專利名稱：用于衰減建筑物中的運動的方法和結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑物結(jié)構(gòu)中的運動的衰減。特別地，本發(fā)明涉及借助于連接到第二結(jié)構(gòu)構(gòu)件的衰減器來衰減結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的振蕩運動。
背景技術(shù)：
建筑物、特別是高層結(jié)構(gòu)被設(shè)計為容納例如由居住者的活動或車輛的運動引起的一定量的振動，并承受由于諸如驟風(fēng)或地顫而 引起的運動。通常的做法是使所設(shè)計的建筑物的結(jié)構(gòu)包括衰減器以吸收和消散此類運動。對建筑物中的運動進行衰減不僅提供更好的針對潛在破壞性地震或風(fēng)力的結(jié)構(gòu)保護，而且其使得建筑物的日常居住更加愉快。建筑物的結(jié)構(gòu)中的搖擺運動和振蕩通常被居住者體驗為使人不愉快的感覺。衰減減小了建筑物運動的幅度且在一定程度上減小了建筑物運動的速度和加速度。例如，一個此類解決方案是在結(jié)構(gòu)的上部中提供所謂的調(diào)諧質(zhì)量衰減器(TMD，或調(diào)諧質(zhì)量阻尼器)?？梢詫⒄{(diào)諧質(zhì)量衰減器實現(xiàn)為一個或多個極其巨大的塊，與結(jié)構(gòu)的振蕩的諧振頻率相反地移動。替代地，可以將其實現(xiàn)為蓄水箱，其包含與被衰減的振蕩相反地移動的液體。然而，使用調(diào)諧質(zhì)量或蓄水箱衰減器存在較大的缺點。它們龐大且沉重，并且需要安裝在建筑物的頂部中一通常是建筑物中的最有利的空間。它們代表了項目中的顯著的額外成本，并且不提供結(jié)構(gòu)成本的任何減少(事實上，除軸承或其它支撐機構(gòu)之外，結(jié)構(gòu)必須被設(shè)計為還要支撐調(diào)諧質(zhì)量或蓄水箱的額外重量)。還必須以對其它諧波進行衰減為代價將TMD準確地調(diào)節(jié)至結(jié)構(gòu)的第一振蕩模式。有限狀態(tài)的計算對于TMD而言可能是不可靠的，并且可能難以確定或不可能確定TMD系統(tǒng)是否將會針對驟風(fēng)和地震滿足用于建筑物的極限狀態(tài)(ULS)。為了滿足ULS，建筑物必須在經(jīng)受峰值設(shè)計載荷時不倒塌，并且由于TMD的有效操作范圍通常明顯比ULS條件窄，所以TMD在其操作條件之外的行為是不可預(yù)測的?，F(xiàn)有技術(shù)中已知的另一解決方案是使用諸如低屈服點鋼約束支撐的滯后衰減器，其能夠用來對建筑物的結(jié)構(gòu)鋼提供附加的衰減和硬度。雖然它們裝配起來可能是相對低成本的，但只有當此類支撐實際上屈服時才能實現(xiàn)衰減功能，并且它們對于小的地震或中度驟風(fēng)而言不是有效的。由于它們與建筑物的結(jié)構(gòu)成一整體，所以此類支撐維護和修理起來是困難且昂貴的。可以使用基礎(chǔ)隔離衰減器來吸收建筑物的基礎(chǔ)處的振動。此類衰減器已經(jīng)多年來可用且其使用是沿用已久的。實際上，結(jié)構(gòu)在其基礎(chǔ)上被安裝在許多衰減元件上，這些衰減元件將地面中的運動與建筑物結(jié)構(gòu)的運動隔離?；A(chǔ)隔離衰減器是針對地震運動的有效解決方案，但是它們安裝起來成本高，并且僅適合于相對低的建筑物。一旦被安裝，基礎(chǔ)隔離衰減器替換起來也是極其困難且高成本的?；A(chǔ)隔離衰減器對于風(fēng)力加載無效，因為它們被設(shè)計為是靜態(tài)的(或者在具有彈簧的基礎(chǔ)隔離器的情況下具有彈性變形)，并且不提供任何附加衰減。對于與風(fēng)平行的建筑物振動而言，建筑物變形通常不處于振蕩(+/_)模式。此夕卜，基礎(chǔ)隔離衰減器的使用意味著建筑物被機械地與其周圍環(huán)境隔離，因此，所有纜線、管道工程及其它服務(wù)必須具有柔性連接以允許相對運動。
