在超高層建筑中實現震后自復位的伸臂阻尼系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種在超高層建筑中實現震后自復位的伸臂阻尼系統，所述在超高層建筑中實現震后自復位的伸臂阻尼系統包括：油阻尼器，所述油阻尼器設在所述超高層建筑的外框柱上；液壓裝置，所述液壓裝置與所述油阻尼器相連；軟鋼阻尼器；伸臂桁架，所述伸臂桁架的內端適于與所述超高層建筑的核心筒相連，所述伸臂桁架的外端與所述油阻尼器相連且通過所述軟鋼阻尼器與所述超高層建筑的外框柱相連。根據本發明實施例的伸臂阻尼系統能夠迅速實現超高層建筑結構自復位、減小地震損失、加快震后恢復速度，具有抗震性好、結構不易損壞以及迅速實現結構自復位等優點。
【專利說明】在超高層建筑中實現震后自復位的伸臂阻尼系統

【技術領域】
[0001]本發明涉及土木結構工程領域，具體而言，涉及一種在超高層建筑中實現震后自復位的伸臂阻尼系統。

【背景技術】
[0002]相關技術中的超高層建筑，采用中間核心筒與外圍框架相結合的形式，通過結合避難層、設備層等設置伸臂桁架來協調核心筒與框架間的受力和變形。伸臂桁架的設置可以有效的提高結構的整體性，減少結構在地震作用下的水平側移，并且具備一定的耗能能力。該結構在遭受設防地震或者罕遇地震時雖然可以防止建筑倒塌，但不能避免地在震荷載作用下對伸臂桁架本身以及剪力墻、框架柱等關鍵構件造成損傷，也不能保證在地震后恢復其殘余變形，而且由于伸臂桁架、剪力墻及框架柱等關鍵構件因其位置的特殊性以及破壞嚴重性使其難以加固修復，最后整個結構只能被推倒重建從而造成巨大浪費。


【發明內容】

[0003]本發明旨在至少在一定程度上解決現有技術中的上述技術問題之一。為此，本發明提出一種用于超高層建筑的伸臂阻尼系統，該用于超高層建筑的伸臂阻尼系統能夠實現結構復位、減小地震損失、加快震后恢復速度，具有抗震性好、結構不易損壞以及迅速實現結構自復位等優點。
[0004]為實現上述目的，根據本發明的實施例提出一種用于超高層建筑的伸臂阻尼系統，所述用于超高層建筑的伸臂阻尼系統包括:油阻尼器，所述油阻尼器設在所述超高層建筑的外框柱上；液壓裝置，所述液壓裝置與所述油阻尼器相連；軟鋼阻尼器；伸臂桁架，所述伸臂桁架的內端適于與所述超高層建筑的核心筒相連，所述伸臂桁架的外端與所述油阻尼器相連且通過所述軟鋼阻尼器與所述超高層建筑的外框柱相連。
[0005]根據本發明實施例的用于超高層建筑的伸臂阻尼系統，能夠實現結構復位、減小地震損失、加快震后恢復速度，具有抗震性好、結構不易損壞以及迅速實現結構自復位等優點。
[0006]另外，根據本發明上述實施例的用于超高層建筑的伸臂阻尼系統還可以具有如下附加的技術特征:
[0007]根據本發明的一個實施例，所述油阻尼器與所述外框柱平行設置。
[0008]根據本發明的一個實施例，所述超高層建筑的外框柱的內側面上設有牛腿，所述油阻尼器設在所述超高層建筑的外框柱的牛腿上。
[0009]根據本發明的一個實施例，所述油阻尼器包括:腔體，所述腔體設在所述超高層建筑的外框柱上；活塞，所述活塞設在所述腔體內，所述活塞上設有可開閉的活塞孔；活塞桿，所述活塞桿的一端與所述活塞相連且另一端伸出所述腔體與所述伸臂桁架的外端相連。
[0010]根據本發明的一個實施例，所述液壓裝置包括:儲油箱，所述儲油箱通過回油閥與所述腔體內的所述活塞上方的空間相連；油泵，所述儲油箱通過油泵與所述腔體內的所述活塞下方的空間相連，且所述油泵和所述腔體之間連接有供油閥；電動機，所述電動機通過聯軸器與所述油泵相連；濾油器，所述濾油器連接在所述儲油箱和所述油泵之間。
[0011]根據本發明的一個實施例，所述軟鋼阻尼器與所述超高層建筑的外框柱垂直設置。
[0012]根據本發明的一個實施例，所述軟鋼阻尼器為多個，多個所述軟鋼阻尼器沿所述伸臂桁架的高度方向等間距地連接在所述伸臂桁架與所述超高層建筑的外框柱之間。
