一種大空間自恢復吸能結構體系的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大空間自恢復吸能結構體系，包括網(wǎng)殼結構、格構塔柱、自平衡液壓桿和鉸接結構，所述網(wǎng)殼結構為自消能、自回位空間網(wǎng)殼結構；所述網(wǎng)殼結構上部連接自平衡液壓桿，為其提供徑向力和張力；所述網(wǎng)殼結構下部連接高彈性、高耗能的鉸接結構，為其提供支撐力和張力；所述格構塔柱連接基礎和自平衡液壓桿，用于支撐結構體系；所述網(wǎng)殼結構、自平衡液壓桿和鉸接結構在動荷載作用下通過發(fā)生變形，吸收地震波傳來的能量，并分別通過格構塔柱和鉸接結構將能量傳遞至基礎，附加動荷載卸除后自復位實現(xiàn)結構體系的自恢復和吸能減震功能。本發(fā)明從整體上進行系統(tǒng)的吸能耗能設計，在受力傳力合理的基礎上，實現(xiàn)結構體系良好的吸能減震效果。
【專利說明】
一種大空間自恢復吸能結構體系
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及建筑工程中的建筑結構領域，具體涉及一種大空間自恢復吸能結構體系O
【背景技術】
[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構常常是人們追求的目標。大空間和大跨度的結構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、結構輕巧、造型優(yōu)美、用鋼量低、實用耐久。大空間結構體系設計的優(yōu)劣直接關系到建筑物的安全、經(jīng)濟、適用、美觀，結構體系設計也關系著建筑的抗震能力、整體強度、經(jīng)濟性能等。由于大空間結構設計問題的復雜性，在實際應用中往往因為荷載傳遞及結構受力的不合理，導致建筑結構抗震能力及整體強度劣化。
[0003]隨著現(xiàn)代科技技術的發(fā)展和建筑技術的進步，人們對建筑結構抗震吸能消能的要求越來越高。在現(xiàn)有的抗震技術中，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，在大空間建筑結構的抗震減震設計中也有使用抗震阻尼、隔震支座等局部抗震、隔震的結構，這種結構設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構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，從而導致建筑結構產(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)有技術的抗震/減震設計僅能產(chǎn)生壓縮變形實現(xiàn)耗能減震/抗震，不能產(chǎn)生轉動變形實現(xiàn)吸能、耗能;現(xiàn)有的大空間建筑結構抗震設計僅為局部抗震設計，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)有技術不足，本發(fā)明提供了一種具有較好的吸能減震和自恢復能力的大空間建筑結構體系。
[0005]本發(fā)明解決上述技術問題采用的技術方案為:一種大空間自恢復吸能結構體系，包括網(wǎng)殼結構、格構塔柱、自平衡液壓桿和鉸接結構，其特征在于:所述網(wǎng)殼結構為三層疊層結構的網(wǎng)殼結構;所述網(wǎng)殼結構上部連接自平衡液壓桿，為其提供徑向力和張力;所述網(wǎng)殼結構下部連接彈性鉸接結構，為其提供支撐力和張力;所述格構塔柱連接基礎和自平衡液壓桿，用于支撐結構體系;所述網(wǎng)殼結構、自平衡液壓桿和鉸接結構在動荷載作用下通過發(fā)生變形，吸收地震波傳來的能量，并分別通過格構塔柱和鉸接結構將能量傳遞至基礎，附加動荷載卸除后自復位實現(xiàn)結構體系的自恢復和吸能減震功能。
[0006]進一步地，所述網(wǎng)殼結構通過模仿貝殼的層理構造，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構和下部網(wǎng)架結構，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位的功能，用于網(wǎng)殼結構受外部荷載作用時，使網(wǎng)殼結構整體實現(xiàn)吸能、隔震及減震。
