CN113530332A - 一种带放大技术超高层消能伸臂减震体系 - Google Patents

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陆新征
閣东东
周思红
赵子斌
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Abstract

本发明涉及结构抗震与消能减震技术领域，尤其是涉及一种带放大技术超高层消能伸臂减震体系；其包括设置于建筑中间的核心筒；设置于建筑外围的框架柱；设置在核心筒和框架柱之间的伸臂桁架，伸臂桁架包括：连接核心筒与框架柱的上弦杆；平行设置于上弦杆下方且连接核心筒与框架柱的下弦杆；以及设置于上弦杆和下弦杆之间的斜腹杆；框架柱竖向布置有阻尼器，所述斜腹杆的一端通过不等臂杠杆与竖向布置的阻尼器连接，所述斜腹杆的另一端连接于核心筒。本申请通过不等臂杠杆放大原理与传统阻尼器结合，有效提高了阻尼器的工作效率，使得在风荷载及地震力作用下，通过不等臂机械杠杆放大作用对阻尼器进行有效放大，充分发挥阻尼器的能耗作用。

Description

一种带放大技术超高层消能伸臂减震体系
技术领域
本发明涉及结构抗震与消能减震技术领域，尤其是涉及一种带放大技术超高层消能伸臂减震体系。
背景技术
目前，超高层建筑设计中地震作用和风荷载作用是两个影响最为突出的因素。在地震和和风力作用下结构变形及抗风舒适度不超过规范规定限制是高层设计的重点和难点。超高层结构多采用外围框柱和中间核心筒结构体系，在外围框柱和内部核心筒之间距离一定楼层高度布置伸臂桁架，当结构受到水平荷载作用时，通过伸臂桁架协调作用调整核心筒与外围的受力与变形状况，使外框架承担更多的倾覆弯矩，抵抗地震与风力作用，减小结构形变，伸臂桁架作用非常明显。在伸臂桁架加强体系中加入阻尼器，可以通过阻尼器集中耗散风或地震输入能量，减少主体结构在风力或地震作用下反应，达到减震的目的。阻尼器充分发挥耗能作用需要一定的变形量或者变形速度，对于一些自身侧向变形较小的结构或者结构在中小地震作用下，阻尼器很难以充分发挥工作性能，应用受到较大制约，为克服上述问题，需要对现有的伸臂桁架进行技术改进。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带放大技术超高层消能伸臂减震体系，通过不等臂杠杆放大原理与传统阻尼器结合，有效提高了阻尼器的工作效率，在较小外力作用下，通过机械原理放大变形量与变形速度激发阻尼器作用，消耗大量外部输入能量，减小外部输入对主体结构破坏作用，提高结构舒适度及抗震安全性能，解决超高层建筑中现有减震装置耗能效率低下的难题，对超高层结构发展具有重要实际意义。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种带放大技术超高层消能伸臂减震体系，包括：设置于建筑中间的核心筒；设置于建筑外围的框架柱；设置在核心筒和框架柱之间的伸臂桁架，其特征在于：所述伸臂桁架包括：连接核心筒与框架柱的上弦杆；平行设置于上弦杆下方且连接核心筒与框架柱的下弦杆；以及设置于上弦杆和下弦杆之间的斜腹杆；所述框架柱竖向布置有阻尼器，所述斜腹杆的一端通过不等臂杠杆与竖向布置的阻尼器连接，所述斜腹杆的另一端连接于核心筒。
优选地，所述不等臂杠杆与斜腹杆之间通过第一铰接部连接；所述不等臂杠杆与定位耳板之间通过第二铰接部连接；所述定位耳板与竖向连接杆件连接；阻尼器分别连接在竖向连接杆件的上下两端，所述阻尼器与设置于所述框架柱上的牛腿连接。
优选地，所述斜腹杆包括：上斜腹杆和下斜腹杆，所述上斜腹杆和下斜腹杆连接为侧立人字状。
优选地，所述上斜腹杆的端部和下斜腹杆的端部均固定于所述核心筒；所述上斜腹杆与下斜腹杆相交端与不等臂杠杆连接。
优选地，所述斜腹杆与核心筒之间为刚接或者铰接。
优选地，所述阻尼器包括：第一粘滞阻尼器和第二粘滞阻尼器；所述第一粘滞阻尼器连接于竖向连接杆件的上端，所述第二粘滞阻尼器连接于竖向连接杆件的下端。
优选地，所述牛腿包括：设置于框架柱上的第一牛腿和第二牛腿，所述第一牛腿与所述第一粘滞阻尼器连接，所述第二牛腿与所述第二粘滞阻尼器连接。