[0013]根據本發明的一個實施例，所述軟鋼阻尼器分別通過螺栓與所述伸臂桁架和所述超高層建筑的外框柱相連。
[0014]根據本發明的一個實施例，所述伸臂桁架包括:上弦桿，所述上弦桿的內端與所述超高層建筑的核心筒相連且外端通過所述軟鋼阻尼器與所述超高層建筑的外框柱相連；下弦桿，所述下弦桿的內端與所述超高層建筑的核心筒相連且外端通過所述軟鋼阻尼器與所述超高層建筑的外框柱相連，所述下弦桿位于所述上弦桿下方且與所述上弦桿平行設置；豎腹桿，所述豎腹桿連接在所述上弦桿和所述下弦桿之間且垂直于所述上弦桿和所述下弦桿；斜腹桿，所述斜腹桿連接在所述上弦桿和所述下弦桿之間且相對于豎直方向傾斜設置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是根據本發明實施例的在超高層建筑中實現自復位伸臂阻尼系統的結構示意圖。
[0016]圖2是根據本發明實施例的在超高層建筑中實現自復位伸臂阻尼系統的油阻尼器和液壓裝置的結構示意圖。
[0017]圖3是根據本發明實施例的在超高層建筑中實現自復位伸臂桁架在地震作用下的工作示意圖。
[0018]圖4是根據本發明實施例的在超高層建筑中實現自復位伸臂阻尼系統的油阻尼器和液壓裝置在地震作用下的工作示意圖。
[0019]圖5是根據本發明實施例的在超高層建筑中實現自復位伸臂阻尼系統在地震作用后的結構示意圖。
[0020]圖6是根據本發明實施例的在超高層建筑中實現自復位伸臂阻尼系統的油阻尼器和液壓裝置在地震作用后復位時的工作示意圖。
[0021]圖7是根據本發明實施例的在超高層建筑中實現自復位伸臂阻尼系統的俯視圖。
[0022]附圖標記:超高層建筑1、核心筒100、剪力墻110、外圍框架200、外框柱210、牛腿211、伸臂阻尼系統300、伸臂桁架310、上弦桿311、下弦桿312、豎腹桿313、斜腹桿314、軟鋼阻尼器320、油阻尼器330、腔體331、腔體固定部3310、活塞332、活塞孔3320、活塞桿333、活塞桿固定部3330、液壓裝置340、儲油箱341、油泵342、電動機343、濾油器344、聯軸器345、供油閥346、回油閥347、連接桁架400。

【具體實施方式】
[0023]下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0024]下面參考附圖描述根據本發明實施例的用于超高層建筑1的伸臂阻尼系統300。
[0025]如圖1-圖7所示，根據本發明實施例的超高層建筑1包括核心筒100、外圍框架200和多個伸臂阻尼系統300。
[0026]外圍框架200包括多個外框柱210，多個外框柱210設在核心筒100的外側。每個伸臂阻尼系統300包括伸臂桁架310、軟鋼阻尼器320、油阻尼器330和液壓裝置340，多個伸臂桁架310的內端與核心筒100相連，且多個伸臂桁架310的外端分別通過多個軟鋼阻尼器320與多個外框柱210相連，多個油阻尼器330分別設在多個外框柱210上，且多個油阻尼器330分別與多個伸臂桁架310的外端相連，多個液壓裝置340分別與多個油阻尼器330相連。
[0027]根據本發明實施例的用于超高層建筑1的伸臂阻尼系統300，通過設置伸臂桁架310，可以在地震時將核心筒100受到的震動通過伸臂桁架310轉化為軸力施加到外框柱210上，不僅可以提高超高層建筑1的整體性，減小超高層建筑1的水平側移，而且可以對震動進行緩沖，使所述超高層建筑不易受損。
[0028]并且，由于伸臂桁架310與外框柱210連接的一端產生的結構反應最大，通過設置軟鋼阻尼器320和油阻尼器330，并將軟鋼阻尼器320和油阻尼器330與伸臂桁架310的外端相連，由此可以利用軟鋼阻尼器320和油阻尼器330共同作用，進一步對震動進行緩沖，不僅可以進一步防止所述超高層建筑受損，而且可以防止伸臂桁架310、外框柱210等關鍵結構受損，從而省去了在震后對這些結構進行加固維修的過程，減小了地震損失，加快了震后恢復的速度。
