CN112081263A - 一种屈曲约束支撑伸臂桁架及复合式减震高层结构体系 - Google Patents

一种屈曲约束支撑伸臂桁架及复合式减震高层结构体系 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑结构消能减震技术领域，具体涉及了一种屈曲约束支撑伸臂桁架及复合式减震高层结构体系，屈曲约束支撑伸臂桁架连接于内筒与外筒之间，斜腹杆为并列布置的不屈服承载型第一屈曲约束支撑和屈服耗能型第二屈曲约束支撑，包括悬臂桁架、肘节二连杆、黏滞阻尼器，通过屈曲约束支撑伸臂桁架和多重位移放大型黏滞消能机构组合应用形成一种复合式减震高层结构体系，伸臂桁架和消能机构两者协同工作，耗能及刚度机制多样、协调，减震效果明显、有效，可实现高层结构的多道设防防线，结构构造简单，施工方便，建筑空间使用性及经济性良好。

Description

一种屈曲约束支撑伸臂桁架及复合式减震高层结构体系
技术领域
本发明涉及建筑结构消能减震技术领域，特别是涉及一种屈曲约束支撑伸臂桁架及复合式减震高层结构体系。
背景技术
高层建筑中常采用的框架-核心筒结构和筒中筒结构具有良好的抗震性能及建筑使用空间。通过在框架-核心筒结构和筒中筒结构中设置刚度较大的伸臂桁架可显著提高结构的抗侧刚度，减小结构在风荷载和地震作用下的侧向变形，但过大的抗侧刚度容易导致薄弱层的存在。因此，《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)推荐采用多层刚度相对较小的伸臂沿建筑高度方向分散均匀布置的方法，既可有效提高结构整体抗侧刚度，又同时避免单层伸臂桁架抗侧刚度过大带来的薄弱层问题。图1至图3是现有技术中伸臂桁架的结构示意图，现有技术中的伸臂桁架常采用普通钢支撑形式，但普通钢支撑受压时容易屈曲失稳，导致伸臂桁架丧失刚度及承载力，使得结构的变形无法满足相关规定要求。为了提高普通钢支撑的屈曲承载力，常规方式是采用增大截面法，但增大截面也会使伸臂桁架的刚度加大，进而使得结构承受更大的地震作用，结构的变形可能更加无法满足要求且容易产生薄弱层。
现有技术中有针对上述薄弱层专门提出的解决方案，如专利CN 105986628A公开了一种防屈曲支撑伸臂桁架，具体公开了伸臂桁架中的斜腹杆采用防屈曲支撑(即屈曲约束支撑)，在风荷载和小震作用下，防屈曲支撑提供必要的承载能力和抗侧刚度，在大震作用下防屈曲支撑反复拉压屈服耗散地震输入能量，给结构提供附加阻尼，起到消能减震的作用。该方技术案解决了大震作用下支撑不出现屈曲失稳现象，且支撑屈服后承载力增加不明显，有效防止薄弱层的形成，防屈曲支撑屈服后还可耗散地震的输入能量，从而减小结构的侧向变形。防屈曲支撑屈服的同时刚度也降低较多，无法为结构提供稳定、较大的刚度作用，将导致结构在大震作用下的变形过大而超过规范限值，因此需要布置较多数量的防屈曲支撑。此外，防屈曲支撑一般在风荷载和小震下不屈服耗能，结构耗能机制单一，无法满足结构在风荷载及小震(小变形状态)、中震及大震(大变形状态)等不同工作阶段的变形及耗能需求。
