CN106436905B - 自适应隔震层数的顶部隔震模块建筑结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应隔震层数的顶部隔震模块建筑结构，包括核心筒结构，核心筒结构周围设置有下部模块组，包括混凝土核心筒结构，核心筒结构周围设置有下部模块组，下部模块组每层模块均与核心筒结构连接，下部模块组的与核心筒结构的高度相同；在下部模块组顶部以及核心筒结构顶部设置有次顶部模块组，次顶部模块组上设有顶部模块组，次顶部模块组与下部模块组以及核心筒结构之间设有多个次顶部隔震支座，次顶部模块组与顶部模块组之间设有多个顶部隔震支座。采用顶层隔震技术，减小模块建筑‑核心筒体系的整体地震响应，节约核心筒材料用量，利用模块建筑方便组合拆分的特点，方便灵活布置多段隔震层，简化隔震结构施工工序，提高施工速度。

Description

自适应隔震层数的顶部隔震模块建筑结构

技术领域

本发明涉及土建交通技术领域，具体是一种自适应隔震层数的顶部隔震模块建筑结构。

背景技术

模块建筑是一种预制装配式三维盒子单元，一个单元里一般是1-3个房间，模块单元一般采用钢结构制造，模块制作及设备安装占总建造工程量的90％，均在工厂流水线上完成，机械化和工业化程度高，并降低污染排放。制造厂家把外墙、装修、家具、设备等全部整合到这个盒子单元(模块)中，运往现场进行吊装拼接，不仅结构部分施工便捷，还免去了后期的装修等工作。

相对于其他预制装配结构，模块建筑的优点主要有以下几方面：由于高度整合，免去了后续的装修、设备管线安装等工序，进一步缩短建造时间、节省现场人力；每个模块自成结构体系，无论是运输、吊装还是就位，都无须额外的支撑件，可以采用较为便捷地堆放就位；工厂的流水线式装修、安装设备的方式，进一步提高室内品质，更符合商品住宅的市场要求。

然而，模块内部的构件限于空间要求、连接方便的要求及自重限制，构件尺寸有限，无法达到很高的水平向承载力，因而在目前实际工程应用中，多高层模块建筑需要外加抗水平力结构，以帮助模块建筑承载，可以是混凝土核心筒或其它形式。模块把所受到的水平向荷载通过有效连接传递给核心筒，模块本身仅承受竖向荷载以及极小量的水平荷载。因此，在高层的模块建筑案例中，模块+混凝土核心筒的结构形式被普遍采用，抗水平地震力体系仅有核心筒一道防线，是较为不合理的结构形式。模块给核心筒传递过大的水平荷载，往往造成很大的材料用量。

隔震技术是被广泛采用的结构被动控制技术之一。当隔震支座布设在结构的非底部位置，可以使支座以上的结构段相对支座以下的结构段开展一定程度的相对位移，结合支座本身的阻尼特性，形成主-次结构消能减振体系，其减振原理类似于调频质量阻尼器(TMD)。这样的消能减振体系，经过调频设计，能有效降低目标频段的地震响应。然而，当地震输入频段较宽，频谱成分复杂时，研究表明，次-主结构质量比不大的上述体系，其减振效果欠佳，也就是说，其减振效果依赖于地震输入频段与体系调频频段的相对关系，并非对所有频段均有显著效果。若能在一定程度上增加次-主结构质量比，并准确判断地震输入频段，针对性地调频，甚至当减振效果不佳时重新调频，则上述缺点能被有效克服。另一方面，从建筑角度而言，顶层中庭的设计，因其特有的采光、景观效果，受到酒店建筑的青睐，然而因为涉及抗水平力结构体系的转变，设计难度较大。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种自适应隔震层数的顶部隔震模块建筑结构。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种自适应隔震层数的顶部隔震模块建筑结构，包括混凝土核心筒结构，核心筒结构周围设置有下部模块组，下部模块组每层模块均与核心筒结构连接，下部模块组的与核心筒结构的高度相同；在下部模块组顶部以及核心筒结构顶部设置有次顶部模块组，次顶部模块组上设有顶部模块组，次顶部模块组与下部模块组以及核心筒结构之间设有多个次顶部隔震支座，次顶部模块组与顶部模块组之间设有多个顶部隔震支座。

其中，次顶部模块组通过多个斜撑与下部模块组或核心筒结构连接，斜撑用于将次顶部模块组的水平载荷传递给核心筒结构。

其中，斜撑包括中间钢管以及设于中间钢管两端的端部钢管，中间钢管的直径小于端部钢管的直径，并且中间钢管与端部钢管之间通过变径接头连接。这种结构的斜撑类似于保险丝，在承受较大轴向荷载时断开，从而允许次顶部模块组相对下部产生相对运动。

