CN113775230B - 一种附加放大装置的消能伸臂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种附加放大装置的消能伸臂，其伸臂桁架包括上弦水平杆、下弦水平杆、斜腹杆和腹杆，下弦水平杆上固定有定位耳板，定位耳板上通过支撑销轴铰接有不等臂杠杆，不等臂杠杆的底部连接有黏滞流体阻尼器，黏滞流体阻尼器通过牛腿固定在下弦水平杆上，不等臂杠杆的顶部通过销轴与竖向驱动杆的底部连接，竖向驱动杆的顶部固定在所述上弦水平杆上。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。

Description

一种附加放大装置的消能伸臂
技术领域
本发明涉及建筑消能技术领域，尤其是涉及一种附加放大装置的消能伸臂，属于工程结构抗震与消能减震技术领域。
背景技术
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，外围框架柱一侧受压另一侧受拉，从而形成抗倾覆力矩，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，为解决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
本发明提出一种附加放大装置的消能伸臂，用以解决现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种附加放大装置的消能伸臂，包括：核心筒、外框柱以及伸臂桁架；所述核心筒和所述外框柱通过所述伸臂桁架连接；所述伸臂桁架包括上弦水平杆、下弦水平杆、斜腹杆和腹杆，所述下弦水平杆上固定有定位耳板，所述定位耳板上通过支撑销轴铰接有不等臂杠杆，所述不等臂杠杆的底部两侧分别通过一水平连接杆连接有一个黏滞流体阻尼器，所述黏滞流体阻尼器通过牛腿固定在下弦水平杆上，不等臂杠杆的顶部通过销轴与竖向驱动杆的底部连接，所述竖向驱动杆的顶部固定在所述上弦水平杆上。
优选地，所述伸臂桁架与所述核心筒通过埋置在核心筒内的钢骨柱或埋件连接。
优选地，所述斜腹杆可为圆钢管、方钢管或H型钢。
优选地，所述黏滞流体阻尼器为水平布置速度型阻尼器。
优选地，所述下弦水平杆上固定有两块所述定位耳板，两块定位耳板沿伸臂桁架中线对称布置。
优选地，所述不等臂杠杆的底部两侧与所述水平连接杆为铰接连接。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
在风力或水平地震作用下，不等臂杠杆将结构层间相对变形放大，阻尼器快速响应发挥耗能作用，耗散外部输入的能量。本方案可实施性强，保证了伸臂桁架自身完整性，解决了目前带放大装置的消能伸臂关键性技术难题，既能起到普通伸臂桁架减少结构侧移的加强作用，减小核心筒倾覆弯矩，又避免了在中小地震作用下阻尼器的位移和速度等较小时，阻尼器难以充分发挥耗能能力，提高了阻尼器工作效率和耗能。
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减震耗能型伸臂桁架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减震耗能型伸臂桁架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减震耗能型伸臂桁架立面图结构示意图；
图4是本发明附加放大装置分解结构示意图；
图5是本发明不等臂杠杆钢耳板连接构造示意图；
图6是本发明附加放大装置消能伸臂桁架整体变形示意图；
图7是本发明附加放大装置构件变形示意图；
图8是本发明附加放大装置消能不等臂杠杆作用放大用示意图。
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，本实施例提供一种附加放大装置的消能伸臂，包括：核心筒10、外框柱20以及伸臂桁架30；所述核心筒10和所述外框柱20通过所述伸臂桁架30连接；所述伸臂桁架30包括上弦水平杆31、下弦水平杆32、斜腹杆33和腹杆34，所述下弦水平杆32上固定有定位耳板50，所述定位耳板50上通过支撑销轴412铰接有不等臂杠杆38，所述不等臂杠杆38的底部两侧分别通过一水平连接杆(水平连接杆361和水平连接杆362)连接有一个黏滞流体阻尼器(黏滞流体阻尼器351和黏滞流体阻尼器352)，所述黏滞流体阻尼器通过牛腿(牛腿391和牛腿392)固定在下弦水平杆32上，不等臂杠杆38的顶部通过销轴411与竖向驱动杆37的底部连接，所述竖向驱动杆37的顶部固定在所述上弦水平杆31上。
本发明桁架内部布置黏滞流体阻尼器，在风力及地震力作用下，在风荷载及地震力作用下，通过不等臂杠杆38放大作用对黏滞流体阻尼器进行有效放大，充分发挥黏滞流体阻尼器的能耗效率，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。
本发明通过桁架内部布置黏滞流体阻尼器，在风力及地震力作用下，楼层产生层间相对位移，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。
本发明中，结构受到水平力作用，产生侧移与层间位移，竖向驱动杆37将楼层位移差作用于不等臂杠杆38，通过不等臂杠杆机械作用放大变形量与变形速度，激发阻尼器快速工作。
本发明保证了桁架自身的完整性，即使发生放大装置或阻尼器失效仍不影响伸臂整体加强作用。
本发明可以通过调整不等臂杠杆动力臂L1与阻力臂L2长度，改变杠杆的放大效能，使得黏滞流体阻尼器产生合理的耗能效果。
优选地，所述伸臂桁架30与所述核心筒10通过埋置在核心筒内的钢骨柱11或埋件连接。
优选地，本发明中耗能型桁架斜腹杆33可以是圆钢管、方钢管、也可以选择H型钢等多种合适截面。
优选地，所述黏滞流体阻尼器为水平布置速度型阻尼器，材料及制作工艺应符合《建筑消能减震技术规定》的相关要求；加强层层间位移的水平错动，通过不等臂杠杆放大作用，带动阻尼器工作，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。
优选地，所述下弦水平杆32上固定有两块所述定位耳板50，两块定位耳板沿伸臂桁架30中线对称布置。
优选地，所述不等臂杠杆38的底部两侧与所述水平连接杆为铰接连接。
本发明中销轴411和支撑销轴412等位置均匀采用耐高压、耐腐蚀、低阻力高性能销轴。
本发明的黏滞流体阻尼器在静止状态下不发挥作用，无刚度贡献，在风荷载、地震荷载等水平荷载作用下粘滞阻尼器的粘滞液体在压力差作用下从阻尼通道中通过，从而产生阻尼力。黏滞流体阻尼器351和黏滞流体阻尼器352通过水平连接杆361和水平连接杆362为并联连接，固定于下弦水平杆32。黏滞流体阻尼器的规格和性能参数可根据工程实际进行选择，以保证耗能效果及竖向力传递途径。
本发明中不等臂杠杆38由定位耳板50通过轴承支撑，一端连接于竖向驱动杆37，另一段连接于并联阻尼器水平连接杆361和水平连接杆362；在风力及地震力作用下，伸臂桁架30发挥作用调整核心筒与外围的受力与变形状况，结构产生侧移与层间位移，竖向驱动杆37将楼层位移差Δ作用于不等臂杠杆38,其中Δ1＝Δ，通过不等臂杠杆机械作用放大变形量与变形速度,Δ2＝ηΔ，对阻尼器35综合产生轴线向上作用力，激发阻尼器快速工作，阻尼器35发挥耗能作用。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。
竖向驱动杆37将楼层顶面相对楼层底面位移差作用于不等臂杠杆38，产生反向作用，通过杠杆机械放大激发阻尼器工作，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。
综上，本发明通过不等臂杠杆放大原理与黏滞流体阻尼器，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。
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 (5)