优选地，所述牛腿为钢结构牛腿或者混凝土结构牛腿。
优选地，所述定位耳板的数量为两个。
优选地，所述斜腹杆为圆钢管、方钢管或者H型钢管。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明通过不等臂杠杆放大原理与传统阻尼器结合，有效提高了阻尼器的工作效率，在较小外力作用下，通过机械原理放大变形量与变形速度激发阻尼器作用，消耗大量外部输入能量，减小外部输入对主体结构破坏作用，提高结构舒适度及抗震安全性能，对超高层结构发展具有重要实际意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明带放大技术超高层消能伸臂减震体系在建筑物竖向布置正立面示意图；
图2是本发明带放大技术超高层消能伸臂减震体系在核心筒与外框架柱之间的平面布置示意图；
图3是本发明带放大技术超高层消能伸臂减震体系立面图结构示意图；
图4是本发明带放大技术超高层消能伸臂减震体系立面图结构示意图斜腹杆端部分解结构示意图；
图5是本发明带放大技术超高层消能伸臂减震体系不等臂杠杆两端连接构造示意图；
图6是本发明带放大技术超高层消能伸臂减震体系在受压侧构件受力及变形示意图；
图7是本发明带放大技术超高层消能伸臂减震体系在受拉侧构件受力及变形示意图。
图8是本发明带放大技术超高层消能伸臂减震体系不等臂杠杆变形量或变形放大作用示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
结合图1至图8所示，本实施例提供一种带放大技术超高层消能伸臂减震体系，包括：设置于建筑中间的核心筒10；设置于建筑外围的框架柱20；设置在核心筒10和框架柱20之间的伸臂桁架30，其特征在于：所述伸臂桁架30包括：连接核心筒10与框架柱20的上弦杆31；平行设置于上弦杆31下方且连接核心筒10与框架柱20的下弦杆32；以及设置于上弦杆31和下弦杆32之间的斜腹杆33；所述框架柱20竖向布置有阻尼器35，所述斜腹杆33的一端通过不等臂杠杆39与竖向布置的阻尼器35连接，所述斜腹杆33的另一端连接于核心筒10，可与核心筒10通过埋置其中的钢骨柱11连接，也可以通过埋件连接。本实施例通过不等臂杠杆放大原理与传统阻尼器结合，有效提高了阻尼器的工作效率，使得在风荷载及地震力作用下，通过机械不等臂杠杆放大作用对阻尼器进行有效放大，充分发挥阻尼器的能耗效率，提高结构的附加阻尼比，减小外部输入对主体结构破坏作用，提高结构舒适度及抗震安全性能。
优选地，所述不等臂杠杆39与斜腹杆33之间通过第一铰接部40连接；所述不等臂杠杆39与定位耳板37之间通过第二铰接部38连接；所述定位耳板37与竖向连接杆件36连接；阻尼器35分别连接在竖向连接杆件36的上下两端，所述阻尼器35与设置于所述框架柱20上的牛腿34连接。
具体而言，阻尼器为竖向布置速度型阻尼器，利用外框柱20与伸臂桁架斜腹杆的竖向错动，使得粘滞液体从阻尼通道中流过，引起阻尼效应，达到耗散能量的目的。本发明通过在外框柱20布置阻尼器35，在风力及地震力作用下，核心筒带动伸臂桁架相对外框柱发生位移，通过不等臂杠杆作用，放大变形量与变形速度激发阻尼器作用，耗散外部输入能量。
优选地，所述斜腹杆33包括：上斜腹杆331和下斜腹杆332，所述上斜腹杆331和下斜腹杆332连接为侧立人字状。优选地，所述上斜腹杆331的端部和下斜腹杆332的端部均固定于所述核心筒10；所述上斜腹杆331与下斜腹杆332相交端与不等臂杠杆39连接。所述斜腹杆33与核心筒10之间为刚接或者铰接。
伸臂桁架斜腹杆随核心筒产生转动，在受拉侧上斜腹杆331产生向核心筒方向拉力，下斜腹杆332产生向外框柱方向压力，对连接杆36水平方向无力值作用，仅产生向上作用力。
伸臂桁架斜腹杆随核心筒产生转动，在受压侧上斜腹杆331产生向框架柱方向压力，下斜腹杆332产生向核心筒方向拉力，对连接杆36水平方向无力值作用，仅产生向下作用力。