现有技术中有针对上述耗能机制专门提出的解决方案，如专利CN204252270U公开了一种组合式消能减震伸臂桁架高层结构体系，具体公开了一种同时采用竖向布置粘滞阻尼器(即黏滞阻尼器)伸臂桁架和防屈曲支撑(即屈曲约束支撑)伸臂桁架的高层结构体系，通过防屈曲支撑伸臂桁架给结构提供一定刚度的同时，由竖向布置粘滞阻尼器伸臂桁架(不提供刚度)给结构增加一定阻尼，两种桁架协同工作，在结构不同工作阶段耗能减震的同时又可保证给结构提供一定的水平刚度，使得结构的变形满足相关规定要求。通常采用位移放大系数(f＝阻尼器位移/结构层间水平位移)来评价阻尼器工作效率的大小，该技术方案中竖向布置粘滞阻尼器的方式比传统的墙型、支撑型、剪切型(f均小于1.0)等方式(图1所示)的位移放大效果大，其位移放大系数与伸臂长度/伸臂高度的比值相关，设置在建筑结构层间的伸臂，其尺寸则取决于结构层间的跨高比，因此位移放大系数一般为2.0～4.0。但该技术方案的位移放大效果及提供的阻尼依然有限，且该布置方式需要伸臂桁架与巨柱断开，大大削弱了结构的整体刚度，反而需要布置较多的防屈曲支撑伸臂桁架来弥补本就不大的结构整体刚度。此外，结构在大震下变形程度的控制因素中刚度作用比阻尼作用大，因此两种桁架协同工作的效果未必能比单独布置防屈曲伸臂桁架的减震效果明显。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种屈曲约束支撑伸臂桁架，本发明的屈曲约束支撑伸臂桁架的刚度及承载力可控，确保了结构在不同工作阶段的性能需求，特别是解决了大震下结构刚度降低过快导致的结构变形过大的问题；本发明的屈曲约束支撑伸臂桁架可明显、有效放大阻尼器的变形，不增加结构刚度的同时还可全过程有效增加结构耗能能力，提高结构减震效果；本发明的关复合式减震高层结构体系，耗能机制多样、协调，减震(振)效果明显、有效，可实现高层结构的多道设防防线，结构构造简单，施工方便，建筑空间使用性及经济性良好。本发明的另外成的目的在于提供一种复合式减震高层结构体系。
本发明提供了一种屈曲约束支撑伸臂桁架，连接于内筒与外筒之间的至少一个屈曲约束支撑伸臂桁架。所述屈曲约束支撑伸臂桁架由上弦杆、下弦杆和斜腹杆组成，所述斜腹杆一端与上弦杆连接，所述斜腹杆另一端与下弦杆连接，所述斜腹杆为并列布置的第一屈曲约束支撑和第二屈曲约束支撑，所述第一屈曲约束支撑为不屈服承载型屈曲约束支撑，所述第二屈曲约束支撑为屈服耗能型屈曲约束支撑。
作为优选方案，所述屈曲约束支撑伸臂桁架所在楼层的侧向刚度与下一层的侧向刚度比值不大于1.42倍，所述屈曲约束支撑伸臂桁架所在楼层受剪承载力不大于下一层楼层受剪承载力的1.53倍。
本发明一种复合式减震高层结构体系，包括至少一个屈曲约束支撑伸臂桁架和至少一个多重位移放大型黏滞消能机构，所述屈曲约束支撑伸臂桁架为权利要求1-2所述屈曲约束支撑伸臂桁架。
本发明所述黏滞消能机构的实施例，连接于内筒与外筒之间的至少一个多重位移放大型黏滞消能机构。所述多重位移放大型黏滞消能机构由悬臂桁架、肘节二连杆、黏滞阻尼器连接构成，所述肘节二连杆包括第一支撑杆和第二支撑杆，所述第一支撑杆一端与第二支撑杆一端铰接，所述悬臂桁架与所述内筒连接，所述第二支撑杆的另一端与所述外筒铰接，所述第一支撑杆的另一端与悬臂桁架的末端铰接，所述第一支撑杆和第二支撑杆的三个铰接点不共线，所述黏滞阻尼器一端与所述悬臂桁架末端铰接且与所述第一支撑杆另一端不共点，所述黏滞阻尼器另一端与所述肘节二连杆的内部铰接点铰接。
作为优选方案，所述的多重位移放大型黏滞消能机构，所述第一支撑杆和第二支撑杆的锐角夹角为[15°，45°]。
