三阶段控制型巨型框架上部悬挂减震结构体系 【技术领域】
本实用新型涉及一种减震控制系统中的悬挂减震结构体系，属于土木工程领域。
背景技术
随着城市现代化进程的加快，各种高层建筑和高耸结构不断涌现。我国是多地震国家，地震区的高层建筑物不仅需要良好的建筑功能，而且需要具有良好的抗震性能。
高层抗震结构体系曾从刚性演变到柔性，进而演变到目前世界各国普遍采用的刚柔合理结合的结构体系，既保证结构自身具有一定的强度、刚度和延性，同时满足抗震、抗风要求。单纯地通过“硬抗地震，加强结构”的途径来提高结构的抗震能力，有时难以满足结构的安全性和适用性的要求，结构抗震与减震控制的联合应用受到越来越广泛的关注。减震控制体系是通过“以柔克刚，减震耗能”的途径，采用隔震、消能、调整结构动力特性等方法，达到隔离地震、消减地震反应的目的。与抗震体系相比，减震控制体系能大大减小结构在地震中的振动反应，提高结构防御地震的可靠度，较为安全、经济，减震结构体系还可使非结构构件减轻地震损坏。高层建筑悬挂结构体系就是一种能够满足现代高层建筑发展要求的减震控制体系，高层建筑巨型框架悬挂结构体系因布置合理、传力简洁明确，被积极地采用。
1938年Williams提出了用悬挂原理建造超高层建筑的想法。直到二十世纪六十年代末，真正意义上具有悬挂结构体系的高层建筑才实际出现。到目前为止，世界上共有70多座悬挂结构的高层建筑，这些结构体系主要由三部分组成：一是承重主构件，有芯筒钢梁式、巨型框架式等；二是吊件，负责把各楼层与承重体系联系在一起，有高强钢束、型钢吊杆等；三是被悬挂的楼层。
悬挂结构的优势十分明显，但悬挂部分本身不提供侧向刚度，因此必须合理解决地抗侧力体系问题。巨型框架通常利用筒体作为框架柱，框架柱每隔几层通过巨型梁相连，形成巨型框架。巨型框架具有很强的抗侧刚度，同时悬挂结构部分，不仅满足大的空间、建筑功能要求，而且减小地震作用，因此完善的巨型框架悬挂结构体系必将在高层建筑中得到广泛地应用。
现有的巨型框架悬挂结构体系，是通高采用悬挂楼板结构形式，悬挂楼板与框架柱之间只设有耗能器。但上述通高悬挂楼板结构，由于悬吊结构的质量太大，会对巨型框架产生驱动作用，使巨型框架按照悬吊结构的频率振动，这样就会削弱了悬挂结构部分对巨型框架的减振作用。另一方面，当小震作用或风荷载作用下，在悬挂楼板与框架柱只设有耗能器，尽管耗能器处于弹性阶段，悬挂楼板与框架柱之间仍然会有相对的变形，会给居住使用者带来一些心理和生活的不便。
【实用新型内容】
针对以上所存在的问题，申请者提出“三阶段控制型巨型框架上部悬挂减震结构体系”。三阶段控制型巨型框架上部悬挂减震结构体系，是对地震反应不强烈的下部依然采用普通的巨型框架结构形式，而对地震反应强烈的上部采用巨型框架悬挂结构形式，这样可以避免悬吊质量过大会对巨型框架产生驱动作用，从而充分发挥悬挂楼板对主体框架的减震作用，以保证巨型框架的抗震安全性。
该结构体系，上部采用巨型框架悬挂楼板的布置方式，下部巨型框架柱通过每层的巨型框架梁相连接；整个框架结构的中间也设有巨型框架柱，便于实际应用，此框架柱为筒体，也可以不设此框架柱。整个主体采用巨型框架承重，其中巨型框架柱既可以是实心柱，也可以是筒体；耗能器相对于巨型框架一个截面主轴对称布置或相对于巨型框架两个截面主轴对称布置在悬挂楼板与巨型柱间隙之间，同时上部悬挂的最底端楼板与巨型框架中的巨型梁间隙之间也设有耗能器或只在最底端楼板与巨型框架中的巨型梁间隙之间设有耗能器(仅当巨型框架中不设有中间柱的情况)。
