CN110043097B - 一种阻尼接地型钢支撑填充质量调谐阻尼支架 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种阻尼接地型钢支撑填充质量调谐阻尼支架，包括结构梁、结构柱、钢支撑、上连接节点、水平弹簧、分布滑动支撑和底部连接节点，其特征在于，结构梁和结构柱构成主结构，所述主结构与钢支撑之间分别通过上连接节点、水平弹簧和分布滑动支撑连接，所述钢支撑通过底部连接节点与地面连接。本发明减震墙在风灾、地震来临时，与主结构发生调频共振，阻尼器与地面连接，提供接地阻尼，通过钢支撑的往复运动引发阻尼器滞回变形，耗散能量，保护主结构，并且减振效果好、层间位移角分布更均匀、构造简单、造型灵活多变、施工安装便捷快速。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构减震技术领域，具体涉及一种阻尼接地型钢支撑填充质量调谐阻尼支架。
背景技术
随着社会经济的不断发展，结构抗震技术的持续进步，人们对建筑结构抗震性能的要求越来越高，当前结构振动控制技术在建筑结构中的工程应用越来越多。实践中较为常用的振动控制技术主要是被动控制技术，主要包括隔震、消能减震和调谐减震等。
调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper,TMD）是一种经典的调谐减震装置，主要由质量、刚度和阻尼单元组成，形成一个附加于主结构的子结构，当主结构振动时，由于调频共振效应，子结构的质量单元产生与主结构相反的运动，由此引起的惯性力给主结构以反作用，从而抑制结构的振动。已公开的一些调谐质量阻尼器，通常需要在结构某层中附加巨大的质量块，不但占据了一定的建筑使用空间，而且给所在楼层造成很大的承载负担；同时，多数调谐质量阻尼器的弹簧单元和阻尼器单元均是连接质量单元和主结构，本质上属于同一振子模型，而阻尼直接接地的另一类本质不同的调谐质量阻尼器少见公开。
近年来，由于能够充分利用墙体所提供的空间、耗能能力强等优势，阻尼墙越来越多地在建筑结构振动控制设计中出现，然而，当前已公开的大部分阻尼墙（如粘滞阻尼墙（201410262093.5）、粘弹性阻尼墙（201310124804.8）、铅阻尼墙（201110130891.6）、磁流变智能阻尼墙（200420037740.4）等）均为基于消能减振原理的装置。这类基于消能减振原理的装置往往要求主体结构发生一定的变形后（比如大震作用下的结构变形），才能提供较好的阻尼耗能能力，一定程度上限制了阻尼墙的应用。而相应的调谐减震原理的阻尼墙，包括申请人之前获授权的集成式调谐质量阻尼墙（201610134670.1）等均是基于刚度和阻尼单元连接质量单元和主结构的振子模型。
钢支撑结构具有与墙体类似的抗侧力性能，且造型更加灵活、安装更加便利，特别适于替代抗剪墙体用于造型和工业化要求高的建筑工程中。因此，利用阻尼接地型振子原理和钢支撑替换墙体的思想，开发一种造型布置灵活、阻尼耗能稳定、可靠性高、调谐减震的阻尼接地型钢支撑填充质量调谐阻尼支架具有一定的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种阻尼接地型钢支撑填充质量调谐阻尼支架，既能够利用接地型阻尼改变一般调谐质量阻尼器的振子模型，同时利用钢支撑结构体系替代墙体提供工业化的建造方式和多变的建筑造型，为新建建筑抗震体系和既有建筑加固改造提供一种新型调谐质量阻尼装置，可用于多结构中新建建筑的抗震体系和既有建筑的抗震加固。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种阻尼接地型钢支撑填充质量调谐阻尼支架，包括结构梁、结构柱、钢支撑、上连接节点、水平弹簧、分布滑动支撑和底部连接节点，其特征在于，多个所述结构柱与多个所述结构梁连接组成主结构，所述主结构与钢支撑之间分别通过上连接节点、水平弹簧和分布滑动支撑连接，所述钢支撑通过底部连接节点与地面连接。
