專利名稱：三階段控制型核心筒上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種減震控制系統(tǒng)中的懸掛減震結(jié)構(gòu)體系，屬于土木工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著城市現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，各種高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)。我國(guó)是多地震國(guó)家，地震區(qū)的高層建筑物不僅需要良好的建筑功能，而且需要具有良好的抗震性能。
高層抗震結(jié)構(gòu)體系曾從剛性演變到柔性，進(jìn)而演變到目前世界各國(guó)普遍采用的剛?cè)岷侠斫Y(jié)合的結(jié)構(gòu)體系，既保證結(jié)構(gòu)自身具有一定的強(qiáng)度、剛度和延性，同時(shí)滿足抗震、抗風(fēng)要求。單純地通過(guò)“硬抗地震，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)”的途徑來(lái)提高結(jié)構(gòu)的抗震能力，有時(shí)難以滿足結(jié)構(gòu)的安全性和適用性的要求，結(jié)構(gòu)抗震與減震控制的聯(lián)合應(yīng)用受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。減震控制體系是通過(guò)“以柔克剛，減震耗能”的途徑，采用隔震、消能、調(diào)整結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性等方法，達(dá)到隔離地震、消減地震反應(yīng)的目的。與抗震體系相比，減震控制體系能大大減小結(jié)構(gòu)在地震中的振動(dòng)反應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)防御地震的可靠度，較為安全、經(jīng)濟(jì)，減震結(jié)構(gòu)體系還可使非結(jié)構(gòu)構(gòu)件減輕地震損壞。高層建筑懸掛結(jié)構(gòu)體系就是一種能夠滿足現(xiàn)代高層建筑發(fā)展要求的減震控制體系，高層建筑核心筒懸掛結(jié)構(gòu)體系因布置合理、傳力簡(jiǎn)潔明確，被積極地采用。
1938年Williams提出了用懸掛原理建造超高層建筑的想法。直到二十世紀(jì)六十年代末，真正意義上具有懸掛結(jié)構(gòu)體系的高層建筑才實(shí)際出現(xiàn)。到目前為止，世界上共有70多座懸掛結(jié)構(gòu)的高層建筑，這些結(jié)構(gòu)體系主要由三部分組成一是承重主構(gòu)件，有芯筒鋼梁式、巨型框架式等；二是吊件，負(fù)責(zé)把各樓層與承重體系聯(lián)系在一起，有高強(qiáng)鋼束、型鋼吊桿等；三是被懸掛的樓層。
懸掛結(jié)構(gòu)雖然可以減小主體結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，但是懸掛結(jié)構(gòu)的減震效應(yīng)又是以懸掛樓板的較大位移為代價(jià)的，樓層在地震作用下若有較大位移，居民在這樣的居住環(huán)境中既感覺不舒服同時(shí)還會(huì)感覺到恐懼。同時(shí)懸掛部分本身無(wú)法提供側(cè)向剛度，因此在高層和超高層中需要合理的抗側(cè)力體系。
實(shí)用新型內(nèi)容為充分利用框架-筒體結(jié)構(gòu)具有兩道抗震防線的優(yōu)點(diǎn)和懸掛結(jié)構(gòu)可以減小主體結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，申請(qǐng)者提出了核心筒上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系，即下部為框架-核心筒結(jié)構(gòu)，上部為核心筒懸掛結(jié)構(gòu)。這樣較薄弱的底部樓層采用具有兩道抗震防線的框架-筒體結(jié)構(gòu)，可減小筒體的軸壓比，提高筒體的延性；地震反應(yīng)較大的上部采用核心筒懸掛體系可減小抗震主體部分核心筒的地震反應(yīng)，以保證核心筒的抗震安全性?？蚣?筒體結(jié)構(gòu)作為較強(qiáng)的抗側(cè)力體系，有兩道抗震防線，第一道為筒體，第二道為框架。
該結(jié)構(gòu)體系，上部采用一種核心筒懸掛樓板布置方式，下部框架柱與核心筒通過(guò)每層的框架梁相連接，此時(shí)下部的豎向荷載由框架與核心筒共同承擔(dān)；上部采用核心筒懸掛結(jié)構(gòu)形式，耗能器布置在懸掛樓板與核心筒之間產(chǎn)生相對(duì)變形的位置。
本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案具體參見圖1～圖9，該結(jié)構(gòu)體系的特征在于上部的核心筒5為承重主體，沿核心筒5高度方向根據(jù)需要設(shè)若干懸掛梁1，分別設(shè)有與每個(gè)懸吊梁1相連接的吊桿2懸掛若干層樓板，懸掛樓板與核心筒5有間隙，在間隙之間通過(guò)連接鍵3和耗能器4連接核心筒與懸掛樓板；其中耗能器4既可以相對(duì)于核心筒5截面兩個(gè)主軸對(duì)稱布置或相對(duì)于核心筒5截面一個(gè)主軸對(duì)稱布置于間隙之間，然后連接鍵3填滿所有的間隙，使核心筒5與懸掛樓板10連成整體。下部框架-筒體作為承重主體，每一層的由框架柱6和框架梁8構(gòu)成的框架與核心筒5通過(guò)連接梁9相連接，共同承擔(dān)每一層的荷載。
