CN113585843A - 一种非对称翘板式放大型黏滞消能伸臂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑消能技术领域，尤其是涉及一种非对称翘板式放大型黏滞消能伸臂，包括：伸臂桁架、外框柱、非对称翘板式放大装置、第一黏滞流体阻尼器、第二黏滞流体阻尼器和核心筒剪力墙；所述非对称翘板式放大装置的第一铰接点与外框柱铰接；所述非对称翘板式放大装置的第二铰接点与伸臂桁架铰接；所述非对称翘板式放大装置的第三铰接点与第一黏滞流体阻尼器的一端铰接，第一黏滞流体阻尼器的另一端与伸臂桁架铰接；所述非对称翘板式放大装置的第四铰接点与第二黏滞流体阻尼器的一端铰接，第二黏滞流体阻尼器的另一端与伸臂桁架铰接。本发明装置方案可行性强，鲁棒性好，成功克服了现有对称翘板型放大装置存在的技术难题。

Description

一种非对称翘板式放大型黏滞消能伸臂
技术领域
本发明涉及建筑消能技术领域，尤其是涉及一种非对称翘板式放大型黏滞消能伸臂。
背景技术
随着建筑高度的增加，风荷载和地震作用成为结构设计的重要控制性因素。为了提高建筑物的水平刚度，越来越多的超高层建筑在设备层或避难层设置刚度较大的水平伸臂构件，利用刚度很大的伸臂将核心筒和外围框架柱连接起来，调动周边框架柱轴力抵抗更多的整体倾覆力矩，形成主要以核心筒抵抗水平剪力和伸臂外框架柱抵抗倾覆弯矩的高效率抗侧体系，从而提高结构的抗风和抗震能力。
带耗能减震层超高层结构体系是近年来提出的一种新型高层建筑耗能减震结构体系，该结构体系是把消能减震技术引入到超高层结构中，将加强层伸臂桁架和环带桁架中的普通支撑用耗能支撑代替，形成耗能减震层，通过耗能支撑来耗散地震输入到结构中的能量，对高层结构的水平位移、层间位移角和层间剪力均具有良好的控制效果。由于耗能减震层依据加强层设计，其数量有限，如何提高耗能减震层减震效果和耗能效率是带耗能减震层超高层结构体系设计的关键技术难题。
目前，现有技术存在如下问题：
适用于消能伸臂的减震装置必须具有适用于大变形的能力，目前一般采用黏滞流体阻尼器。黏滞流体阻尼器的特点是：静荷载下无刚度；建筑结构中使用的黏滞流体阻尼器速度一般在0m/s和1m/s区间内，速度指数越小，输出力越大；黏滞流体阻尼器消耗的地震能量对速度指数较敏感，黏滞流体阻尼器速度一般在0m/s和1m/s区间内时，在速度指数小于1.0的情况下，速度指数增大0.10，消耗的地震能量约减少40％～50％；当阻尼器的速度指数小于1时，其对结构提供的附加阻尼比随地震烈度增大而减小，速度指数越接近于0，附加阻尼比的降幅越快。对于建筑结构抗震设计，一般选用速度指数为0.30～0.50的黏滞流体阻尼器。
黏滞流体阻尼器端部一般采用销轴进行连接，销轴与耳板之间缝隙若过大，将会影响其消能减震效果，采用放大装置能够获得更大的阻尼器轴向变形，在一定程度上能够削弱销轴和耳板之间安装误差对消能减震效果的影响。采用放大装置的目的可使小吨位黏滞流体阻尼器达到比直接安装大吨位阻尼器更好的耗能效果，但采用放大装置的黏滞型消能伸臂对结构提供的附加阻尼比仍然随地震烈度增大而减小，速度指数越小，附加阻尼比的降幅越快。根据黏滞流体阻尼器的性能特点，在阻尼系数相同的情况下，为提高小震下结构的附加阻尼比，需要尽量采用速度指数小的阻尼器，大震下结构的附加阻尼比将无法保证；为提高大震下结构的附加阻尼比，需要尽量采用速度指数较大的阻尼器，小震下结构的附加阻尼比将较小。如何利用有限的条件，能够兼顾小震、中震和大震时候黏滞型消能伸臂为结构提供的附加阻尼比，是放大型黏滞型消能伸臂需要重点解决的技术问题。