进一步的，所述钢支撑为典型钢支撑形式或填充质量式钢支撑，其中，填充质量式钢支撑由斜向支撑、水平纵向骨架、竖向骨架、填充质量、水平横向骨架和连接板件组成，所述水平纵向骨架、竖向骨架和水平横向骨架连接构成多层骨架体系，用于放置多个填充质量，并限制填充质量的运动，通过增减填充质量，改变钢支撑整体质量，所述斜向支撑斜向交叉并通过连接板件连接在多层骨架体系一侧形成格构式支撑体系，用于承受填充质量、抵抗结构侧向荷载，提供整体抗侧刚度。
进一步的，所述上连接节点由顶部横梁、悬吊轨道、悬吊滑轮、顶部轮轴和悬吊钢板组成，所述顶部横梁两端与主结构固接，所述悬吊轨道焊接于顶部横梁下翼缘，所述悬吊钢板与钢支撑的顶端横向构件焊接在一起，所述悬吊滑轮通过顶部轮轴与悬吊钢板及悬吊轨道连接，用于承担钢支撑一部分重力，并沿着悬吊轨道滚动。
进一步的，所述顶部横梁为焊接H型钢或工字形截面，并设置有相应加劲肋板，所述悬吊轨道下端与钢支撑的顶端保持微小的间隙。
进一步的，所述水平弹簧由弹簧和套筒组成，所述套筒两端分别与钢支撑和主结构连接，所述弹簧设置于套筒外侧，用于限定弹簧变形方向，避免平面外的过大意外晃动。
进一步的，所述分布滑动支撑由上滑动支撑、下滑动支撑和滑动层组成，所述上滑动支撑连接于钢支撑上，所述下滑动支撑连接于主结构上，所述滑动层滑动地设置在上滑动支撑与下滑动支撑之间，所述滑动层为光滑滑动层或带一定摩擦力的滑动层。
进一步的，所述上滑动支撑成倒牛腿形式，并与钢支撑通过焊接或螺栓刚接，所述下滑动支撑对应制作成牛腿形式，并与主结构通过焊接或螺栓刚接。
进一步的，所述底部连接节点由过渡钢梁、接轮钢板、加劲肋、限位侧板、底部滑轮、底部轮轴、阻尼器和固定节点组成，所述过渡钢梁与钢支撑底部通过螺栓连接在一起，所述过渡钢梁底部与接轮钢板及加劲肋固接在一起，所述底部滑轮通过底部轮轴设置于两片接轮钢板之间，并且底部滑轮的下边缘与地面接触滚动，用于承担部分钢支撑重量、以及在地面滚动，所述阻尼器两端分别与固定节点和接轮钢板铰接，用以提供合适的阻尼和刚度，所述固定节点固接于地面，所述限位侧板固定于地面并设置于接轮钢板外侧。
进一步的，所述过渡钢梁为焊接H型截面形式，所述阻尼器为黏滞流体阻尼器。
进一步的，所述钢支撑通过上连接节点、分布滑动支撑和底部连接节点自由滑动设置，并提供质量单元，所述水平弹簧提供刚度，所述阻尼器提供接地阻尼，所述上连接节点、分布滑动支撑和底部连接节点共同承担钢支撑的质量，形成阻尼接地型的吸振器，耗散地震输入能量。
本发明的有益效果是:
本发明的阻尼接地型钢支撑填充质量调谐阻尼支架在风灾、地震来临时，与主结构发生调频共振，动力灾害输入主结构的能量被传递至钢支撑，钢支撑的往复运动引发阻尼器滞回变形，耗散能量，从而保护主结构。相较常规调谐阻尼器，一方面接地型的阻尼单元使得阻尼器具有更好的减振效果，另一方面沿结构高度的钢支撑能够使主结构的层间位移角分布更均匀。钢支撑的构造使得装配时安装便捷快速、造型灵活多变，具有构造简单、减震效果好、施工便捷等优点。
附图说明
图1是本发明的整体立面结构示意图；