可以將也稱為液壓衰減器的粘性衰減器用于吸收和消散建筑物中的振蕩運動。液壓衰減器所具有的優(yōu)點是它們能夠在大的地震事件期間吸收高載荷。然而，它們安裝起來是昂貴的且維護或替換起來也是昂貴的，并且如果單元發(fā)生故障，則替換是特別困難的。粘性衰減器內(nèi)部的隔室之間的流體運動是由閥來控制的，并且這些閥的孔徑能夠被調(diào)節(jié)至所需要的運動，或者緩慢的或者快速的。因此，粘性衰減器不能被調(diào)節(jié)為用于緩慢(低頻，諸如風(fēng))和快速(高頻，諸如地震)運動。液壓衰減器的其它缺點是它們沒有內(nèi)置冗余一如果單元發(fā)生故障，則其不再起到衰減器的作用。粘彈性衰減器用在支撐結(jié)構(gòu)中。它 們所具有的優(yōu)點在于它們是相對低成本、低維護的，并且可以被改裝至現(xiàn)有建筑物。它們的粘彈性行為還意味著它們能夠高效地吸收寬頻率范圍的振蕩，結(jié)果是它們不要求調(diào)節(jié)至其它衰減器所要求的程度。對于高建筑物而言,可能通過用被衰減器相互隔離的單獨豎直構(gòu)件來構(gòu)造建筑物而對結(jié)構(gòu)的低階振蕩模式進行衰減，所述衰減器吸收相鄰豎直構(gòu)件之間的相對豎直運動。在例如專利申請W02007045900 (ARUP)中公開了此類布置，該專利申請描述了一種建筑物，其具有核心結(jié)構(gòu)和經(jīng)由豎直衰減器連接到外圍柱的多個豎直外伸架構(gòu)件。豎直衰減器用來對核心(經(jīng)由外伸架)和外圍柱之間的相對豎直位移進行衰減。隨后在專利申請US2008/0229684 (Daewoo)中公開了類似的思想。外圍柱是剛性結(jié)構(gòu)，其提供強固的豎直結(jié)構(gòu)，豎直衰減器能夠在核心經(jīng)歷彎曲變形時沿著向上或向下方向?qū)ζ涫┘臃醋饔谩Ｔ诠_于W02007045900和US2008/0229684中的現(xiàn)有技術(shù)布置中，豎直衰減器被安裝在結(jié)構(gòu)高度的近似頂部三分之二的位置處。相鄰豎直元件之間的相對豎直運動的量在建筑物的下部中是小的，因此，豎直衰減器被安裝在相對豎直運動較大的地方。然而，由例如地顫或驟風(fēng)引發(fā)的結(jié)構(gòu)的彎曲變形常常是建筑物的整個高度的一階、二階或更高階振蕩，因此，現(xiàn)有技術(shù)的豎直衰減布置僅解決了一部分彎曲問題，并且僅適合于高于某個高度的建筑物。為了對在結(jié)構(gòu)的下部中或不那么高的建筑物中的橫向(水平)運動進行衰減，需要不同類型的衰減器。本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)衰減系統(tǒng)的上述缺點。特別地，本發(fā)明的目的是提供用于任何高度的結(jié)構(gòu)的衰減，其方式為從而實現(xiàn)改善的整體結(jié)構(gòu)的衰減，具有寬的諧波響應(yīng)(振幅和頻率兩者)并具有降低的安裝和維護成本。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種建筑結(jié)構(gòu)，其包括與第一軸線平行地延伸的第一結(jié)構(gòu)元件，所述第一結(jié)構(gòu)元件基本上是自支撐的且能經(jīng)受剪切或彎曲變形，所述剪切或彎曲變形的分量沿著正交于第一軸線的第二軸線；第二結(jié)構(gòu)元件，其鄰近于第一結(jié)構(gòu)元件并與第一軸線平行地延伸，第一和第二結(jié)構(gòu)元件使得所述剪切或彎曲變形在沿著所述第一軸線的第一預(yù)定位置處引起與所述第一軸線平行的第一和第二結(jié)構(gòu)元件之間的相對軸向運動；第一衰減裝置，其在沿著第一軸線的第一預(yù)定位置處被布置在第一結(jié)構(gòu)元件和第二結(jié)構(gòu)元件之間，該第一衰減裝置具有與第一軸線基本上平行地布置的第一衰減軸線，使得所述相對軸向運動被第一衰減裝置衰減。在本發(fā)明的建筑結(jié)構(gòu)中，第一衰減裝置還具有不與第一衰減軸線平行的第二衰減軸線，并且第一衰減裝置的第二衰減軸線被布置為使得第一衰減裝置對沿著第二軸線的第一結(jié)構(gòu)元件和第二結(jié)構(gòu)元件之間的相對運動進行衰減。第一和第二結(jié)構(gòu)元件可以是例如建筑物的核心和外圍柱。此類柱可以與建筑物成一整體，或者它們可以在建筑物外部。替代地，第一和第二元件可以是單個建筑物或者甚至相鄰建筑物的兩個相鄰核心結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一個實施例中，第一軸線是建筑物結(jié)構(gòu)的豎直軸線，并且第二軸線在水平平面中。將要被衰減的相對水平運動有利地是第一和第二元件朝向和遠離彼此的運動。請注意，在本說明中，Z軸被定義為結(jié)構(gòu)或建筑物的豎直軸線，其平行于第一和第二元件，而基本上相互正交的X和Y軸在基本上水平的平面中，與Z軸正交。在具有矩形截面的建筑物的情況下，可以將X和Y軸假設(shè)為分別基本上平行于建筑物的截面的長度和寬度。因此，在本實施例中，第一衰減器被布置為在沿 著第一軸線的第一預(yù)定位置處對沿Z方向以及沿水平面中的一個方向(即沿著平行于X或Y軸的第一水平軸線)的運動進行衰減。