本發(fā)明涉及土建交通技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種自適應(yīng)隔震層數(shù)的頂部隔震模塊建筑結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

模塊建筑是一種預(yù)制裝配式三維盒子單元，一個(gè)單元里一般是1-3個(gè)房間，模塊單元一般采用鋼結(jié)構(gòu)制造，模塊制作及設(shè)備安裝占總建造工程量的90％，均在工廠流水線上完成，機(jī)械化和工業(yè)化程度高，并降低污染排放。制造廠家把外墻、裝修、家具、設(shè)備等全部整合到這個(gè)盒子單元(模塊)中，運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝拼接，不僅結(jié)構(gòu)部分施工便捷，還免去了后期的裝修等工作。

相對(duì)于其他預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)，模塊建筑的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾方面：由于高度整合，免去了后續(xù)的裝修、設(shè)備管線安裝等工序，進(jìn)一步縮短建造時(shí)間、節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)人力；每個(gè)模塊自成結(jié)構(gòu)體系，無論是運(yùn)輸、吊裝還是就位，都無須額外的支撐件，可以采用較為便捷地堆放就位；工廠的流水線式裝修、安裝設(shè)備的方式，進(jìn)一步提高室內(nèi)品質(zhì)，更符合商品住宅的市場(chǎng)要求。

然而，模塊內(nèi)部的構(gòu)件限于空間要求、連接方便的要求及自重限制，構(gòu)件尺寸有限，無法達(dá)到很高的水平向承載力，因而在目前實(shí)際工程應(yīng)用中，多高層模塊建筑需要外加抗水平力結(jié)構(gòu)，以幫助模塊建筑承載，可以是混凝土核心筒或其它形式。模塊把所受到的水平向荷載通過有效連接傳遞給核心筒，模塊本身僅承受豎向荷載以及極小量的水平荷載。因此，在高層的模塊建筑案例中，模塊+混凝土核心筒的結(jié)構(gòu)形式被普遍采用，抗水平地震力體系僅有核心筒一道防線，是較為不合理的結(jié)構(gòu)形式。模塊給核心筒傳遞過大的水平荷載，往往造成很大的材料用量。

隔震技術(shù)是被廣泛采用的結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制技術(shù)之一。當(dāng)隔震支座布設(shè)在結(jié)構(gòu)的非底部位置，可以使支座以上的結(jié)構(gòu)段相對(duì)支座以下的結(jié)構(gòu)段開展一定程度的相對(duì)位移，結(jié)合支座本身的阻尼特性，形成主-次結(jié)構(gòu)消能減振體系，其減振原理類似于調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(TMD)。這樣的消能減振體系，經(jīng)過調(diào)頻設(shè)計(jì)，能有效降低目標(biāo)頻段的地震響應(yīng)。然而，當(dāng)?shù)卣疠斎腩l段較寬，頻譜成分復(fù)雜時(shí)，研究表明，次-主結(jié)構(gòu)質(zhì)量比不大的上述體系，其減振效果欠佳，也就是說，其減振效果依賴于地震輸入頻段與體系調(diào)頻頻段的相對(duì)關(guān)系，并非對(duì)所有頻段均有顯著效果。若能在一定程度上增加次-主結(jié)構(gòu)質(zhì)量比，并準(zhǔn)確判斷地震輸入頻段，針對(duì)性地調(diào)頻，甚至當(dāng)減振效果不佳時(shí)重新調(diào)頻，則上述缺點(diǎn)能被有效克服。另一方面，從建筑角度而言，頂層中庭的設(shè)計(jì)，因其特有的采光、景觀效果，受到酒店建筑的青睞，然而因?yàn)樯婕翱顾搅Y(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)變，設(shè)計(jì)難度較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種自適應(yīng)隔震層數(shù)的頂部隔震模塊建筑結(jié)構(gòu)。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種自適應(yīng)隔震層數(shù)的頂部隔震模塊建筑結(jié)構(gòu)，包括混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，核心筒結(jié)構(gòu)周圍設(shè)置有下部模塊組，下部模塊組每層模塊均與核心筒結(jié)構(gòu)連接，下部模塊組的與核心筒結(jié)構(gòu)的高度相同；在下部模塊組頂部以及核心筒結(jié)構(gòu)頂部設(shè)置有次頂部模塊組，次頂部模塊組上設(shè)有頂部模塊組，次頂部模塊組與下部模塊組以及核心筒結(jié)構(gòu)之間設(shè)有多個(gè)次頂部隔震支座，次頂部模塊組與頂部模塊組之間設(shè)有多個(gè)頂部隔震支座。

