一种T形杠杆机构伸臂桁架消能减震系统技术方案

本发明专利技术公开了一种T形杠杆机构伸臂桁架消能减震系统，包括设置在核心筒和框架柱之间的伸臂桁架，伸臂桁架端部连接一个由T形杠杆和阻尼器铰接的减震机构；其中T形杠杆一端与伸臂桁架外端铰接，另一端与框架柱铰接；T形杠杆下端与阻尼器铰接，阻尼器延伸端铰接在伸臂桁架外端。通过满足T形杠杆和阻尼器连接的长度与高度以及伸臂桁架高度、伸臂桁架上弦杆自核心筒伸出长度的关系，实现伸臂杠杆的放大作用来提高阻尼器的耗能效率。本发明专利技术的位移放大系数能达到10.0左右，本发明专利技术系统减震效果好，工作效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种T形杠杆机构伸臂桁架消能减震系统
本专利技术涉及土木结构工程领域，特别是在一种T形杠杆机构伸臂桁架消能减震系统。
技术介绍
随着我国社会经济的发展和城市化进程的加快，超高层建筑发展迅速。在地震和风荷载作用下，建筑本身消耗的能量比较有限，目前普遍采用消能减震技术来耗散或吸收地震输入结构中的能量。阻尼器因能有效提高结构的抗震性能和经济性，已逐渐应用于超高层建筑设计中。但阻尼器的布置方式对其工作效率影响很大，通常用位移放大系数f来判断阻尼器工作效率的好坏，传统的阻尼器布置形式主要有对角支撑(见图1)、套索布置机构(见图2)、伸臂桁架端部竖向布置(见图3)和人字支撑机构，对角支撑和人字支撑是利用结构层间剪切变形来发挥阻尼器的作用。对角机构和人字支撑机构的位移放大系数f＜1，放大系数过小，减震效果不佳。要想要达到比较理想的减震效果需要布置较多数量的阻尼器。而这样又提高了工程造价，不太经济。而加强层中在伸臂桁架端部竖向布置阻尼器是利用结构弯曲变形来发挥阻尼器的作用，可以通过伸臂杠杆的放大作用来提高阻尼器的耗能效率，该种布置阻尼器位移放大系数f与伸臂长度和伸臂桁架高度正相关。超高层建筑框架-核心筒结构体系通常在建筑设备层(或避难层)设置伸臂桁架，形成刚性加强层，增强结构整体抗侧刚度和抗倾覆能力。但这样设置后，结构的整体刚度变大导致周期变短，地震作用增大，同时还会引起核心筒内力突变，形成薄弱层，致使核心筒破坏严重，后期修复难度大。为了解决上述结构抗震设计问题，需要对现有的伸臂桁架进行改进。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种T形杠杆机构伸臂桁架消能减震系统，在传统的刚性伸臂桁架中布置阻尼器形成一种带阻尼器的伸臂桁架(又称柔性加强层)；并提供了一种放大阻尼器耗能效果的T形式变形放大布置装置；二者结合最终提供了一种T形杠杆机构伸臂桁架消能减震系统，该布置机构创造性地将结构层间侧移在阻尼器两端进行有效放大，充分发挥阻尼器的耗能效率，提高风荷载和地震作用下结构的附加阻尼比，减震效果更好。为保证T形杠杆在罕遇地震下的安全性，确保阻尼器发挥作用，本专利技术采用相关的构造措施来防止装置在罕遇地震作用下平面外失稳。本专利技术是通过下述技术方案来实现的。一种T形杠杆机构伸臂桁架消能减震系统，包括设置在核心筒和框架柱之间的伸臂桁架，伸臂桁架端部连接一个由T形杠杆和阻尼器铰接的减震机构；其中T形杠杆一端与伸臂桁架外端铰接，另一端与框架柱铰接；T形杠杆下端与阻尼器铰接，阻尼器延伸端铰接在伸臂桁架外端；阻尼器长度L与T形杠杆横杆长度R1、伸臂桁架上弦杆自核心筒伸出长度L2和伸臂桁架下弦杆自核心筒伸出长度L3满足：L＝0.5R1+L2-L3减震机构的位移放大系数f与伸臂桁架高度L1、伸臂桁架上弦杆自核心筒伸出长度L2、T形杠杆横杆长度R1和T形杠杆竖杆长度R2满足：f＝L2·R2/L1·R1。