一种释放多方向自由度的高层构筑物楼板减震结构.pdf

本发明涉及一种释放多方向自由度的高层构筑物楼板减震结构，该楼板减震结构包括主体受力框架以及设置在主体受力框架中并对主体受力框架施加调谐作用的缓冲阻尼机构，所述的主体受力框架包括地基板、垂直设置在地基板上的剪力墙以及设置在剪力墙顶部的刚性横梁，所述的缓冲阻尼机构包括多层等间距平行设置的楼面板以及设置在楼面板四周的弹性缓冲单元，所述的楼面板通过弹性缓冲单元与剪力墙可相对滑动连接。与现有技术相比，本发明结构简单，布局紧凑，在主体受力框架的四个方向上布置粘滞阻尼器，并在楼面板的四个方向上设置滚轮，能有效实现楼面板多方向自由度释放，减震效果优异，具有很好的应用前景。

1.  一种释放多方向自由度的高层构筑物楼板减震结构，该楼板减震结构包括主体受力框架以及设置在主体受力框架中并对主体受力框架施加调谐作用的缓冲阻尼机构，其特征在于，所述的主体受力框架包括地基板、垂直设置在地基板上的剪力墙以及设置在剪力墙顶部的刚性横梁，所述的缓冲阻尼机构包括多层等间距平行设置的楼面板以及设置在楼面板四周的弹性缓冲单元，所述的楼面板通过弹性缓冲单元与剪力墙可相对滑动连接；
地震时，所述的弹性缓冲单元使得楼面板与剪力墙之间产生相对滑动，实现了楼面板多方向自由度的释放。

2.  根据权利要求1所述的一种释放多方向自由度的高层构筑物楼板减震结构，其特征在于，所述的弹性缓冲单元包括底部埋设在剪力墙中的多个粘滞阻尼器、设置在多个粘滞阻尼器顶部的第一滑槽以及设置在楼面板相应一侧的第二滑槽，所述的第一滑槽与第二滑槽相向设置，并且所述的第一滑槽与第二滑槽之间还设有多个滚轮。

3.  根据权利要求2所述的一种释放多方向自由度的高层构筑物楼板减震结构，其特征在于，所述的多个粘滞阻尼器均垂直设置在剪力墙上，并且相邻两粘滞阻尼器的间距相等。

4.  根据权利要求2所述的一种释放多方向自由度的高层构筑物楼板减震结构，其特征在于，所述的弹性缓冲单元中的粘滞阻尼器共设有5-8个。

5.  根据权利要求1所述的一种释放多方向自由度的高层构筑物楼板减震结构，其特征在于，所述的楼面板为矩形楼面板，该矩形楼面板的四个直角处分别设有连接孔，该连接孔中穿设有固定绳，所述的矩形楼面板通过固定绳悬吊在刚性横梁的下方。

6.  根据权利要求5所述的一种释放多方向自由度的高层构筑物楼板减震结构，其特征在于，所述的固定绳由下至上依次穿过多层矩形楼面板，与刚性横梁固定连接，并将多层矩形楼面板悬吊在刚性横梁的下方。