其中，次頂部模塊組通過多個(gè)斜撐與下部模塊組或核心筒結(jié)構(gòu)連接，斜撐用于將次頂部模塊組的水平載荷傳遞給核心筒結(jié)構(gòu)。

其中，斜撐包括中間鋼管以及設(shè)于中間鋼管兩端的端部鋼管，中間鋼管的直徑小于端部鋼管的直徑，并且中間鋼管與端部鋼管之間通過變徑接頭連接。這種結(jié)構(gòu)的斜撐類似于保險(xiǎn)絲，在承受較大軸向荷載時(shí)斷開，從而允許次頂部模塊組相對(duì)下部產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

其中，斜撐為連接次頂部模塊組的樓面與核心筒結(jié)構(gòu)頂面的粘滯阻尼器。

其中，頂部模塊組的天花梁上設(shè)置有承壓板，承壓板連接預(yù)應(yīng)力索，預(yù)應(yīng)力索的另一端連接核心筒結(jié)構(gòu)的中上部。

其中，各個(gè)次頂部隔震支座與頂部隔震支座為鉛芯橡膠隔震支座。

有益效果：本發(fā)明的自適應(yīng)隔震層數(shù)的頂部隔震模塊建筑結(jié)構(gòu)，具有以下有益效果：

1、采用頂層隔震技術(shù)，顯著減小模塊建筑-核心筒體系的整體地震響應(yīng)，節(jié)約核心筒材料用量。

2、利用模塊建筑方便組合拆分的特點(diǎn)，方便靈活布置多段隔震層，簡(jiǎn)化隔震結(jié)構(gòu)施工工序，提高施工速度。

3、采用保險(xiǎn)絲式的斜撐實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)隔震，使次頂層段根據(jù)最頂層段隔震效果而主動(dòng)參與隔震，避免最頂層因調(diào)頻不當(dāng)而隔震效果不佳，提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的隔震魯棒性。

4、利用頂部模塊所受豎向荷載較小，模塊結(jié)構(gòu)性能有冗余的特點(diǎn)，提早截?cái)嗪诵耐?，進(jìn)一步節(jié)約材料及建筑空間，并可以選擇形成頂層中空的空間，從而簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)酒店建筑所青睞的頂層中庭。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體立面布局示意圖；

圖2為圖1所示結(jié)構(gòu)的斜撐布置示意圖；

圖3為圖2所示斜撐的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖1所示結(jié)構(gòu)的帶預(yù)應(yīng)力索的優(yōu)選方案示意圖；

圖5為圖4所示優(yōu)選方案中承壓板布置方式詳圖的正視圖；

圖6為圖4所示優(yōu)選方案中承壓板布置方式詳圖的俯視圖；

圖7為圖1所示結(jié)構(gòu)的黏滯阻尼器替代斜撐可選方案的黏滯阻尼器布置示意圖；

圖8為圖1所示結(jié)構(gòu)的帶頂部中庭的優(yōu)選方案示意圖。

圖中：1-核心筒結(jié)構(gòu)，2-下部模塊組，3-頂部模塊組，4-次頂部模塊組，5-頂部隔震支座，6-次頂部隔震支座，7-斜撐，8-端部鋼管，9-中間鋼管，10-變徑接頭，11-預(yù)應(yīng)力索，12-模塊框架梁，13-模塊框架柱，14-模塊連接鋼板，15-承壓板，16-錨板，17-加勁肋，18-腹板，19-模塊框架次梁，20-黏滯阻尼器，21-頂部中庭。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