1.一种附加放大装置的消能伸臂，其特征在于，包括：核心筒、外框柱以及伸臂桁架；所述核心筒和所述外框柱通过所述伸臂桁架连接；所述伸臂桁架包括上弦水平杆、下弦水平杆、斜腹杆和腹杆，所述下弦水平杆上固定有定位耳板，所述定位耳板上通过支撑销轴铰接有不等臂杠杆，所述不等臂杠杆的底部两侧分别通过一水平连接杆连接有一个黏滞流体阻尼器，所述黏滞流体阻尼器通过牛腿固定在下弦水平杆上，不等臂杠杆的顶部通过销轴与竖向驱动杆的底部连接，所述竖向驱动杆的顶部固定在桁架上弦水平杆上；所述下弦水平杆上固定有两块所述定位耳板，两块定位耳板沿伸臂桁架中线对称布置。
2.根据权利要求1所述的附加放大装置的消能伸臂，其特征在于，所述伸臂桁架与所述核心筒通过埋置在核心筒内的钢骨柱或埋件连接。
3.根据权利要求1所述的附加放大装置的消能伸臂，其特征在于，所述斜腹杆可为圆钢管、方钢管或H型钢。
4.根据权利要求1所述的附加放大装置的消能伸臂，其特征在于，所述黏滞流体阻尼器为水平布置速度型阻尼器。
5.根据权利要求1所述的附加放大装置的消能伸臂，其特征在于，所述不等臂杠杆的底部两侧与所述水平连接杆为铰接连接。
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