專利名稱：叉形構(gòu)造阻尼器及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于建筑物、才喬梁和其他結(jié)構(gòu)的阻尼系統(tǒng)的領(lǐng)域。 尤其是，本發(fā)明涉及一種新構(gòu)造的阻尼器，該阻尼器用于使結(jié)構(gòu)的 經(jīng)歷相對(duì)移動(dòng)和變形的兩個(gè)部件互相連接，當(dāng)該整體結(jié)構(gòu)遭受負(fù)載 狀態(tài)時(shí)，該阻尼器提高阻尼水平。在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中處于動(dòng)力負(fù)載的情 況下，新構(gòu)造的阻尼器有助于控制位移、速度和加速度。
背景技術(shù)：
-使用諸如鋼筋混;疑土剪力纟嗇、結(jié)構(gòu)鋼剛性構(gòu)架、結(jié)構(gòu)鋼或鋼筋 混凝土力矩框架或其組合等典型建筑部件的現(xiàn)代建筑物具有低的 固有阻尼特性。由于這種^氐固有阻尼，所以尤其是高層建筑物趨向 于易受由動(dòng)力載荷導(dǎo)致的過大震動(dòng)的影響。過大的加速度和扭轉(zhuǎn)速 度可以導(dǎo)致居住者不適，同時(shí)過大的位移可以導(dǎo)致對(duì)非結(jié)構(gòu)部件和 結(jié)構(gòu)部件的損害。為此，^是供輔助的阻尼源以控制這些過大震動(dòng)并 減輕整個(gè)建筑物對(duì)動(dòng)力載荷的反應(yīng)是有利的。當(dāng)前用于在這些結(jié)構(gòu)中控制位移、速度和加速度的有效系統(tǒng)包 括:帔動(dòng)系統(tǒng)(例如輔助阻尼器和減震器)以及主動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)前，；故動(dòng)輔助阻尼器(例如滯后阻尼器、粘性阻尼器和粘彈性阻尼器)被用于典型剛性構(gòu)造中并且在軸向變形的情況下#皮啟 動(dòng)。雖然這在對(duì)于一些結(jié)構(gòu)性構(gòu)造(其中在這種典型剛性構(gòu)造下支 撐部件經(jīng)歷顯著的軸向變形)增加阻尼方面可以是有效的，但是它們對(duì)其他結(jié)構(gòu)系統(tǒng)(例如高層建筑物，其中坤黃向變形的初始才莫式不 會(huì)在典型支撐部件中引起足以啟動(dòng)這些阻尼器的軸向變形)是較少 有效的。為了將變形增加到足夠啟動(dòng)阻尼器的程度，使用了利用肘 節(jié)式支撐件或剪式支撐件來放大位移的特殊構(gòu)造。還使用減震器(例如調(diào)質(zhì)阻尼器(TMD )和調(diào)液阻尼器(TLD )) 來減小這些結(jié)構(gòu)的變位、速度和加速度。它們通常包括設(shè)置在建筑 物頂樓上的機(jī)械震動(dòng)系統(tǒng)以便使它們的效果最大化。除了設(shè)計(jì)和建 造均是費(fèi)用浩大的之外，這還具有耗盡建筑物內(nèi)若干最有價(jià)值的不 動(dòng)產(chǎn)的缺點(diǎn)。此外，當(dāng)必須將它們調(diào)到單一震動(dòng)才莫式時(shí)，它們?cè)谟?限的頻率范圍內(nèi)起作用。主動(dòng)系統(tǒng)需要外部電源、驅(qū)動(dòng)力以及大量石更件和^:件控制系 統(tǒng)。因此，對(duì)于i殳計(jì)和實(shí)施來i兌它們是費(fèi)用浩大的，并且容易受斷 電或控制系統(tǒng)故障的影響。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種用于結(jié)構(gòu)的新的阻尼系統(tǒng)， 該阻尼系統(tǒng)克服了現(xiàn)有系統(tǒng)的至少一個(gè)缺點(diǎn)。尤其是，本發(fā)明的一 個(gè)目的在于，該阻尼系統(tǒng)才是供了對(duì)結(jié)構(gòu)的附加阻尼。一方面，本發(fā)明提供了 一種用于設(shè)置在建筑物等的抗橫向載荷 結(jié)構(gòu)(如墻)之間的阻尼系統(tǒng)，該阻尼系統(tǒng)包括多組呈交指型設(shè)置 的平4于一反。該第一組適合于在一個(gè)端部處連^姿至一個(gè)纟嗇并適合于在 其另一端部處與第二組合作。同樣，該第二組適合于連接至第二個(gè) 墻。耗能材料介于相應(yīng)板組的構(gòu)件之間。合適的耗能材料是本領(lǐng)域 已知的并包括如下材料，所述材料具有足夠強(qiáng)度以經(jīng)受住結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的片黃向變形，沒有扭斤裂或以其4也方式7ic久變形，同時(shí)具有消^毛乂人 才黃向變形中所吸收的能量的能力。當(dāng)兩個(gè)墻相對(duì)于^皮此移動(dòng)(例如在疾風(fēng)中)時(shí)，通過由于一反相對(duì)于;f皮此相對(duì)位移而引起的4反組之間