图2是本发明的上连接节点构造示意图；
图3是本发明的底部连接节点构造示意图；
图4是本发明的钢支撑与主结构连接构造示意图；
图5是本发明质量填充方案时钢支撑构造主视图；
图6是本发明质量填充方案时钢支撑构造侧视图。
图中标号说明：结构梁1；结构柱2；钢支撑3；上连接节点4；水平弹簧5；分布滑动支撑6；底部连接节点7；斜向支撑31；水平纵向骨架32；竖向骨架33；填充质量34；水平横向骨架35；连接板件36；顶部横梁41；悬吊轨道42；悬吊滑轮43；顶部轮轴44；悬吊钢板45；弹簧51；套筒52；上滑动支撑61；下滑动支撑62；滑动层63；过渡钢梁71；接轮钢板72；加劲肋73；限位侧板74；底部滑轮75；底部轮轴76；阻尼器77；固定节点78。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
如图1所示，一种阻尼接地型钢支撑填充质量调谐阻尼支架，包括结构梁1、结构柱2、钢支撑3、上连接节点4、水平弹簧5、分布滑动支撑6和底部连接节点7，其特征在于，多个所述结构柱2与多个所述结构梁1连接组成主结构，本实施例中，主结构为框架结构或其他常规形式的结构，所述主结构与钢支撑3之间分别通过上连接节点4、水平弹簧5和分布滑动支撑6连接，水平弹簧5和分布滑动支撑6沿着主结构竖向均匀布置，所述钢支撑3通过底部连接节点7与地面连接。
所述钢支撑3为典型钢支撑形式或填充质量式钢支撑3，其中，图1中为典型钢支撑形式，如图5和图6中为填充质量式钢支撑3，填充质量式钢支撑3由斜向支撑31、水平纵向骨架32、竖向骨架33、填充质量34、水平横向骨架35和连接板件36组成，所述水平纵向骨架32、竖向骨架33和水平横向骨架35连接构成多层骨架体系，用于放置多个填充质量34，并限制填充质量34的运动，通过增减填充质量34，改变钢支撑3整体质量，所述斜向支撑31斜向交叉并通过连接板件36连接在多层骨架体系一侧形成格构式支撑体系，用于承受填充质量34、抵抗结构侧向荷载，提供整体抗侧刚度。
如图2所示，所述上连接节点4由顶部横梁41、悬吊轨道42、悬吊滑轮43、顶部轮轴44和悬吊钢板45组成，所述顶部横梁41两端与主结构固接，所述悬吊轨道42焊接于顶部横梁41下翼缘，所述悬吊钢板45与钢支撑3的顶端横向构件焊接在一起，所述悬吊滑轮43通过顶部轮轴44与悬吊钢板45及悬吊轨道42连接，用于承担钢支撑3一部分重力，并沿着悬吊轨道42滚动。
所述顶部横梁41为焊接H型钢或工字形截面，并设置有相应加劲肋板，所述悬吊轨道42下端与钢支撑3的顶端保持微小的间隙。
如图4所示，所述水平弹簧5由弹簧51和套筒52组成，弹簧51刚度和数量根据调谐频率和钢支撑3的质量常规计算获得，所述套筒52两端分别与钢支撑3和主结构连接，所述弹簧51设置于套筒52外侧，用于限定弹簧51变形方向，避免平面外的过大意外晃动。
所述分布滑动支撑6由上滑动支撑61、下滑动支撑62和滑动层63组成，所述上滑动支撑61连接于钢支撑3上，所述下滑动支撑62连接于主结构上，所述滑动层63滑动地设置在上滑动支撑61与下滑动支撑62之间，所述滑动层63为光滑滑动层或带一定摩擦力的滑动层。
所述上滑动支撑61成倒牛腿形式，并与钢支撑3通过焊接或螺栓刚接，所述下滑动支撑62对应制作成牛腿形式，并与主结构通过焊接或螺栓刚接，采用螺栓刚接时更便于拆卸和安装。
