CN113863528B - 一种装配式消能伸臂结构体系 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装配式消能伸臂结构体系，包括框架柱、核心筒以及连接于所述框架柱与核心筒之间的一对工字钢梁I，一对工字钢梁I之间设有竖向支撑，所述竖向支撑中间连接斜撑及工字钢梁II，所述斜撑和工字钢梁I的一端与所述核心筒刚性连接，所述工字钢梁I与所述框架柱之间通过钢板弹簧连接件及消能减震器连接，所述工字钢梁II与设于所述框架柱中部的外伸型钢构件之间通过微型防屈曲支撑及钢板弹簧黏弹阻尼器连接。本发明利用钢板弹簧连接件、钢板弹簧黏弹阻尼器和消能减震器的装配式连接，将该装配式连接用在框架柱与核心筒的伸臂连接上，以此来缓解框架柱和核心筒的不均匀变形以及提高抗风或抗震能力，确保结构安全。

Description

一种装配式消能伸臂结构体系

技术领域

本发明属于工程结构抗震与消能减震技术领域，具体涉及一种装配式消能伸臂结构体系，通过钢板弹簧黏弹阻尼器和消能减震器的装配式连接缓解偏置核心筒与框架柱的不均匀变形，以提高结构的抗震和抗风能力。

背景技术

核心筒偏置的高层建筑可以有效利用空间，逐渐成为商办项目高层建筑的重要形式，但核心筒偏置的结构特点会给结构设计优化带来较多困难，在这种新型结构体系研发过程中存在一些关键技术难点和关键科学问题。其中较为突出的问题是框架和偏置核心筒的竖向和水平的变形差异导致的不均匀变形造成的结构损伤。因此，提出针对偏置核心筒的结构设计方案就尤为重要。在框架-核心筒结构体系中，核心筒一般采取混凝土结构；伸臂结构一般采用的是钢结构构件；目前，框架-核心筒的相关结构设计仍不能较好满足需求。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种装配式消能伸臂结构体系，利用钢板弹簧黏弹阻尼器和消能减震器的装配式连接，可有效缓解结构的不均匀变形，满足抗震和抗风要求。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种装配式消能伸臂结构体系，包括框架柱、核心筒以及连接于所述框架柱与核心筒之间的一对工字钢梁I，

一对工字钢梁I之间设有竖向支撑，所述竖向支撑中间连接斜撑及工字钢梁II，所述斜撑和工字钢梁I的一端与所述核心筒刚性连接，

所述工字钢梁I与所述框架柱之间通过钢板弹簧连接件及消能减震器连接，

所述工字钢梁II与设于所述框架柱中部的外伸型钢构件之间通过微型防屈曲支撑及钢板弹簧黏弹阻尼器连接。

进一步地，所述的框架柱与所述钢板弹簧连接件通过穿柱螺栓连接，所述的钢板弹簧连接件与所述工字钢梁I通过消能减震器连接。

进一步地，所述的微型防屈曲支撑分别与外伸型钢构件和工字钢梁II连接，所述的外伸型钢构件和工字钢梁II分别与钢板弹簧黏弹阻尼器通过高强螺栓连接。

进一步地，所述的消能减震器包括约束外框、约束内框、减震橡胶I、减震橡胶II、减震弹簧、限位螺栓、垫片I和垫片II；

所述的约束外框和约束内框通过高强螺栓连接，所述的约束内框下部、减震弹簧、弹簧两侧的垫片I、减震橡胶I和约束外框底部被限位螺栓依次穿过后旋入螺母连接，

所述的约束内框顶部、减震橡胶II和垫片II被高强螺栓依次穿过后旋入螺母连接，

所述的约束外框的一侧面与钢板弹簧连接件通过高强螺栓连接。

进一步地，所述的约束外框留有长槽孔Ι，所述的约束外框与约束内框可因长槽孔I相对运动。

进一步地，所述的微型防屈曲支撑包括微型防屈曲支撑核心板、约束盖板和约束底板，所述的约束盖板与约束底板通过高强螺栓连接进而约束微型防屈曲支撑核心板，所述的微型防屈曲支撑核心板削弱形式为椭圆孔；