下部的框架-筒體結(jié)構(gòu)的框架部分?jǐn)?shù)量為0，下部退化為筒體結(jié)構(gòu)。
這種結(jié)構(gòu)體系，下部以框架-核心筒為承重結(jié)構(gòu)，上部以核心筒為承重結(jié)構(gòu)。上部采用懸掛樓板型式，下部框架與核心筒采用框架-筒體組合型式。在上部的懸掛樓板與核心筒的連接部分設(shè)計(jì)成雙功能連接部件，這種連接部件有兩部分構(gòu)成第一部分是筒體與懸掛樓板之間的用脆性材料制作的連接鍵，第二部分是筒體與懸掛樓板之間的耗能器。這種結(jié)構(gòu)體系，之所以稱為三階段控制型核心筒上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系，是因?yàn)樵O(shè)計(jì)中遵循了抗震設(shè)計(jì)的“三水準(zhǔn)”要求，即“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)計(jì)要求。
工作原理如下第一階段，在小震或風(fēng)荷載作用下，由于存在連接鍵，使懸掛樓板與核心筒連成整體，盡管此時(shí)懸掛部分并未給結(jié)構(gòu)提供剛度，但所設(shè)計(jì)的核心筒及連接鍵在小震或風(fēng)作用下是具有足夠的剛度和承載力的，是基本上處在彈性工作階段的，此時(shí)未產(chǎn)生懸掛樓板與核心筒之間的相對(duì)位移，上部各懸掛層的位移將比未加連接鍵情況下的懸掛樓板位移明顯減小，使人的居住舒適度變好；第二階段，當(dāng)中震作用時(shí)，連接鍵發(fā)生損壞，在樓板與核心筒之間發(fā)生相對(duì)位移，耗能器開始發(fā)揮作用，既可使懸掛部分有效控制，又可通過(guò)耗能器消耗地震能量；第三階段，當(dāng)大震作用時(shí)，連接鍵完全退出工作，耗能器可進(jìn)一步地發(fā)揮其耗能作用，成為普通的帶耗能器的上部懸掛結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)體系還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，就是在中震作用后，由于連接鍵為非主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件，故它具有可修復(fù)性。


圖1是其中耗能器相對(duì)于核心筒截面一個(gè)主軸對(duì)稱布置的三階段控制型核心筒上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系的正立面示意圖，背立面與正立面的示意圖完全相同。
圖2是其中耗能器相對(duì)于核心筒截面一個(gè)主軸對(duì)稱布置的三階段控制型核心筒上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系的側(cè)立面示意圖，兩個(gè)側(cè)立面的示意圖完全相同。
圖3是其中耗能器相對(duì)于核心筒截面一個(gè)主軸對(duì)稱布置的三階段控制型核心筒上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系的I-I截面示意圖。
圖4是其中耗能器相對(duì)于核心筒截面一個(gè)主軸對(duì)稱布置的三階段控制型核心筒上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系的II-II截面示意圖。
圖5是其中耗能器相對(duì)于核心筒截面一個(gè)主軸對(duì)稱布置的三階段控制型核心筒上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系的III-III截面示意圖。
圖6是其中耗能器相對(duì)于核心筒截面兩個(gè)主軸對(duì)稱布置的三階段控制型核心筒上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系的正立面，其它三個(gè)立面與正立面的示意圖完全一致。
圖7是其中耗能器相對(duì)于核心筒截面兩個(gè)主軸對(duì)稱布置的三階段控制型核心筒上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系的I-I截面示意圖。
圖8是其中耗能器相對(duì)于核心筒截面兩個(gè)主軸對(duì)稱布置的三階段控制型核心筒上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系的II-II截面示意圖。
圖9是其中耗能器相對(duì)于核心筒截面兩個(gè)主軸對(duì)稱布置的三階段控制型核心筒上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系的III-III截面示意圖。