如图3所示，所述底部连接节点7由过渡钢梁71、接轮钢板72、加劲肋73、限位侧板74、底部滑轮75、底部轮轴76、阻尼器77和固定节点78组成，所述过渡钢梁71与钢支撑3底部通过螺栓连接在一起，所述过渡钢梁71底部与接轮钢板72及加劲肋73固接在一起，所述底部滑轮75通过底部轮轴76设置于两片接轮钢板72之间，并且底部滑轮75的下边缘与地面接触滚动，用于承担部分钢支撑3重量、以及在地面滚动，所述阻尼器77两端分别与固定节点78和接轮钢板72铰接，用以提供合适的阻尼和刚度，所述固定节点78固接于地面，所述限位侧板74固定于地面并设置于接轮钢板72外侧。
所述过渡钢梁71为焊接H型截面形式，所述阻尼器77为黏滞流体阻尼器或其他同类的阻尼器。
所述钢支撑3通过上连接节点4、分布滑动支撑6和底部连接节点7自由滑动设置，并提供质量单元，所述水平弹簧5提供刚度，所述阻尼器77提供接地阻尼，所述上连接节点4、分布滑动支撑6和底部连接节点7共同承担钢支撑3的质量，形成阻尼接地型的吸振器，耗散地震输入能量。
以下结合上述技术方案和附图详述本发明在具体安装使用时的实施步骤：
1）根据设计和施工要求，在工厂加工钢支撑3的各构件；加工上连接节点4中的顶部横梁41、悬吊轨道42、悬吊滑轮43、顶部轮轴44和悬吊钢板45，其中悬吊轨道42和顶部横梁41焊接，悬吊钢板45与钢支撑3顶部构件焊接；加工底部连接节点7中的过渡钢梁71、接轮钢板72、加劲肋73、限位侧板74、底部滑轮75、底部轮轴76、阻尼器77、固定节点78，其中接轮钢板72、加劲肋73和过渡钢梁71焊接。
2）将限位侧板74和固定节点78固接于地面。
3）在结构现场先将下滑动支撑62安装于结构柱2，将顶部横梁41两端连接于主结构；现场组装钢支撑3，将上滑动支撑61与钢支撑3连接；同时将过渡钢梁71与钢支撑3底部通过螺栓连接。
4）组装底部滑轮75和底部轮轴76，并将两者安装于接轮钢板72之间；吊装钢支撑3，将与钢支撑3相连的上滑动支撑61搁置于下滑动支撑62上，在安装前对滑动层63进行处理，适当设置临时支架。
5）利用螺栓连接安装水平弹簧5，将顶部轮轴44插入悬吊钢板45，并安装悬吊滑轮43。
6）安装结束后，撤去临时支架。
本发明原理
本发明中，钢支撑3作为质量单元、水平弹簧5作为刚度单元，底部连接节点7的阻尼器77作为阻尼单元，共同组成了一个阻尼接地的动力吸振器；当建筑结构受到风、地震等荷载作用，发生侧向振动时，由于调谐共振的原理，钢支撑3发生反向振动，部分振动能量被传递到调谐阻尼支架中的阻尼器77，消耗了传递过来的振动能量，从而减小结构振动响应；同时，由于钢支撑3本身的刚性，可以改变结构层间位移角分布模式。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种阻尼接地型钢支撑填充质量调谐阻尼支架，包括结构梁(1)、结构柱(2)、钢支撑(3)、上连接节点(4)、水平弹簧(5)、分布滑动支撑(6)和底部连接节点(7)，其特征在于，多个所述结构柱(2)与多个所述结构梁(1)连接组成主结构，所述主结构与钢支撑(3)之间分别通过上连接节点(4)、水平弹簧(5)和分布滑动支撑(6)连接，所述钢支撑(3)通过底部连接节点(7)与地面连接，所述分布滑动支撑(6)由上滑动支撑(61)、下滑动支撑(62)和滑动层(63)组成，所述上滑动支撑(61)连接于钢支撑(3)上，所述下滑动支撑(62)连接于主结构上，所述滑动层(63)滑动地设置在上滑动支撑(61)与下滑动支撑(62)之间，所述滑动层(63)为光滑滑动层或带一定摩擦力的滑动层，所述底部连接节点(7)由过渡钢梁(71)、接轮钢板(72)、加劲肋(73)、限位侧板