CN2801920Y - 三阶段控制型核心筒上部悬挂减震结构体系 - Google Patents

Abstract

本实用新型属土木工程领域。现有悬挂结构减震效应以悬挂楼板的较大位移为代价的，悬挂部分本身无法提供侧向刚度。特征在于：上部是核心筒悬挂结构，下部是框架－筒体结构；上部的核心筒(5)为承重主体，沿核心筒(5)高度方向设若干悬挂梁(1)，分别设与每个悬吊梁(1)相连接的吊杆(2)悬挂若干层楼板，悬挂楼板与核心筒(5)有间隙，在间隙之间通过连接键(3)和耗能器(4)连接核心筒(5)与悬挂楼板(10)；耗能器(4)相对于核心筒(5)截面两个主轴对称布置或相对于核心筒(5)截面一个主轴对称布置于间隙之间，连接键(3)填满所有的间隙，使核心筒(5)与悬挂楼板(10)连成整体；下部框架与核心筒(5)通过连接梁(9)相连接。本实用新型达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”，中震后可修复。

Description

三阶段控制型核心筒上部悬挂减震结构体系

技术领域

本实用新型涉及一种减震控制系统中的悬挂减震结构体系，属于土木工程领域。

背景技术

随着城市现代化进程的加快，各种高层建筑和高耸结构不断涌现。我国是多地震国家，地震区的高层建筑物不仅需要良好的建筑功能，而且需要具有良好的抗震性能。

高层抗震结构体系曾从刚性演变到柔性，进而演变到目前世界各国普遍采用的刚柔合理结合的结构体系，既保证结构自身具有一定的强度、刚度和延性，同时满足抗震、抗风要求。单纯地通过“硬抗地震，加强结构”的途径来提高结构的抗震能力，有时难以满足结构的安全性和适用性的要求，结构抗震与减震控制的联合应用受到越来越广泛的关注。减震控制体系是通过“以柔克刚，减震耗能”的途径，采用隔震、消能、调整结构动力特性等方法，达到隔离地震、消减地震反应的目的。与抗震体系相比，减震控制体系能大大减小结构在地震中的振动反应，提高结构防御地震的可靠度，较为安全、经济，减震结构体系还可使非结构构件减轻地震损坏。高层建筑悬挂结构体系就是一种能够满足现代高层建筑发展要求的减震控制体系，高层建筑核心筒悬挂结构体系因布置合理、传力简洁明确，被积极地采用。

1938年Williams提出了用悬挂原理建造超高层建筑的想法。直到二十世纪六十年代末，真正意义上具有悬挂结构体系的高层建筑才实际出现。到目前为止，世界上共有70多座悬挂结构的高层建筑，这些结构体系主要由三部分组成：一是承重主构件，有芯筒钢梁式、巨型框架式等；二是吊件，负责把各楼层与承重体系联系在一起，有高强钢束、型钢吊杆等；三是被悬挂的楼层。

悬挂结构虽然可以减小主体结构的地震反应，但是悬挂结构的减震效应又是以悬挂楼板的较大位移为代价的，楼层在地震作用下若有较大位移，居民在这样的居住环境中既感觉不舒服同时还会感觉到恐惧。同时悬挂部分本身无法提供侧向刚度，因此在高层和超高层中需要合理的抗侧力体系。

实用新型内容

为充分利用框架-筒体结构具有两道抗震防线的优点和悬挂结构可以减小主体结构地震反应的优势，申请者提出了核心筒上部悬挂减震结构体系，即下部为框架-核心筒结构，上部为核心筒悬挂结构。这样较薄弱的底部楼层采用具有两道抗震防线的框架-筒体结构，可减小筒体的轴压比，提高筒体的延性；地震反应较大的上部采用核心筒悬挂体系可减小抗震主体部分核心筒的地震反应，以保证核心筒的抗震安全性。框架-筒体结构作为较强的抗侧力体系，有两道抗震防线，第一道为筒体，第二道为框架。