的 一毛能材津+的啟動(dòng)，來抑制墻的沿兩個(gè)正交方向的平面內(nèi)相對(duì)變形。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用在結(jié)構(gòu)中的阻尼
系統(tǒng)，該阻尼系統(tǒng)包括第一組一個(gè)或多個(gè)々反，通過連接裝置連接 至第二組一個(gè)或多個(gè)板；第一組板，所述第一組板具有適合于接合 到結(jié)構(gòu)內(nèi)的第一抗載荷結(jié)構(gòu)件的第一端部；第二組才反，所述第二組 板具有適合于接合到所述結(jié)構(gòu)內(nèi)的第二抗載荷結(jié)構(gòu)件的第二端部， 鄰接于所述第一抗載荷結(jié)構(gòu)件定位所述第二抗載荷結(jié)構(gòu)件；以及用 于將第一組板連接至第二組的板的連接裝置，該連4妄裝置包括耗能 材料。
優(yōu)選地，這兩組板包括多個(gè)基本上平行的、隔開的板，第一組 板與第二組板呈交指型設(shè)置。同樣優(yōu)選地，將這兩組^反連^妻至位于 該結(jié)構(gòu)的確定7K平面下的相同平面內(nèi)的兩個(gè)不同的抗^黃向載^，件 (形成部分力矩框架的剪力墻、鋼條或鋼柱)的兩個(gè)相對(duì)端部。延 伸件可以用在阻尼器的4壬一端部或兩個(gè)端部處來延伸它的長度以 適應(yīng)抗一黃向載荷件之間的3巨離。
根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，提供了 一種增大結(jié)構(gòu)中的阻尼的方 法，該方法包4舌以下步,驟在結(jié)構(gòu)的兩個(gè)相鄰^^黃向載^^結(jié)構(gòu)〗牛之 間設(shè)置至少 一個(gè)如上所述的阻尼系統(tǒng)。
才艮據(jù)本發(fā)明的另一方面，l是供一種具有增大的阻尼的結(jié)構(gòu)，該 結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)如上所述的阻尼系統(tǒng)。
根據(jù)下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他和進(jìn)一 步的優(yōu)點(diǎn)和特征將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見。


現(xiàn)在將參照附圖僅通過實(shí)例來詳細(xì)描述本發(fā)明，在附圖中相同
參考標(biāo)號(hào)表示相同部件，其中
圖1A是典型建筑物中的連接剪力墻的側(cè)視圖IB是典型建筑物中的結(jié)構(gòu)鋼剛性構(gòu)架的側(cè)一見圖1C是典型建筑物中的結(jié)構(gòu)鋼或鋼筋混凝土力矩框架的側(cè)視
圖ID是典型建筑物中的抗橫向載荷系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)鋼剛性構(gòu)架和 鋼筋混凝土剪力墻的組合的側(cè)視圖2A是高層建筑物中的兩個(gè)剪力墻的側(cè)視圖，其中所7>開的 本發(fā)明連4姿在墻之間；
圖2B是高層建筑物中的結(jié)構(gòu)鋼剛性構(gòu)架的側(cè)^f見圖，其中所公 開的本發(fā)明連接在剛性構(gòu)架之間；
圖2C是高層建筑物中的結(jié)構(gòu)鋼或鋼筋混凝土力矩框架的側(cè)一見 圖，其中所公開的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例連接在抗力矩框架之間；