(74)、底部滑轮(75)、底部轮轴(76)、阻尼器(77)和固定节点(78)组成，所述过渡钢梁(71)与钢支撑(3)底部通过螺栓连接在一起，所述过渡钢梁(71)底部与接轮钢板(72)及加劲肋(73)固接在一起，所述底部滑轮(75)通过底部轮轴(76)设置于两片接轮钢板(72)之间，并且底部滑轮(75)的下边缘与地面接触滚动，用于承担部分钢支撑(3)重量、以及在地面滚动，所述阻尼器(77)两端分别与固定节点(78)和接轮钢板(72)铰接，用以提供合适的阻尼和刚度，所述固定节点(78)固接于地面，所述限位侧板(74)固定于地面并设置于接轮钢板(72)外侧。
2.根据权利要求1所述的阻尼接地型钢支撑填充质量调谐阻尼支架，其特征在于，所述钢支撑(3)为典型钢支撑形式或填充质量式钢支撑(3)，其中，填充质量式钢支撑(3)由斜向支撑(31)、水平纵向骨架(32)、竖向骨架(33)、填充质量(34)、水平横向骨架(35)和连接板件(36)组成，所述水平纵向骨架(32)、竖向骨架(33)和水平横向骨架(35)连接构成多层骨架体系，用于放置多个填充质量(34)，并限制填充质量(34)的运动，通过增减填充质量(34)，改变钢支撑(3)整体质量，所述斜向支撑(31)斜向交叉并通过连接板件(36)连接在多层骨架体系一侧形成格构式支撑体系，用于承受填充质量(34)、抵抗结构侧向荷载，提供整体抗侧刚度。
3.根据权利要求1所述的阻尼接地型钢支撑填充质量调谐阻尼支架，其特征在于，所述上连接节点(4)由顶部横梁(41)、悬吊轨道(42)、悬吊滑轮(43)、顶部轮轴(44)和悬吊钢板(45)组成，所述顶部横梁(41)两端与主结构固接，所述悬吊轨道(42)焊接于顶部横梁(41)下翼缘，所述悬吊钢板(45)与钢支撑(3)的顶端横向构件焊接在一起，所述悬吊滑轮(43)通过顶部轮轴(44)与悬吊钢板(45)及悬吊轨道(42)连接，用于承担钢支撑(3)一部分重力，并沿着悬吊轨道(42)滚动。
4.根据权利要求3所述的阻尼接地型钢支撑填充质量调谐阻尼支架，其特征在于，所述顶部横梁(41)为焊接H型钢或工字形截面，并设置有相应加劲肋板，所述悬吊轨道(42)下端与钢支撑(3)的顶端保持微小的间隙。
5.根据权利要求1所述的阻尼接地型钢支撑填充质量调谐阻尼支架，其特征在于，所述水平弹簧(5)由弹簧(51)和套筒(52)组成，所述套筒(52)两端分别与钢支撑(3)和主结构连接，所述弹簧(51)设置于套筒(52)外侧，用于限定弹簧(51)变形方向，避免平面外的过大意外晃动。
6.根据权利要求1所述的阻尼接地型钢支撑填充质量调谐阻尼支架，其特征在于，所述上滑动支撑(61)成倒牛腿形式，并与钢支撑(3)通过焊接或螺栓刚接，所述下滑动支撑(62)对应制作成牛腿形式，并与主结构通过焊接或螺栓刚接。
7.根据权利要求1所述的阻尼接地型钢支撑填充质量调谐阻尼支架，其特征在于，所述过渡钢梁(71)为焊接H型截面形式，所述阻尼器(77)为黏滞流体阻尼器。
8.根据权利要求1所述的阻尼接地型钢支撑填充质量调谐阻尼支架，其特征在于，所述钢支撑(3)通过上连接节点(4)、分布滑动支撑(6)和底部连接节点(7)自由滑动设置，并提供质量单元，所述水平弹簧(5)提供刚度，所述阻尼器(77)提供接地阻尼，所述上连接节点(4)、分布滑动支撑(6)和底部连接节点(7)共同承担钢支撑(3)的质量，形成阻尼接地型的吸振器，耗散地震输入能量。
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