外套框架增层结构的减震控制方法 【技术领域】
本发明属于建筑工程结构抗震技术领域，涉及到使用石墨摩擦垫层和软钢阻尼器来提高外套框架增层结构与原结构的整体抗震性能的方法。
背景技术
近年来，随着城市建设和房地产业的开发，充分使用土地的问题越来越引起人们的重视。其中，现有建筑物加层改造是缓解用地紧张的有效途径之一。它具有投资少、不另占土地、节省城市配制费等优点。国内外房屋增层的方法很多，成功的例子屡见不鲜。结合加层房屋实际情况的复杂性，目前仅在国内各地的加层工程及设计中就出现了很多种结构形式，它们大体上可分为四大类，即：直接增层类、外套增层类、室内增层类和地下增层类。
在非地震区加层工程比较容易实现，而在地震区则有很多加层结构形式受到限制。另外，鉴于目前我国国内尚无加层工程的抗震鉴定和设计标准，大多数的加层工程主要是通过增强站构体身的性能来“抵御”地震作用，即由结构本身及加层后的整体储备来消耗地震能量，以满足结构的抗震设防要求。但是由于人们尚不能准确地估计结构未来可能遭遇的地震强度和特性，按这些方法设计利改造的结构其抗震性能不具备自我控制与自我调节能力，在强震作用下，结构很可能不满足安全性的要求，最终使加层后的结构整体性减弱，从而发生严重破坏，甚至倒塌。由于结构振动控制技术在工程中不断地得到应用，因此针对加层改造工程寻找适当地控制方法同样也是非常有意义的。
【发明内容】
本发明的目的是为外套增层结构提供一种新型减震控制方法，以提高增层结构与原结构的整体抗震能力，减小结构体系在地震作用下的反应，解决加层结构体系在地震作用下的安全性问题。
本发明的技术方案是在旧有建筑顶层与加层结构之间设置石墨摩擦垫层，并在两结构各层连接点处增设软钢阻尼器来吸收耗散地震能量。在低于本地设防烈度的小震作用下，主要利用石墨垫层摩擦来消耗地震能量，软钢阻尼器在弹性范围内工作，只提供水平刚度。而在遭受到高于本地设防烈度的大震作用下，利用石墨摩擦垫层和软钢阻尼器共同工作来消耗地震能量，此时，软钢阻尼器进入非弹性工作状态。
本发明的效果和益处是这种新型的减振方法能够提高地震区外套增层框架结构的安全性，且构造简单，施工方便，造价低廉，广泛适用于城市的老城区的改造、改建及加固工程中，能够产生巨大的经济效益和社会效益。
【附图说明】
附图1是外套增层框架结构减震体系示意图。
图中：1新增的外套框架结构，2原有的结构，3石墨摩擦垫层，4软钢阻尼器。
附图2是石墨摩擦垫层构造图。
图中：5新增结构的底层楼板，6原结构的屋面板。
附图3是软钢阻尼器的连接构造平面图。
图中：7预埋件，8连接件，9原结构的横梁。
附图4是软钢阻尼器的连接构造装立面图。
图中：10原结构的楼板，11螺栓，12软钢阻尼器的圆孔，13垫板。
【具体实施方式】
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的最佳实施方式。
本发明提出的新型外套加层结构减振体系的简图如附图1所示。具体做法是在原有结构1的顶层和加层结构2的下层楼板间设置石墨摩擦垫层3，将外套框架1首层楼板的自重(部分或全部)作用在垫层上，为产生摩擦提供压力。同时在外套框架1和原结构2之间的楼层高度处设置软钢阻尼器4。软钢阻尼器可根据实际情况设置，不一定每一楼层高度处都设置。
本发明提出的方法，主要是利用石墨摩擦垫层3和软钢阻尼器4来达到耗散地震能量以控制结构地震反应的目的。其基本原理是：在低于本地设防烈度的小震作用下，结构不发生太大位移，主要由石墨摩擦垫层3通过摩擦来吸收地震能量，此时软钢阻尼器4在弹性范围内工作；在遭受到高于本地设防烈度的大震作用下，由石墨摩擦垫层3和软钢阻尼器4共同工作起到消能的作用，此时，软钢阻尼器4在非弹性范围内工作。而且软钢阻尼器4对外套增层结构1形成支撑点，减小了外套结构的计算高度，避免了“高鸡腿”，能够减轻震害。
步骤1.石墨摩擦垫层3的设计
石墨摩擦垫层3的主要功能是在小震作用下通过摩擦消耗地震能量，设置位置是在原有结构的顶层6和加层结构的下层楼板5之间，如附图2所示。石墨摩擦垫层是用两层油毡夹以约8mm厚的石墨粉叠合层构成，其中上部油毡可作为加层结构施工时首层楼板的底模。使用石墨摩擦垫层的主要优点在于它造价低、耐久性好、干湿滑移性能不变、耐压力大、多次滑动性能不变、施工方便。
步骤2.软钢阻尼器4的设计
本发明提供的软钢阻尼器4符合这样的要求：1)在小震时，软钢阻尼器具有足够的初始刚度，处于弹性状态；2)在大震时，随着结构侧向变形的增大，软钢阻尼器进入非弹性状态，产生较大的阻尼，大量消耗输入结构的地震能量，减小加层结构1和原结构2的地震反应，从而保护加层结构与主体结构在地震作用下的安全；3)软钢阻尼器在竖直方向能适应新旧建筑间有少量的沉降差异。基于工程实际，考虑其功能要求，本发明设计了软钢阻尼器的安装构造措施如附图3和4所示。
软钢阻尼器4的中心开设两个圆孔12，软钢阻尼器的尺寸及开孔大小要根据实际结构中所需出力的大小来确定。这种阻尼器在水平方向上具备相当的强度和刚度，同时还能保证在大震作用下具备良好的弹塑性变形性能。软钢阻尼器4安装在原有结构2的各层横梁9两侧。软钢阻尼器4的下端用连接件8、螺栓11与横梁9连接在一起。而在外套框架1的柱子处，软钢阻尼器4的上端与预埋件7通过螺栓11与柱子连接，形成整体。螺栓11与软钢阻尼器之间设置垫板13，以加强软钢阻尼器4在平面内的稳定性。这种连接方式能保证新建的外套框架与原有结构之间的竖向少量变形差异，而且软钢阻尼器4一旦失效，可以非常方便地进行更换。