圖2D是高層建筑物中的連接于鋼筋混凝土剪力墻的抗橫向載 荷系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)鋼剛性構(gòu)架的組合的側(cè)視圖，其中所公開的本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例連接在鋼剛性構(gòu)架與混凝土剪力墻之間；
圖3是本發(fā)明的構(gòu)造的一系列一見圖(正交圖、局部圖、平面圖、 和側(cè)視圖)，該構(gòu)造包括連接于五個(gè)鋼板的四個(gè)鋼板和夾入其間的 四層高阻尼材料；圖4是具有所提議的錨定系統(tǒng)的耗能材料的替換構(gòu)造和連接區(qū) 構(gòu)造的實(shí)例的一對(duì)—見圖(正交圖和平面圖)，其中阻尼器連4妄在兩
個(gè)剪力^嗇之間；
圖5是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一對(duì)—見圖(正交圖和平面圖)， 其中可選的延伸件用于形成阻尼系統(tǒng)以連接在兩個(gè)剪力墻之間；以 及
圖6是經(jīng)歷變形的兩個(gè)剪力墻的正交視圖，其中所公開的本發(fā) 明連接在墻之間。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照?qǐng)D1A至圖1D,其中示出了用于構(gòu)筑中層和高層建筑 物的現(xiàn)有才支術(shù)的實(shí)例，即，4吏用鋼筋混凝土剪力墻110 (圖1A)、 結(jié)構(gòu)鋼剛性構(gòu)架120 (圖1B)、結(jié)構(gòu)鋼或鋼筋混凝土力矩框架130 (圖1C)以及其組合140 (圖1D)的實(shí)例。當(dāng)建筑物遭受風(fēng)或地 震載荷時(shí)，連接梁(116、 128、 134、 144)或側(cè)部支撐件(126、 148)變形，而沒有一是供任何有意義的阻尼。
參照?qǐng)D1A,利用鋼筋混卩疑土剪力墻114的結(jié)構(gòu)110具有位于剪 力墻114之間的開口 112中的混凝土連4妄梁116。類似地，如圖1B 中所示，利用鋼柱124和鋼條126的結(jié)構(gòu)120具有位于柱124之間 的開口 122中的鋼連接梁128。圖1C中示出了僅僅包括柱132和 開口 136中的連接梁134的替換鋼結(jié)構(gòu)130。圖1D中示出的最后 的結(jié)構(gòu)是組合結(jié)構(gòu)140,該《且合結(jié)構(gòu)具有由開口 146隔開并由連4妄 梁144連接的混凝土剪力墻142與鋼柱150及鋼條148。
在圖2A至圖2D中，本文所描述的通常用IO表示的本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例的阻尼系統(tǒng)或阻尼器取^代了在圖1A至圖1D中示出的結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)連4妄梁(116、 128、 134、 144)或側(cè)部支撐件(126、 148)。由于阻尼器10 <又<又耳又代了連4妾梁或側(cè)部支撐件并且裝配在 否則由連接梁或橫向支撐件占據(jù)的區(qū)域內(nèi)，因此這樣做不會(huì)浪費(fèi)內(nèi) 部空間。在這種情況下，當(dāng)建筑物遭受動(dòng)態(tài)的風(fēng)或地震載荷時(shí)，阻 尼器10變形并對(duì)該系統(tǒng)4是供附加阻尼。
以不同的方式參照?qǐng)D3至圖5，阻尼裝置10包4舌第一組鋼板 310,第一組鋼一反與第二組的一個(gè)或多個(gè)類似、鋼4反312呈交指型i殳 置并且通過一€能材并牛插入層320而與該第二組鋼才反連4妻，該庫毛能材 泮牛插入層借助于粘合劑層牢固地粘著于第一組鋼才反。通過將兩組4反 的與連"l妻端相對(duì)的端部i里入 一 對(duì)鄰4妄的抗4黃向載荷件中或通過以 緊固的方式將該端部擰緊到墻上，而4吏端部在結(jié)構(gòu)上與這對(duì)鄰接的 抗橫向載荷件330 (即，混凝土剪力墻)相接合。板310、 312足夠 剛硬以i^更向建筑物提供必需的結(jié)構(gòu)完整性，并且Y更于跟隨抗一黃向載 荷件330的移動(dòng)，由此加強(qiáng)抗橫向載荷件330的兩個(gè)端部之間的差 動(dòng)行程，該差動(dòng)行程又剪切兩組板310、 312之間的庫毛能材料320。 圖3公開了包括連接至五個(gè)板312的四個(gè)板310的阻尼系統(tǒng)的構(gòu)造 的一個(gè)實(shí)例。通過耗能材料板320將四個(gè)板310連接至五個(gè)板312。 存在八層耗能材料320,當(dāng)連接有該庫C能材料的抗一黃向載荷件330 經(jīng)歷橫向變形時(shí)，這八層耗能材料經(jīng)歷剪切變形。
