CN211523471U - 一种新型受控摇摆减震结构体系 - Google Patents
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Abstract
一种新型受控摇摆减震结构体系，其包括结构、基础、填充墙、防屈曲支撑、半自动电磁阻尼器。其中所述结构上安装有所述防屈曲支撑，所述填充墙上安装有所述半自动电磁阻尼器，结构通过固定端和嵌固端方式固定在基础上。主要特点为将支撑框架柱与基础的固定端放松约束，在竖向设置有耗能元件的嵌固端，且在结构四周的各层填充墙内布置有半自动电磁阻尼器。该体系在地震作用下形成摇摆行为，层间位移小，刚度大，耗能减震，震后易修复。
Description
技术领域：
本实用新型涉及结构领域，具体是一种新型受控摇摆减震结构体系。
背景技术：
新型减震结构体系有自复位结构、摇摆结构、可恢复功能结构等。自复位结构通过放松一定的节点约束，在结构中加入预应力筋来减少结构地震响应和提供自复位能力，其震后残余位移小，强度和刚度降低少，便于修复和快速重新投入使用，可以大幅减少地震造成的经济损失。
后张法自定心(post-tensioned self-centering)结构体系是为了减少残余变形而提出。此结构体系是由自定心体系和耗能体系组成。自定心体系是由后张钢筋或钢绞线组成的以提供自定心功能。耗能体系是由支撑或者阻尼器通过屈服、粘结、摩擦来提供耗能功能。后张法自定心结构体系具有减少最大变形和减少残余变形、减少结构构件损坏的优点。
摇摆结构通过使结构摇摆来减少或避免结构构件的损坏、提供回复功能、限制对非结构构件的要求。摇摆结构中的摇摆行为可以通过自定心结构(后张钢绞线提供自定心功能)或者结构本身重力作用(柱脚抬升和落下)来提供。摇摆结构中的耗能能力是由钢屈服装置与放置于柱脚的粘滞阻尼装置(可替换的角钢等)提供，以控制结构的反应。柱脚设计要允许柱脚抬升。
其中，预应力筋提供回复力的这种方式中，其在经历地震作用时提供的回复力会因为预应力筋的损坏而降低其特定功能，并因此影响对建筑结构变形与破坏的控制。高层建筑结构中，柱中累积的由上部结构传递下来的轴向拉、压力传递到基础中时，结构自重将不足以抵消全部轴向拉力，柱中累积的轴向拉力克服结构自重后，难以保证框架柱和结构基础的安全性、稳定性以及整体结构的有效传力路径。
因此提出一种新型受控摇摆减震结构体系，基于位移传感器与数据采集系统所采集的位移数据，预测地震动的输入方向，由此控制半自动电磁阻尼器的相对运动方向，进而给结构提供与其运动方向相反的弯矩，使结构产生摇摆行为，从而使得结构的层间位移减小，结构损伤减少。
实用新型内容：
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种摇摆结构中摇摆行为的提供方式，扩大了摇摆结构的摇摆行为的提供途径，提出了一种新型受控摇摆减震结构体系。
为实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案来实现的：一种新型受控摇摆减震结构体系，其包括结构、基础、填充墙、防屈曲支撑、半自动电磁阻尼器。其中所述结构上安装有所述防屈曲支撑，所述填充墙上安装有所述半自动电磁阻尼器，结构通过固定端和嵌固端方式固定在基础上。主要特点为将支撑框架柱与基础的固定端放松约束，在竖向设置有耗能元件的嵌固端，且在结构四周的各层填充墙上布置有半自动电磁阻尼器。该体系主要基于以下考虑：在强烈地震中，基于每层角柱或每层角柱和每层边柱的位移传感器所测得的各层层间位移响应，预测地震动的输入方向，由此来控制每层边跨的填充墙内的半自动电磁阻尼器的作用方式，进而给结构提供了一个与结构振动方向相反的弯矩，这个与结构振动方向相反的弯矩作用减小了结构层间位移响应的进一步增大，并且限制了框架的“摇摆范围”，具有复位功能，由此产生了结构的摇摆行为。
优选的是，本实用新型适用于混凝土结构、钢结构。
优选的是，所述结构为钢筋混凝土框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、框架-筒结构、框支剪力墙结构、筒中筒结构、多筒体结构、巨型框架结构、混合结构。
优选的是，所述结构包括安装有防屈曲支撑的框架柱及框架梁和未安装防屈曲支撑的框架柱及框架梁。
优选的是，所述防屈曲支撑布置形式包括十字形布置、人字形布置、单斜杆布置。
优选的是，所述防屈曲支撑的布置方式包括布置在边跨、布置在中跨、布置在边跨和中跨、每跨均布。
优选的是，在结构的其中一跨或几跨的框架柱与框架梁之间安装有防屈曲支撑，在结构的其他框架柱与框架梁之间未安装防屈曲支撑。
优选的是，未安装防屈曲支撑的结构的框架柱的底端与基础的连接采用固定端。
优选的是，安装有防屈曲支撑的结构的框架柱的底端与基础的连接采用嵌固端。
优选的是，嵌固端处的耗能元件包括钢板耗能元件与钢棒耗能元件。
优选的是，嵌固端处的耗能元件包括了等截面、变截面等不同截面形式与不同截面参数。
优选的是，所述基础包括有无筋扩展基础、条形基础、箱形基础、筏型基础、扩展基础、独立基础等浅基础和桩基、地下连续墙、墩基、深井等深基础。
优选的是，在所述安装有防屈曲支撑的结构的框架柱的底面上设有预埋件。
优选的是，在与所述安装有防屈曲支撑的结构的框架柱的底面接触的基础上设有预埋件。