7.  根据权利要求5或6所述的一种释放多方向自由度的高层构筑物楼板减震结构，其特征在于，所述的固定绳为钢索。

8.  根据权利要求1所述的一种释放多方向自由度的高层构筑物楼板减震结构，其特征在于，所述的楼面板上还设有用于模拟楼层荷载的质量块。

一种释放多方向自由度的高层构筑物楼板减震结构
技术领域
本发明属于减震装置技术领域，涉及一种高层构筑物楼板减震结构，尤其是涉及一种释放多方向自由度的高层构筑物楼板减震结构。
背景技术
地震是一种自然灾害，地震会产生地震波，地震波使建筑物产生竖直方向的起落和水平方向的摆动，当建筑物所受剪切或拉伸应力超出建筑物构建的极限强度时，建筑物就会产生折断坍塌，从而造成严重破坏。地震灾害是影响建筑物安全的主要自然灾害之一。
巨型框架结构由几个大型结构单元所组成的主体结构与其它结构单元组成的次结构共同构成，形成具有更好整体稳定性及更高效能的高层建筑结构体系，其对于建造500m以上的超高层建筑，是最合适的结构体系。像香港汇丰银行大楼，美国明尼苏达联邦储蓄银行，都是巨型结构的代表作。然而，对于巨型结构而言，抵御地震灾害的一大设计思路就是“减震”，强调主动应对地震灾害，以控制，规避和耗散为设计核心。
在“减震”的研究领域内，调频质量阻尼器(Tuned Mass Damper，TMD)是在建筑物的某些部位设置一个附加子结构使原结构体系的动力特性发生改变。调频质量阻尼器是结构被动减震控制体系的一种，它由主结构和附加在主结构上的子结构组成。其中，子结构包括固体质量(重量)、弹簧减震器和阻尼器等，它具有质量、刚度、阻尼的综合特性，通过改变质量或刚度，来调整子结构的自振频率，使其接近主结构的基本频率或激励频率。当主结构受激励而振动时，子结构就会产生一个与结构振动方向相反的惯性力作用在结构上，使主结构的振动反应衰减并受到控制。子结构在减振控制过程中相当于一个阻尼器，所以该子结构被称作为“调频质量阻尼器”。简单来说，调频质量阻尼器是在建筑物中额外设置一个质量足够大的质量块，当原结构承受地震作用而剧烈振动时，由质量块的惯性作用而向原结构 施加与振动方向相反的作用力，从而改变整个建筑对地震能的吸收。同时，其阻尼也发挥耗能作用，进一步减弱原结构的振动。而在工程应用上，台北101大楼顶部采用了600吨的TMD，在其施工过程中，曾遭受过7级地震，周围建筑大部分垮塌而大楼依旧屹立，其减震效应可见一斑。
申请号为201420301986.1的中国实用新型专利公布了一种构筑物的楼板减震结构，包括建筑刚性框架和若干层楼板，楼板从上至下依次吊挂设置，其中，位于下层的楼板的前端以及后端均通过吊索分别连接至相邻的上层的楼板的前端以及后端，位于顶层的楼板的前端以及后端通过吊索连接至建筑刚性框架，每层楼板的前方以及后方均设置有一排缓冲阻尼器，缓冲阻尼器抵在楼板的前侧面以及后侧面上，每层楼板的左方以及右方均设置有一排滚动轴承，滚动轴承抵在楼板的左侧面以及右侧面上，滚动轴承的轴线方向相对地面竖直设置，缓冲阻尼器以及滚动轴承均安装在建筑刚性框架的内侧上。上述专利公布的技术方案仅仅只能释放单方向自由度，由于地震方向位置往往是多个方向叠加，该减震方法有较大的局限性，必须释放多方向的自由度。同时，该专利中滚轮轴承在楼面板与主体结构中没有滑槽等附加结构，这就约束了楼面板在铅直方向的跳动，地震中楼面板容易上下运动，给悬索施加更大的应力，也造成楼板上人的震感更剧烈。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单，布局紧凑，能有效实现楼面板多方向自由度释放，减震效果优异的高层构筑物楼板减震结构。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种释放多方向自由度的高层构筑物楼板减震结构，该楼板减震结构包括主体受力框架以及设置在主体受力框架中并对主体受力框架施加调谐作用的缓冲阻尼机构，所述的主体受力框架包括地基板、垂直设置在地基板上的剪力墙以及设置在剪力墙顶部的刚性横梁，所述的缓冲阻尼机构包括多层等间距平行设置的楼面板以及设置在楼面板四周的弹性缓冲单元，所述的楼面板通过弹性缓冲单元与剪力墙可相对滑动连接；
地震时，所述的弹性缓冲单元使得楼面板与剪力墙之间产生相对滑动，实现了楼面板多方向自由度的释放。
所述的弹性缓冲单元包括底部埋设在剪力墙中的多个粘滞阻尼器、设置在多个粘滞阻尼器顶部的第一滑槽以及设置在楼面板相应一侧的第二滑槽，所述的第一滑槽与第二滑槽相向设置，并且所述的第一滑槽与第二滑槽之间还设有多个滚轮。
所述的多个粘滞阻尼器均垂直设置在剪力墙上，并且相邻两粘滞阻尼器的间距相等。
所述的弹性缓冲单元中的粘滞阻尼器共设有5-8个。
所述的楼面板为矩形楼面板，该矩形楼面板的四个直角处分别设有连接孔，该连接孔中穿设有固定绳，所述的矩形楼面板通过固定绳悬吊在刚性横梁的下方。