[0029]此外，由于地震較強時，核心筒100承受更大的水平地震力作用，伸臂桁架310傳遞的地震載荷大幅增加，在保證伸臂桁架310不發生變形的情況下，軟鋼阻尼器320和油阻尼器330需要緩沖更大的震動，在震后軟鋼阻尼器320易出現殘余變形，使伸臂桁架310偏離地震前的位置，通過設置液壓裝置340，可以利用液壓裝置340為油阻尼器330進行供油，使油阻尼器330實現液壓千斤頂的功能，由此可以在震后利用液壓裝置340和油阻尼器330推動伸臂桁架310恢復至地震前的位置，以便于對產生殘余變形的軟鋼阻尼器320進行更換，使超高層建筑1恢復地震前的狀態，實現超高層建筑1整體結構的可恢復性，從而避免了因震后結構不能恢復而將建筑整體推倒重建，進一步減小了地震的損失，加快了震后恢復速度。
[0030]換言之，在小震、中震作用下油阻尼器330及軟鋼阻尼器320輔助連梁耗能，保證在地震作用下剪力墻、框架柱等關鍵構件保持彈性。在地震作用后通過油阻尼器330及軟鋼阻尼器320將伸臂桁架310推回原位，實現伸臂桁架310的自復位。
[0031]因此，根據本發明實施例的用于超高層建筑1的伸臂阻尼系統300能夠實現結構復位，減小地震損失，加快震后恢復速度，具有抗震性好、結構不易損壞等優點。
[0032]下面參考附圖描述根據本發明具體實施例的用于超高層建筑1的伸臂阻尼系統300。
[0033]在本發明的一些具體實施例中，如圖1-圖7所示，根據本發明實施例的用于超高層建筑物的伸臂阻尼系統包括伸臂桁架310、軟鋼阻尼器320、油阻尼器330和液壓裝置340。
[0034]伸臂桁架310可以包括上弦桿311、下弦桿312、豎腹桿313和斜腹桿314。上弦桿311的內端可以與核心筒100相連，且上弦桿311的外端可以通過軟鋼阻尼器320與外框柱210相連。下弦桿312的內端可以與核心筒100相連，且下弦桿312的外端可以通過軟鋼阻尼器320與外框柱210相連，下弦桿312可以位于上弦桿311下方，且下弦桿312可以與上弦桿311平行設置。豎腹桿313可以連接在上弦桿311和下弦桿312之間，且豎腹桿313可以垂直于上弦桿311和下弦桿312。斜腹桿314可以連接在上弦桿311和下弦桿312之間，且斜腹桿314可以相對于豎直方向傾斜設置。
[0035]具體而言，豎腹桿313和斜腹桿314可以均為多個，多個豎腹桿313可以沿上弦桿311和下弦桿312平行且等間隔設置，斜腹桿314的下端可以連接在下弦桿312和豎腹桿313的連接處，斜腹桿314的上端可以與相鄰的斜腹桿314的上端相連。由此不僅可以保證伸臂桁架310結構的強度和穩定性，而且可以使伸臂桁架310能夠順利將核心筒100的受力傳遞到外框柱210上。
[0036]其中，上弦桿311、下弦桿312、豎腹桿313和斜腹桿314可以均為鋼材件。豎腹桿313的高度可以與所述高層建筑的一層樓層或兩層樓層的高度一致。
[0037]有利地，如圖1、圖3、圖5、圖7所示，軟鋼阻尼器320可以與外框柱210垂直設置。由此可以提高軟鋼阻尼器320對震動的緩沖效果。
[0038]可選地，如圖1、圖3和圖5所示，伸臂阻尼系統300中可以包括多個軟鋼阻尼器320，多個軟鋼阻尼器320可以沿伸臂桁架310的高度方向等間距地連接在伸臂桁架310與外框柱210之間。由此可以利用多個軟鋼阻尼器320對一個伸臂桁架310受到的震動進行緩沖，以進一步防止結構受損，提高抗震效果。
[0039]具體而言，每排軟鋼阻尼器320的個數可以根據如下計算方法獲得。單個軟鋼阻尼器320最大消耗的能量為％ = 1 ((1-4)。式中，％為軟鋼阻尼器320產生(1位移時消耗的能量，為軟鋼阻尼器320的屈服力，尖為軟鋼阻尼器320的屈服位移。為了保證在大震下伸臂桁架310保持彈性，則整排軟鋼阻尼器320的耗能需大于等于伸臂桁架310屈服時的耗能2，則每排所需的軟鋼阻尼器320的個數:！！ = 2/巧。式中，2為伸臂桁架310屈服時的耗能。