作为优选方案，所述黏滞阻尼器另一端铰接于所述肘节二连杆的第一支撑杆上或第二支撑杆上，可实现黏滞阻尼器的灵活安装和快速、稳定的受力传递。
作为优选方案，还包括权利要求4的复合式减震高层结构体系的多重位移放大型黏滞消能机构和第二黏滞阻尼器，多重位移放大型黏滞消能机构内部黏滞阻尼器为第一黏滞阻尼器，所述第二黏滞阻尼器的一端与所述肘节二连杆的内部铰接点铰接，所述第二黏滞阻尼器的另一端铰接于外筒上，且与所述肘节二连杆的第二支撑杆另一端不共点。
作为优选方案，根据权利要7所述的第一黏滞阻尼器和第二黏滞阻尼器，一个黏滞阻尼器指数小于1，另一个黏滞阻尼器速度指数大于或等于1。
作为优选方案，所述内筒为混凝土内筒、钢支撑内筒，所述外筒为框架、混凝土外筒、钢支撑外筒。
有益效果：本发明屈曲约束支撑伸臂桁架的斜腹杆为并列布置的不屈服承载型第一屈曲约束支撑和屈服耗能型第二屈曲约束支撑，创造性的形成刚度及承载力可控的新型伸臂桁架，确保了结构在不同工作阶段(风荷载、小震、中震及大震阶段)的性能需求，特别是解决了大震下结构(伸臂)刚度降低过快导致的结构变形过大的问题。此外，通过“集中布置”的理念使得结构所需伸臂桁架数量明显减少，提高了建筑空间使用率。
本发明的多重位移放大型黏滞消能机构，可将构筑物的变形转化为第一重放大行程效果的悬臂桁架末端转动变形，并驱动铰接于悬臂桁架末端的第二重放大行程效果的肘节二连杆，形成二重放大形成效果的连杆机构。消能机构的阻尼器一端铰接于肘节二连杆的中部活动铰上，阻尼器另一端铰接于所述悬臂桁架上，且与肘节二连杆中的第一支撑杆的另一端铰接点不重和，使得阻尼器变形具有三重放大行程效果。当肘节二连杆中的第二支撑杆的另一端铰接于剪力墙或支撑框架上时，有利于阻尼器变形获得显著的四重放大行程效果，阻尼器位移放大系数可达6.0以上。阻尼器位移放大系数可根据实际需求进行调整和选择，可控性非常明显。对于承受同等震动作用的建筑结构所需阻尼器的数量大大减少，从而降低工程造价。本发明的另一个显著优点是，阻尼器设置于多重位移放大连接机构内部，并未与构筑物直接相连，使得悬臂桁架、阻尼器、肘节二连杆三者两两牵制连接，构成稳定的面外自平衡状态和动力自平衡状态，消能系统大大简化了面外稳定的构造措施，且传力明确、经济合理、安全可靠。
通过屈曲约束支撑伸臂桁架和多重位移放大型黏滞消能机构组合应用形成一种复合式减震高层结构体系，根据高层结构在不同工作阶段的变形需求，间隔布置所需数量最少的复合式减震高层结构体系和屈曲约束支撑伸臂桁架，两者协同工作，耗能机制多样、协调，减震效果明显、有效，可实现高层结构的多道设防防线，结构构造简单，施工方便，建筑空间使用性及经济性良好。
附图说明
图1是传统阻尼器墙型布置及其变形分解示意图；
图2是传统阻尼器支撑型布置及其变形分解示意图；
图3是传统阻尼器剪切型布置及其变形分解示意图；
图4是本发明屈曲约束支撑伸臂桁架的实施例的结构示意图；
图5是本发明黏滞消能机构实施例的阻尼器位移放大的变形分解示意图；
图6是黏滞阻尼器的阻尼力与速度指数的曲线图；
图7是本发明黏滞消能机构的实施例的内力传力路径示意图；
图8是本发明黏滞消能机构的的结构示意图一；
图9是本发明黏滞消能机构的的结构示意图二；
图10是本发明黏滞消能机构的的结构示意图三；
图11是本发明黏滞消能机构的的结构示意图四；