本实用新型所采用的技术方案具体参见图1～图11，整个结构体系，以巨型框架结构作为承重主体，其特征在于：该结构体系，上部是巨型框架悬挂结构，下部是普通巨型框架结构；其中巨型框架柱5分布在框架结构的四周与中间，彼此通过巨型框架梁1和次框架梁7相连；
在中间巨型框架柱5顶端即上部顶端以及下部各层的顶端设有次框架梁7，通过吊杆2把两层以上的悬挂楼板8与上部顶端次框架梁7相连接；上部顶端次框架梁7再与巨型框架柱5顶端的四道以上巨型框架梁1相连接，通过巨型框架柱5把荷载传递到基础9上；
上部巨型框架悬挂结构中，悬挂楼板8和相对应位置的中间巨型框架柱5间隙之间布置耗能器4，耗能器4相对于巨型框架截面的两个主轴或截面的一个主轴对称布置；同时还设有的连接键3填满悬挂楼板8与中间巨型框架柱5的间隙；
上部巨型框架悬挂结构中，最底端的悬挂楼板8与相应位置的巨型框架梁1的间隙之间布置耗能器4，耗能器4相对于巨型框架截面的两个主轴或截面的一个主轴对称布置；同时还设有的连接键3填满悬挂楼板8与巨型框架梁1的间隙，使结构体系的上部组合成一个完整的传力体系；
下部的巨型框架柱5和次框架柱6，通过次框架梁7相连接，共同承担竖向荷载。
四周巨型框架柱5是实心柱或者是筒体。
中间巨型框架柱5是筒体。
中间巨型框架柱5是在数量上为零。
这种结构体系，下部仍然是普通的巨型框架结构形式，上部是巨型框架悬挂结构形式。在上部的悬挂楼板与巨型柱或梁的连接部分设有连接部件，这种连接部件有两部分构成：第一部分是巨型柱或梁与悬挂楼板之间的用脆性材料制作的连接键，第二部分是巨型柱或梁与悬挂楼板之间设置的耗能器。这种结构体系，之所以称为三阶段控制型核心筒上部悬挂减震结构体系，是因为设计中遵循了抗震设计的“三水准”要求，即“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计要求。
工作原理如下：第一阶段，在小震或风荷载作用下，由于存在连接键，使悬挂楼板与巨型柱或梁连成整体，尽管此时悬挂部分并未给结构提供刚度，但所设计的巨型柱或梁及混凝土连接键在小震或风作用下是具有足够的刚度和承载力的，是基本上处在弹性工作阶段的，此时未产生悬挂楼板与巨型柱或梁之间的相对位移，上部各悬挂层的位移将比未加连接键情况下的悬挂楼板位移明显减小，使人的居住舒适度变好；第二阶段，当中震作用时，连接键发生损坏，在楼板与巨型柱或梁之间发生相对位移，耗能耗能器开始发挥作用，既可使悬挂部分有效控制，又可通过耗能器消耗地震能量；第三阶段，当大震作用时，连接键完全退出工作，耗能器可进一步地发挥其耗能作用，成为普通的带耗能器的上部悬挂结构体系。这种结构体系还有一个优势，就是在中震作用后，由于连接键为非主体结构构件，故它具有可修复性。
【附图说明】
图1是耗能器相对于框架截面一个主轴对称布置的巨型框架上部悬挂减震新型组合结构体系的正立面示意图，背立面与正立面的示意图完全相同。
图2是耗能器相对于框架截面一个主轴对称布置的巨型框架上部悬挂减震新型组合结构体系的侧立面示意图，两个侧立面的示意图完全相同。