优选的是，在所述安装有防屈曲支撑的结构的框架柱的底端四周面上设有预埋件。
优选的是，在结构的每层角柱或每层角柱和每层边柱上安装位移传感器。
优选的是，在结构上用内置安装或者外置安装的安装方式安装位移传感器。
优选的是，在所述结构的每层四周边跨的布置所述填充墙。
优选的是，所述填充墙通过柔性连接或者刚性连接与所述结构连接。
优选的是，在所述填充墙内适当的位置布置有除门洞口、窗洞口或装饰洞口等墙洞口。
优选的是，在所述填充墙内的墙洞口上下两个面设有预埋件。
优选的是，在所述填充墙内的墙洞口内放置有所述半自动电磁阻尼器。
优选的是，所述半自动电磁阻尼器按照逐层布置法、平面对称布置法、平面非对称布置法、以控制力为控制函数的方法、以层间位移和层位移为控制函数的方法等方法来布置。
优选的是，所述半自动电磁阻尼器的磁性材料包括铁、钴、镍及其氧化物。
优选的是，基于每层角柱或每层角柱和每层边柱位移传感器所测得的各层层间位移响应，预测地震动的输入方向，由此来控制每层边跨的填充墙内的半自动电磁阻尼器的作用方式，进而给结构提供了一个与结构振动方向相反的弯矩，这个与结构振动方向相反的弯矩作用减小了结构层间位移响应的进一步增大，并且限制了框架的“摇摆范围”，具有复位功能，由此产生了结构的摇摆行为。
根据本实用新型的一种新型受控摇摆减震结构体系是将支撑框架柱与基础的固定端放松约束，在竖向设置有耗能元件的嵌固端，且在结构四周的各层填充墙上布置有半自动电磁阻尼器。当结构受到地震作用时，各层之间产生相对位移，根据每层角柱和每层边柱位移传感器所测得的各层层间位移响应，程序控制通半自动电磁阻尼器内通电螺线管的电流方向来控制其磁性方向，进而控制每层边跨的填充墙内的半自动电磁阻尼器的作用方式，使得结构在层间位移角超限的时候利用半自动电磁阻尼器提供一个与结构振动方向相反的弯矩，这个与结构振动方向相反的弯矩作用减小了结构层间位移响应的进一步增大，从而减小结构的变形。
附图说明：
图1是传统的框架结构体系示意图；
图2是按照本实用新型的一种新型受控摇摆减震结构体系示意图(层数、层高、跨度仅做示范)与其中之一防屈曲支撑布置示意图(支撑布置方式、布置位置和柱脚布置方式仅做示范)和其中之一墙洞口和半自动电磁阻尼器、位移传感器布置示意图(墙洞口位置根据实际结构布置、阻尼器根据实际需要布置、位移传感器布置位置等仅做示范)；
图3是按照本实用新型的一种新型受控摇摆减震结构体系的可能产生的振动方向和所需弯矩的示意图；
附图标记：结构1、防屈曲支撑2、基础3、填充墙4、半自动电磁阻尼器5、固定端6、嵌固端7、耗能元件8、墙洞口9、位移传感器10。
具体实施方式：
为了更好地理解本实用新型，下面结合附图对一种新型受控摇摆减震结构体系进行详细描述。
图2展示了一种新型受控摇摆减震结构体系示意图，其包括结构1、防屈曲支撑2、基础3、填充墙4、半自动电磁阻尼器5、固定端6、嵌固端7、耗能元件8、墙洞口9、位移传感器10。
本实用新型用于钢筋混凝土框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、框架-筒结构、框支剪力墙结构、筒中筒结构、多筒体结构、巨型框架结构、混合结构等多种结构中，如图1-3所示，以框架结构为例，框架为钢筋混凝土框架，在钢筋混凝土框架1的其中几跨的框架柱与框架梁之间安装了防屈曲支撑2，通过防屈曲支撑2，可以避免混凝土框架1受压屈曲。框架1通过固定端6和嵌固端7固定在基础3上。将支撑框架柱与基础3的固定端6放松约束，在竖向设置有耗能元件8的嵌固端7。如图2所示，每层的四个边跨的填充墙4上布置有半自动电磁阻尼器5。如图3所示，给四个角柱命名为WS、ES、WN、EN，在强烈地震中，基于每层角柱或每层角柱和每层边柱位移传感器10所测得的各层层间位移响应，计算出地震动的方向，由此来控制每层边跨的填充墙4内的半自动电磁阻尼器5的作用方式，进而给结构1提供了一个与结构1振动方向相反的弯矩，这个与结构1振动方向相反的弯矩作用减小了结构1层间位移响应的进一步增大，并且限制了结构1的“摇摆范围”，具有复位功能，并结合安装有防屈曲支撑2的钢筋混凝土框架1的框架柱的底端与基础3的连接采用嵌固端7，由此使得结构产生了摇摆行为，保护了主体结构。
Claims (23)
1.一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于，包括结构(1)、基础(3)、防屈曲支撑(2)、填充墙(4)、半自动电磁阻尼器(5)，所述结构(1)上安装有所述防屈曲支撑(2)，所述填充墙(4)里安装有所述半自动电磁阻尼器(5)，所述结构(1)通过固定端(6)和嵌固端(7)方式固定在所述基础(3)上。
2.根据权利要求1所述的一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于：所述结构(1)为钢筋混凝土框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙、框架筒结构、框支
剪力墙结构、筒中筒结构、多筒体结构、巨型框架结构、混合结构。
3.根据权利要求2所述的一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于：所述结构(1)包括安装有防屈曲支撑(2)的框架柱及框架梁和未安装防屈曲支撑的框架柱及框架梁。