在本實施例中，該第二軸線優(yōu)選地是第一預(yù)定位置處的第一和第二結(jié)構(gòu)元件朝向和遠離彼此的運動方向或者至少第一和第二結(jié)構(gòu)元件的各部分的運動方向。在本發(fā)明的第二實施例中，第一軸線是水平軸線。在該實施例中，第一結(jié)構(gòu)元件可以是例如懸挑鋼筋混凝土樓層或梁。在本發(fā)明的另一實施例中，建筑物或豎直結(jié)構(gòu)還包括在沿著第一軸線的第二預(yù)定位置處布置在第一結(jié)構(gòu)元件和第二結(jié)構(gòu)元件之間的第二衰減裝置，所述第一和第二預(yù)定位置在建筑結(jié)構(gòu)的公共區(qū)域中，第二衰減裝置具有第三衰減軸線和第四衰減軸線，所述第三和第四衰減軸線是相互不平行的，并且所述第一和第二預(yù)定位置沿著第一軸線分離一定距離，使得在公共區(qū)域中的第一結(jié)構(gòu)元件的所述剪切或彎曲變形期間，所述第一衰減裝置沿著其衰減軸線之一處于張緊或壓縮中的一個，而第二衰減裝置沿著其衰減軸線之一處于張緊或壓縮中的另一個。第一和第二結(jié)構(gòu)元件優(yōu)選地基本上是剛性結(jié)構(gòu)，并且第一和第二衰減裝置充當一對相反的任何力(諸如剪切或彎曲力)，其將趨向于使第一和第二元件從它們相互的平行對準中移動出來。兩個衰減器還提供抵抗相對軸向力或運動(在豎直結(jié)構(gòu)元件的情況下沿著豎直軸線)的被衰減的反作用。在另一實施例中，第一元件包括從第一結(jié)構(gòu)元件朝著所述第二結(jié)構(gòu)元件向外延伸的剛性外伸架元件，并且其中，第一和第二衰減裝置中的至少一個被安裝在外伸架元件的外部和第二結(jié)構(gòu)元件之間。成對衰減器的使用提供了豎直結(jié)構(gòu)中的剪切或彎曲力及運動的大大增強的衰減，每個衰減器沿著與第一水平軸線平行的軸線提供獨立的衰減，衰減器被間隔開地豎直安裝在外伸架元件的端部處。外伸架元件還為豎直衰減力提供增加的力矩。一個或多個衰減器有利地是雙軸或多軸粘彈性衰減器。此類衰減器可以包括一對或多對剛性(例如金屬)板，每對板被諸如高度工程化橡膠的粘彈性材料片分離。此類衰減器提供與板和片的平面平行的所有方向上的寬響應(yīng)衰減。對于本發(fā)明而言特別有利的是此類板/片衰減器的使用，其中，粘彈性材料具有基本上矩形或橢圓形的截面，使得其具有兩個主衰減軸線。然后，可將所述兩個主衰減軸線布置為與被衰減的建筑物的期望的Z和X/Y軸重合。有利地,外伸架元件可以具有拉壓桿構(gòu)造(strut and tie construction)以在保持結(jié)構(gòu)中的硬度和強度的同時減小重量。替代地，可以將外伸架元件實現(xiàn)為建筑結(jié)構(gòu)的壁一例如從承載核心向外延伸的內(nèi)壁。本發(fā)明還提出了一種用于在建筑結(jié)構(gòu)中提供衰減的方法，所述建筑結(jié)構(gòu)包括與第一軸線平行地延伸的第一結(jié)構(gòu)元件，所述第一結(jié)構(gòu)元件是基本上自支撐的且能經(jīng)受剪切或彎曲變形，所述剪切或彎曲變形的分量沿著與第一軸線正交的第二軸線，該方法包括
提供第二結(jié)構(gòu)元件的第一步驟，該第二結(jié)構(gòu)元件鄰近于第一結(jié)構(gòu)元件并且與第一軸線平行地延伸，第一和第二結(jié)構(gòu)元件使得所述剪切或彎曲變形在沿著所述第一軸線的第一預(yù)定位置處引起與所述第一軸線平行的第一和第二結(jié)構(gòu)元件之間的相對軸向運動，
在沿著第一軸線的第一預(yù)定位置處在第一結(jié)構(gòu) 元件和第二結(jié)構(gòu)元件之間布置第一衰減裝置的第二步驟，第一衰減裝置具有與第一軸線基本上平行地布置的第一衰減軸線，使得所述相對軸向運動被第一衰減裝置衰減。在本發(fā)明的方法中，第一衰減裝置具有不與第一衰減軸線平行的第二衰減軸線，并且第二步驟包括布置第一衰減裝置的第二衰減軸線，使得第一衰減裝置對沿著第二軸線的第一結(jié)構(gòu)元件和第二結(jié)構(gòu)元件之間的相對運動進行衰減。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，該方法還可以包括在沿著第一軸線的第二預(yù)定位置處在第一結(jié)構(gòu)元件和第二結(jié)構(gòu)元件之間安裝第二衰減裝置的第三步驟，所述第一和第二位置在建筑結(jié)構(gòu)的公共區(qū)域中，第二衰減裝置具有第三衰減軸線和第四衰減軸線，所述第三和第四衰減軸線是相互不平行的，并且所述第一和第二預(yù)定位置被沿著第一軸線分離一定距離，使得在公共區(qū)域中的第一結(jié)構(gòu)元件的所述剪切或彎曲變形期間，所述第一衰減裝置沿著其衰減軸線之一處于張緊或壓縮中的一個，而第二衰減裝置沿著其衰減軸線之一處于張緊或壓縮中的另一個。