图12是本发明屈曲约束支撑伸臂桁架或多重位移放大型黏滞消能机构的实施例的平面结构示意图；
图13是本发明屈曲约束支撑伸臂桁架和多重位移放大型黏滞消能机构共同布置的实施例的立面结构示意图；
其中，1、内筒；2、外筒；3、屈曲约束支撑伸臂桁架；31、上弦杆；32、下弦杆；33、斜腹杆；331、第一屈曲约束支撑；332、第二屈曲约束支撑；4、多重位移放大型黏滞消能机构；41、悬臂桁架；42、肘节二连杆；421、第一支撑杆；422、第二支撑杆；43、黏滞阻尼器；44、第二黏滞阻尼器；悬臂桁架斜腹杆；422、悬臂桁架竖腹杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图4所示，本发明一种屈曲约束支撑伸臂桁架3，连接于内筒1与外筒2之间的至少一个屈曲约束支撑伸臂桁架。所述屈曲约束支撑伸臂桁架3由上弦杆31、下弦杆32和斜腹杆33组成，所述斜腹杆33一端与上弦杆31连接，所述斜腹杆33另一端与下弦杆32连接，所述斜腹杆33为并列布置的第一屈曲约束支撑331和第二屈曲约束支撑332，所述第一屈曲约束支撑331为不屈服承载型屈曲约束支撑，所述第二屈曲约束支撑332为屈服耗能型屈曲约束支撑。
屈曲约束支撑根据应用类型主要划分为不屈服承载型和屈服耗能型，“不屈服承载型屈曲约束支撑”是指支撑全过程作为承载构件使用，通过引入屈曲约束机制来提高支撑的设计承载力，保证支撑在屈服前不发生屈曲失稳破坏，可充分发挥钢材强度，重点发挥承载力和刚度，耗能小；“屈服耗能型屈曲约束支撑”是指支撑在弹性阶段利用屈曲约束的原理提高支撑的设计承载力，在弹塑性阶段利用芯板钢材的拉压屈服滞回进行耗能的消能构件，重点发挥耗能，刚度降低大。本发明的屈曲约束支撑伸臂桁架3在风荷载和地震作用时，不屈服承载型的第一屈曲约束支撑331全过程保持弹性、不屈服也不屈曲的工作状态，始终为结构提供稳定的刚度及承载力，而屈服耗能型的第二屈曲约束支撑332则提供一定刚度及稳定耗能能力，且屈服后承载力几乎没有增加，既实现稳定的耗能效果又降低了与之相连的构件的受力，减小了结构的塑性损坏，第一屈曲约束支撑331与第二屈曲约束支撑332协同工作，创造性的形成刚度及承载力可控的新型伸臂桁架，确保了结构在不同工作阶段的性能需求，特别是解决了大震下结构(伸臂)刚度降低过快导致的结构变形过大的问题。此外，屈曲约束支撑比普通钢支撑横截面小，有利于双支撑的并列布置。而且在一个屈曲约束支撑发生故障的时候，也不影响整个伸臂桁架的使用。
本发明所述屈曲约束支撑伸臂桁架3所在楼层的侧向刚度与下一层的侧向刚度比值不大于1.42倍，所述屈曲约束支撑伸臂桁架3所在楼层受剪承载力不大于下一层楼层受剪承载力的1.53倍。当屈曲约束支撑伸臂桁架3的侧向刚度比及承载力比满足限值时，可保证伸臂桁架3所在楼层及上、下层不出现薄弱层，以此为控制指标，布置所需最少数量的伸臂桁架3即可满足结构小变形状态(即风荷载和小震作用时)下整体刚度的需求，大震下又可保证结构变形所需的足够、持续的刚度及耗能能力，与其他类型伸臂桁架相比，这种反其道而行之的“集中布置”的理念使得结构所需伸臂桁架3数量明显减少，提高了建筑空间使用率。而“集中布置”理念可行的前提正是由于创造性地采用作用机理不同的不屈服承载型屈曲约束支撑331和屈服耗能型屈曲约束支撑332并列布置构成的复合型屈曲伸臂桁架3，其刚度及承载力可控，确保了结构在风荷载和地震作用下不同工作阶段的性能需求。