所述的微型防屈曲支撑核心板与外伸型钢构件和工字钢梁ΙI的翼缘板分别通过连接铰连接。

进一步地，所述的钢板弹簧黏弹阻尼器包括钢板弹簧部件、连接部件和减震橡胶III，所述的减震橡胶III置于钢板弹簧部件和连接部件之间，所述钢板弹簧部件外侧设有连接套筒。

进一步地，所述外伸型钢构件和工字钢梁II之间成对设置所述钢板弹簧黏弹阻尼器，所述的钢板弹簧黏弹阻尼器的连接部件分别与所述外伸型钢构件和工字钢梁II连接，相邻钢板弹簧黏弹阻尼器之间的连接套筒相接触。

进一步地，所述钢板弹簧部件设有可使连接处浮动的长槽孔II，所述的减震橡胶III分别与钢板弹簧部件和连接部件粘接。

进一步地，所述的框架柱为内置型钢的柱结构。

本发明通过钢板弹簧黏弹阻尼器、消能减震器和钢板弹簧连接件的装配式连接将伸臂结构与框架柱连接，形成具有缓解偏置核心筒与框架柱不均匀变形的消能伸臂高层结构体系。偏置的框架-核心筒发生不均匀变形时，钢板弹簧黏弹阻尼器、消能减震器和钢板弹簧连接件可使伸臂结构与框架柱相对浮动，这免去了对结构的损伤。在地震作用下，钢板弹簧黏弹阻尼器、消能减震器、钢板弹簧连接件和微型防屈曲支撑也会发挥抗震作用，地震的耗能也会集中在装配式连接处，这满足了结构抗震的要求。

与传统框架-核心筒消能伸臂结构体系相比，本发明的优点是：

(1)可较好缓解框架-核心筒的不均匀变形，减少结构损伤，尤其是针对核心筒偏置的情况。

(2)钢板弹簧黏弹阻尼器中的减震橡胶以及钢板弹簧在缓解不均匀沉降、抗震和抗风中发挥了重要的作用。

(3)消能减震器在抗震和缓解不均匀沉降中也发挥了重要作用，且易更换，有效控制了结构震后的修复成本。

(4)该种装配式连接的设计实现了结构的易装配、可更换，耗能减震的功能。

附图说明

图1为装配式消能伸臂结构体系示意图；

图2为偏置核心筒结构的平面布置图；

图3为钢板弹簧连接件和消能减震器的连接示意图；

图4为钢板弹簧连接件和消能减震器的三维连接示意图；

图5为消能减震器的三维示意图；

图6为约束外框和约束内框的三维示意图；

图7为钢板黏弹阻尼器和微型防屈曲支撑的连接示意图；

图8为钢板黏弹阻尼器的三维连接示意图；

图9为钢板黏弹阻尼器三维示意图；

图10为钢板黏弹阻尼器三维组合图；

图11为微型防屈曲支撑三维组合示意图；

图中标号：

1为框架柱，2为核心筒，3为钢板弹簧连接件，4为消能减震器，5为微型防屈曲支撑，6为钢板弹簧黏弹阻尼器，7为斜撑，8为工字钢梁I，9为外伸型钢构件，10为竖向支撑，11为工字钢梁IΙ，12为穿柱螺栓，13为建筑边线，

401为约束外框，402为约束内框，403为减震橡胶I，404为减震橡胶IΙ，405为减震弹簧，406为限位螺栓，407为垫片Ι，408为垫片II，4011为长槽孔I，

501为微型防屈曲支撑核心板，502为约束盖板，503为约束底板，5011为椭圆孔，601为钢板弹簧部件，602为连接部件，603为减震橡胶ΙΙΙ，604为连接套筒，6011为长槽孔II，901为连接铰。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