所使用的耗能材料320是高阻尼橡膠或高阻尼粘彈性材料或能 夠耗能(或者與位移有關(guān)的能量，或者與速度有關(guān)的能量)的任何 其他材料。
圖4公開了才艮據(jù)本發(fā)明的阻尼裝置10的另一實(shí)施例，并且該 阻尼裝置包4舌第一組的四個(gè)4反410,如圖3中一才羊，這四個(gè)^反通過 更大的、矩形截面的庫毛能材并牛420連4妄至第二組的五個(gè)纟反412。所 使用的板在數(shù)量上的變化、以及耗能材料的長度、寬度、厚度和形 狀可以用于將阻尼系統(tǒng)調(diào)整為適合于具體應(yīng)用以卩吏其阻尼歲文果最大化。此外，圖4公開了用于將阻尼系統(tǒng)10錨定到抗橫向載荷件
430上的、位于板412的一個(gè)端部上的錨定系統(tǒng)414。
圖5 7>開了阻尼系統(tǒng)10的構(gòu)造，其中阻尼器510的l毛能部分 被獨(dú)立地構(gòu)成接著^皮連4妻至剛性延伸件520，該剛性延伸件又被構(gòu) 造成隨后(例如在建筑場地上)在結(jié)構(gòu)上與抗橫向載荷件530相接 合。在示出的該構(gòu)造中，將板成組地連接在一起以便連接至剛性延伸件。
圖6公開了一種經(jīng)歷橫向變形的結(jié)構(gòu)610。連接剪力墻614的 連4妻梁616是變形的，阻尼系統(tǒng)10也是一才羊。
因此，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例利用兩個(gè)或更多個(gè)抗碎黃向載荷結(jié)構(gòu) 件(與其組成無關(guān))之間的沿兩個(gè)正交方向的平面內(nèi)相對(duì)變形來4是 供附加阻尼。
與現(xiàn)在的阻尼系統(tǒng)相比，提供了 一種比較便宜的阻尼系統(tǒng)。
多個(gè)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)一步才是供了 一種阻尼系統(tǒng)，該阻尼系統(tǒng)不需 顯著改變即能夠被設(shè)置到該阻尼系統(tǒng)將被設(shè)置于其中的建筑物結(jié) 構(gòu)的建筑和結(jié)構(gòu)構(gòu)造上，并且其是容易構(gòu)造的并4是供對(duì)傳統(tǒng)阻尼系 統(tǒng)的簡使JF又4戈。
雖然本文所描述的本發(fā)明的實(shí)施例涉及遭受諸如風(fēng)載荷、地震 載荷、以及爆破載荷等橫向載荷的建筑物，但本發(fā)明的其他有利應(yīng) 用(包括但不限于其他結(jié)構(gòu))對(duì)本領(lǐng)域沖支術(shù)人員將是顯而易見的。
在此結(jié)束本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的描述。已經(jīng)給出的前述描 述是用于解釋的目的，并且不應(yīng)認(rèn)為是無遺漏的或用來一奪本發(fā)明限 制為所披露的精確形式。多種改進(jìn)和變化可以才艮據(jù)上面的教導(dǎo)進(jìn)行并將對(duì)本領(lǐng)域:技術(shù)人員來it是顯而易見的。例如，雖然構(gòu)成第一和 第二組的玲反已經(jīng)被描述為由鋼制成，但是可以使用足夠剛石更的任何 材料(例如其他金屬和合金、高強(qiáng)度樹脂增強(qiáng)復(fù)合材料等等)，以 便向建筑物提供必需的結(jié)構(gòu)完整性并且便于跟隨抗橫向載荷件(如 墻或梁)的移動(dòng)。另外，耗能材料可以選自多種多樣的材料，例如
天然或合成橡膠(SBR、聚丁二烯、丁基合成橡膠等)，這是本技術(shù)