该结构体系，上部采用一种核心筒悬挂楼板布置方式，下部框架柱与核心筒通过每层的框架梁相连接，此时下部的竖向荷载由框架与核心筒共同承担；上部采用核心筒悬挂结构形式，耗能器布置在悬挂楼板与核心筒之间产生相对变形的位置。

本实用新型所采用的技术方案具体参见图1～图9，该结构体系的特征在于：上部的核心筒5为承重主体，沿核心筒5高度方向根据需要设若干悬挂梁1，分别设有与每个悬吊梁1相连接的吊杆2悬挂若干层楼板，悬挂楼板与核心筒5有间隙，在间隙之间通过连接键3和耗能器4连接核心筒与悬挂楼板；其中耗能器4既可以相对于核心筒5截面两个主轴对称布置或相对于核心筒5截面一个主轴对称布置于间隙之间，然后连接键3填满所有的间隙，使核心筒5与悬挂楼板10连成整体。下部框架-筒体作为承重主体，每一层的由框架柱6和框架梁8构成的框架与核心筒5通过连接梁9相连接，共同承担每一层的荷载。

下部的框架-筒体结构的框架部分数量为0，下部退化为筒体结构。

这种结构体系，下部以框架-核心筒为承重结构，上部以核心筒为承重结构。上部采用悬挂楼板型式，下部框架与核心筒采用框架-筒体组合型式。在上部的悬挂楼板与核心筒的连接部分设计成双功能连接部件，这种连接部件有两部分构成：第一部分是筒体与悬挂楼板之间的用脆性材料制作的连接键，第二部分是筒体与悬挂楼板之间的耗能器。这种结构体系，之所以称为三阶段控制型核心筒上部悬挂减震结构体系，是因为设计中遵循了抗震设计的“三水准”要求，即“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计要求。

工作原理如下：第一阶段，在小震或风荷载作用下，由于存在连接键，使悬挂楼板与核心筒连成整体，尽管此时悬挂部分并未给结构提供刚度，但所设计的核心筒及连接键在小震或风作用下是具有足够的刚度和承载力的，是基本上处在弹性工作阶段的，此时未产生悬挂楼板与核心筒之间的相对位移，上部各悬挂层的位移将比未加连接键情况下的悬挂楼板位移明显减小，使人的居住舒适度变好；第二阶段，当中震作用时，连接键发生损坏，在楼板与核心筒之间发生相对位移，耗能器开始发挥作用，既可使悬挂部分有效控制，又可通过耗能器消耗地震能量；第三阶段，当大震作用时，连接键完全退出工作，耗能器可进一步地发挥其耗能作用，成为普通的带耗能器的上部悬挂结构体系。这种结构体系还有一个优势，就是在中震作用后，由于连接键为非主体结构构件，故它具有可修复性。