其中，斜撑为连接次顶部模块组的楼面与核心筒结构顶面的粘滞阻尼器。

其中，顶部模块组的天花梁上设置有承压板，承压板连接预应力索，预应力索的另一端连接核心筒结构的中上部。

其中，各个次顶部隔震支座与顶部隔震支座为铅芯橡胶隔震支座。

有益效果：本发明的自适应隔震层数的顶部隔震模块建筑结构，具有以下有益效果：

1、采用顶层隔震技术，显著减小模块建筑-核心筒体系的整体地震响应，节约核心筒材料用量。

2、利用模块建筑方便组合拆分的特点，方便灵活布置多段隔震层，简化隔震结构施工工序，提高施工速度。

3、采用保险丝式的斜撑实现自适应隔震，使次顶层段根据最顶层段隔震效果而主动参与隔震，避免最顶层因调频不当而隔震效果不佳，提高整个结构的隔震鲁棒性。

4、利用顶部模块所受竖向荷载较小，模块结构性能有冗余的特点，提早截断核心筒，进一步节约材料及建筑空间，并可以选择形成顶层中空的空间，从而简便地实现酒店建筑所青睐的顶层中庭。

附图说明

图1为本发明的整体立面布局示意图；

图2为图1所示结构的斜撑布置示意图；

图3为图2所示斜撑的结构示意图；

图4为图1所示结构的带预应力索的优选方案示意图；

图5为图4所示优选方案中承压板布置方式详图的正视图；

图6为图4所示优选方案中承压板布置方式详图的俯视图；

图7为图1所示结构的黏滞阻尼器替代斜撑可选方案的黏滞阻尼器布置示意图；

图8为图1所示结构的带顶部中庭的优选方案示意图。

图中：1-核心筒结构，2-下部模块组，3-顶部模块组，4-次顶部模块组，5-顶部隔震支座，6-次顶部隔震支座，7-斜撑，8-端部钢管，9-中间钢管，10-变径接头，11-预应力索，12-模块框架梁，13-模块框架柱，14-模块连接钢板，15-承压板，16-锚板，17-加劲肋，18-腹板，19-模块框架次梁，20-黏滞阻尼器，21-顶部中庭。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

节段式隔震技术属于主-次结构消能减振技术，顶层隔震是其中较为实用的方式。通过合理设计隔震支座的刚度以及阻尼值，能在全频域内达到较佳的性能，学术上一般采用频域传递函数中呈现等高双峰的判断标准。也就是说，当输入幅值不变但频率为变量的地面简谐加速度时，原有的结构在其一阶自振频率处，稳态响应指标达到最大，现在通过加入隔震层及其阻尼，把这个单一的峰值变成两个分离的、明显较小的等高峰值，这样的情况被近似视为达到最优性能。两个峰值之间的低谷部分，较原来的单一峰值大大下降，然而现在的两个小峰值，相对原来曲线对应频率处的响应值，有所上升。若低谷所处的频率段，恰好对应地震波的控制频率，则减振效果相当明显；但是，若是两个等高峰值之一所处的频率段，对应地震波的控制频率，则甚至起到减振负效果，是失败的情形。此时进一步加大被隔震部分的质量，改变隔震支座参数，能扩大低谷宽度，改变小峰值的位置，避免减振失败的情形。

本发明的一种自适应隔震层数的顶部隔震模块建筑结构，如图1、图2所示，包括核心筒结构1，核心筒结构1周围设置有下部模块组2，下部模块组2的高度与核心筒结构1连接，并与核心筒结构1的高度相同；在下部模块组2顶部以及核心筒结构1顶部设置有次顶部模块组4，次顶部模块组4上设置顶部模块组3，次顶部模块组4与下部模块组2以及核心筒结构1之间设置有多个次顶部隔震支座6，次顶部模块组4与顶部模块组3之间设置有多个顶部隔震支座5。次顶部模块组4通过多个斜撑7与下部模块组2或核心筒结构1连接，斜撑7用于将次顶部模块组4的水平载荷传递给核心筒结构1。如图4所示，顶部模块组3的天花梁上设置有带圆孔的承压板15，承压板连接预应力索11，预应力索11连接核心筒结构1的中上部，各个次顶部隔震支座6与顶部隔震支座5为铅芯橡胶隔震支座，承压板15采用钢板制成。

作为一种实施方式，如图3所示，斜撑7包括中间钢管9以及焊接在中间钢管9两端的端部钢管8，中间钢管9的直径小于端部钢管8的直径，并且中间钢管9与端部钢管8之间通过变径接头10连接，端部钢管8和中间钢管9可以采用钢管。通过上述设计把支撑拉断的部位控制在直径较小的中间钢管9段，达到较为准确地控制断裂荷载和断裂伸长量的目的。

作为另一种实施方式，如图7所示，斜撑7为连接次顶部模块组4的楼面与核心筒结构1顶面的粘滞阻尼器20。通过粘滞阻尼器20的启动荷载现象，达到保险丝式的设计，也就是在粘滞阻尼器20承受较大荷载时才产生相对运动。此方案增加了次顶部模块组4参与隔震后的等效阻尼系数。