節(jié)段式隔震技術(shù)屬于主-次結(jié)構(gòu)消能減振技術(shù)，頂層隔震是其中較為實(shí)用的方式。通過合理設(shè)計(jì)隔震支座的剛度以及阻尼值，能在全頻域內(nèi)達(dá)到較佳的性能，學(xué)術(shù)上一般采用頻域傳遞函數(shù)中呈現(xiàn)等高雙峰的判斷標(biāo)準(zhǔn)。也就是說，當(dāng)輸入幅值不變但頻率為變量的地面簡(jiǎn)諧加速度時(shí)，原有的結(jié)構(gòu)在其一階自振頻率處，穩(wěn)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)達(dá)到最大，現(xiàn)在通過加入隔震層及其阻尼，把這個(gè)單一的峰值變成兩個(gè)分離的、明顯較小的等高峰值，這樣的情況被近似視為達(dá)到最優(yōu)性能。兩個(gè)峰值之間的低谷部分，較原來的單一峰值大大下降，然而現(xiàn)在的兩個(gè)小峰值，相對(duì)原來曲線對(duì)應(yīng)頻率處的響應(yīng)值，有所上升。若低谷所處的頻率段，恰好對(duì)應(yīng)地震波的控制頻率，則減振效果相當(dāng)明顯；但是，若是兩個(gè)等高峰值之一所處的頻率段，對(duì)應(yīng)地震波的控制頻率，則甚至起到減振負(fù)效果，是失敗的情形。此時(shí)進(jìn)一步加大被隔震部分的質(zhì)量，改變隔震支座參數(shù)，能擴(kuò)大低谷寬度，改變小峰值的位置，避免減振失敗的情形。

本發(fā)明的一種自適應(yīng)隔震層數(shù)的頂部隔震模塊建筑結(jié)構(gòu)，如圖1、圖2所示，包括核心筒結(jié)構(gòu)1，核心筒結(jié)構(gòu)1周圍設(shè)置有下部模塊組2，下部模塊組2的高度與核心筒結(jié)構(gòu)1連接，并與核心筒結(jié)構(gòu)1的高度相同；在下部模塊組2頂部以及核心筒結(jié)構(gòu)1頂部設(shè)置有次頂部模塊組4，次頂部模塊組4上設(shè)置頂部模塊組3，次頂部模塊組4與下部模塊組2以及核心筒結(jié)構(gòu)1之間設(shè)置有多個(gè)次頂部隔震支座6，次頂部模塊組4與頂部模塊組3之間設(shè)置有多個(gè)頂部隔震支座5。次頂部模塊組4通過多個(gè)斜撐7與下部模塊組2或核心筒結(jié)構(gòu)1連接，斜撐7用于將次頂部模塊組4的水平載荷傳遞給核心筒結(jié)構(gòu)1。如圖4所示，頂部模塊組3的天花梁上設(shè)置有帶圓孔的承壓板15，承壓板連接預(yù)應(yīng)力索11，預(yù)應(yīng)力索11連接核心筒結(jié)構(gòu)1的中上部，各個(gè)次頂部隔震支座6與頂部隔震支座5為鉛芯橡膠隔震支座，承壓板15采用鋼板制成。

作為一種實(shí)施方式，如圖3所示，斜撐7包括中間鋼管9以及焊接在中間鋼管9兩端的端部鋼管8，中間鋼管9的直徑小于端部鋼管8的直徑，并且中間鋼管9與端部鋼管8之間通過變徑接頭10連接，端部鋼管8和中間鋼管9可以采用鋼管。通過上述設(shè)計(jì)把支撐拉斷的部位控制在直徑較小的中間鋼管9段，達(dá)到較為準(zhǔn)確地控制斷裂荷載和斷裂伸長(zhǎng)量的目的。

作為另一種實(shí)施方式，如圖7所示，斜撐7為連接次頂部模塊組4的樓面與核心筒結(jié)構(gòu)1頂面的粘滯阻尼器20。通過粘滯阻尼器20的啟動(dòng)荷載現(xiàn)象，達(dá)到保險(xiǎn)絲式的設(shè)計(jì)，也就是在粘滯阻尼器20承受較大荷載時(shí)才產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。此方案增加了次頂部模塊組4參與隔震后的等效阻尼系數(shù)。

