本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)工程
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種混合耗能減振鋼支撐框架核心筒。
背景技術(shù)：
：耗能減振技術(shù)是目前世界地震工程界推廣應(yīng)用較多的成熟的高新技術(shù)之一，被美國(guó)地震專家稱之為“40年來(lái)世界地震工程最重要的成果之一”。同時(shí)，廣泛應(yīng)用于超高層的框架核心筒，其抵抗外荷載的能力有限，單獨(dú)使用，很難滿足超高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)要求。若單獨(dú)采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)，核心筒作為第一道防線，要求核心筒必須作為一個(gè)獨(dú)立的懸臂筒體結(jié)構(gòu)體系，可以分擔(dān)絕大部分的剪力和大部分的傾覆彎矩，但實(shí)際工程中很難滿足抗側(cè)力要求。因此實(shí)際工程中，往往需要添加阻尼單元，共同抵抗外荷載。由于目前公知的核心筒采用混凝土結(jié)構(gòu)，故而，一種減震方案是在核心筒和外圍框架之間連接消能減震伸臂桁架，并在外框架柱上設(shè)置效能減震環(huán)帶桁架，這種方案通過(guò)在核心筒和外框架之間設(shè)置消能減震加強(qiáng)層，來(lái)提高結(jié)構(gòu)減震性能，效果有限，而且，目前公知的耗能減振方案大多是釆用單一類型阻尼器進(jìn)行結(jié)構(gòu)的減振控制，存在很多不足之處：(1)不能夠適應(yīng)不同強(qiáng)度的地震，適用范圍小。(2)由于耗能減振設(shè)備的單一，使得結(jié)構(gòu)安全性和舒適性差。(3)維護(hù)不方便。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種能夠協(xié)調(diào)核心筒和阻尼器共同作用，提高整體抵抗外荷載能力，同時(shí)具有多道減振防線，能夠適應(yīng)不同強(qiáng)度地震，并且維護(hù)方便，結(jié)構(gòu)安全性和舒適性高的混合耗能減振鋼支撐框架核心筒。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種混合耗能減振鋼支撐框架核心筒，包括多個(gè)重力柱、重力梁、鋼支撐及設(shè)置在該鋼支撐框架核心筒上的阻尼單元，所述的重力梁設(shè)置在重力柱上，并與重力柱組合形成多個(gè)筒狀結(jié)構(gòu)，所述的鋼支撐設(shè)置在筒狀結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上，所述的阻尼單元由變形放大器、速度相關(guān)型耗能器及屈曲約束支撐組成。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的變形放大器和速度相關(guān)型耗能器在選擇布置位置時(shí)，滿足下列條件：(1)滿足建筑功能及開(kāi)洞要求，選取核心筒外墻位置；(2)便于阻尼單元后期維護(hù)；(3)在可布位置滿布的情況下，根據(jù)耗能結(jié)果排序，選取能耗大的位置。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的變形放大器為肘節(jié)式變形放大器，用于增加阻尼單元兩端的相對(duì)變形，加大阻尼單元能耗。作為進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的肘節(jié)式變形放大器為中國(guó)專利zl201520886649.8所公開(kāi)的肘節(jié)式變形放大器。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的速度相關(guān)型耗能器選用阻尼指數(shù)為0.40～0.50、阻尼系數(shù)c＝5500～6500kn/(m/s)0.45的粘滯阻尼墻。由于粘滯阻尼墻并不像粘滯阻尼器一樣采用高壓密封的腔體，其阻尼指數(shù)無(wú)法做到較小值。參考目前國(guó)內(nèi)外阻尼墻生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品資料，綜合考慮各種因素，選取上述數(shù)值區(qū)間的粘滯阻尼墻。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的屈曲約束支撐的布置位置選擇在滿布鋼支撐的模型下剪切變形大的位置。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的屈曲約束支撐選取屈服后剛度比為0.25～0.35，屈服指數(shù)為2.0～3.0的屈曲約束支撐。