参见图1，本实施例是一种装配式消能伸臂结构体系，包括框架柱1、核心筒2、钢板弹簧连接件3、消能减震器4、微型防屈曲支撑5、钢板弹簧黏弹阻尼器6、斜撑7、工字钢梁I8、外伸型钢构件9、竖向支撑10、工字钢梁II11和穿柱螺栓12。

参见图2，核心筒2为偏置核心筒，核心筒2和框架柱1之间易产生不均匀的变形。

参见图3和图4，框架柱1与钢板弹簧连接件3通过穿柱螺栓12连接，钢板弹簧连接件3与工字钢梁I8通过消能减震器4连接。

消能减震器4可使得工字钢梁I8上下浮动，钢板弹簧连接件3可使工字钢梁I8上下浮动以及左右浮动，二者起到了耗能减震的作用，并且这样可以减缓由于核心筒偏置而造成的不均匀变形。

参见图5和图6，消能减震器4包括约束外框401，约束内框402，减震橡胶I403，减震橡胶II404，减震弹簧405，限位螺栓406，垫片I407，垫片II408。工字钢梁I8上部翼缘板和下部翼缘板均连有两个消能减震器4。地震作用下，高强螺栓可沿长槽孔I4011上下浮动，减震橡胶I403，减震橡胶II404和减震弹簧405也有利于结构的耗能减震。消能减震器4也可用于缓解结构的不均匀沉降。

参见图7和图8，外伸型钢构件9和工字钢梁II11上均有四个钢板弹簧黏弹阻尼器6，外伸型钢构件9和工字钢梁II11上的钢板弹簧黏弹阻尼器6通过连接套筒604连接，微型防屈曲支撑5通过连接铰901与外伸型钢构件9和工字钢梁II连接，外伸型钢构件9和工字钢梁II11的上部翼缘板和下部翼缘板均连接有一个微型防屈曲支撑5。

钢板弹簧黏弹阻尼器6和微型防屈曲支撑5均起到消能减震作用，微型防屈曲支撑5可转动，钢板弹簧黏弹阻尼器6也具有良好的减震性能，二者共同起到耗能减震的作用。

参见图9和图10，钢板弹簧黏弹阻尼器6包括钢板弹簧部件601，连接部件602和减震橡胶III603，长槽孔II6011使得连接处浮动，减震橡胶III603和钢板弹簧部件601则起到消能减震的作用，二者共同发挥了缓解不均匀沉降、抗震以及抗风的作用。

参见图11，微型防屈曲支撑5包括微型防屈曲支撑核心板501、约束盖板502和约束底板503，微型防屈曲支撑核心板501上有椭圆孔5011，椭圆孔5011可增强微型防屈曲支撑核心板501的耗散能力和延展性，有利于结构的耗能减震。约束盖板502和约束底板503对微型防屈曲支撑核心板501起到了约束作用。

本发明通过钢板弹簧黏弹阻尼器、消能减震器和钢板弹簧连接件的装配式连接提供了利用钢板弹簧以及设置减震橡胶缓解不均匀沉降以及耗能减震的方法，利用钢板弹簧黏弹阻尼器、消能减震器和钢板弹簧连接件的装配式连接作用是使连接处可以浮动以减缓框架-偏置核心筒的不均匀沉降，同时也发挥了耗能减震的作用，而微型防屈曲支撑也增强了连接处的抗震能力。该伸臂结构也可将地震后结构的损伤、破坏集中在连接处，实现易装配、可更换、耗能减震等功能。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1. 一种装配式消能伸臂结构体系，其特征在于，包括框架柱（1）、核心筒（2）以及连接 于所述框架柱（1）与核心筒（2）之间的一对工字钢梁