附圖1-4中，1代表為懸掛梁，2代表為吊桿，3代表為連接鍵，4代表為耗能器，5代表為核心筒，6代表為框架柱，7代表為基礎(chǔ)，8代表為框架梁，9代表為連接梁，10代表為懸掛樓板。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例作進(jìn)一步詳述三階段控制型核心筒上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系，上部核心筒懸掛與下部框架-筒體的組合型式，耗能器的布置方式有兩種，一種是相對(duì)于核心筒截面一個(gè)主軸對(duì)稱布置的如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5，另一種是相對(duì)于核心筒截面兩個(gè)主軸對(duì)稱布置的如圖6、圖7、圖8、圖9。在結(jié)構(gòu)體系的核心筒5頂端設(shè)有一道懸掛梁1，通過(guò)吊桿2把三層的懸掛樓板10與懸掛大梁1相連接，懸掛樓板10與核心筒5的間隙之間設(shè)有混凝土鍵3與耗能器4，使結(jié)構(gòu)體系的上部組合成一個(gè)完整的傳力體系。下部的框架(包括框架柱6和框架梁8)與核心筒5，通過(guò)連接梁9相連接，共同承擔(dān)豎向荷載，同時(shí)按比例提供水平抗側(cè)剛度。在地震作用下，整個(gè)結(jié)構(gòu)體系發(fā)揮兩種不同結(jié)構(gòu)的組合優(yōu)勢(shì)。小震作用下，具有足夠剛度的混凝土鍵3，使地震反應(yīng)較大的上部懸掛樓板10與核心筒5形成整體，下部框架-筒體的地震反應(yīng)要小于上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，整個(gè)結(jié)構(gòu)體系基本上處于彈性階段，確保居住使用者有著良好的舒適度；中震作用下，地震反應(yīng)強(qiáng)烈的結(jié)構(gòu)體系的上部，導(dǎo)致混凝土鍵3損壞，懸掛樓板10與核心筒5之間發(fā)生相對(duì)的變形，耗能器4開始發(fā)揮作用，既可以通過(guò)耗能器消耗地震能量避免地震作用對(duì)主體結(jié)構(gòu)的破壞，又可以控制懸掛樓板10與核心筒5之間相對(duì)的變形，避免過(guò)大的變形影響居住使用者正常的生活。中震作用過(guò)后，可以通過(guò)修復(fù)破損的混凝土鍵，基本上恢復(fù)結(jié)構(gòu)體系初始的狀態(tài)。在大震作用下，耗能器4繼續(xù)發(fā)揮其耗能作用，懸掛樓板10與核心筒5的變形加大，即該懸掛樓板與主體核心筒5的運(yùn)動(dòng)方向相反，充分發(fā)揮了減震作用，大大降低地震作用對(duì)主體核心筒5的破壞，下部框架-筒體結(jié)構(gòu)又是具有多道防線的抗震結(jié)構(gòu)，因此可以完全避免主體結(jié)構(gòu)的破壞，確保達(dá)到“大震不倒”的抗震最終目標(biāo)。
權(quán)利要求1.一種三階段控制型核心筒上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系，其特征在于上部是核心筒懸掛結(jié)構(gòu)，下部分是框架-筒體結(jié)構(gòu)；上部的核心筒(5)為承重主體，沿核心筒(5)高度方向根據(jù)需要設(shè)若干懸掛梁(1)，分別設(shè)有與每個(gè)懸吊梁(1)相連接的吊桿(2)懸掛若干層樓板，懸掛樓板與核心筒(5)有間隙，在間隙之間通過(guò)連接鍵(3)和耗能器(4)連接核心筒(5)與懸掛樓板(10)；其中耗能器(4)相對(duì)于核心筒(5)截面兩個(gè)主軸對(duì)稱布置或相對(duì)于核心筒(5)截面一個(gè)主軸對(duì)稱布置于間隙之間，然后連接鍵(3)填滿所有的間隙，使核心筒(5)與懸掛樓板(10)連成整體；下部框架-筒體作為承重主體，每一層的由框架柱(6)和框架梁(8)構(gòu)成的框架與核心筒(5)通過(guò)連接梁(9)相連接，共同承擔(dān)每一層的荷載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三階段控制型核心筒上部懸掛減震結(jié)構(gòu)體系，其特征在于下部的框架-筒體結(jié)構(gòu)的框架部分?jǐn)?shù)量為0，下部退化為筒體結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型屬土木工程領(lǐng)域。現(xiàn)有懸掛結(jié)構(gòu)減震效應(yīng)以懸掛樓板的較大位移為代價(jià)的，懸掛部分本身無(wú)法提供側(cè)向剛度。特征在于上部是核心筒懸掛結(jié)構(gòu)，下部是框架－筒體結(jié)構(gòu)；上部的核心筒(5)為承重主體，沿核心筒(5)高度方向設(shè)若干懸掛梁(1)，分別設(shè)與每個(gè)懸吊梁(1)相連接的吊桿(2)懸掛若干層樓板，懸掛樓板與核心筒(5)有間隙，在間隙之間通過(guò)連接鍵(3)和耗能器(4)連接核心筒(5)與懸掛樓板(10)；耗能器(4)相對(duì)于核心筒(5)截面兩個(gè)主軸對(duì)稱布置或相對(duì)于核心筒(5)截面一個(gè)主軸對(duì)稱布置于間隙之間，連接鍵(3)填滿所有的間隙，使核心筒(5)與懸掛樓板(10)連成整體；下部框架與核心筒(5)通過(guò)連接梁(9)相連接。本實(shí)用新型達(dá)到“小震不壞、中震可修、大震不倒”，中震后可修復(fù)。
文檔編號(hào)E04B1/98GK2801920SQ20052001735
公開日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2005年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月30日
發(fā)明者曹萬(wàn)林, 盧智成 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)