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的重力柱為鋼柱或鋼管混凝土柱，所述的重力梁為鋼梁。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的重力柱的布置根據(jù)建筑要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，分布呈九宮格型或回字形，核心筒從下至上依次收進(jìn)，重力柱的個(gè)數(shù)隨之逐漸減少。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，核心筒從下至上依次收進(jìn)形成低區(qū)核心筒、中區(qū)核心筒和高區(qū)核心筒；當(dāng)重力柱分布呈九宮格型時(shí)，所述的低區(qū)核心筒的筒狀結(jié)構(gòu)在平面上分布呈3×3的方陣，所述的中區(qū)核心筒在低區(qū)核心筒的基礎(chǔ)上收進(jìn)形成，中區(qū)核心筒的筒狀結(jié)構(gòu)設(shè)有5個(gè)，在平面上分布呈十字型，所述的高區(qū)核心筒在中區(qū)核心筒的基礎(chǔ)上繼續(xù)收進(jìn)，高區(qū)核心筒的筒狀結(jié)構(gòu)設(shè)有一個(gè)；當(dāng)重力柱分布呈回字形時(shí)，所述的低區(qū)核心筒的筒狀結(jié)構(gòu)分布呈4×4的矩陣，所述的中區(qū)核心筒在低區(qū)核心筒的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)低區(qū)核心筒的四個(gè)角收進(jìn)形成，所述的高區(qū)核心筒在中區(qū)核心筒的基礎(chǔ)上收進(jìn)，高區(qū)核心筒的筒狀結(jié)構(gòu)設(shè)有四個(gè)，在平面上分布呈2×2的方陣。本發(fā)明的技術(shù)方案，考慮了阻尼單元在鋼支撐框架核心筒內(nèi)的協(xié)同工作性能，根據(jù)每類阻尼器的特性，選擇最利的布置位置，使得每類阻尼器在外荷載作用下均能夠發(fā)揮最大的耗能作用，從而大大提高了鋼支撐框架核心筒抵抗外荷載的能力。本發(fā)明的帶鋼支撐框架核心筒的混合耗能減振方案，協(xié)同了核心筒本身和阻尼器的作用，大大提高了整體抵抗外荷載的能力，本發(fā)明涉及的帶鋼支撐框架核心筒的混合耗能減振方案相比現(xiàn)有技術(shù)減震效果更加明顯。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：(1)本發(fā)明采用的帶鋼支撐框架核心筒的混合耗能減振方案，協(xié)同了核心筒、阻尼器的共同作用，大大提高了整體抵抗外荷載的能力。(2)本發(fā)明采用肘節(jié)式變形放大器、粘滯阻尼墻和屈曲約束支撐混合減振的方法，肘節(jié)式變形放大器、粘滯阻尼墻主要用來(lái)減小地震響應(yīng)，屈曲約束支撐主要用來(lái)控制結(jié)構(gòu)變形。肘節(jié)式阻尼器、粘滯阻尼墻能在小震下發(fā)生耗能，減小地震作用，有利于節(jié)約材料用量，而屈曲約束支撐在中、大震下屈服，聯(lián)合肘節(jié)式變形放大器、粘滯阻尼墻共同耗能，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)，所以兩類阻尼器可以在不同強(qiáng)度地震下分階段屈服，這也較好地符合“多道防線”的抗震設(shè)防要求。(3)本發(fā)明采用的肘節(jié)式變形放大器、粘滯阻尼墻和屈曲約束支撐，其位置選擇在核心筒外墻位置，滿足了建筑功能及開(kāi)洞需求，同時(shí)便于阻尼器后期維護(hù)。(4)本發(fā)明采用肘節(jié)式變形放大器、粘滯阻尼墻在較小的風(fēng)荷載下，就能發(fā)揮耗能減振作用，使得結(jié)構(gòu)風(fēng)振舒適度性能滿足預(yù)期目標(biāo)，大大提高了結(jié)構(gòu)的安全性、舒適性。(5)本發(fā)明采用肘節(jié)式變形放大器、粘滯阻尼墻在中、大地震下，其阻尼力不會(huì)隨著荷載作用而大幅度增加，提高了主體結(jié)構(gòu)的安全性。(6)本發(fā)明采用的屈曲約束支撐的數(shù)量和噸位相對(duì)較低，可望避免純位移型阻尼器減振結(jié)構(gòu)剛度較大、地震作用較大、阻尼器出力較大等諸多問(wèn)題。