（8），

一对工字钢梁

（8）之间设有竖向支撑（10），所述竖向支撑（10）中间连接斜撑（7）及工 字钢梁

（11），所述斜撑（7）和工字钢梁

（8）的一端与所述核心筒（2）刚性连接，

所述工字钢梁

（8）与所述框架柱（1）之间通过钢板弹簧连接件（3）及消能减震器（4）连 接，

所述工字钢梁

（11）与设于所述框架柱（1）中部的外伸型钢构件（9）之间通过微型防屈 曲支撑（5）及钢板弹簧黏弹阻尼器（6）连接；

所述的消能减震器（4）包括约束外框（401）、约束内框（402）、减震橡胶

（403）、减震橡 胶

（404）、减震弹簧（405）、限位螺栓（406）、垫片

（407）和垫片

（408）；

所述的约束外框（401）和约束内框（402）通过高强螺栓连接，所述的约束内框（402）下 部、减震弹簧（405）、弹簧两侧的垫片

（407）、减震橡胶

（403）和约束外框（401）底部被限位 螺栓（406）依次穿过后旋入螺母连接，

所述的约束内框（402）顶部、减震橡胶

（404）和垫片

（408）被高强螺栓依次穿过后旋 入螺母连接，

所述的约束外框（401）的一侧面与钢板弹簧连接件（3）通过高强螺栓连接。

2.根据权利要求1所述的一种装配式消能伸臂结构体系，其特征在于，所述的框架柱 （1）与所述钢板弹簧连接件（3）通过穿柱螺栓（12）连接，所述的钢板弹簧连接件（3）与所述 工字钢梁

（8）通过消能减震器（4）连接。

3.根据权利要求1所述的一种装配式消能伸臂结构体系，其特征在于，所述的微型防屈 曲支撑（5）分别与外伸型钢构件（9）和工字钢梁

（11）连接，所述的外伸型钢构件（9）和工 字钢梁

（11）分别与钢板弹簧黏弹阻尼器（6）通过高强螺栓连接。

4.根据权利要求1所述的一种装配式消能伸臂结构体系，其特征在于，所述的约束外框 （401）留有长槽孔

（4011），所述的约束外框（401）与约束内框（402）可因长槽孔

（4011）相 对运动。

5.根据权利要求1所述的一种装配式消能伸臂结构体系，其特征在于，所述的微型防屈曲支撑（5）包括微型防屈曲支撑核心板（501）、约束盖板（502）和约束底板（503），所述的约束盖板（502）与约束底板（503）通过高强螺栓连接进而约束微型防屈曲支撑核心板（501），所述的微型防屈曲支撑核心板（501）削弱形式为椭圆孔（5011）；

所述的微型防屈曲支撑核心板（501）与外伸型钢构件（9）和工字钢梁

（11）的翼缘板分 别通过连接铰（901）连接。

6.根据权利要求1所述的一种装配式消能伸臂结构体系，其特征在于，所述的钢板弹簧 黏弹阻尼器（6）包括钢板弹簧部件（601）、连接部件（602）和减震橡胶

（603），所述的减震 橡胶

（603）置于钢板弹簧部件（601）和连接部件（602）之间，所述钢板弹簧部件（601）外 侧设有连接套筒（604）。

7.根据权利要求6所述的一种装配式消能伸臂结构体系，其特征在于，所述外伸型钢构 件（9）和工字钢梁

（11）之间成对设置所述钢板弹簧黏弹阻尼器（6），所述的钢板弹簧黏弹 阻尼器（6）的连接部件（602）分别与所述外伸型钢构件（9）和工字钢梁

（11）连接，相邻钢 板弹簧黏弹阻尼器（6）之间的连接套筒（604）相接触。

8.根据权利要求7所述的一种装配式消能伸臂结构体系，其特征在于，所述钢板弹簧部 件（601）设有可使连接处浮动的长槽孔

（6011），所述的减震橡胶

（603）分别与钢板弹 簧部件（601）和连接部件（602）粘接。

9.根据权利要求1所述的一种装配式消能伸臂结构体系，其特征在于，所述的框架柱（1）为内置型钢的柱结构。

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