如图12～13所示，本发明一种复合式减震高层结构体系，包括至少一个屈曲约束支撑伸臂桁架3和至少一个多重位移放大型黏滞消能机构4，所述屈曲约束支撑伸臂桁架3为权利要求1-2所述屈曲约束支撑伸臂桁架3。
如图8所示，本发明多重位移放大型黏滞消能机构4的实施例，连接于内筒1与外筒2之间的至少一个多重位移放大型黏滞消能机构4。所述多重位移放大型黏滞消能机构4由悬臂桁架41、肘节二连杆42、黏滞阻尼器43连接构成，所述肘节二连杆42包括第一支撑杆421和第二支撑杆422，所述第一支撑杆421一端与第二支撑杆422一端铰接，所述悬臂桁架41与所述内筒1连接，所述第二支撑杆422的另一端与所述外筒2铰接，所述第一支撑杆421的另一端与悬臂桁架41的末端铰接，所述第一支撑杆421和第二支撑杆422的三个铰接点不共线，所述黏滞阻尼器43一端与所述悬臂桁架41末端铰接且与所述第一支撑杆421另一端不共点，所述黏滞阻尼器43另一端与所述肘节二连杆42的内部铰接点铰接。图5为本发明实施例阻尼器位移放大的变形分解示意图，本发明的第一支撑杆421与第二支撑杆422铰接形成的肘节二连杆42在一定夹角状态下的开合运动具有放大行程作用(如θ1＝34°，θ2＝37.7°，则设置的肘节二连杆42的位移放大系数为f10＝sinθ1/cos(θ1+θ2)+sinθ2＝2.5，而固定连接在内筒1上的平面空间悬臂桁架41，可将内筒1的变形转化为桁架41末端的转动变形，该转动变形具有放大行程作用(如L1＝2H，则设置的位移放大系数为f2＝2.0)，并驱动使得铰接于悬臂桁架41末端的肘节二连杆42产生二重放大行程作用，经过理论推导及等效计算，受悬臂桁架41驱动的肘节二连杆42的位移放大系数f1近似等于两个串联组合单元(悬臂桁架41、肘节二连杆42)的位移放大系数的乘积，即f1≈f10*f2＝2.5*2.0＝5.0，显著放大了黏滞阻尼器43的变形。
此外，黏滞阻尼器43一端铰接于所述悬臂桁架41上，且与所述第一支撑杆421的一端的铰接点不重合，该创造性连接方式使得阻尼器43一端位移被悬臂桁架41直接放大，阻尼器43另一端位移被悬臂桁架41的间接作用驱动肘节二连杆42再次逐级放大，即设置在本发明连接机构内部的黏滞阻尼器43获得三重位移放大效果。图5中与黏滞阻尼器43直接相连的悬臂桁架41近端的跨高比为L2/H＝1.0，则此时f20＝1.0，经过理论推导及等效计算，多重位移放大连接机构4的位移放大系数f近似等于黏滞阻尼器43两端的两个并联组合单元(悬臂桁架41、悬臂桁架41+肘节二连杆42)的位移放大系数的加法叠加，即f≈f1+f20＝5.0+1.0＝6.0，显著放大了黏滞阻尼器43的变形，且其位移放大系数可根据实际需求进行调整和选择，可控性非常有效。对于承受同等震动作用的建筑结构所需黏滞阻尼器43的数量大大减少，从而降低工程造价。