本發(fā)明的一種自適應(yīng)隔震層數(shù)的頂部隔震模塊建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)置在核心筒結(jié)構(gòu)1周圍的下部模塊組2，與核心筒結(jié)構(gòu)1相互連接，將水平向荷載傳遞給核心筒結(jié)構(gòu)1，下部模塊組2的各個(gè)模塊自身僅承受豎向荷載，而核心筒結(jié)構(gòu)在次頂部模塊組4與下部模塊組2的交接處截?cái)?，?jié)約材料。頂部模塊組3在層內(nèi)連接為整體，放置于頂部隔震支座5之上，此部分模塊組一直處于隔震狀態(tài)；次頂部模塊組4沿水平、豎向均連接為整體，放置于次頂部隔震支座6之上，次頂部模塊組4通過在若干位置設(shè)置斜撐7與下部模塊組2或核心筒結(jié)構(gòu)1連接，保證在水平荷載不大時(shí)，能把水平荷載直接往下傳遞，最終傳給核心筒結(jié)構(gòu)1。上述斜撐7采用局部縮小截面等保險(xiǎn)絲式設(shè)計(jì)，控制其在承受較大軸向荷載時(shí)斷開，從而允許次頂部模塊組4相對(duì)下部產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使兩者之間的隔震支座也參與耗能，也就是說，當(dāng)上一段模塊減震效果良好時(shí)，此段模塊與核心筒結(jié)構(gòu)1保持剛性連接，當(dāng)其減震效果不佳時(shí)，此段模塊才會(huì)啟動(dòng)參與隔震。以上兩次調(diào)頻設(shè)計(jì)能大大減小調(diào)頻失當(dāng)?shù)母怕省?/p>

如圖4所示，在頂部模塊組3的天花梁上，通過承壓板15+預(yù)應(yīng)力索11的方式，將其連接至核心筒結(jié)構(gòu)1的中上部。此方案主要針對(duì)層數(shù)較多，核心筒結(jié)構(gòu)1彎曲變形明顯，頂部轉(zhuǎn)角較大，使頂部隔震支座5在較大的地震作用下出現(xiàn)拉應(yīng)力的情況，目的是避免此情況影響支座性能。

如圖5、圖6所示，假設(shè)相鄰模塊之間采用模塊連接鋼板14進(jìn)行連接的方案，模塊連接鋼板14焊接于相鄰模塊的模塊梁柱節(jié)點(diǎn)的頂面，模塊框架次梁19與模塊梁柱節(jié)點(diǎn)剛接，則將帶圓孔的承壓板15布置在模塊框架梁12上更靠近跨中的位置，與相鄰模塊的模塊框架梁12的頂面進(jìn)行焊接，并在其上面焊接錨板16。將預(yù)應(yīng)力索11穿過錨板16與帶圓孔的承壓板15，向下延伸。在模塊框架梁12的相應(yīng)位置設(shè)置加勁肋17，并在模塊框架梁12下方與模塊框架柱13之間設(shè)置腋板18，以有效傳遞預(yù)應(yīng)力索11帶來的荷載。

如圖8所示，核心筒結(jié)構(gòu)1沿豎向截?cái)嘁院螅敳咳舾蓪釉趯?duì)應(yīng)位置留空，并不填充模塊，形成頂部中庭21。

下部模塊組2，頂部模塊組3，次頂部模塊組4均為多個(gè)模塊組合而成。

本發(fā)明在實(shí)施時(shí)，核心筒結(jié)構(gòu)1可以采用滑模技術(shù)進(jìn)行施工，下部的各模塊建筑采用堆放式就位，每層模塊就位后與下層模塊進(jìn)行螺栓連接，并采用螺栓、焊接等方式與混凝土核心筒的預(yù)埋件有效連接。下部施工完畢后，在核心筒結(jié)構(gòu)1頂部、模塊頂部天花梁柱節(jié)點(diǎn)處布置橡膠隔震支座，堆放次頂層模塊組，然后把模塊組在同一層內(nèi)進(jìn)行連接，可采用螺栓、焊接、混凝土后澆等方式，并進(jìn)行保險(xiǎn)絲式斜撐7的連接；次頂層模塊組采用螺栓連接為整體后，采用上述方式繼續(xù)完成頂層模塊組的施工。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。