[0040]以單個伸臂桁架310屈服時需要1000噸的荷載為例，由于軟鋼阻尼器320可更換性和軟鋼阻尼器320可設置多個，因此多個軟鋼阻尼器320共承擔800噸荷載，油阻尼器330承擔200噸的荷載。假設單個軟鋼阻尼器320的承載力為100噸，則軟鋼阻尼器320的數量為8個。
[0041]具體地，軟鋼阻尼器320可以分別通過螺栓與伸臂桁架310和外框柱210相連。由此不僅可以保證軟鋼阻尼器320的連接強度，而且可以方便軟鋼阻尼器320的拆卸，以便于更換軟鋼阻尼器320。
[0042]圖1-圖7示出了根據本發明一個具體示例的用于超高層建筑1的伸臂阻尼系統300。如圖1、圖3和圖5所示，油阻尼器330可以與外框柱210平行設置。由此可以避免施加在油阻尼器330上的地震力產生傾斜的分力，不僅可以提高油阻尼器330對震動的緩沖效果，而且可以防止油阻尼器330因分力而損壞。
[0043]有利地，如圖1、圖3和圖5所示，外框柱210的內側面上可以設有牛腿211，油阻尼器330可以設在外框柱210的牛腿211上。由此可以便于油阻尼器330的安裝。
[0044]具體地，如圖1-圖6所示，油阻尼器330可以包括腔體331、活塞332和活塞桿333。腔體331可以設在外框柱210上。活塞332可以設在腔體331內，活塞332上可以設有可開閉的活塞孔3320。活塞桿333的一端可以與活塞332相連，且活塞桿333的另一端可以伸出腔體331與伸臂桁架310的外端相連。由此不僅可以在地震時打開活塞孔3320，使活塞332能夠在腔體331內進行阻尼運動，以對地震時的震動進行緩沖，而且可以在需要復位時關閉活塞孔3320，在液壓裝置340的作用下使油阻尼器330實現千斤頂的功能，將伸臂桁架310推回原位。
[0045]更為具體地，如圖2、圖4和圖6所示，腔體331的底壁的下表面可以設有腔體固定部3310，腔體331可以通過腔體固定部3310固定在牛腿211上，活塞桿333上可以設有活塞桿固定部3330，活塞桿333可以通過活塞桿固定部3330與伸臂桁架310相連。由此可以進一步便于油阻尼器330的安裝。
[0046]可選地，如圖1-圖6所示，液壓裝置340可以包括儲油箱341、油泵342、電動機343和濾油器344。儲油箱341可以通過回油閥347與腔體331內的活塞332上方的空間相連。儲油箱341可以通過油泵342與腔體331內的活塞332下方的空間相連，且油泵342和腔體331之間可以連接有供油閥346。電動機343可以通過聯軸器345與油泵342相連。濾油器344可以連接在儲油箱341和油泵342之間。由此不僅可以在地震時關閉供油閥346和回油閥347，形成密閉的腔體331，使活塞332運動時具有阻尼效果，實現對震動的緩沖，而且可以在震后打開供油閥346和回油閥347，利用電動機343帶動油泵342為腔體331內的活塞332下方的空間供油，使活塞332上方的空間的油通過回油閥347流入儲油箱341，從而使活塞332向上移動，推動伸臂桁架310進行復位。
[0047]其中，如圖7所示，核心筒100內可以設有連接核心筒100相對兩側壁的剪力墻110。由此可以進一步提聞核心筒100的結構穩定性。
[0048]更為有利地，如圖7所示，伸臂阻尼系統300可以在結構平面中沿核心筒100的周向對稱均勻布置。由于軟鋼阻尼器320和油阻尼器330對于位移較敏感，因此伸臂阻尼系統300宜設置在最頂部的伸臂桁架310處，以保證伸臂阻尼系統300的使用效率最大化。
[0049]根據本發明實施例的用于超高層建筑1的伸臂阻尼系統300的其他構成以及操作對于本領域普通技術人員而言都是已知的，這里不再詳細描述。
[0050]在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
[0051]此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。