此外，本发明的黏滞阻尼器43设置于多重位移放大型黏滞消能机构4内部，并未与内筒1或外筒2直接相连，黏滞阻尼器43一端铰接在肘节二连杆42的内部铰接点之上，其另一端铰接于所述悬臂桁架41上，且与第一支撑杆421与悬臂桁架41相连的铰接点不重和，使得悬臂桁架41、黏滞阻尼器43、肘节二连杆42三者两两牵制连接，构成稳定的面外自平衡状态，实现了黏滞消能机构4整体面外自平衡的可行性，从而大大简化了其保持面外稳定性的构造措施。此外，本发明黏滞消能机构4还具有动力自平衡特性，运动工作状态下其内力传力路径如图6所示。由图可知，外力在消能机构4内部自行流转、消化，传力路线简短、直接、明确，实现了运动工作状态下达到动力自平衡的目的，使得消能机构4内部拉、压受力的各杆件均能充分发挥各自材料的承载能力，所需杆件截面小；同时，消能机构4与内筒1、外筒2相连的传力出入口仅为三个，为平面空间组件传力平衡状态所需最少的传力点数，传力点集中可使构造设计方便、简单。综上可知，本发明创新的自平衡构造使得消能机构4传力明确、经济合理、安全可靠。
黏滞消能机构4仅提供阻尼几乎不提供刚度，黏滞消能机构4所在楼层及上下楼层不会存在薄弱层问题，结构可表现为良好的延性屈服耗能机制。基于多重位移放大型黏滞消能机构4全过程明显、稳定的阻尼放大效果，以及复合型屈曲约束支撑伸臂3在结构不同工作状态下的刚度及承载力可控效应，两者协同工作，耗能机制多样，实现了高层结构的多道设防防线，结构减震效果达到最优，结构构造简单，施工方便，建筑空间使用性及经济性良好。
所述的多重位移放大型黏滞消能机构4，第一支撑杆421和第二支撑杆422的锐角夹角为[15°，45°]。传统的肘节式连接属于机械放大型机构，其位移放大系数为f＝sinθ1/cos(θ1+θ2)+sinθ2，θ1为上支撑杆与竖向的夹角，θ2为下支撑杆与水平向的夹角，位移放大效果仅依赖于两肘节支撑杆之间的锐角夹角，初始夹角过大时f<1.0，初始夹角过小时f>4.0，但若此时结构的层间变形过大，则肘节支撑可发挥的夹角变形余地迅速减小，肘节二连杆支撑共线后将使得支撑杆件内力急剧增大至无穷大而破坏失效，因此工程应用中合理设计的肘节式黏滞阻尼器位移放大系数为2.0～3.5，对应的肘节二连杆锐角夹角为[13°，23°]。传统的肘节二连杆位移放大系数f>1.0对应的初始锐角夹角为40°，而由于本发明的悬臂桁架41对肘节二连杆42的二级放大行程作用，肘节二连杆42位移放大系数f>1.0对应的初始锐角夹角为65°，考虑位移放大效果的可靠有效性，肘节二连杆42锐角夹角取为[15°，45°]，本发明的肘节二连杆42锐角夹角变化幅度约为传统肘节二连杆的锐角夹角变化幅度的3倍，且变形放大的初始锐角夹角明显减小，说明该机构4变形响应快、放大效率高，使得本发明消能机构4对建筑空间使用的适应性、布置多样性及安装可行性获得了明显提高。
如图9所示，所述黏滞阻尼器43另一端铰接于所述肘节二连杆42的第一支撑杆421上或第二支撑杆422上，可实现黏滞阻尼器43的灵活安装和快速、稳定的受力传递。
如图10所示，作为优选方案，还包括权利要求4的复合式减震高层结构体系的多重位移放大型黏滞消能机构4和第二黏滞阻尼器(44)，多重位移放大型黏滞消能机构4内部黏滞阻尼器(43)为第一黏滞阻尼器(43)，所述第二黏滞阻尼器(44)的一端与所述肘节二连杆(42)的内部铰接点铰接，所述第二黏滞阻尼器(44)的另一端铰接于外筒2上，且与所述肘节二连杆(42)的第二支撑杆(422)另一端不共点。第二黏滞阻尼器(44)与第一黏滞阻尼器(43)在多重位移放大消能机构(4)中相当于并联作用，但第二黏滞阻尼器(44)与外筒2直接相连，因此第二黏滞阻尼器(44)的位移放大系数等于悬臂桁架(41)驱动的肘节二连杆(42)的位移放大系数，即f11＝f1＝5.0，因此，所述权利要求4的多重位移放大型黏滞消能机构(4)的位移放大系数为f0≈f+f11＝6.0+5.0＝11.0。
