[發(fā)明專(zhuān)利]一種超高層建筑被動(dòng)負(fù)剛度消能伸臂系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111482281.5
• 申請(qǐng)日: 2021-12-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114150914B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王萌;冉明明;杜修力;趙密;姜順航;陳林
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): E04H9/02
• 分類(lèi)號(hào): E04H9/02;E04B1/98
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開(kāi)了一種超高層建筑被動(dòng)負(fù)剛度消能伸臂系統(tǒng)，屬于建筑工程技術(shù)的新型結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域，包括伸臂桁架，L?型杠桿，牛腿支座，阻尼器和預(yù)壓彈簧。所述伸臂桁架一端連接核心筒，另一端與L?型杠桿、阻尼器連接。L?型杠桿、阻尼器和預(yù)壓彈簧三者連接于一處，再通過(guò)牛腿支座與結(jié)構(gòu)巨柱進(jìn)行連接。本發(fā)明將L?型杠桿、阻尼器以及預(yù)壓彈簧相結(jié)合，利用L?型杠桿并結(jié)合預(yù)壓彈簧的特殊構(gòu)造形式，產(chǎn)生了基于杠桿原理和被動(dòng)負(fù)剛度機(jī)制的雙重放大效應(yīng)，利用本發(fā)明的雙重放大效應(yīng)，將顯著提高伸臂桁架端部阻尼器的變形及其消能能力，從而達(dá)到降低地震、臺(tái)風(fēng)等強(qiáng)力振動(dòng)災(zāi)害作用下結(jié)構(gòu)振動(dòng)的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及建筑工程技術(shù)的新型結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域，特別是涉及一種新型超高層建筑被動(dòng)負(fù)剛度消能伸臂系統(tǒng)。

背景技術(shù)

現(xiàn)代建筑中,核心筒-伸臂-巨柱結(jié)構(gòu)因其良好的受力性能和內(nèi)部空間的靈活性成為目前國(guó)內(nèi)、國(guó)際超高層建筑中廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式。核心筒通常采用剪力墻結(jié)構(gòu)形成的筒體承擔(dān)結(jié)構(gòu)整體的豎向荷載和水平地震力。為了提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度并限制結(jié)構(gòu)變形，特引入伸臂桁架迫使核心筒和外圍巨柱共同參與抗側(cè)。雖然核心筒-伸臂-巨柱結(jié)構(gòu)體系本身的抗側(cè)剛度較大，但體系本身缺乏消能手段，在地震、臺(tái)風(fēng)等強(qiáng)力振動(dòng)災(zāi)害作用下依舊容易產(chǎn)生混凝土墻體開(kāi)裂、結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)向剛度下降、以及較大的側(cè)向位移甚至倒塌的風(fēng)險(xiǎn)。為此，如何提高消能能力是超高層結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用中亟待解決的重要問(wèn)題。

基于核心筒-伸臂-巨柱結(jié)構(gòu)體系的變形特點(diǎn)，消能伸臂體系在巨柱與伸臂桁架端部的連接處設(shè)置阻尼器，利用集中在伸臂端部與巨柱之間較大的豎向變形，充分發(fā)揮阻尼器的作用并提高了結(jié)構(gòu)體系的消能能力。但是一方面，超高層建筑體量大，消能減震要求高、難度大，采用傳統(tǒng)消能伸臂體系往往需要大噸位阻尼器；另一方面，由于巨柱軸向變形、伸臂自身彎曲變形的存在，即便使用大噸位阻尼器，傳統(tǒng)消能伸臂結(jié)構(gòu)的消能能力也無(wú)法進(jìn)一步提高。如何利用較小噸位的阻尼器顯著提升超高層結(jié)構(gòu)消能能力是是當(dāng)前消能伸臂研究與應(yīng)用的‘卡脖子’問(wèn)題。

因此，針對(duì)超高層建筑消能伸臂體系需要大噸位阻尼器的問(wèn)題，本發(fā)明結(jié)合消能伸臂體系的特點(diǎn)并基于杠桿原理設(shè)置L-型杠桿和阻尼器加以解決；針對(duì)巨柱、伸臂變形所引起的對(duì)消能伸臂阻尼效應(yīng)的限制，本發(fā)明結(jié)合消能伸臂體系的特點(diǎn)并利用L-型杠桿與預(yù)壓彈簧的特殊構(gòu)造共同實(shí)現(xiàn)了被動(dòng)負(fù)剛度機(jī)制，利用該機(jī)制進(jìn)一步提升巨柱、伸臂剛度不足時(shí)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系所能實(shí)現(xiàn)的最大附加阻尼比。換言之，本發(fā)明基于杠桿原理和被動(dòng)負(fù)剛度機(jī)制的‘雙重放大效應(yīng)’，將顯著提高超高層建筑結(jié)構(gòu)消能伸臂體系的消能能力，從而達(dá)到降低地震、臺(tái)風(fēng)等強(qiáng)力振動(dòng)災(zāi)害作用下結(jié)構(gòu)振動(dòng)的目的。

公開(kāi)于上述背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對(duì)本發(fā)明的總體背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用較小的阻尼器顯著提升并突破現(xiàn)有超高層結(jié)構(gòu)消能能力瓶頸的被動(dòng)負(fù)剛度消能伸臂系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種超高層建筑被動(dòng)負(fù)剛度消能伸臂系統(tǒng)，包括：設(shè)置在超高層結(jié)構(gòu)中心的核心筒，超高層建筑結(jié)構(gòu)外圍的巨柱，連接核心筒與巨柱的伸臂桁架；其特征在于：所述伸臂桁架與所述巨柱之間設(shè)置L-型杠桿，阻尼器，預(yù)壓彈簧和牛腿支座進(jìn)行連接。

進(jìn)一步，所述伸臂桁架包括上弦桿，下弦桿，豎向腹桿，斜腹桿；所述伸臂桁架與所述核心筒進(jìn)行剛性連接；所述上弦桿與所述L-型杠桿鉸接；所述下弦桿與所述阻尼器鉸接。

進(jìn)一步，L-型杠桿包括短邊和長(zhǎng)邊；所述L-型杠桿的短邊與長(zhǎng)邊相互垂直；所述L-型杠桿在短邊端部、長(zhǎng)邊端部，和短邊與長(zhǎng)邊的交點(diǎn)處開(kāi)有圓孔，便于鉸接；所述L-型杠桿應(yīng)具有足夠的剛度和承載力保證傳力的穩(wěn)定性與安全性，必要時(shí)可在設(shè)置斜邊進(jìn)行加強(qiáng)；所述L-型杠桿的短邊外端與所述伸臂桁架的上弦桿鉸接；所述L-型杠桿的短邊和長(zhǎng)邊的交點(diǎn)與第一牛腿鉸接；所述L-型杠桿的長(zhǎng)邊外端與所述阻尼器和所述預(yù)壓彈簧鉸接。