所述的固定绳由下至上依次穿过多层矩形楼面板，与刚性横梁固定连接，并将多层矩形楼面板悬吊在刚性横梁的下方。
所述的固定绳为钢索。
所述的楼面板上还设有用于模拟楼层荷载的质量块。
地震的方向难以预测，而且震波往往是多个方向叠加的结果，而释放多方向自由度的方案可以对各种方向的震波均有效。其减震的机理为：地震中，由于楼面板具有多方向自由度，可以在各个地震对应方向上运动，因此，在整个地震中都能够作为弹簧振子，一直产生与原结构所受力方向相反的惯性力，从始至终调谐原结构的震动。同时，四个方向上的粘滞阻尼器也可以耗散震能。
本发明在楼面板的四个方向上设置滚轮及相应的固定装置(第二滑槽)，并在主体受力框架的四个方向上对应设置粘滞阻尼器，并在粘滞阻尼器的顶部设置第一滑槽。因此，在地震发生时，楼面板在地震波的作用下会产生晃动，并带动滚轮在第一滑槽及第二滑槽中滑动，能够实现楼面板多方向自由度的释放。地震时，楼面板将地震力传递给粘滞阻尼器，粘滞阻尼器内部剪切局部变形提供附加阻尼，大量消耗输入结构的能量，使结构的动能或者变形能转化成热能等形式耗散掉，能够达到预期设防要求，同时，由于楼面板自身的惯性力对主体受力框架也会施加调谐作用，从而实现减震抗震的效果。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)由于楼面板采用悬吊形式，将楼面板吊装在刚性横梁上，有利于释放楼面板的自由度，将建筑结构的楼面板恒荷载与长期活荷载，作为TMD调频所需的质量块，基于调频阻尼器抗震机理，既减小了附加荷载，增大建筑使用空间，又能提高结构的利用程度；
2)在楼面板的四个方向上设置滚轮及相应的固定装置(第二滑槽)，并在主体受力框架的四个方向上对应设置粘滞阻尼器，并在粘滞阻尼器的顶部设置第一滑槽，能够实现楼面板多方向自由度的释放；
3)由于采用粘滞阻尼器，在地震时，其内部剪切局部变形提供附加阻尼，大量消耗输入结构的能量，使结构的动能或者变形能转化成热能等形式耗散掉，能够达到预期设防要求；
4)结构简单，布局紧凑，能有效实现楼面板多方向自由度释放，减震效果优异，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明缓冲阻尼机构的平面结构示意图；
图2为本发明楼面板侧面局部放大图；
图3为本发明粘滞阻尼器及第一滑槽安装结构示意图；
图中标记说明：
1—楼面板、2—剪力墙、3—粘滞阻尼器、4—第一滑槽、5—第二滑槽、6—滚轮、7—连接孔。
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。
实施例1：
如图1-3所示，一种释放多方向自由度的高层构筑物楼板减震结构，该楼板减震结构包括主体受力框架以及设置在主体受力框架中并对主体受力框架施加调谐作用的缓冲阻尼机构，主体受力框架包括地基板、垂直设置在地基板上的剪力墙2以及设置在剪力墙2顶部的刚性横梁，缓冲阻尼机构包括多层等间距平行设置的楼面板1以及设置在楼面板1四周的弹性缓冲单元，楼面板1通过弹性缓冲单元与剪力墙2可相对滑动连接；
地震时，弹性缓冲单元使得楼面板1与剪力墙2之间产生相对滑动，实现了楼面板1多方向自由度的释放。
弹性缓冲单元包括底部埋设在剪力墙2中的多个粘滞阻尼器3、设置在多个粘滞阻尼器3顶部的第一滑槽4以及设置在楼面板1相应一侧的第二滑槽5，第一滑 槽4与第二滑槽5相向设置，并且第一滑槽4与第二滑槽5之间还设有多个滚轮6。多个粘滞阻尼器3均垂直设置在剪力墙2上，并且相邻两粘滞阻尼器3的间距相等。
本实施例中，弹性缓冲单元中的粘滞阻尼器3共设有5个。楼面板1为矩形楼面板，该矩形楼面板的四个直角处分别设有连接孔7，该连接孔7中穿设有固定绳，矩形楼面板通过固定绳悬吊在刚性横梁的下方。固定绳由下至上依次穿过多层矩形楼面板，与刚性横梁固定连接，并将多层矩形楼面板悬吊在刚性横梁的下方。
其中，固定绳为钢索，楼面板1上还设有用于模拟楼层荷载的质量块。
在楼面板1的四个方向上设置滚轮6及相应的固定装置(第二滑槽5)，并在主体受力框架的四个方向上对应设置粘滞阻尼器3，并在粘滞阻尼器3的顶部设置第一滑槽4。因此，在地震发生时，楼面板1在地震波的作用下会产生晃动，并带动滚轮6在第一滑槽4及第二滑槽5中滑动，能够实现楼面板1多方向自由度的释放。地震时，楼面板1将地震力传递给粘滞阻尼器3，粘滞阻尼器3内部剪切局部变形提供附加阻尼，大量消耗输入结构的能量，使结构的动能或者变形能转化成热能等形式耗散掉，能够达到预期设防要求，同时，由于楼面板1自身的惯性力对主体受力框架也会施加调谐作用，从而实现减震抗震的效果。
实施例2：
本实施例中，弹性缓冲单元中的粘滞阻尼器3共设有8个，其余同实施例1。
实施例3：
本实施例中，弹性缓冲单元中的粘滞阻尼器3共设有6个，其余同实施例1。
实施例4：
本实施例中，弹性缓冲单元中的粘滞阻尼器3共设有7个，其余同实施例1。