本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)工程抗震領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種功能分離型雙重子系統(tǒng)協(xié)同減震結(jié)構(gòu)體系。

背景技術(shù)：

我國(guó)是一個(gè)破壞性地震多發(fā)的國(guó)家，國(guó)內(nèi)外震害經(jīng)驗(yàn)表明，房屋建筑的倒塌或損壞是造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的主要原因。重要建筑(如醫(yī)院、學(xué)校、人員密集場(chǎng)所等)在地震中的破壞或中斷使用則可能引發(fā)更加嚴(yán)重的此生災(zāi)害。因此，針對(duì)重要建筑和大型商業(yè)建筑，通過(guò)新材料和消能減震技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑在大震下不損傷或使用功能不中斷，對(duì)提高社會(huì)抗震、減災(zāi)能力具有重要意義。

地震中經(jīng)常發(fā)生相鄰建筑碰撞的現(xiàn)象，不僅可導(dǎo)致建筑局部破壞，還可能導(dǎo)致其整體倒塌。國(guó)內(nèi)外學(xué)者根據(jù)這個(gè)問(wèn)題，嘗試在振動(dòng)特性差異較大的相鄰建筑之間布置阻尼器，不僅可以避免建筑之間發(fā)生碰撞、倒塌，而且可有效降低建筑的地震響應(yīng)和損傷程度。本發(fā)明基于該發(fā)現(xiàn)，結(jié)合建筑的受力特點(diǎn)和新型高強(qiáng)鋼材料的應(yīng)用，提出將單體建筑結(jié)構(gòu)分解成兩個(gè)受力功能不同、振動(dòng)特性迥異的子系統(tǒng)，并通過(guò)阻尼器將二者連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)重要單體建筑高效耗能、在大震下主體結(jié)構(gòu)不受損傷的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明針對(duì)上述的問(wèn)題，提供了一種功能分離型雙重子系統(tǒng)協(xié)同減震結(jié)構(gòu)體系。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種功能分離型雙重子系統(tǒng)協(xié)同減震結(jié)構(gòu)體系，包括阻尼器、抗重力子系統(tǒng)和抗側(cè)力子系統(tǒng)；

抗重力子系統(tǒng)包括豎直設(shè)置的若干根內(nèi)框架柱和若干層水平設(shè)置的內(nèi)框架梁層，內(nèi)框架梁層的形狀為十字架型，每層內(nèi)框架梁層包括相互垂直設(shè)置的第一內(nèi)框架梁機(jī)構(gòu)和第二內(nèi)框架梁機(jī)構(gòu)，每層內(nèi)框架梁層上鋪設(shè)有樓板；所述第一內(nèi)框架梁機(jī)構(gòu)包括N根依次水平設(shè)置的第一一內(nèi)框架梁、第一二內(nèi)框架梁、第一三內(nèi)框架梁、……、第一N-1內(nèi)框架梁、第一N內(nèi)框架梁,其中，N為正整數(shù)；第二內(nèi)框架梁機(jī)構(gòu)包括M根依次水平設(shè)置的第二一內(nèi)框架梁、第二二內(nèi)框架梁、第二三內(nèi)框架梁、……、第二M-1內(nèi)框架梁、第二M內(nèi)框架梁，其中，M為正整數(shù)；

第一二內(nèi)框架梁、第一三內(nèi)框架梁、……、第一N-1內(nèi)框架梁、第二二內(nèi)框架梁、第二三內(nèi)框架梁、……、第二M-1內(nèi)框架梁的連接處均設(shè)置有內(nèi)框架柱；

抗側(cè)力子系統(tǒng)為中空的長(zhǎng)方體框架，抗側(cè)力子系統(tǒng)設(shè)置在抗重力子系統(tǒng)的外側(cè)，所述抗重力子系統(tǒng)和抗側(cè)力子系統(tǒng)通過(guò)阻尼器相連接。