对于上述技术方案，本专利技术还有进一步优选的方案：优选的，所述伸臂桁架包括上弦杆、下弦杆及斜腹杆，斜腹杆呈斜对角交叉连接在上弦杆和下弦杆之间；伸臂桁架一端与核心筒相连，另一端斜腹杆11与上弦杆交叉连接处与端板相连。优选的，所述T形杠杆包括T形杠杆横杆和T形杠杆竖杆，T形杠杆横杆两端分别通过耳板与框架柱和斜腹杆与上弦杆交叉连接处连接；T形杠杆竖杆下端通过耳板与阻尼器铰接。优选的，所述耳板包括与T形杠杆横杆两端铰接的第一耳板和第二耳板，以及与阻尼器铰接的第三耳板；与T形杠杆横杆铰接的第一耳板另一端与设在框架柱上节点板相连；与T形杠杆横杆铰接的第二耳板另一端与端板连接；与阻尼器铰接的第三耳板另一端与伸臂桁架的下弦杆外端部相连。优选的，所述端板与第二耳板采用焊接或螺栓连接；第二耳板通过转动轴与T形杠杆横杆铰接；所述端板另一端通过焊接与伸臂桁架外端斜腹杆和上弦杆交叉处连接。优选的，所述T形杠杆竖杆的前后两侧对称连接有防失稳板，防失稳板与T形杠杆竖杆的中间部位不连接，防失稳板的上端和下端分别与T形杠杆竖杆连接。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：1)本专利技术在传统的刚性伸臂桁架中布置阻尼器形成一种带阻尼器的伸臂桁架(又称柔性加强层)，既解决上述刚性加强层带来的不利的抗震设计问题，充分发挥阻尼器的消能减震效果的同时，又可以发挥伸臂桁架的优势。2)超高层建筑中，在地震和风荷载作用下，当内部核心筒发生弯曲变形时，结构产生层间位移，带动伸臂桁架外端部上下运动，产生竖向变形，该竖向变形通过T形杠杆再次将位移放大到阻尼器两端，本专利技术最终使层间位移传递到阻尼器的两端，逐步实现逐级放大的功能。3)相对于阻尼器和伸臂桁架直接组合，在超高层建筑中布置相同数量和相同阻尼器参数时，这种装置更能增大阻尼器的耗能，提高地震和风荷载作用下结构的附加阻尼比，保证结构的安全；同样，对于同样结构在相同地震和风荷载作用下可以减少阻尼器的布置数量，从而降低工程造价。4)相对于加强层在伸臂桁架端部竖向布置阻尼器形式，本专利技术减震系统能达到加强层中在伸臂桁架端部竖向布置阻尼器位移放大系数的5.0倍。位移放大系数能达到10.0左右，减震效果好，工作效率高。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：图1为现有对角布置机构结构示意图；图2为现有套索布置机构结构示意图；图3为现有伸臂桁架端部竖向布置阻尼器的结构示意图；图4为本专利技术的结构主视图；图5为装置阻尼器产生位移的示意图一；图6为装置阻尼器产生位移的示意图二；图7为原结构的整体结构示意图；图8为本专利技术的整体结构示意图；图9为现有加强层中在伸臂桁架端部竖向布置阻尼器形式的整体结构示意图；图中标号：1.框架柱，2.核心筒，3.端板，4.节点板，5.T形杠杆，5-1.T形杠杆横杆，5-2.T形杠杆竖杆，6.第一耳板，7.第二耳板，8.第三耳板，9.阻尼器，10.上弦杆，11.斜腹杆，12.下弦杆，13.防失稳板。具体实施方式下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。