一種大空間自恢復(fù)吸能結(jié)構(gòu)體系的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大空間自恢復(fù)吸能結(jié)構(gòu)體系，包括網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、格構(gòu)塔柱、自平衡液壓桿和鉸接結(jié)構(gòu)，所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)為自消能、自回位空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)；所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)上部連接自平衡液壓桿，為其提供徑向力和張力；所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)下部連接高彈性、高耗能的鉸接結(jié)構(gòu)，為其提供支撐力和張力；所述格構(gòu)塔柱連接基礎(chǔ)和自平衡液壓桿，用于支撐結(jié)構(gòu)體系；所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、自平衡液壓桿和鉸接結(jié)構(gòu)在動荷載作用下通過發(fā)生變形，吸收地震波傳來的能量，并分別通過格構(gòu)塔柱和鉸接結(jié)構(gòu)將能量傳遞至基礎(chǔ)，附加動荷載卸除后自復(fù)位實現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系的自恢復(fù)和吸能減震功能。本發(fā)明從整體上進行系統(tǒng)的吸能耗能設(shè)計，在受力傳力合理的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系良好的吸能減震效果。
【專利說明】
一種大空間自恢復(fù)吸能結(jié)構(gòu)體系
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及建筑工程中的建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體涉及一種大空間自恢復(fù)吸能結(jié)構(gòu)體系O
【背景技術(shù)】
[0002]在人類社會發(fā)展的歷程中，能夠提供更大空間和跨度的結(jié)構(gòu)常常是人們追求的目標。大空間和大跨度的結(jié)構(gòu)不僅可以滿足建筑大空間的使要求，使空間的水平分隔的靈活性及垂直方向自由調(diào)整的可能性增大，而且受力合理、結(jié)構(gòu)輕巧、造型優(yōu)美、用鋼量低、實用耐久。大空間結(jié)構(gòu)體系設(shè)計的優(yōu)劣直接關(guān)系到建筑物的安全、經(jīng)濟、適用、美觀，結(jié)構(gòu)體系設(shè)計也關(guān)系著建筑的抗震能力、整體強度、經(jīng)濟性能等。由于大空間結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的復(fù)雜性，在實際應(yīng)用中往往因為荷載傳遞及結(jié)構(gòu)受力的不合理，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)抗震能力及整體強度劣化。
[0003]隨著現(xiàn)代科技技術(shù)的發(fā)展和建筑技術(shù)的進步，人們對建筑結(jié)構(gòu)抗震吸能消能的要求越來越高。在現(xiàn)有的抗震技術(shù)中，大多利用提高建筑的整體剛度、對薄弱環(huán)節(jié)進行加固處理，或者使用輕質(zhì)材料減輕自重從而達到抗震目的，這些技術(shù)雖然在一定程度上達到了減震的效果，但造價大大提高且容易出現(xiàn)脆性破壞等工程質(zhì)量隱患；另外，在大空間建筑結(jié)構(gòu)的抗震減震設(shè)計中也有使用抗震阻尼、隔震支座等局部抗震、隔震的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計僅能起到整個建筑物橫向的吸能抗震，而對于剛性較大的大空間建筑結(jié)構(gòu)本身由于震動引起的不均勻動荷載不能及時、均勻的傳遞至基礎(chǔ)，從而導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻沉降及脆性破壞;而且地震時地面運動是多維的，地基基礎(chǔ)在各方向震動易引起建筑物產(chǎn)生縱向的軸向力，現(xiàn)有技術(shù)的抗震/減震設(shè)計僅能產(chǎn)生壓縮變形實現(xiàn)耗能減震/抗震，不能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動變形實現(xiàn)吸能、耗能;現(xiàn)有的大空間建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計僅為局部抗震設(shè)計，可實現(xiàn)局部或某方面的耗能減震/抗震，整體抗震效果不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種具有較好的吸能減震和自恢復(fù)能力的大空間建筑結(jié)構(gòu)體系。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為:一種大空間自恢復(fù)吸能結(jié)構(gòu)體系，包括網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、格構(gòu)塔柱、自平衡液壓桿和鉸接結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)為三層疊層結(jié)構(gòu)的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu);所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)上部連接自平衡液壓桿，為其提供徑向力和張力;所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)下部連接彈性鉸接結(jié)構(gòu)，為其提供支撐力和張力;所述格構(gòu)塔柱連接基礎(chǔ)和自平衡液壓桿，用于支撐結(jié)構(gòu)體系;所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、自平衡液壓桿和鉸接結(jié)構(gòu)在動荷載作用下通過發(fā)生變形，吸收地震波傳來的能量，并分別通過格構(gòu)塔柱和鉸接結(jié)構(gòu)將能量傳遞至基礎(chǔ)，附加動荷載卸除后自復(fù)位實現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系的自恢復(fù)和吸能減震功能。