進(jìn)一步地，抗側(cè)力子系統(tǒng)包括豎直設(shè)置的若干根外框架柱和若干層水平設(shè)置的長(zhǎng)方形外框架梁層，外框架梁層由若干根首尾依次相連接的第三框架梁構(gòu)成，每層外框架梁層內(nèi)側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)內(nèi)框架梁層；外框架梁層與該內(nèi)框架梁層在同一水平面上；若干層水平設(shè)置的外框架梁層通過(guò)外框架柱連接在一起；若干層外框架梁層構(gòu)成一個(gè)中空的長(zhǎng)方體外框架梁層單體，外框架梁層單體的每個(gè)側(cè)面上設(shè)置有兩根外框架支撐，兩根外框架支撐分別設(shè)置在外框架梁層單體的每個(gè)側(cè)面的的位置對(duì)角線(xiàn)上。

進(jìn)一步地，每?jī)蓪觾?nèi)框架梁層對(duì)應(yīng)設(shè)置一層外框架梁層；每四層外框架梁層構(gòu)成一個(gè)中空的長(zhǎng)方體外框架梁層單體。

進(jìn)一步地，阻尼器包括第一阻尼器和第二阻尼器，與外框架梁層高度相同的內(nèi)框架梁層中的第一一內(nèi)框架梁、第一N內(nèi)框架梁與第二三內(nèi)框架梁、……、第二M-2內(nèi)框架梁的連接處均設(shè)置有第二阻尼器；第二一內(nèi)框架梁、第二M內(nèi)框架梁與第一三內(nèi)框架梁、……、第一N-2內(nèi)框架梁的連接處均設(shè)置有第二阻尼器；第二阻尼器的另一端分別與該層外框架梁層的第三框架梁相連接。

進(jìn)一步地，內(nèi)框架柱、第一內(nèi)框架梁機(jī)構(gòu)和第二內(nèi)框架梁機(jī)構(gòu)采用Q390鋼、Q460鋼或Q690鋼。

進(jìn)一步地，第一阻尼器采用桿狀拉壓型阻尼器，第二阻尼器采用平板式剪切型阻尼器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以獲得包括以下技術(shù)效果：

1)本發(fā)明的功能分離型雙重子系統(tǒng)協(xié)同減震結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單可靠，通過(guò)阻尼器將抗重力子系統(tǒng)和抗側(cè)力子系統(tǒng)兩種動(dòng)力特性迥異、功能互補(bǔ)的子結(jié)構(gòu)系統(tǒng)連接在一起形成一種性能優(yōu)異的子結(jié)構(gòu)協(xié)同減震結(jié)構(gòu)體系。

2)布置在子系統(tǒng)間的阻尼器可有效耗散地震中輸入結(jié)構(gòu)的能量，降低結(jié)構(gòu)體系在地震下的振動(dòng)。結(jié)構(gòu)遭受罕遇地震后，抗重力子系統(tǒng)和抗側(cè)力子系統(tǒng)均保持彈性，僅需對(duì)受損的部分阻尼器進(jìn)行修復(fù)或更換，確保建筑在震后的連續(xù)使用。

當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有技術(shù)效果。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明功能分離型雙重子系統(tǒng)協(xié)同減震結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明功能分離型雙重子系統(tǒng)協(xié)同減震結(jié)構(gòu)體系的不帶樓板的抗重力子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明功能分離型雙重子系統(tǒng)協(xié)同減震結(jié)構(gòu)體系的帶樓板的抗重力子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4本發(fā)明功能分離型雙重子系統(tǒng)協(xié)同減震結(jié)構(gòu)體系的平面布置圖；

圖5本發(fā)明功能分離型雙重子系統(tǒng)協(xié)同減震結(jié)構(gòu)體系的抗側(cè)力子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明功能分離型雙重子系統(tǒng)協(xié)同減震結(jié)構(gòu)體系的側(cè)視圖。

其中，1.內(nèi)框架柱，2.內(nèi)框架梁層，3.外框架柱，4.外框架梁層，5.外框架支撐，7.抗重力子系統(tǒng)，8.抗側(cè)力子系統(tǒng)，9.第一阻尼器，10.第一內(nèi)框架梁，10-1.第一一內(nèi)框架梁，10-2.第一二內(nèi)框架梁，10-3.第一三內(nèi)框架梁，……，10-N-2.第一N-2內(nèi)框架梁，10-N-1.第一N-1內(nèi)框架梁，10-N.第一N內(nèi)框架梁，11.第二內(nèi)框架梁，11-1.第二一內(nèi)框架梁，11-2.第二二內(nèi)框架梁，11-3.第二三內(nèi)框架梁，……，11-M-2.第二M-2內(nèi)框架梁，11-M-1.第二M-1內(nèi)框架梁，11-M.第二M內(nèi)框架梁，12.樓板，13.第三框架梁，14.外框架梁層單體，15.第二阻尼器。