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非对称翘板式放大型黏滞消能伸臂，以解决现有技术中存在的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种非对称翘板式放大型黏滞消能伸臂，包括：伸臂桁架、外框柱、非对称翘板式放大装置、第一黏滞流体阻尼器、第二黏滞流体阻尼器和核心筒剪力墙；所述非对称翘板式放大装置具有第一铰接点、第二铰接点、第三铰接点和第四铰接点；所述非对称翘板式放大装置的第一铰接点与外框柱铰接；所述非对称翘板式放大装置的第二铰接点与伸臂桁架铰接；所述非对称翘板式放大装置的第三铰接点与第一黏滞流体阻尼器的一端铰接，第一黏滞流体阻尼器的另一端与伸臂桁架铰接；所述非对称翘板式放大装置的第四铰接点与第二黏滞流体阻尼器的一端铰接，第二黏滞流体阻尼器的另一端与伸臂桁架铰接；所述伸臂桁架与核心筒剪力墙连接。
优选地，所述非对称翘板式放大装置的上、下部分呈不对称的三角形状。
优选地，所述非对称翘板式放大装置的第一铰接点与外框柱的耳板通过销轴连接。
优选地，所述非对称翘板式放大装置的第二铰接点与伸臂桁架的中部耳板通过销轴连接。
优选地，所述非对称翘板式放大装置的第三铰接点与第一黏滞流体阻尼器的一端铰接，第一黏滞流体阻尼器的另一端与伸臂桁架的上部耳板通过销轴连接。
优选地，所述非对称翘板式放大装置的第四铰接点与第二黏滞流体阻尼器的一端铰接，第二黏滞流体阻尼器的另一端与伸臂桁架铰接的下部耳板通过销轴连接。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明通过改进放大装置的连接形式，结合黏滞流体阻尼器的性能特点，采用非对称式翘板型放大装置从而成功克服了传统消能伸臂放大装置无法同时保证小震、中震和大震作用下阻尼器为结构提供可观的附加阻尼比的技术难题。
(2)本发明可通过调整第一黏滞流体阻尼器和第二黏滞流体阻尼器的力臂、阻尼系数和速度指数即可使小震、中震和大震作用下阻尼器为结构提供可观的附加阻尼比，实现装置地震烈度全覆盖的消能效果，并可满足不同性能化设计的需求，使非对称式翘板型放大装置的应用范围更为广泛。
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为本发明提供的非对称翘板式放大型黏滞消能伸臂的主视图；
图2为本发明提供的非对称翘板式放大型黏滞消能伸臂的立体图；
图3为本发明实施例提供的非对称翘板式放大装置的结构示意图。
图标：1-第一黏滞流体阻尼器；2-第二黏滞流体阻尼器；3-非对称翘板式放大装置；4-外框柱；5-伸臂桁架；6-核心筒。
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3所示，本实施例提供一种非对称翘板式放大型黏滞消能伸臂，包括：伸臂桁架5、外框柱4、非对称翘板式放大装置3、第一黏滞流体阻尼器1、第二黏滞流体阻尼器2和核心筒6剪力墙；所述非对称翘板式放大装置3具有第一铰接点、第二铰接点、第三铰接点和第四铰接点；所述非对称翘板式放大装置3的第一铰接点与外框柱4铰接；所述非对称翘板式放大装置3的第二铰接点与伸臂桁架5铰接；所述非对称翘板式放大装置3的第三铰接点与第一黏滞流体阻尼器1的一端铰接，第一黏滞流体阻尼器1的另一端与伸臂桁架5铰接；所述非对称翘板式放大装置3的第四铰接点与第二黏滞流体阻尼器2的一端铰接，第二黏滞流体阻尼器2的另一端与伸臂桁架5铰接；所述伸臂桁架5与核心筒6剪力墙连接。
具体而言，优选地，所述非对称翘板式放大装置3的上、下部分呈不对称的三角形状。所述非对称翘板式放大装置3的第一铰接点与外框柱4的耳板通过销轴连接。所述非对称翘板式放大装置3的第二铰接点与伸臂桁架5的中部耳板通过销轴连接。所述非对称翘板式放大装置3的第三铰接点与第一黏滞流体阻尼器1的一端铰接，第一黏滞流体阻尼器1的另一端与伸臂桁架5的上部耳板通过销轴连接。所述非对称翘板式放大装置3的第四铰接点与第二黏滞流体阻尼器2的一端铰接，第二黏滞流体阻尼器2的另一端与伸臂桁架5铰接的下部耳板通过销轴连接。
本实施例的非对称时翘板型放大装置的工作机理：