[0006]進一步地，所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)通過模仿貝殼的層理構(gòu)造，利用貝殼棱柱層連接上部角質(zhì)層和下部珍珠層的原理，利用高彈性、高韌性的連接體連接上部殼體結(jié)構(gòu)和下部網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，在徑向起緩沖作用，所述連接體具有可發(fā)生一定程度的變形和復(fù)位的功能，用于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)受外部荷載作用時，使網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)整體實現(xiàn)吸能、隔震及減震。
[0007]進一步地，所述鉸接結(jié)構(gòu)通過模仿貝殼韌帶交叉棱柱層，利用貝殼韌帶為貝殼張開提供張力的原理，用高彈性材料制成交叉棱柱狀構(gòu)件來連接網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ);所述鉸接結(jié)構(gòu)由互成一定角度的多個棱柱層交疊而成，所述的鉸接結(jié)構(gòu)固結(jié)于地基基礎(chǔ)，與上部結(jié)構(gòu)剛接，起到承重、吸能耗能和傳遞荷載的作用；同時，所述鉸接結(jié)構(gòu)還可以在縱向面發(fā)生一定的轉(zhuǎn)動并自回位，并在這一過程中實現(xiàn)吸能耗能。
[0008]進一步地，所述的棱柱層為多個棱柱體按照一定的角度整齊、緊密排列而成，所述的棱柱體由高彈性、高耗能的材料制成。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備的有益效果為:本發(fā)明的一種大空間自恢復(fù)吸能結(jié)構(gòu)體系從整體上進行系統(tǒng)的吸能耗能設(shè)計，在受力傳力合理的基礎(chǔ)上，通過自平衡液壓桿和高彈性高韌性鉸接結(jié)構(gòu)的共同作用，在確保結(jié)構(gòu)承受荷載時的整體穩(wěn)定的條件下，通過結(jié)構(gòu)本身自身發(fā)生的變形，使結(jié)構(gòu)具有一定的自恢復(fù)能力，提高建筑物整體柔度，從而達到良好的吸能減震的效果。具體的，本發(fā)明結(jié)合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)跨度大和殼體結(jié)構(gòu)張力大的優(yōu)點，形成網(wǎng)殼協(xié)調(diào)大跨度空間結(jié)構(gòu)；網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中的連接體、自平衡液壓桿以及高彈性高韌性鉸接結(jié)構(gòu)，在荷載作用下通過發(fā)生變形，吸收地震波傳來的能量，并分別通過格構(gòu)塔柱和鉸接結(jié)構(gòu)自身，將能量傳遞至基礎(chǔ)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系的自恢復(fù)和吸能減震功能;本發(fā)明明確提出的抗震結(jié)構(gòu)體系從結(jié)構(gòu)本身出發(fā)，結(jié)合新型仿生材料特性，通過提高結(jié)構(gòu)整體柔度來達到抗震要求，這種抗震技術(shù)與已有的建筑抗震體系相比，大大降低了抗震費用。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為鉸接結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明。如圖1所示的一種大空間自恢復(fù)吸能結(jié)構(gòu)體系，包括網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)3、格構(gòu)塔柱4、自平衡液壓桿I和鉸接結(jié)構(gòu)2，所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)3為自消能、自回位空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)；所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)3上部連接自平衡液壓桿I，為其提供徑向力和張力;所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)3下部連接高彈性、高耗能的鉸接結(jié)構(gòu)2，為其提供支撐力和張力;所述格構(gòu)塔柱4連接基礎(chǔ)和自平衡液壓桿I，用于支撐結(jié)構(gòu)體系;所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)3、自平衡液壓桿I和鉸接結(jié)構(gòu)2在荷載作用下通過發(fā)生微小變形和復(fù)位，吸收地震波傳來的能量，并分別通過格構(gòu)塔柱4和鉸接結(jié)構(gòu)2將能量傳遞至基礎(chǔ)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系的自恢復(fù)和吸能減震功能。