具體實(shí)施方式

以下將配合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，藉此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題并達(dá)成技術(shù)功效的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。

本發(fā)明公開(kāi)了一種功能分離型雙重子系統(tǒng)協(xié)同減震結(jié)構(gòu)體系，如圖1所示，包括阻尼器、抗重力子系統(tǒng)7和抗側(cè)力子系統(tǒng)8；

如圖2、圖3和圖4所示，所述抗重力子系統(tǒng)7包括豎直設(shè)置的若干根內(nèi)框架柱1和若干層水平設(shè)置的內(nèi)框架梁層2，內(nèi)框架梁層2的形狀為十字架型，每層內(nèi)框架梁層2包括相互垂直設(shè)置的第一內(nèi)框架梁機(jī)構(gòu)10和第二內(nèi)框架梁機(jī)構(gòu)11，每層內(nèi)框架梁層2上鋪設(shè)有樓板12；第一內(nèi)框架梁機(jī)構(gòu)10包括依次水平設(shè)置的第一一內(nèi)框架梁10-1、第一二內(nèi)框架梁10-2、第一三內(nèi)框架梁10-3、……、第一N-1內(nèi)框架梁10-N-1、第一N內(nèi)框架梁10-N,其中，N為正整數(shù)；第二內(nèi)框架梁機(jī)構(gòu)11包括依次水平設(shè)置的第二一內(nèi)框架梁11-1、第二二內(nèi)框架梁11-2、第二三內(nèi)框架梁11-3、……、第二M-1內(nèi)框架梁11-M-1、第二M內(nèi)框架梁11-M，其中，M為正整數(shù)；第一二內(nèi)框架梁10-2、第一三內(nèi)框架梁10-3、……、第一N-1內(nèi)框架梁10-N-1、第二二內(nèi)框架梁11-2、第二三內(nèi)框架梁11-3、……、第二M-1內(nèi)框架梁11-M-1的連接處均設(shè)置有內(nèi)框架柱1；抗側(cè)力子系統(tǒng)8為中空的長(zhǎng)方體框架，抗側(cè)力子系統(tǒng)8設(shè)置在抗重力子系統(tǒng)7的外側(cè)，抗重力子系統(tǒng)7和抗側(cè)力子系統(tǒng)8通過(guò)阻尼器相連接。

如圖5和圖6所示，抗側(cè)力子系統(tǒng)8包括豎直設(shè)置的若干根外框架柱3和若干層水平設(shè)置的長(zhǎng)方形外框架梁層4，外框架梁層4由若干根首尾依次相連接的第三框架梁13構(gòu)成，每層外框架梁層4內(nèi)側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)內(nèi)框架梁層2；外框架梁層4與該內(nèi)框架梁層2在同一水平面上，內(nèi)框架梁層2的層數(shù)大于外框架梁層4的層數(shù)通常是每?jī)蓪觾?nèi)框架梁層2對(duì)應(yīng)設(shè)置一層外框架梁層4；若干層水平設(shè)置的外框架梁層4通過(guò)外框架柱3連接在一起；若干層外框架梁層4構(gòu)成一個(gè)中空的長(zhǎng)方體外框架梁層單體14，通常是每四層外框架梁層4構(gòu)成一個(gè)中空的長(zhǎng)方體外框架梁層單體14；外框架梁層單體14的每個(gè)側(cè)面上設(shè)置有兩根外框架支撐5，兩根外框架支撐5分別設(shè)置在外框架梁層單體14的每個(gè)側(cè)面的的位置對(duì)角線(xiàn)上。