在本發(fā)明的方法的另一實施例中，第一結(jié)構(gòu)元件包括從第一結(jié)構(gòu)元件朝向所述第二結(jié)構(gòu)元件向外延伸的剛性外伸架元件，并且其中，第一步驟包括將第一衰減裝置布置在外伸架元件的外部和第二結(jié)構(gòu)元件之間，并且其中，執(zhí)行該方法的第二步驟，所述第二步驟包括將第二衰減裝置布置在外伸架元件的外部和第二結(jié)構(gòu)元件之間。有利地，在第二和/或第三步驟中安裝的第一和/或第二衰減器單元是雙向粘彈性衰減器，諸如Gensui衰減器。本發(fā)明的方法可以應(yīng)用于許多種類的結(jié)構(gòu)。當所述結(jié)構(gòu)是建筑物，第一元件是建筑物的核心且第二元件是建筑物的外圍柱時，該方法是特別有利的。在第一豎直延伸結(jié)構(gòu)元件是建筑物的第一核心且第二豎直元件結(jié)構(gòu)元件是建筑物的第二核心的建筑物中，也可以有利地使用本發(fā)明的方法。替代地，本發(fā)明可以用來對諸如懸挑樓層或梁的水平結(jié)構(gòu)元件中的豎直運動(諸如振蕩)進行裳減。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法和結(jié)構(gòu)，可以將相同類型的衰減元件用于對建筑物的頂部、中間和底部部分進行衰減，并且可以將衰減元件用于對所有種類的建筑物上的運動進行衰減。諸如VSL的Gensui衰減器的雙軸粘彈性衰減器的使用意味著降低的成本和改善的維護容易性。由于它們的尺寸緊湊且易于安裝，此類衰減器還可以被容易地改裝到現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上。由于雙向粘彈性衰減器具有多種用途，所以本發(fā)明的方法和結(jié)構(gòu)不僅適合于高層建筑物，而且適用于所有種類的結(jié)構(gòu)，包括低層結(jié)構(gòu)、房屋、橋梁以及許多其他結(jié)構(gòu)。


根據(jù)以下詳細描述和附圖，本發(fā)明的其它優(yōu)點將變得明顯。圖Ia至Id示出了本發(fā)明的一般原理。圖2示出液壓衰減器的現(xiàn)有技術(shù)布置。圖3a至3c示出雙軸粘彈性衰減器的示意圖。
圖4a和4b示出了如何可以將粘彈性衰減器布置在兩個豎直結(jié)構(gòu)之間以對它們之間的運動進行衰減。圖5a至5e不出本發(fā)明應(yīng)用于高層建筑物。圖6a至6e示出本發(fā)明的節(jié)省空間的變體。圖7a至7c示出本發(fā)明的各種示例構(gòu)造。所包括的附圖僅僅出于說明性目的，并且意圖幫助理解本發(fā)明，而不暗示對所附權(quán)利要求的范圍的任何限制。
具體實施例方式參考圖la，可理解通過對相鄰豎直結(jié)構(gòu)之間的豎直運動進行衰減來對彎曲變形運動進行衰減的一般原理，圖Ia以大大地放大的示意形式表示經(jīng)歷振蕩變形的建筑物的正視圖。所示示例中的建筑物包括中央核心結(jié)構(gòu)2 (其可能例如是主靜態(tài)承載結(jié)構(gòu))和兩個外柱3。如早先在本申請中提到的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)一樣，可借助于沿著結(jié)構(gòu)的高度在各種點處安裝在核心2和柱3之間的豎直衰減器5’來實現(xiàn)振蕩運動的衰減，從而對核心2和柱3之間的相對豎直運動進行衰減?？梢允褂猛馍旒?0作為懸臂以向衰減力提供額外力矩。柱3能夠承受通過豎直衰減器在核心2彎曲時從核心2向它們傳遞的豎直動態(tài)張緊和壓縮反作用。這樣，在豎直衰減器5’中能夠消散核心2的彎曲和振蕩運動中的顯著比例的動能。圖Ib和Ic在側(cè)視和前視圖中示出現(xiàn)有技術(shù)的典型豎直衰減布置的更多細節(jié)。單軸衰減器5’可以是動態(tài)液壓衰減器，然而也可以使用其它種類的衰減器，單軸衰減器5’被安裝在外圍柱3和核心2之間，從而對平行于核心和柱的運動進行衰減，如圖Ib中所示的箭頭所指示的。相比之下，在本發(fā)明的方法和結(jié)構(gòu)中使用的衰減器5是雙軸衰減器，其能夠沿著至少兩個不同的軸線進行衰減，如圖2a至2d所示。圖2a所示的結(jié)構(gòu)I被示為在結(jié)構(gòu)上的不同高度處具有三個連續(xù)的衰減級。