此外，利用两个相对设置的黏滞阻尼器不仅能够达到阻尼叠加放大的消能效果，而且在一个黏滞阻尼器发生故障的时候，不影响整个消能机构(4)的使用。权利要求4所述多重位移放大型黏滞消能机构(4)特殊的构造形成稳定的面外自平衡状态，而第二黏滞阻尼器(44)与第一黏滞阻尼器(43)具有相反的运动变形方向及相反的作用力方向，能够使第一支撑杆和第二支撑杆的交接点处承受相对的多方约束，更进一步提高了整个消能机构(4)的受力稳定性，从而大大简化了其保持面外稳定性的构造措施。
根据权利要7所述的第一黏滞阻尼器(43)和第二黏滞阻尼器(44)，一个黏滞阻尼器指数小于1，另一个黏滞阻尼器速度指数大于或等于1。由于黏滞阻尼器的主要设计控制参数之一为速度指数α，工程上速度指数的应用范围主要在α＝[0.15～1]区间，如图7所示为黏滞阻尼器的阻尼力与速度指数的曲线图，当速度指数α＝1时，黏滞阻尼器出力与速度为线性关系，即力的增长幅度与速度增长的幅度相同；α≠1时，黏滞阻尼器出力与速度的关系为非线性关系；特别地，在速度不大时，对于α<1的黏滞阻尼器，即力的增长幅度小于速度增长的幅度，α越小，阻尼器的耗能效果越好；当α>1时，力的增长幅度大于速度增长的幅度，其耗能面积小且随着速度越大，力的增长幅度越快。因此现有技术中一般多采用前期耗能能力强的速度指数为α<1的黏滞阻尼器。本发明两个黏滞阻尼器分别采用速度指数小于1的黏滞阻尼器和大于或等于1的黏滞阻尼器，可在放大黏滞阻尼器耗能能力的同时使阻尼器的耗能能力持续，避免速度指数小于1的黏滞阻尼器后期阻尼力增长较慢而降低其消能效果；其中，当消能机构4前期变形(速度)不大时，速度指数α<1的第一黏滞阻尼器43耗能显著，为主要耗能构件，速度指数α>1的第二黏滞阻尼器44出力很小且耗能效果小，不影响α<1黏滞阻尼器效果的发挥；当消能系统(4)后期变形增大时，速度指数α<1的第一黏滞阻尼器43耗能增长效果有限，但仍可维持一定量的耗能，而速度指数α>1第二黏滞阻尼器44的阻尼力和耗能效果逐渐发挥，且阻尼力增长迅速，这样在建筑结构整个震(振)动的过程中，阻尼力能够持续到整个减震(振)过程中而且不会减弱，此时两种阻尼器共同受力、复合耗能，实现阻尼耗能能力的稳定和持续增长，满足结构在不同工作阶段的耗能需求。
如图11所示，根据权利要求7所述的多重位移放大型黏滞消能机构4，所述第二黏滞阻尼器44一端铰接于所述肘节二连杆42的第一支撑杆421上或第二支撑杆422上。
所述内筒1为混凝土内筒、钢支撑内筒，所述外筒2为框架、混凝土外筒、钢支撑外筒。在高层结构中，混凝土内筒、钢支撑内筒1的弯曲变形与结构高度呈正相关性，框架则弯曲变形小，剪切变形大，因此悬臂桁架4固定连接在刚度较强的混凝土内筒和钢支撑内筒1时，有利于将结构变形顺利转化为悬臂桁架41末端的转动变形，而第二支撑杆422的一端可铰接在框架柱或混凝土外筒、钢支撑外筒上2，如果第二支撑杆422的一端铰接在具有同样转动作用的混凝土外筒、钢支撑外筒2上时，则有利于黏滞消能机构4位移放大系数的成倍叠加，从而实现黏滞阻尼器43的第四重位移放大，进一步提高了黏滞消能机构4的放大效率、有效性及普适性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种屈曲约束支撑伸臂桁架，其特征在于，包括连接于内筒与外筒之间的至少一个屈曲约束支撑伸臂桁架。