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明帶鋼支撐框架核心筒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明肘節(jié)式變形放大器的連接示意圖；圖3為本發(fā)明的粘滯阻尼墻的連接示意圖；圖4為本發(fā)明的屈曲約束支撐的連接示意圖；圖5為本發(fā)明的混合減振方案布置樓層示意圖；圖6(i)為本發(fā)明的混合減振方案中肘節(jié)式變形放大器的布置位置平面示意圖，圖6(ii)為圖6(i)中肘節(jié)式變形放大器布置位置的a向立面示意圖，圖6(iii)為圖6(i)中肘節(jié)式變形放大器布置位置的b向立面示意圖；圖7(i)為本發(fā)明的混合減振方案中粘滯阻尼墻的布置位置平面示意圖，圖7(ii)為圖7(i)中粘滯阻尼墻布置位置的a向立面示意圖，圖7(iii)為圖7(i)中粘滯阻尼墻布置位置的b向立面示意圖；圖8(i)為本發(fā)明的混合減振方案中屈曲約束支撐布置位置平面示意圖，圖8(ii)為圖8(i)中屈曲約束支撐布置位置的a向立面示意圖，圖8(iii)為圖8(i)中屈曲約束支撐布置位置的b向立面示意圖；圖9為本發(fā)明的混合減振方案的減振效果圖。圖中，1為重力柱，2為重力梁，21為連接副梁，3為鋼支撐，4為肘節(jié)式變形放大器，5為粘滯阻尼墻，6為屈曲約束支撐，7為巨柱，8為環(huán)帶桁架，801為第六區(qū)段，802為第七區(qū)段，803為第八區(qū)段。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例1一種混合耗能減振鋼支撐框架核心筒，包括多個(gè)重力柱1、重力梁2、鋼支撐3及設(shè)置在該鋼支撐框架核心筒上的阻尼單元，重力梁2設(shè)置在重力柱1上，并與重力柱1組合形成多個(gè)筒狀結(jié)構(gòu)，鋼支撐3設(shè)置在筒狀結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上，阻尼單元由變形放大器、速度相關(guān)型耗能器及屈曲約束支撐6組成，如圖1～5所示，本發(fā)明采用一種混合耗能減振鋼支撐框架核心筒，將阻尼單元連接于鋼支撐框架核心筒上，用于更好地實(shí)現(xiàn)外荷載作用下的耗能減振作用。帶鋼支撐框架核心筒的混合耗能減振方案，考慮了阻尼單元在鋼支撐框架核心筒內(nèi)的協(xié)同工作性能，根據(jù)每類阻尼器的特性，選擇最有利的布置位置，使得每類阻尼器在外荷載作用下均能夠發(fā)揮最大的耗能作用，從而大大提高了鋼支撐框架核心筒抵抗外荷載的能力。重力柱1為鋼柱或鋼管混凝土柱，重力梁2為鋼梁，重力柱1的布置根據(jù)建筑要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，分布呈九宮格型或回字形，核心筒從下至上依次收進(jìn)，重力柱的個(gè)數(shù)隨之逐漸減少。具體地，核心筒從下至上依次收進(jìn)形成低區(qū)核心筒、中區(qū)核心筒和高區(qū)核心筒；當(dāng)重力柱分布呈九宮格型時(shí)，低區(qū)核心筒的筒狀結(jié)構(gòu)在平面上分布呈3×3的方陣，中區(qū)核心筒在低區(qū)核心筒的基礎(chǔ)上收進(jìn)形成，中區(qū)核心筒的筒狀結(jié)構(gòu)設(shè)有5個(gè)，在平面上分布呈十字型高區(qū)核心筒在中區(qū)核心筒的基礎(chǔ)上繼續(xù)收進(jìn)，高區(qū)核心筒的筒狀結(jié)構(gòu)設(shè)有一個(gè)；當(dāng)重力柱分布呈回字形時(shí)，低區(qū)核心筒的筒狀結(jié)構(gòu)分布呈4×4的矩陣，中區(qū)核心筒在低區(qū)核心筒的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)低區(qū)核心筒的四個(gè)角收進(jìn)形成，高區(qū)核心筒在中區(qū)核心筒的基礎(chǔ)上收進(jìn)，高區(qū)核心筒的筒狀結(jié)構(gòu)設(shè)有四個(gè)，在平面上分布呈2×2的方陣。變形放大器和速度相關(guān)型耗能器在選擇布置位置時(shí)，滿足下列條件：(1)滿足建筑功能及開(kāi)洞要求，選取核心筒外墻位置；(2)便于阻尼單元后期維護(hù)；(3)在可布位置滿布的情況下，根據(jù)耗能結(jié)果排序，選取能耗大的位置。也就是說(shuō)：變形放大器和速度相關(guān)型耗能器在滿足建筑功能及開(kāi)洞要求的情況下，布置在核心筒外墻并且便于后期維護(hù)的位置，在可布位置滿布的情況下，根據(jù)耗能結(jié)果排序，選取靠前的位置。變形放大器為肘節(jié)式變形放大器4，用于增加阻尼單元兩端的相對(duì)變形，加大阻尼單元能耗能耗。肘節(jié)式變形放大器為中國(guó)專利zl201520886649.8所公開(kāi)的肘節(jié)式變形放大器。速度相關(guān)型耗能器選用阻尼指數(shù)為0.40～0.50、阻尼系數(shù)c＝5500～6500kn/(m/s)0.45的粘滯阻尼墻5。由于粘滯阻尼墻5并不像粘滯阻尼器一樣采用高壓密封的腔體，其阻尼指數(shù)無(wú)法做到較小值。