當然，此類結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要配備有許多衰減級。最頂部衰減級包括外伸架6，用于提供朝著外圍柱3向外的核心2的剛性機械延伸。在高層建筑物中，此類外伸架可以例如豎直地延伸一個或多個樓層的高度。圖2a至2d所示的本發(fā)明的實施例具有在外伸架6、7、8的每個端部處安裝在外伸架6、7、8和柱3之間的豎直間隔開的成對雙軸衰減器5、5a、5b。每對衰減器5a、5b不僅沿豎直方向(沿著平行于核心2和柱3的豎直軸線)提供衰減，而且沿著相互平行的水平軸線提供衰減，所述水平軸線基本上平行于外伸架6、7、8且與豎直軸線正交。除了由每個衰減器5單獨地提供的豎直和水平衰減之外，衰減器5a、5b的成對的豎直間隔布置與柱3的硬度一起還引入了次級衰減效應(yīng)。此效應(yīng)可以在圖2c中看到，例如除了被衰減器5a和5b的剪切變形所衰減的豎直位移之外，外伸架7相對于柱3的橫向位移將會產(chǎn)生衰減器5a和5b上的水平力的不平衡。例如，如果外伸架7在保持水平的同時向右移動(如在圖2c中看到的)，則柱借助于其固有硬度抵抗變形，結(jié)果是該對衰減器中的上衰減器5a經(jīng)受壓縮力C，而下衰減器5b經(jīng)受水平張力T。因此，柱的硬度與衰減器5a和5b的粘彈性行為一起對外伸架7相對于柱3的水平運動提供額外的次級衰減效應(yīng)。柱3被構(gòu)造為足夠硬以經(jīng)由成對衰減器5a、5b來提供對剪切變形的所需抵抗力，并且衰減器5a和5b的豎直間距被選擇為提供用于預(yù)期運動的最佳衰減。還請注意，如果外伸架7經(jīng)歷相對于柱3的傾斜或旋轉(zhuǎn)運動，則發(fā)生類似的衰減效應(yīng)。動態(tài)力和變形的特性在建筑物I上 的不同高度處通常是不同的，并且在圖2b、2c和2d中示出了成對衰減的三個不同實例。圖2b至2d中的箭頭的相對尺寸和方向表示相關(guān)的力和/或位移的尺寸和取向，并且因此指示在結(jié)構(gòu)I的彎曲或剪切變形期間所預(yù)期的
衰減量。圖2b示出在建筑物I的頂部或附近的衰減，其中，核心2和柱3的彎曲變形通常經(jīng)由外伸架6和每個柱3導(dǎo)致核心2之間的最大相對豎直位移。該大的相對豎直位移在圖2b所示的衰減器5a和5b兩者中引起大的豎直剪切變形V。通過比較，核心2相對于柱3的相對水平或扭轉(zhuǎn)剪切變形是相對適度的，結(jié)果，衰減器5a和5b中的壓縮力C和張力T將小于由結(jié)構(gòu)I的彎曲變形引起的豎直剪切力。圖2c示出結(jié)構(gòu)I的高度上的中點處的衰減，在該點處，由于柱3和外伸架7的相對豎直位移而引起的衰減器5a和5b上的剪切力可分別與衰減器5a和5b中的相對的水平壓縮力C和張力T相當。圖2d示出沿著建筑物I向下的一點處的衰減，其中，核心2和柱3之間經(jīng)由外伸架8的豎直運動不那么明顯。此高度處的結(jié)構(gòu)I的剪切變形在衰減器5a和5b中產(chǎn)生壓縮力C和張力T的水平力，其可能由于豎直運動而在幅度方面顯著大于剪切力V。通過使用諸如來自VSL的Gensui衰減器的雙向、超高衰減粘彈性衰減器,可以使用相同的衰減器同時對變形的豎直和水平分量進行衰減。這些衰減器沿至少兩個方向顯示出雙線性滯后及高衰減和硬度性質(zhì)。它們在寬頻率范圍內(nèi)提供振動控制。它們對于建筑物的所有區(qū)域和類型都是有效的。它們不需維護、高度耐用，并且它們的衰減特性很大程度上獨立于應(yīng)變比、溫度和振動頻率。多單元設(shè)備還提供顯著的冗余；在設(shè)備確實開始失效的情況下，其將逐漸地失效，遭受越來越降低的性能，與例如在液壓衰減器中看到的突然完全失效相反。此類衰減器的應(yīng)用在圖3a和3b中示出。圖3b以特寫視圖示出安裝在柱3和外伸架6之間的多層Gensui衰減器。如稍后將討論的，衰減器5包括多層粘彈性橡膠狀物質(zhì)，每層被夾在鋼板之間。圖3a示出安裝在外伸架6的端部處的兩個此類衰減器5a和5b，如圖2a至2d所示。箭頭指示衰減器所經(jīng)受的動態(tài)加載。圖4a至4c更詳細地示出如何可以構(gòu)造諸如來自VSL的Gensui衰減器的粘彈性衰減器。圖4a示出了此類衰減器的基本概念鋼板20和21 (其可以替代地用其它剛性材料來制造)圍住諸如橡膠的兩層粘彈性材料24。板20被螺栓連接至第一結(jié)構(gòu)，板21被螺栓連接至第二結(jié)構(gòu)，結(jié)果，兩個結(jié)構(gòu)之間的在衰減器的平面中的任何相對運動都能夠被衰減器衰減一平面中的剪切、旋轉(zhuǎn)或平移的任何組合。