4.根据权利要求3所述的一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于：所述防屈曲支撑(2)布置形式包括十字形布置、人字形布置、单斜杆布置。
5.根据权利要求4所述的一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于：所述防屈曲支撑(2)的布置方式包括布置在边跨、布置在中跨、布置在边跨和中跨、每跨均布。
6.根据权利要求5所述的一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于：在结构(1)的其中一跨或几跨的框架柱与框架梁之间安装有防屈曲支撑(2)，在结构的其他框架柱与框架梁之间未安装防屈曲支撑(2)。
7.根据权利要求5所述的一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于：未安装防屈曲支撑(2)的结构(1)的框架柱的底端与基础(3)的连接采用固定端(6)。
8.根据权利要求5所述的一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于：安装有防屈曲支撑(2)的结构(1)的框架柱的底端与基础(3)的连接采用嵌固端(7)。
9.根据权利要求8所述的一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于：嵌固端(7)处的耗能元件(8)包括钢板耗能元件与钢棒耗能元件。
10.根据权利要求8所述的一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于：嵌固端(7)处的耗能元件(8)包括了等截面、变截面等不同截面形式与不同截面参数。
11.根据权利要求10所述的一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于：所述基础(3)包括有无筋扩展基础、条形基础、箱形基础、筏型基础、扩展基础、独立基础等浅基础和桩基、地下连续墙、墩基、深井等深基础。
12.根据权利要求11所述的一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于：在所述安装有防屈曲支撑(2)的结构(1)的框架柱的底面上设有预埋件。
13.根据权利要求12所述的一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于：在与所述安装有防屈曲支撑(2)的结构(1)的框架柱的底面接触的基础(3)上设有预埋件。
14.根据权利要求12所述的一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于：在所述安装有防屈曲支撑(2)的结构(1)的框架柱的底端四周面上设有预埋件。
15.根据权利要求14所述的一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于：在结构(1)的每层角柱或每层角柱和每层边柱上安装位移传感器(10)。
16.根据权利要求15所述的一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于：在结构(1)上用内置安装或者外置安装的安装方式安装位移传感器(10)。
17.根据权利要求16所述的一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于：在所述结构(1)的每层四周边跨的布置所述填充墙(4)。
18.根据权利要求17所述的一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于：所述填充墙(4)通过柔性连接或者刚性连接与所述结构(1)连接。
19.根据权利要求17所述的一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于：在所述填充墙(4)内适当的位置布置有除门洞口、窗洞口或装饰洞口等墙洞口(9)。
20.根据权利要求19所述的一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于：在所述填充墙(4)内的墙洞口(9)上下两个面设有预埋件。
21.根据权利要求19所述的一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于：在所述填充墙(4)内的墙洞口(9)内放置有所述半自动电磁阻尼器(5)。
22.根据权利要求21所述的一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于：所述半自动电磁阻尼器(5)按照逐层布置法、平面对称布置法、平面非对称布置法、以控制力为控制函数的方法、以层间位移和层位移为控制函数的方法等方法来布置。
23.根据权利要求21所述的一种新型受控摇摆减震结构体系，其特征在于：所述半自动电磁阻尼器(5)的磁性材料包括铁、钴、镍及其氧化物。
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