阻尼器包括第一阻尼器9和第二阻尼器15，每層的外框架梁層4的四個(gè)角分別設(shè)置有一個(gè)第一阻尼器9，與外框架梁層4高度相同的內(nèi)框架梁層2中的第一二內(nèi)框架梁10-2、第一N-1內(nèi)框架梁10-N-1、第二二內(nèi)框架梁11-2、第二M-1內(nèi)框架梁11-M-1連接處分別與這四個(gè)第一阻尼器9的另一端相連接；

每層外框架梁層4對(duì)應(yīng)的內(nèi)框架梁層2中的第一一內(nèi)框架梁10-1、第一N內(nèi)框架梁10-N與第二三內(nèi)框架梁11-3、……、第二M-2內(nèi)框架梁11-N-2的連接處均設(shè)置有第二阻尼器15；第二一內(nèi)框架梁11-1、第二M內(nèi)框架梁11-M與第一三內(nèi)框架梁10-3、……、第一N-2內(nèi)框架梁10-N-2的連接處均設(shè)置有第二阻尼器15；第二阻尼器15的另一端分別與該層的第三框架梁13相連接。

內(nèi)框架柱1、第一內(nèi)框架梁機(jī)構(gòu)10和第二內(nèi)框架梁機(jī)構(gòu)11采用Q390及更高強(qiáng)度的高強(qiáng)鋼(如Q460、Q690、Q960等)加工而成，具有很大的側(cè)向彈性變形能力。第一阻尼器9采用桿狀拉壓型阻尼器，第二阻尼器采用平板式剪切型阻尼器。

其中，抗重力子系統(tǒng)7和抗側(cè)力子系統(tǒng)8采用彼此分離布置，連接在二者之間的阻尼器為主要振動(dòng)耗能部件；抗重力子系統(tǒng)7承擔(dān)建筑主要使用功能產(chǎn)生的重力荷載。

抗側(cè)力子系統(tǒng)8僅承受結(jié)構(gòu)自身重量，不承擔(dān)內(nèi)部建筑功能區(qū)域產(chǎn)生的重力荷載，且具有很高抗側(cè)剛度，承受建筑遭受的主要風(fēng)荷載和水平地震作用。抗重力子系統(tǒng)7和抗側(cè)力子系統(tǒng)8采用彼此分離的布置方式。

本功能分離型雙重子系統(tǒng)協(xié)同減震結(jié)構(gòu)體系的工作原理如下：將結(jié)構(gòu)的抗重力功能和抗側(cè)力功能解耦，分別形成兩個(gè)分離布置、動(dòng)力特性迥異的子結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，即抗重力子系統(tǒng)7和抗側(cè)力子系統(tǒng)8。兩個(gè)子系統(tǒng)振動(dòng)特性迥異：抗重力子系統(tǒng)7承擔(dān)所有建筑功能區(qū)域的建筑重量，子系統(tǒng)相對(duì)柔而重，自振周期很長(zhǎng)，可降低地震能量輸入；抗側(cè)力子系統(tǒng)8抵抗水平地震作用，僅具有外框架自重，子結(jié)構(gòu)相對(duì)剛而輕，自振周期很短。由于二者振動(dòng)的不同步，可以高效發(fā)揮連接二者的阻尼器的地震耗能作用。抗重力子系統(tǒng)采用了高強(qiáng)鋼材料加工而成，確保其在振動(dòng)過(guò)程中不發(fā)生損傷，維持內(nèi)部建筑功能的安全。抗側(cè)子系統(tǒng)8由于包含外框架支撐5而具有剛度大、變形小的特點(diǎn)，在大地震下仍可保護(hù)外部建筑玻璃幕墻、外墻等維護(hù)結(jié)構(gòu)不因變形過(guò)大受破壞。另外，由于兩個(gè)子系統(tǒng)功能簡(jiǎn)單、構(gòu)造簡(jiǎn)潔，有利于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和施工過(guò)程。該結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：在發(fā)生罕遇地震時(shí)，內(nèi)、外框架均保持彈性，阻尼器耗散地震能量，建筑在震后可以繼續(xù)使用；即使發(fā)生超出設(shè)計(jì)預(yù)期的大震，仍可更換受損的阻尼器，在地震后快速恢復(fù)使用。

上述說(shuō)明示出并描述了發(fā)明的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過(guò)上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。