本发明的一种自适应隔震层数的顶部隔震模块建筑结构，设置在核心筒结构1周围的下部模块组2，与核心筒结构1相互连接，将水平向荷载传递给核心筒结构1，下部模块组2的各个模块自身仅承受竖向荷载，而核心筒结构在次顶部模块组4与下部模块组2的交接处截断，节约材料。顶部模块组3在层内连接为整体，放置于顶部隔震支座5之上，此部分模块组一直处于隔震状态；次顶部模块组4沿水平、竖向均连接为整体，放置于次顶部隔震支座6之上，次顶部模块组4通过在若干位置设置斜撑7与下部模块组2或核心筒结构1连接，保证在水平荷载不大时，能把水平荷载直接往下传递，最终传给核心筒结构1。上述斜撑7采用局部缩小截面等保险丝式设计，控制其在承受较大轴向荷载时断开，从而允许次顶部模块组4相对下部产生相对运动，使两者之间的隔震支座也参与耗能，也就是说，当上一段模块减震效果良好时，此段模块与核心筒结构1保持刚性连接，当其减震效果不佳时，此段模块才会启动参与隔震。以上两次调频设计能大大减小调频失当的概率。

如图4所示，在顶部模块组3的天花梁上，通过承压板15+预应力索11的方式，将其连接至核心筒结构1的中上部。此方案主要针对层数较多，核心筒结构1弯曲变形明显，顶部转角较大，使顶部隔震支座5在较大的地震作用下出现拉应力的情况，目的是避免此情况影响支座性能。

如图5、图6所示，假设相邻模块之间采用模块连接钢板14进行连接的方案，模块连接钢板14焊接于相邻模块的模块梁柱节点的顶面，模块框架次梁19与模块梁柱节点刚接，则将带圆孔的承压板15布置在模块框架梁12上更靠近跨中的位置，与相邻模块的模块框架梁12的顶面进行焊接，并在其上面焊接锚板16。将预应力索11穿过锚板16与带圆孔的承压板15，向下延伸。在模块框架梁12的相应位置设置加劲肋17，并在模块框架梁12下方与模块框架柱13之间设置腋板18，以有效传递预应力索11带来的荷载。

如图8所示，核心筒结构1沿竖向截断以后，顶部若干层在对应位置留空，并不填充模块，形成顶部中庭21。

下部模块组2，顶部模块组3，次顶部模块组4均为多个模块组合而成。

本发明在实施时，核心筒结构1可以采用滑模技术进行施工，下部的各模块建筑采用堆放式就位，每层模块就位后与下层模块进行螺栓连接，并采用螺栓、焊接等方式与混凝土核心筒的预埋件有效连接。下部施工完毕后，在核心筒结构1顶部、模块顶部天花梁柱节点处布置橡胶隔震支座，堆放次顶层模块组，然后把模块组在同一层内进行连接，可采用螺栓、焊接、混凝土后浇等方式，并进行保险丝式斜撑7的连接；次顶层模块组采用螺栓连接为整体后，采用上述方式继续完成顶层模块组的施工。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种自适应隔震层数的顶部隔震模块建筑结构，其特征在于：包括混凝土核心筒结构，核心筒结构周围设置有下部模块组，下部模块组每层模块均与核心筒结构连接，下部模块组与核心筒结构的高度相同；在下部模块组顶部以及核心筒结构顶部设置有次顶部模块组，次顶部模块组上设有顶部模块组，次顶部模块组与下部模块组以及核心筒结构之间设有多个次顶部隔震支座，次顶部模块组与顶部模块组之间设有多个顶部隔震支座。

2.根据权利要求1所述的自适应隔震层数的顶部隔震模块建筑结构，其特征在于：其中，次顶部模块组通过多个斜撑与下部模块组或核心筒结构连接，斜撑用于将次顶部模块组的水平载荷传递给核心筒结构。

3.根据权利要求2所述的自适应隔震层数的顶部隔震模块建筑结构，其特征在于：其中，斜撑包括中间钢管以及设于中间钢管两端的端部钢管，中间钢管的直径小于端部钢管的直径，并且中间钢管与端部钢管之间通过变径接头连接。

4.根据权利要求2所述的自适应隔震层数的顶部隔震模块建筑结构，其特征在于：其中，斜撑为连接次顶部模块组的楼面与核心筒结构顶面的粘滞阻尼器。

5.根据权利要求1所述的自适应隔震层数的顶部隔震模块建筑结构，其特征在于：其中，顶部模块组的天花梁上设置有承压板，承压板连接预应力索，预应力索的另一端连接核心筒结构的中上部。

6.根据权利要求1所述的自适应隔震层数的顶部隔震模块建筑结构，其特征在于：其中，各个次顶部隔震支座与顶部隔震支座为铅芯橡胶隔震支座。