領(lǐng)域內(nèi)的選4奪。本發(fā)明的范圍旨在不由此描述限定，而是由隨后的 斥又利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種使用于結(jié)構(gòu)中的阻尼系統(tǒng)，所述阻尼系統(tǒng)包括a)第一組板，所述第一組板具有適合于接合到所述結(jié)構(gòu)內(nèi)的第一抗載荷結(jié)構(gòu)件的第一端部；b)第二組板，所述第二組板具有適合于接合到所述結(jié)構(gòu)內(nèi)的第二抗載荷結(jié)構(gòu)件的第二端部，所述第二抗載荷結(jié)構(gòu)件被定位成鄰接于所述第一抗載荷結(jié)構(gòu)件；c)連接裝置，用于將所述第一組板連接至所述第二組板，其包括耗能材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼系統(tǒng)，其中，每個(gè)所述組板包括多 個(gè)基本平行的、隔開的板，所述第一組板與所述第二組板呈交 指型設(shè)置。
3. 根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的阻尼系統(tǒng)，其中，所述第一組 板中的每個(gè)板又連接至所述第一組板中的每一其他板，并且所 述第二組4反中的每個(gè)板又連接至所述第二組板中的每一其他板。
4. 根據(jù)任一項(xiàng)前述^L利要求所述的阻尼系統(tǒng)，其中，所述第一端 部包括適合于連接至所述第一抗載荷結(jié)構(gòu)件的剛性延伸件。
5. —種增大結(jié)構(gòu)中的阻尼的方法，所述方法包括a)在第一抗載荷結(jié)構(gòu)件與第二抗載荷結(jié)構(gòu)件之間插入至 少一個(gè)阻尼系統(tǒng)，第二抗載4苛結(jié)構(gòu)件#皮定4立成鄰4妻于所述第一 抗載荷結(jié)構(gòu)件，其中，所述阻尼系統(tǒng)包4舌第一組—反，所述第一組—反具 有適合于接合到所述第一抗載荷結(jié)構(gòu)件的第一端部；第二組 板，所述第二組板具有適合于接合到所述第二抗載荷結(jié)構(gòu)件的第二端部；并且所述第一組板通過耗能材料連接至所述第二組板。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述插入步-驟包括在所述 結(jié)構(gòu)的每一層插入至少 一 個(gè)阻尼系統(tǒng)。
7. —種具有增大的阻尼的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括第一抗載荷結(jié)構(gòu)件；鄰接于所述第一抗載荷結(jié)構(gòu)件定位的第二抗載荷結(jié)構(gòu)件；至少一個(gè)阻尼系統(tǒng)，系統(tǒng)包^舌第一組板，所述第一組板具有適合于與所述結(jié)構(gòu)內(nèi)的所 述第一抗載荷結(jié)構(gòu)件相接合的第一端部；第二組板，所述第二組板具有適合于與所述結(jié)構(gòu)內(nèi)的所 述第二抗載荷結(jié)構(gòu)件相接合的第二端部；以及連4妄裝置，所述連接裝置用于將所述第一組板連接 至所述第二組板，所述連接裝置包括耗能材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述結(jié)構(gòu)在所述結(jié)構(gòu)的每 一層中包括至少一個(gè)所述阻尼系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新的構(gòu)造的阻尼器，該構(gòu)造阻尼器用于使結(jié)構(gòu)的經(jīng)歷相對(duì)運(yùn)動(dòng)和變形的兩個(gè)部件互相連接，當(dāng)該整體結(jié)構(gòu)遭受載荷狀態(tài)時(shí)，該構(gòu)造阻尼器提高阻尼水平。在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)負(fù)載的情況下，新的構(gòu)造阻尼器有助于控制位移、速度和加速度。
文檔編號(hào)E04H9/02GK101316973SQ200680040409
公開日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2006年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月26日
發(fā)明者伊萬·本茨, 康斯坦丁·赫里斯托普洛斯, 肖恩·史密斯, 蒂博爾·科考伊, 邁克爾·柯林斯, 邁克爾·蒙哥馬利, 阿迦·哈桑 申請(qǐng)人:優(yōu)樂仕合伙公司;康斯坦丁·赫里斯托普洛斯;邁克爾·蒙哥馬利;肖恩·史密斯