调谐电梯井(1)的尺寸视电梯的尺寸而调整，调谐电梯井(1)的总质量不小于为建筑结构总质量的1.5％，适当增减阻尼颗粒(9)进行微调。

3.根据权利要求1所述的一种具有多阶调频功能的摆式外置电梯井体系，其特征在于：摩擦隔震支座(3)在连廊(2)与主体结构相接处安装，每一层安装两个摩擦隔震支座(3)；摩擦隔震支座(3)是一种有效的干摩擦滑移隔震体系，摩擦隔震支座(3)包括摩擦滑动块(10)、摩擦支座上板(11)、摩擦支座下板(12)和弹簧(13)；摩擦滑动块(10)放置在摩擦支座下板(12)上，摩擦支座上板(11)放置在摩擦滑动块(10)的顶部，摩擦滑动块(10)被摩擦支座上板(11)和摩擦支座下板(12)包覆；摩擦支座上板(11)与摩擦支座下板(12)的端部之间通过弹簧(13)连接；摩擦隔震支座(3)平面直径不大于连廊(2)的厚度。

4.根据权利要求1所述的一种具有多阶调频功能的摆式外置电梯井体系，其特征在于：阻尼颗粒(9)由不同材料和直径的颗粒球混合组成，颗粒球的具体材料包括混凝土、碳钢颗粒、铅粒，阻尼颗粒(9)的直径范围为2mm-50mm。

5.根据权利要求1所述的一种具有多阶调频功能的摆式外置电梯井体系，其特征在于：阻尼颗粒(9)的总质量不小于为建筑结构总质量的0.5％，填充率不小于调谐质量球体积的5％；在安装时通过预留填充孔将阻尼颗粒(7)填入调谐质量球，在结构发生振动时阻尼颗粒将发生碰撞和运动，从而产生耗能能力和阻尼效果。

Images