图3是耗能器相对于框架截面一个主轴对称布置的巨型框架上部悬挂减震新型组合结构体系的I-I截面示意图。
图4是耗能器相对于框架截面一个主轴对称布置的巨型框架上部悬挂减震新型组合结构体系的II-II截面示意图。
图5是耗能器相对于框架截面一个主轴对称布置的巨型框架上部悬挂减震新型组合结构体系的III-III截面示意图。
图6是耗能器相对于框架截面一个主轴对称布置的巨型框架上部悬挂减震新型组合结构体系的IV-IV截面示意图。
图7是耗能器相对于框架截面两个主轴对称布置的巨型框架上部悬挂减震新型组合结构体系的正立面示意图，其它三个立面的示意图完全相同。
图8是耗能器相对于框架截面两个主轴对称布置的巨型框架上部悬挂减震新型组合结构体系的I-I截面示意图。
图9是耗能器相对于框架截面两个主轴对称布置的巨型框架上部悬挂减震新型组合结构体系的II-II截面示意图。
图10是耗能器相对于框架截面两个主轴对称布置的巨型框架上部悬挂减震新型组合结构体系的III-III截面示意图。
图11是耗能器相对于框架截面两个主轴对称布置的巨型框架上部悬挂减震新型组合结构体系的IV-IV截面示意图。
附图1-11中，1代表为巨型框架梁，2代表为吊杆，3代表为连接键，4代表为耗能器，5代表为巨型框架柱，6代表为次框架柱，7代表为次框架梁，8代表为悬挂楼板，9代表为基础。
【具体实施方式】
下面结合附图对本实用新型实施例作进一步详述：三阶段控制型巨型框架上部悬挂减震结构体系，上部采用悬挂楼板与下部普通巨型框架的组合型式，如图1、图2。该结构体系，在巨型框架柱5顶端设有几道次框架梁7，通过吊杆2把四层或更多的悬挂楼板8与次框架梁7相连接，然后再与巨型框架柱5顶端的四道巨型框架梁1相连接，通过巨型框架柱5把荷载传递到基础9上。悬挂楼板8与巨型框架柱5之间设有混凝土键3与耗能器4，同时在最底端的悬挂楼板8并与其相对应的中部巨型框架梁1之间也设有混凝土键3与耗能器4，使结构体系的上部组合成一个完整的传力体系。下部的巨型框架柱5，通过次框架梁7相连接，共同承担竖向荷载。在地震作用下，整个结构体系发挥两种不同结构的组合优势。小震作用下，具有足够刚度的混凝土键3，使地震反应较大的上部悬挂楼板8与巨型框架柱5的中部巨型框架梁1形成整体，下部巨型框架的地震反应要小于上部结构的地震反应，整个结构体系基本上处于弹性阶段，确保居住使用者有着良好的舒适度；中震作用下，地震反应强烈的结构体系的上部，导致混凝土键3损坏，悬挂楼板8与巨型框架柱5的中部巨型框架梁1发生相对的变形，耗能器4开始发挥作用，既可以通过耗能器耗能消耗地震能量避免地震作用对主体结构的破坏，又可以控制悬挂楼板8与巨型框架柱5以及中部巨型框架梁1相对的变形，避免过大的变形影响居住使用者正常的生活。中震作用过后，可以通过修复破损的混凝土键，基本上恢复结构体系初始的状态。在大震作用下，耗能器4继续发挥其耗能作用，悬挂楼板8与巨型框架柱5的中部巨型框架梁1相对变形加大，即该悬挂楼板8与主体巨型框架柱5运动方向相反，充分发挥了减震作用，大大降低地震作用对主体巨型框架柱5破坏，下部普通巨型框架结构形式又是具有多道防线的抗震结构，因此可以完全避免主体结构的破坏，确保达到“大震不倒”的抗震最终目标。