[0012]進一步地，所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)3通過模仿貝殼的層理構(gòu)造，利用貝殼棱柱層連接上部角質(zhì)層和下部珍珠層的原理，利用高彈性、高韌性的連接體32連接上部殼體結(jié)構(gòu)31和下部網(wǎng)架結(jié)構(gòu)33，在徑向起一定的緩沖作用，所述連接體32具有可發(fā)生一定程度的變形和復(fù)位的功能，用于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)3受外部荷載作用時，使網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)3整體實現(xiàn)吸能、隔震及減震。
[0013]進一步地，所述鉸接結(jié)構(gòu)2通過模仿貝殼韌帶交叉棱柱層，利用貝殼韌帶為貝殼張開提供張力的原理，用多個高彈性材料制成交叉棱柱狀構(gòu)件來連接網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ);如圖2所示，所述鉸接結(jié)構(gòu)由互成一定角度的多個棱柱層21交疊而成，所述的鉸接結(jié)構(gòu)2固結(jié)于地基基礎(chǔ)，與上部結(jié)構(gòu)剛接，起到承重、吸能耗能和傳遞荷載的作用；同時，所述鉸接結(jié)構(gòu)2還可以在縱向面發(fā)生一定的轉(zhuǎn)動并自回位，并在這一過程中實現(xiàn)吸能耗能。
[0014]進一步地，所述的棱柱層21為多個棱柱體22按照一定的角度整齊、緊密排列而成，所述的棱柱體22由高彈性、高耗能的材料制成。
[0015]當結(jié)構(gòu)體系受載時，高彈性高韌性鉸接結(jié)構(gòu)處允許出現(xiàn)微小轉(zhuǎn)動，自平衡液壓桿被壓縮，吸收能量;卸載后，在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)自重和高彈性高韌性鉸接結(jié)構(gòu)的作用下，自平衡液壓桿恢復(fù)變形，釋放能量，從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系的自恢復(fù)和吸能。此外，與自平衡液壓桿相連的格構(gòu)塔柱使整個結(jié)構(gòu)體系具有足夠的剛度，并實現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系主體到基礎(chǔ)的傳力。
[0016]應(yīng)當說明的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施方式，并不用以限制本發(fā)明，本領(lǐng)域人員在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換或改進，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種大空間自恢復(fù)吸能結(jié)構(gòu)體系，包括網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、格構(gòu)塔柱、自平衡液壓桿和鉸接結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)為三層式層疊結(jié)構(gòu)的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu);所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)上部連接自平衡液壓桿，為其提供徑向力和張力;所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)下部連接彈性鉸接結(jié)構(gòu)，為其提供支撐力和張力;所述格構(gòu)塔柱連接基礎(chǔ)和自平衡液壓桿，用于支撐結(jié)構(gòu)體系;所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、自平衡液壓桿和鉸接結(jié)構(gòu)在動荷載作用下通過發(fā)生變形，吸收地震波傳來的能量，并分別通過格構(gòu)塔柱和鉸接結(jié)構(gòu)將能量傳遞至基礎(chǔ)，附加動荷載卸除后自復(fù)位實現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系的自恢復(fù)和吸能減震功能。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大空間自恢復(fù)吸能結(jié)構(gòu)體系，其特征在于:所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)包括上部殼體結(jié)構(gòu)、連接體和下部網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，所述連接體為高彈性、高韌性的材料，所述連接體具有可發(fā)生一定程度的變形和復(fù)位的功能，用于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)受外部荷載作用時，使網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)整體實現(xiàn)吸能、隔震及減震。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種大空間自恢復(fù)吸能結(jié)構(gòu)體系，其特征在于:所述鉸接結(jié)構(gòu)由互成一定角度的多個棱柱層交疊而成，所述的鉸接結(jié)構(gòu)固結(jié)于地基基礎(chǔ)，與上部結(jié)構(gòu)剛接，起到承重、吸能耗能和傳遞荷載的作用。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大空間自恢復(fù)吸能結(jié)構(gòu)體系，其特征在于:所述的棱柱層為多個棱柱體按照一定的角度整齊、緊密排列而成，所述的棱柱體由高彈性、高耗能的材料制成。
【文檔編號】E04B1/98GK105821985SQ201610245837
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】華淵, 連俊英, 鮑鋮奕, 萬芹, 劉少浪
【申請人】江南大學(xué)