所述屈曲约束支撑伸臂桁架包括上弦杆、下弦杆和斜腹杆，所述斜腹杆一端与上弦杆连接，所述斜腹杆另一端与下弦杆连接，所述斜腹杆为并列布置的第一屈曲约束支撑和第二屈曲约束支撑，所述第一屈曲约束支撑为不屈服承载型屈曲约束支撑，所述第二屈曲约束支撑为屈服耗能型屈曲约束支撑。
2.根据权利要求1所述屈曲约束支撑伸臂桁架，所述屈曲约束支撑伸臂桁架所在楼层的侧向刚度与下一层的侧向刚度比值不大于1.42倍，所述屈曲约束支撑伸臂桁架所在楼层受剪承载力不大于下一层楼层受剪承载力的1.53倍。
3.一种复合式减震高层结构体系，其特征在于：包括至少一个屈曲约束支撑伸臂桁架和至少一个多重位移放大型黏滞消能机构，所述屈曲约束支撑伸臂桁架为权利要求1-2任一项所述屈曲约束支撑伸臂桁架。
4.根据权利要求3所述复合式减震高层结构体系，其特征在于，包括所述多重位移放大型黏滞消能机构连接于内筒1与外筒2之间。
所述多重位移放大型黏滞消能机构包括悬臂桁架、肘节二连杆和黏滞阻尼器，所述肘节二连杆包括第一支撑杆和第二支撑杆，所述第一支撑杆一端与第二支撑杆一端铰接，所述悬臂桁架与所述内筒连接，所述第二支撑杆的另一端与所述外筒铰接，所述第一支撑杆的另一端与悬臂桁架的末端铰接，所述第一支撑杆与黏滞阻尼器的铰接点、所述第一支撑杆和第二支撑杆的铰接点、所述第二黏滞阻尼器与第二支撑杆和的铰接点不共线，所述黏滞阻尼器一端与所述悬臂桁架末端铰接且铰接点与所述第一支撑杆另一端不共点，所述黏滞阻尼器另一端铰接在所述第一支撑杆和第二支撑杆的铰接点上。
5.根据权利要求4所述的复合式减震高层结构体系，其特征在于，所述多重位移放大型黏滞消能机构的第一支撑杆和第二支撑杆的锐角夹角为[15°，45°]。
6.根据权利要求4所述的复合式减震高层结构体系，其特征在于，所述多重位移放大型黏滞消能机构的黏滞阻尼器另一端铰接于所述肘节二连杆的第一支撑杆上或第二支撑杆上。
7.根据权利要求4所述的复合式减震高层结构体系，其特征在于，所述多重位移放大型黏滞消能机构还包括第二黏滞阻尼器和第一黏滞阻尼器，所述第二黏滞阻尼器的一端与所述肘节二连杆的内部铰接点铰接，所述第二黏滞阻尼器的另一端铰接于外筒上，且与所述肘节二连杆的第二支撑杆另一端不共点。
8.根据权利要求7所述的复合式减震高层结构体系，其特征在于，所述多重位移放大型黏滞消能机构的第二黏滞阻尼器一端铰接于所述肘节二连杆的第一支撑杆上或第二支撑杆上。
9.根据权利要7所述的复合式减震高层结构体系，其特征在于，所述多重位移放大型黏滞消能机构的第一黏滞阻尼器和第二黏滞阻尼器中的一个的速度指数小于1，另一个的速度指数大于或等于1。
10.根据权利要求4所述的复合式减震高层结构体系，其特征在于，所述内筒为混凝土内筒、钢支撑内筒，所述外筒为框架、混凝土外筒、钢支撑外筒。
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CN116816867A (zh) * 2023-08-31 2023-09-29 北京工业大学 一种风力发电机双向负刚度阻尼增效系统

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