如图4所示，一种T形杠杆机构伸臂桁架消能减震系统，包括设置在核心筒2和框架柱1之间的伸臂桁架，伸臂桁架端部连接一个由T形杠杆5和阻尼器9铰接的减震机构；T形杠杆5包括T形杠杆横杆5-1和T形杠杆竖杆5-2，其中T形杠杆横杆5-1右端与伸臂桁架外端铰接，T形杠杆横杆5-1左端与框架柱1铰接；T形杠杆竖杆5-2与阻尼器9的左端铰接，阻尼器9的右端铰接在伸臂桁架外端。其中，伸臂桁架本体包括上弦杆10、下弦杆12及斜腹杆11，斜腹杆11呈斜对角交叉连接在上弦杆10和下弦杆12之间。伸臂桁架外端没有直接与外围框架柱1连接，而是留出了放置T形杠杆5、阻尼器9的布置空间。伸臂桁架一端与核心筒2相连，另一端斜腹杆11与上弦杆10交叉连接处通过端板3与耳板相连。设计端板3的目的是将伸臂桁架外端与T形杠杆横杆右端进行连接，端板3设置在伸臂桁架外端斜腹杆11与上弦杆10交叉处，采用焊接或螺栓连接将端板与耳板7固定连接；T形杠杆横杆右端通过耳板7与端板3相连,T形杠杆横杆与耳板7通过转动轴铰接；伸臂桁架外端斜腹杆11和上弦杆10通过焊接与端板3连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种T形杠杆机构伸臂桁架消能减震系统，包括设置在核心筒(2)和框架柱(1)之间的伸臂桁架，其特征在于，所述伸臂桁架端部连接一个由T形杠杆(5)和阻尼器(9)铰接的减震机构；其中T形杠杆(5)一端与伸臂桁架外端铰接，另一端与框架柱(1)铰接；T形杠杆(5)下端与阻尼器(9)铰接，阻尼器(9)延伸端铰接在伸臂桁架外端；阻尼器长度L与T形杠杆横杆长度R1、伸臂桁架上弦杆自核心筒伸出长度L2和伸臂桁架下弦杆自核心筒伸出长度L3满足：L＝0.5R1+L2‑L3减震机构的位移放大系数f与伸臂桁架高度L1、伸臂桁架上弦杆自核心筒伸出长度L2、T形杠杆横杆长度R1和T形杠杆竖杆长度R2满足：f＝L2·R2/L1·R1。

【技术特征摘要】
1.一种T形杠杆机构伸臂桁架消能减震系统，包括设置在核心筒(2)和框架柱(1)之间的伸臂桁架，其特征在于，所述伸臂桁架端部连接一个由T形杠杆(5)和阻尼器(9)铰接的减震机构；其中T形杠杆(5)一端与伸臂桁架外端铰接，另一端与框架柱(1)铰接；T形杠杆(5)下端与阻尼器(9)铰接，阻尼器(9)延伸端铰接在伸臂桁架外端；阻尼器长度L与T形杠杆横杆长度R1、伸臂桁架上弦杆自核心筒伸出长度L2和伸臂桁架下弦杆自核心筒伸出长度L3满足：L＝0.5R1+L2-L3减震机构的位移放大系数f与伸臂桁架高度L1、伸臂桁架上弦杆自核心筒伸出长度L2、T形杠杆横杆长度R1和T形杠杆竖杆长度R2满足：f＝L2·R2/L1·R1。2.根据权利要求1所述的一种T形杠杆机构伸臂桁架消能减震系统，其特征在于，所述伸臂桁架包括上弦杆(10)、下弦杆(12)及斜腹杆(11)，所述斜腹杆(11)呈斜对角交叉连接在所述上弦杆(10)和下弦杆(12)之间；所述伸臂桁架一端与核心筒(2)相连，另一端斜腹杆(11)与上弦杆(10)交叉连接处与端板(3)相连。3.根据权利要求1或2所述的一种T形杠杆机构伸臂桁架消能减震系统，其特征在于，所述T形杠杆(5)包括T形杠杆横杆(5-1)和T形杠杆竖杆(5-2)，T形杠杆横杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛建阳，刘锦洋，罗峥，隋，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61