[0052]在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接或彼此可通訊；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系，除非另有明確的限定。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0053]在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0054]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。
[0055]盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
【權利要求】
1.一種在超高層建筑中實現震后自復位的伸臂阻尼系統，其特征在于，包括: 油阻尼器，所述油阻尼器設在所述超高層建筑的外框柱上； 液壓裝置，所述液壓裝置與所述油阻尼器相連； 軟鋼阻尼器； 伸臂桁架，所述伸臂桁架的內端適于與所述超高層建筑的核心筒相連，所述伸臂桁架的外端與所述油阻尼器相連且通過所述軟鋼阻尼器與所述超高層建筑的外框柱相連。
2.根據權利要求1所述的在超高層建筑中實現震后自復位的伸臂阻尼系統，其特征在于，所述油阻尼器與所述外框柱平行設置。
3.根據權利要求2所述的在超高層建筑中實現震后自復位的伸臂阻尼系統，其特征在于，所述超高層建筑的外框柱的內側面上設有牛腿，所述油阻尼器設在所述超高層建筑的外框柱的牛腿上。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的在超高層建筑中實現震后自復位的伸臂阻尼系統，其特征在于，所述油阻尼器包括: 腔體，所述腔體設在所述超高層建筑的外框柱上； 活塞，所述活塞設在所述腔體內，所述活塞上設有可開閉的活塞孔； 活塞桿，所述活塞桿的一端與所述活塞相連且另一端伸出所述腔體與所述伸臂桁架的外端相連。
5.根據權利要求3所述的在超高層建筑中實現震后自復位的伸臂阻尼系統，其特征在于，所述液壓裝置包括: 儲油箱，所述儲油箱通過回油閥與所述腔體內的所述活塞上方的空間相連； 油泵，所述儲油箱通過油泵與所述腔體內的所述活塞下方的空間相連，且所述油泵和所述腔體之間連接有供油閥； 電動機，所述電動機通過聯軸器與所述油泵相連； 濾油器，所述濾油器連接在所述儲油箱和所述油泵之間。
6.根據權利要求1所述的在超高層建筑中實現震后自復位的伸臂阻尼系統，其特征在于，所述軟鋼阻尼器與所述超高層建筑的外框柱垂直設置。
7.根據權利要求6所述的在超高層建筑中實現震后自復位的伸臂阻尼系統，其特征在于，所述軟鋼阻尼器為多個，多個所述軟鋼阻尼器沿所述伸臂桁架的高度方向等間距地連接在所述伸臂桁架與所述超高層建筑的外框柱之間。
8.根據權利要求1所述的在超高層建筑中實現震后自復位的伸臂阻尼系統，其特征在于，所述軟鋼阻尼器分別通過螺栓與所述伸臂桁架和所述超高層建筑的外框柱相連。
9.根據權利要求1所述的在超高層建筑中實現震后自復位的伸臂阻尼系統，其特征在于，所述伸臂祐1架包括: 上弦桿，所述上弦桿的內端與所述超高層建筑的核心筒相連且外端通過所述軟鋼阻尼器與所述超高層建筑的外框柱相連； 下弦桿，所述下弦桿的內端與所述超高層建筑的核心筒相連且外端通過所述軟鋼阻尼器與所述超高層建筑的外框柱相連，所述下弦桿位于所述上弦桿下方且與所述上弦桿平行設置； 豎腹桿，所述豎腹桿連接在所述上弦桿和所述下弦桿之間且垂直于所述上弦桿和所述下弦桿；斜腹桿，所述斜腹桿連接在所述上弦桿和所述下弦桿之間且相對于豎直方向傾斜設置。
【文檔編號】E04B1/98GK104389354SQ201410645172
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月12日 優先權日:2014年11月12日
【發明者】陸新征, 楊青順 申請人:清華大學