請注意，通常在板20之間提供隔離物，使得能夠在不壓壞板之間的粘彈性材料24或使其變形的情況下上緊安裝螺栓22。支架23用來將衰減單元安裝到被衰減的結(jié)構(gòu)。圖4a和4b分別以透視圖和正視圖示出單單元衰減器。圖4c以正視圖示出多單元衰減器。在此類衰減器中使用的粘彈性材料通常是高度工程化類型的天然或合成橡膠或橡膠復(fù)合材料，不過也可以使用多種材料。圖5a至5c示出 如何能夠?qū)⒈景l(fā)明的衰減方法應(yīng)用于高層建筑物的示例。在所示的示例中，在建筑物的三個樓層提供了衰減，在圖5a中標記為41、42和43。樓層數(shù)目的選擇取決于將要被衰減的結(jié)構(gòu)一對于某些結(jié)構(gòu)而言，更多的樓層可能需要衰減，對于其它結(jié)構(gòu)而言，僅僅一個或兩個樓層可能需要衰減。圖5b和5c以平面圖和透視圖示出核心結(jié)構(gòu)33和柱30之間的外伸架壁31。衰減器32成對地位于每個翼壁外伸架31的外緣的頂部和底部附近。在外伸架31的頂部和底部處提供衰減器32的一個優(yōu)點是相鄰樓板(分別在上方或下方)為外伸架31提供附加強度，并且還幫助防止翼壁由于壓縮而屈曲。當將外伸架和衰減器改裝到現(xiàn)有結(jié)構(gòu)時，可通過局部地加厚或加強結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有壁或桁架來實現(xiàn)外伸架翼壁或桁架。在圖5a至5c所示的示例中，如圖5d所示，衰減器32被布置為對沿Z和X方向或沿著Z和Y方向的運動進行衰減，取決于它們是建筑物的哪一側(cè)(即沿著豎直軸線和沿著穿過柱和核心的水平軸線)。在被衰減的所有樓層上情況可能都是如此。替代地，對于建筑物下部(其中變形的豎直分量小得多)中的衰減而言，可將雙向衰減器5安裝成使得它們沿著X和Y方向進行衰減，如圖5e所指示的。以這種方式，由于成對安裝的豎直分離的衰減器，保持了結(jié)構(gòu)的剪切和彎曲變形的額外衰減，但還存在水平平面內(nèi)的沿X和Y軸兩者的振蕩或其它運動的大大改善的衰減。圖6a至6e以示意性形式示出兩個方式的平面和正視圖，其中，可將外伸架設(shè)計為使用本發(fā)明的衰減布置，同時使衰減器本身所需的空間量最優(yōu)化。圖6a和6b分別以側(cè)視圖和平面圖示出如何能夠使雙向衰減器5恰好凹陷到外伸架36中，外伸架36可以是被衰減的建筑物的壁。因此在外伸架36和外圍柱35之間僅需要小的間隙，留下外伸架之間以及核心和外圍柱之間的幾乎整個空間可供建筑物的居住者使用。圖6c至6e示出替代的空間最優(yōu)化布置，其中，衰減器5不是凹陷到外伸架壁36中，而是使用支架38固定到外伸架36的側(cè)面。根據(jù)外圍柱的幾何結(jié)構(gòu)，可以將衰減器5螺栓連接到柱的內(nèi)面，如圖6d所示，或者通過使用與那些用于將衰減器固定到外伸架壁的支架類似的支架38。圖7a至7c以平面圖示出使用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)構(gòu)造的各種示例。在圖7a中，在兩個支撐結(jié)構(gòu)48之間進行衰減的情況下，支撐結(jié)構(gòu)48充當外伸架以增強衰減力矩，并且根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，當將衰減器5裝配成豎直對以提供在本說明書中先前提到的水平剪切力的次級衰減所需的硬度時，使用雙向衰減器對兩個豎直核心結(jié)構(gòu)50和51進行相互衰減。圖7b示出核心54以及兩個相鄰柱52和53，具有由聯(lián)結(jié)壓桿結(jié)構(gòu)(bracedstrutwork)構(gòu)成的拉壓桿類型的外伸架,衰減單元5被安裝在壓桿結(jié)構(gòu)和柱52、53之間。圖7c示出了如何能夠?qū)D7b的構(gòu)造修改或擴展至具有兩個或更多個核心的結(jié)構(gòu)可將雙向衰減器5裝配在核心55、56之間，或裝配在核心之一和外圍柱之間，或兩種情況均可。
權(quán)利要求