附图说明

图1是其中耗能器相对于核心筒截面一个主轴对称布置的三阶段控制型核心筒上部悬挂减震结构体系的正立面示意图，背立面与正立面的示意图完全相同。

图2是其中耗能器相对于核心筒截面一个主轴对称布置的三阶段控制型核心筒上部悬挂减震结构体系的侧立面示意图，两个侧立面的示意图完全相同。

图3是其中耗能器相对于核心筒截面一个主轴对称布置的三阶段控制型核心筒上部悬挂减震结构体系的I-I截面示意图。

图4是其中耗能器相对于核心筒截面一个主轴对称布置的三阶段控制型核心筒上部悬挂减震结构体系的II-II截面示意图。

图5是其中耗能器相对于核心筒截面一个主轴对称布置的三阶段控制型核心筒上部悬挂减震结构体系的III-III截面示意图。

图6是其中耗能器相对于核心筒截面两个主轴对称布置的三阶段控制型核心筒上部悬挂减震结构体系的正立面，其它三个立面与正立面的示意图完全一致。

图7是其中耗能器相对于核心筒截面两个主轴对称布置的三阶段控制型核心筒上部悬挂减震结构体系的I-I截面示意图。

图8是其中耗能器相对于核心筒截面两个主轴对称布置的三阶段控制型核心筒上部悬挂减震结构体系的II-II截面示意图。

图9是其中耗能器相对于核心筒截面两个主轴对称布置的三阶段控制型核心筒上部悬挂减震结构体系的III-III截面示意图。

附图1-4中，1代表为悬挂梁，2代表为吊杆，3代表为连接键，4代表为耗能器，5代表为核心筒，6代表为框架柱，7代表为基础，8代表为框架梁，9代表为连接梁，10代表为悬挂楼板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例作进一步详述：

三阶段控制型核心筒上部悬挂减震结构体系，上部核心筒悬挂与下部框架-筒体的组合型式，耗能器的布置方式有两种，一种是相对于核心筒截面一个主轴对称布置的如图1、图2、图3、图4、图5，另一种是相对于核心筒截面两个主轴对称布置的如图6、图7、图8、图9。在结构体系的核心筒5顶端设有一道悬挂梁1，通过吊杆2把三层的悬挂楼板10与悬挂大梁1相连接，悬挂楼板10与核心筒5的间隙之间设有混凝土键3与耗能器4，使结构体系的上部组合成一个完整的传力体系。下部的框架(包括框架柱6和框架梁8)与核心筒5，通过连接梁9相连接，共同承担竖向荷载，同时按比例提供水平抗侧刚度。在地震作用下，整个结构体系发挥两种不同结构的组合优势。小震作用下，具有足够刚度的混凝土键3，使地震反应较大的上部悬挂楼板10与核心筒5形成整体，下部框架-筒体的地震反应要小于上部结构的地震反应，整个结构体系基本上处于弹性阶段，确保居住使用者有着良好的舒适度；中震作用下，地震反应强烈的结构体系的上部，导致混凝土键3损坏，悬挂楼板10与核心筒5之间发生相对的变形，耗能器4开始发挥作用，既可以通过耗能器消耗地震能量避免地震作用对主体结构的破坏，又可以控制悬挂楼板10与核心筒5之间相对的变形，避免过大的变形影响居住使用者正常的生活。中震作用过后，可以通过修复破损的混凝土键，基本上恢复结构体系初始的状态。在大震作用下，耗能器4继续发挥其耗能作用，悬挂楼板10与核心筒5的变形加大，即该悬挂楼板与主体核心筒5的运动方向相反，充分发挥了减震作用，大大降低地震作用对主体核心筒5的破坏，下部框架-筒体结构又是具有多道防线的抗震结构，因此可以完全避免主体结构的破坏，确保达到“大震不倒”的抗震最终目标。

Claims (2)

1、一种三阶段控制型核心筒上部悬挂减震结构体系，其特征在于：上部是核心筒悬挂结构，下部分是框架-筒体结构；上部的核心筒(5)为承重主体，沿核心筒(5)高度方向根据需要设若干悬挂梁(1)，分别设有与每个悬吊梁(1)相连接的吊杆(2)悬挂若干层楼板，悬挂楼板与核心筒(5)有间隙，在间隙之间通过连接键(3)和耗能器(4)连接核心筒(5)与悬挂楼板(10)；其中耗能器(4)相对于核心筒(5)截面两个主轴对称布置或相对于核心筒(5)截面一个主轴对称布置于间隙之间，然后连接键(3)填满所有的间隙，使核心筒(5)与悬挂楼板(10)连成整体；下部框架-筒体作为承重主体，每一层的由框架柱(6)和框架梁(8)构成的框架与核心筒(5)通过连接梁(9)相连接，共同承担每一层的荷载。

2、根据权利要求1所述的三阶段控制型核心筒上部悬挂减震结构体系，其特征在于：下部的框架-筒体结构的框架部分数量为0，下部退化为筒体结构。

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