參考目前國(guó)內(nèi)外阻尼墻生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品資料，綜合考慮各種因素，選取上述數(shù)值區(qū)間的粘滯阻尼墻5。所述的屈曲約束支撐6的布置位置選擇在滿布鋼支撐的模型下剪切變形大的位置。屈曲約束支撐6選取屈服后剛度比為0.25～0.35，屈服指數(shù)為2.0～3.0的屈曲約束支撐6。本發(fā)明采用肘節(jié)式變形放大器4、粘滯阻尼墻5和屈曲約束支撐6混合減振的方法，肘節(jié)式變形放大器、粘滯阻尼墻主要用來(lái)減小地震響應(yīng)，屈曲約束支撐主要用來(lái)控制結(jié)構(gòu)變形。肘節(jié)變形放大器、粘滯阻尼墻能在小震下發(fā)生耗能，減小地震作用，有利于節(jié)約材料用量，而屈曲約束支撐在中、大震下屈服，聯(lián)合肘節(jié)式變形放大器、粘滯阻尼墻共同耗能，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)，所以兩類阻尼器可以在不同強(qiáng)度地震下分階段屈服，這也較好地符合“多道防線”的抗震設(shè)防要求。如圖5～8所示，本發(fā)明采用的肘節(jié)式變形放大器4、粘滯阻尼墻5和屈曲約束支撐6，其位置選擇在核心筒外墻位置，滿足了建筑功能及開(kāi)洞需求，同時(shí)便于阻尼器后期維護(hù)。一般來(lái)說(shuō)，肘節(jié)式變形放大器4阻尼指數(shù)越小，阻尼器越早發(fā)揮作用，其耗能效果越好。當(dāng)α＝1時(shí)，阻尼力與速度成線性關(guān)系；而隨著α接近于0，阻尼力隨速度增大有變緩趨勢(shì)，阻尼力變形關(guān)系接近于矩形(耗能效果最佳)，同時(shí)為保證在較小的風(fēng)荷載下阻尼器就能發(fā)揮作用，且能夠控制在中大地震作用下阻尼力不增長(zhǎng)太快，根據(jù)以上考慮因素，本案例中選用肘節(jié)式變形放大器4的阻尼指數(shù)α＝0.3。所用的肘節(jié)式變形放大器4的阻尼系數(shù)c不能太大，阻尼系數(shù)過(guò)大會(huì)導(dǎo)致阻尼器出力太大，超出產(chǎn)品的適用范圍；同時(shí)阻尼系數(shù)c的取值要使得結(jié)構(gòu)風(fēng)振舒適度性能滿足預(yù)期目標(biāo)。通過(guò)多次試算和分析，確定阻尼系數(shù)為c＝5500kn/(m/s)0.3。如圖2所示，將肘節(jié)式變形放大器4連接于核心筒外墻位置，其連接形式如圖2所示，與重力梁2及重力柱1連接，可集中布置在若干區(qū)，避免了對(duì)用戶的影響，同時(shí)，便于后期的檢修和維護(hù)。如圖3所示，將粘滯阻尼墻連接于上下樓面之間，上下兩端分別通過(guò)連接副梁21與重力梁2連接，由于粘滯阻尼墻并不像肘節(jié)式變形放大器一樣采用高壓密封的腔體，其阻尼指數(shù)無(wú)法做到較小值。參考目前國(guó)內(nèi)外阻尼墻生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品資料，本實(shí)施例取粘滯阻尼墻的阻尼指數(shù)為α＝0.45，阻尼系數(shù)c＝6000kn/(m/s)0.45。屈曲約束支撐6位置應(yīng)選擇在滿布普通鋼支撐3的模型下剪切變形大的位置。本實(shí)施例選取其參數(shù)選取屈服后剛度比為0.03，屈服指數(shù)均為2.0，連接形式如圖4所示。如圖5所示，將上述三種阻尼單元布置在核心筒外墻位置，核心筒外設(shè)有多個(gè)巨柱7，本實(shí)施例沿高度方向設(shè)有八個(gè)環(huán)帶桁架8，使得核心筒沿高度方向從下到上形成9個(gè)區(qū)段，第六區(qū)段801的核心筒上設(shè)置屈服約束支撐6，第七區(qū)段802的核心筒上設(shè)置粘滯阻尼墻5，第八區(qū)段803的核心筒上設(shè)置肘節(jié)式變形放大器4，三種阻尼單元的具體布置位置如圖6～8所示。如圖6～8所示，將上述三種阻尼單元布置在核心筒外墻位置，根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)提供的加速度控制方向塔樓頂部風(fēng)荷載時(shí)程輸入到結(jié)構(gòu)中進(jìn)行風(fēng)振舒適度分析。從計(jì)算結(jié)果圖9可以看出，混合減振方案減振率達(dá)56％，如下表1所示。表110年一遇風(fēng)荷載無(wú)控(m/s2)有控(m/s2)規(guī)范限值(m/s2)減振率酒店最高使用層0.430.190.2856％公寓最高使用層0.330.150.2055％上述對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12