1.一種建筑結(jié)構(gòu)(I)，包括 第一結(jié)構(gòu)元件(2)，其與第一軸線平行地延伸，所述第一結(jié)構(gòu)元件(2)是基本上自支撐的且能經(jīng)受剪切或彎曲變形，所述剪切或彎曲變形的分量沿著與所述第一軸線正交的第二軸線， 第二結(jié)構(gòu)元件(3)，其與所述第一結(jié)構(gòu)元件相鄰且與所述第一軸線平行地延伸，所述第一(2)和第二(3)結(jié)構(gòu)元件使得所述剪切或彎曲變形在沿著所述第一軸線的第一預(yù)定位置處引起與所述第一軸線平行的所述第一(2)和第二(3)結(jié)構(gòu)元件之間的相對軸向運動， 第一衰減裝置(5、5a、32)，其在沿著所述第一軸線的所述第一預(yù)定位置處被布置在所述第一結(jié)構(gòu)元件(2)和所述第二結(jié)構(gòu)元件(3)之間，所述第一衰減裝置(5、5a、32)具有與所述第一軸線基本上平行地布置的第一衰減軸線，使得所述相對軸向運動被所述第一衰減裝置(5、5a、32)衰減， 所述建筑結(jié)構(gòu)(I)的特征在于 所述第一衰減裝置(5、5a、32)具有不與所述第一衰減軸線平行的第二衰減軸線，以及 所述第一衰減裝置(5、5a、32)的所述第二衰減軸線被布置為使得所述第一衰減裝置(5、5a、32)對沿著所述第二軸線的所述第一結(jié)構(gòu)元件(2)和所述第二結(jié)構(gòu)元件(3)之間的相對運動進行衰減。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的建筑結(jié)構(gòu)(I)，其中，所述第一軸線是所述建筑結(jié)構(gòu)(I)的豎直軸線。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的建筑結(jié)構(gòu)(1)，其中，所述第一軸線是所述建筑結(jié)構(gòu)(I)的水平軸線。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的建筑結(jié)構(gòu)，還包括第二衰減裝置(5b)，所述第二衰減裝置(5b)在沿著所述第一軸線的第二預(yù)定位置處布置在所述第一結(jié)構(gòu)元件(2)和所述第二結(jié)構(gòu)元件(3)之間，所述第一和第二預(yù)定位置在所述建筑結(jié)構(gòu)的公共區(qū)域(41、42、43)中， 所述第二衰減裝置(5b )具有第三衰減軸線和第四衰減軸線，所述第三和第四衰減軸線是相互不平行的，以及 所述第一和第二預(yù)定位置沿著所述第一軸線分離一定距離，使得在所述公共區(qū)域中的所述第一結(jié)構(gòu)元件(2)的所述剪切或彎曲變形期間，所述第一衰減裝置(5a)沿著其衰減軸線之一處于張緊或壓縮中的一個，而所述第二衰減裝置(5b )沿著其衰減軸線之一處于張緊或壓縮中的另一個。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的建筑結(jié)構(gòu)(I)，其中，所述第一結(jié)構(gòu)元件(2)包括從所述第一結(jié)構(gòu)元件(2)朝著所述第二結(jié)構(gòu)元件(3)向外延伸的剛性外伸架元件(6、7、8)，并且其中，所述第一和第二衰減裝置中的至少一個被安裝在所述外伸架元件(6、7、8)的外部和所述第二結(jié)構(gòu)元件(3)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的建筑結(jié)構(gòu)(1)，其中，所述外伸架元件(6、7、8)是所述建筑結(jié)構(gòu)(I)的壁。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的建筑結(jié)構(gòu)(1)，其中，所述第一和第二衰減裝置(5、5a、5b、32)中的至少一個是粘彈性衰減設(shè)備。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的建筑結(jié)構(gòu)(1)，其中，所述第一(2)和第二(3)結(jié)構(gòu)元件中的一個是所述建筑結(jié)構(gòu)(I)的第一核心且所述第一(2)和第二(3)結(jié)構(gòu)元件中的另一個是所述建筑結(jié)構(gòu)(I)的外圍柱或所述建筑結(jié)構(gòu)(I)的第二核心。
9.一種對建筑結(jié)構(gòu)(I)中的運動進行衰減的方法，所述建筑結(jié)構(gòu)(I)包括與第一軸線平行地延伸的第一結(jié)構(gòu)元件(2)，所述第一結(jié)構(gòu)元件(2)是基本上自支撐的且能經(jīng)受剪切或彎曲變形，所述剪切或彎曲變形的分量沿著與所述第一軸線正交的第二軸線，所述方法包括 提供第二結(jié)構(gòu)元件(3)的第一步驟，所述第二結(jié)構(gòu)元件鄰近于所述第一結(jié)構(gòu)元件(2)并且與所述第一軸線平行地延伸，所述第一(2)和第二(3)結(jié)構(gòu)元件使得所述剪切或彎曲變形在沿著所述第一軸線的第一預(yù)定位置處引起與所述第一軸線平行的所述第一(2)和第二(3)結(jié)構(gòu)元件之間的相對軸向運動， 