翘板上端的第一黏滞流体阻尼器1的阻尼系数和速度指数分别为C1和α1；翘板下端的第二黏滞流体阻尼器2的阻尼系数和速度指数分别为C2和α2。地震作用下，外框筒和核心筒6之间产生变形差和变形速度差分别为Δ和
Figure BDA0003151970620000061
由于放大装置的放大作用，翘板上端的第一黏滞流体阻尼器1的放大系数为f1＝l1/d，翘板下端的第二黏滞流体阻尼器2的放大系数为f2＝l2/d。翘板上端的第一黏滞流体阻尼器1两端的速度差为
Figure BDA0003151970620000062
翘板下端的第二黏滞流体阻尼器2两端的速度差为
Figure BDA0003151970620000063
第一黏滞流体阻尼器1的输出力为
Figure BDA0003151970620000064
第二黏滞流体阻尼器2的输出力为
Figure BDA0003151970620000065
从翘板型放大装置的工作机理可以发现，N1l1约等于N2l2，第一黏滞流体阻尼器1和第二黏滞流体阻尼器2的力臂的差异、阻尼系数和速度指数的差异将导致该装置的消能能力明显大于对称型翘板型放大装置。
本实施例提出的非对称式翘板型放大装置，使能够充分发挥阻尼器的耗能能力,通过组合使用不同参数的小吨位黏滞流体阻尼器达到比直接安装大吨位阻尼器更好的耗能效果。本发明技术特点如下：
1)在翘板型放大装置两端分别设置参数和性能不同的黏滞流体阻尼器。根据黏滞流体阻尼器的特点，设置两种不同阻尼系数和速度指数的阻尼器，一方面能够更好的兼顾小震、中震和大震作用下阻尼器为结构提供的附加阻尼比，另一方面能够在翘板的两端由于力的不平衡，能够带来更大的速度变形差，协调两端的黏滞流体阻尼器发挥更强的消能能力。
2)设置力臂不同的非对称翘板。力臂的不同，加上翘板两端力的不平衡特性，为黏滞流体阻尼器带来了更大的位移和速度差，使两端黏滞流体阻尼器的输出力更大，消能更多的地震能量。
综上，本发明装置方案可行性强，鲁棒性好，成功客服了现有对称翘板型放大装置存在的技术难题，本方案兼顾小震、中震和大震作用下阻尼器为结构提供可观的附加阻尼比，使结构具有更好的抗震性能。
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 (6)

1.一种非对称翘板式放大型黏滞消能伸臂，其特征在于，包括：伸臂桁架、外框柱、非对称翘板式放大装置、第一黏滞流体阻尼器、第二黏滞流体阻尼器和核心筒剪力墙；所述非对称翘板式放大装置具有第一铰接点、第二铰接点、第三铰接点和第四铰接点；
所述非对称翘板式放大装置的第一铰接点与外框柱铰接；所述非对称翘板式放大装置的第二铰接点与伸臂桁架铰接；所述非对称翘板式放大装置的第三铰接点与第一黏滞流体阻尼器的一端铰接，第一黏滞流体阻尼器的另一端与伸臂桁架铰接；所述非对称翘板式放大装置的第四铰接点与第二黏滞流体阻尼器的一端铰接，第二黏滞流体阻尼器的另一端与伸臂桁架铰接；所述伸臂桁架与核心筒剪力墙连接。
2.根据权利要求1所述的非对称翘板式放大型黏滞消能伸臂，其特征在于，所述非对称翘板式放大装置的上、下部分呈不对称的三角形状。
3.根据权利要求1所述的非对称翘板式放大型黏滞消能伸臂，其特征在于，所述非对称翘板式放大装置的第一铰接点与外框柱的耳板通过销轴连接。
4.根据权利要求1所述的非对称翘板式放大型黏滞消能伸臂，其特征在于，所述非对称翘板式放大装置的第二铰接点与伸臂桁架的中部耳板通过销轴连接。
5.根据权利要求1所述的非对称翘板式放大型黏滞消能伸臂，其特征在于，所述非对称翘板式放大装置的第三铰接点与第一黏滞流体阻尼器的一端铰接，第一黏滞流体阻尼器的另一端与伸臂桁架的上部耳板通过销轴连接。
6.根据权利要求1所述的非对称翘板式放大型黏滞消能伸臂，其特征在于，所述非对称翘板式放大装置的第四铰接点与第二黏滞流体阻尼器的一端铰接，第二黏滞流体阻尼器的另一端与伸臂桁架铰接的下部耳板通过销轴连接。
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