优选地，所述阻尼器35包括：第一粘滞阻尼器351和第二粘滞阻尼器352；所述第一粘滞阻尼器351连接于竖向连接杆件36的上端，所述第二粘滞阻尼器352连接于竖向连接杆件36的下端。竖向连接杆36受竖向力作用后通过阻尼器35将竖向力传递至牛腿与外框柱，对外框柱仅有沿轴线竖向作用，无水平作用力。
优选地，所述牛腿34包括：设置于框架柱20上的第一牛腿341和第二牛腿342，所述第一牛腿341与所述第一粘滞阻尼器351连接，所述第二牛腿342与所述第二粘滞阻尼器352连接。阻尼器应根据工程实际选择合理的规格型号，保证耗能及竖向力传递效果。
优选地，所述牛腿34为钢结构牛腿或者混凝土结构牛腿。
优选地，所述定位耳板37的数量为两个，定位耳板37为两块沿桁架中线对称布置(第一定位耳板371和第二定位耳板372)，定位耳板37固定于外框架柱20。
优选地，所述斜腹杆33为圆钢管、方钢管或者H型钢管。
优选地，第一铰接部40和第二铰接部38采用高耐压低阻力轴承。
本实施例中，不等臂杠杆对阻尼器放大效率取决于L1和L2长度比，放大系数η＝Δ2/Δ1＝L2/L1。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种带放大技术超高层消能伸臂减震体系，包括：设置于建筑中间的核心筒(10)；设置于建筑外围的框架柱(20)；设置在核心筒(10)和框架柱(20)之间的伸臂桁架(30)，其特征在于：所述伸臂桁架(30)包括：连接核心筒(10)与框架柱(20)的上弦杆(31)；平行设置于上弦杆(31)下方且连接核心筒(10)与框架柱(20)的下弦杆(32)；以及设置于上弦杆(31)和下弦杆(32)之间的斜腹杆(33)；所述框架柱(20)竖向布置有阻尼器(35)，所述斜腹杆(33)的一端通过不等臂杠杆(39)与竖向布置的阻尼器(35)连接，所述斜腹杆(33)的另一端连接于核心筒(10)。
2.根据权利要求1所述的带放大技术超高层消能伸臂减震体系，其特征在于，所述不等臂杠杆(39)与斜腹杆(33)之间通过第一铰接部(40)连接；所述不等臂杠杆(39)与定位耳板(37)之间通过第二铰接部(38)连接；所述定位耳板(37)与竖向连接杆件(36)连接；阻尼器(35)分别连接在竖向连接杆件(36)的上下两端，所述阻尼器(35)与设置于所述框架柱(20)上的牛腿(34)连接。
3.根据权利要求2所述的带放大技术超高层消能伸臂减震体系，其特征在于，所述斜腹杆(33)包括：上斜腹杆(331)和下斜腹杆(332)，所述上斜腹杆(331)和下斜腹杆(332)连接为侧立人字状。
4.根据权利要求3所述的带放大技术超高层消能伸臂减震体系，其特征在于，所述上斜腹杆(331)的端部和下斜腹杆(332)的端部均固定于所述核心筒(10)；所述上斜腹杆(331)与下斜腹杆(332)相交端与不等臂杠杆(39)连接。
5.根据权利要求4所述的带放大技术超高层消能伸臂减震体系，其特征在于，所述斜腹杆(33)与核心筒(10)之间为刚接或者铰接。
6.根据权利要求5所述的带放大技术超高层消能伸臂减震体系，其特征在于，所述阻尼器(35)包括：第一粘滞阻尼器(351)和第二粘滞阻尼器(352)；所述第一粘滞阻尼器(351)连接于竖向连接杆件(36)的上端，所述第二粘滞阻尼器(352)连接于竖向连接杆件(36)的下端。
7.根据权利要求6所述的带放大技术超高层消能伸臂减震体系，其特征在于，所述牛腿(34)包括：设置于框架柱(20)上的第一牛腿(341)和第二牛腿(342)，所述第一牛腿(341)与所述第一粘滞阻尼器(351)连接，所述第二牛腿(342)与所述第二粘滞阻尼器(352)连接。
8.根据权利要求7所述的带放大技术超高层消能伸臂减震体系，其特征在于，所述牛腿(34)为钢结构牛腿或者混凝土结构牛腿。
9.根据权利要求8所述的带放大技术超高层消能伸臂减震体系，其特征在于，所述定位耳板(37)的数量为两个。
10.根据权利要求1所述的带放大技术超高层消能伸臂减震体系，其特征在于，所述斜腹杆(33)为圆钢管、方钢管或者H型钢管。
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