在沿著所述第一軸線的第一預(yù)定位置處在所述第一結(jié)構(gòu)元件(2)和所述第二結(jié)構(gòu)元件(3 )之間布置第一衰減裝置(5、5a、32 )的第二步驟，所述第一衰減裝置(5、5a、32 )具有與所述第一軸線基本上平行地布置的第一衰減軸線，使得所述相對軸向運動被所述第一衰減裝置(5、5a、32)衰減， 所述方法的特征在于， 所述第一衰減裝置(5、5a、32)具有不與所述第一衰減軸線平行的第二衰減軸線，以及 所述第二步驟包括布置所述第一衰減裝置(5、5a、32)的所述第二衰減軸線，使得所述第一衰減裝置(5、5a、32)對沿著所述第二軸線的所述第一結(jié)構(gòu)元件(2)和所述第二結(jié)構(gòu)元件(3)之間的相對運動進行衰減。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述第一軸線是所述建筑結(jié)構(gòu)(I)的豎直軸線或水平軸線。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，還包括在沿著所述第一軸線的第二預(yù)定位置處在所述第一結(jié)構(gòu)元件(2)和所述第二結(jié)構(gòu)元件(3)之間布置第二衰減裝置(5b、32)的第三步驟，所述第一和第二位置在所述建筑結(jié)構(gòu)(I)的公共區(qū)域(41、42、43)中， 所述第二衰減裝置(5b、32)具有第三衰減軸線和第四衰減軸線，所述第三和第四衰減軸線是相互不平行的，以及 所述第一和第二預(yù)定位置沿著所述第一軸線分離一定距離，使得在所述公共區(qū)域中的所述第一結(jié)構(gòu)元件(2)的所述剪切或彎曲變形期間，所述第一衰減裝置(5a)沿著其衰減軸線之一處于張緊或壓縮中的一個，而所述第二衰減裝置(5b )沿著其衰減軸線之一處于張緊或壓縮中的另一個。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中的任一項所述的方法，其中，所述第一結(jié)構(gòu)元件(2)包括從所述第一結(jié)構(gòu)元件(2)朝著所述第二結(jié)構(gòu)元件(3)向外延伸的剛性外伸架元件(6、7、8)，并且其中，所述第一步驟包括將所述第一衰減裝置(5、5a、32)布置在所述外伸架元件(6、7、8)的外部和所述第二結(jié)構(gòu)元件(3)之間， 并且其中，執(zhí)行第二步驟，所述第二步驟包括將所述第二衰減裝置(5b、32)布置在所述外伸架元件(6、7、8)的外部和所述第二結(jié)構(gòu)元件(3)之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12所述的方法，其中，所述第一和/或第二衰減裝置(5、5a、5b、32)是粘彈性衰減設(shè)備。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中的任一項所述的方法，其中，所述第一和第二結(jié)構(gòu)元件中的一個(2)是所述建筑結(jié)構(gòu)的第一核心并且所述第一和第二結(jié)構(gòu)元件中的另一個(3)是所述建筑結(jié)構(gòu)(I)的外圍柱或所述建筑結(jié)構(gòu)(I)的第二核心。
15.根據(jù)權(quán)利要求I至8中的任一項所述的建筑結(jié)構(gòu)或根據(jù)權(quán)利要求9至14中的任一項所述的方法，其中，所述第一(5、5a、32 )和/或第二衰減裝置(5b、32 )是Gensui衰減設(shè)備。
全文摘要
用于低、中和高層建筑結(jié)構(gòu)(1)的衰減布置，其使用放置在結(jié)構(gòu)(1)的兩個平行元件(諸如核心(2)和外圍柱(3))之間或在兩個核心之間的諸如粘彈性Gensui衰減設(shè)備的雙向衰減裝置(5)。通過對兩個元件(2、3)之間的軸向運動進行衰減并同時對兩個元件(2、3)之間的正交運動進行衰減來對結(jié)構(gòu)(1)的振蕩或其它彎曲或剪切變形進行衰減。使用外伸架(6、7、8)來增強軸向衰減力矩，并且可以成對地安裝雙向衰減裝置(5)，其彼此相反地工作以對正交平面中的動態(tài)剪切或彎曲力進行衰減。
文檔編號E04H9/02GK102713109SQ200980161627
公開日2012年10月3日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者K.K.林 申請人:Vsl國際股份公司