[0007]進一步地，所述鉸接結構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件來連接網(wǎng)殼結構與基礎;所述鉸接結構由互成一定角度的多個棱柱層交疊而成，所述的鉸接結構固結于地基基礎，與上部結構剛接，起到承重、吸能耗能和傳遞荷載的作用；同時，所述鉸接結構還可以在縱向面發(fā)生一定的轉動并自回位，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吸能結構體系從整體上進行系統(tǒng)的吸能耗能設計，在受力傳力合理的基礎上，通過自平衡液壓桿和高彈性高韌性鉸接結構的共同作用，在確保結構承受荷載時的整體穩(wěn)定的條件下，通過結構本身自身發(fā)生的變形，使結構具有一定的自恢復能力，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)明結合網(wǎng)架結構跨度大和殼體結構張力大的優(yōu)點，形成網(wǎng)殼協(xié)調(diào)大跨度空間結構；網(wǎng)殼結構中的連接體、自平衡液壓桿以及高彈性高韌性鉸接結構，在荷載作用下通過發(fā)生變形，吸收地震波傳來的能量，并分別通過格構塔柱和鉸接結構自身，將能量傳遞至基礎，實現(xiàn)結構體系的自恢復和吸能減震功能;本發(fā)明明確提出的抗震結構體系從結構本身出發(fā)，結合新型仿生材料特性，通過提高結構整體柔度來達到抗震要求，這種抗震技術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)明的結構示意圖；
圖2為鉸接結構結構示意圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的說明。如圖1所示的一種大空間自恢復吸能結構體系，包括網(wǎng)殼結構3、格構塔柱4、自平衡液壓桿I和鉸接結構2，所述網(wǎng)殼結構3為自消能、自回位空間網(wǎng)殼結構；所述網(wǎng)殼結構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)殼結構3下部連接高彈性、高耗能的鉸接結構2，為其提供支撐力和張力;所述格構塔柱4連接基礎和自平衡液壓桿I，用于支撐結構體系;所述網(wǎng)殼結構3、自平衡液壓桿I和鉸接結構2在荷載作用下通過發(fā)生微小變形和復位，吸收地震波傳來的能量，并分別通過格構塔柱4和鉸接結構2將能量傳遞至基礎，實現(xiàn)結構體系的自恢復和吸能減震功能。
[0012]進一步地，所述網(wǎng)殼結構3通過模仿貝殼的層理構造，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連接上部殼體結構31和下部網(wǎng)架結構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位的功能，用于網(wǎng)殼結構3受外部荷載作用時，使網(wǎng)殼結構3整體實現(xiàn)吸能、隔震及減震。
[0013]進一步地，所述鉸接結構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件來連接網(wǎng)殼結構與基礎;如圖2所示，所述鉸接結構由互成一定角度的多個棱柱層21交疊而成，所述的鉸接結構2固結于地基基礎，與上部結構剛接，起到承重、吸能耗能和傳遞荷載的作用；同時，所述鉸接結構2還可以在縱向面發(fā)生一定的轉動并自回位，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]當結構體系受載時，高彈性高韌性鉸接結構處允許出現(xiàn)微小轉動，自平衡液壓桿被壓縮，吸收能量;卸載后，在網(wǎng)殼結構自重和高彈性高韌性鉸接結構的作用下，自平衡液壓桿恢復變形，釋放能量，從而實現(xiàn)結構體系的自恢復和吸能。此外，與自平衡液壓桿相連的格構塔柱使整個結構體系具有足夠的剛度，并實現(xiàn)結構體系主體到基礎的傳力。
[0016]應當說明的是，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，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種大空間自恢復吸能結構體系，包括網(wǎng)殼結構、格構塔柱、自平衡液壓桿和鉸接結構，其特征在于:所述網(wǎng)殼結構為三層式層疊結構的網(wǎng)殼結構;所述網(wǎng)殼結構上部連接自平衡液壓桿，為其提供徑向力和張力;所述網(wǎng)殼結構下部連接彈性鉸接結構，為其提供支撐力和張力;所述格構塔柱連接基礎和自平衡液壓桿，用于支撐結構體系;所述網(wǎng)殼結構、自平衡液壓桿和鉸接結構在動荷載作用下通過發(fā)生變形，吸收地震波傳來的能量，并分別通過格構塔柱和鉸接結構將能量傳遞至基礎，附加動荷載卸除后自復位實現(xiàn)結構體系的自恢復和吸能減震功能。2.根據(jù)權利要求1所述的一種大空間自恢復吸能結構體系，其特征在于:所述網(wǎng)殼結構包括上部殼體結構、連接體和下部網(wǎng)架結構，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位的功能，用于網(wǎng)殼結構受外部荷載作用時，使網(wǎng)殼結構整體實現(xiàn)吸能、隔震及減震。3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種大空間自恢復吸能結構體系，其特征在于:所述鉸接結構由互成一定角度的多個棱柱層交疊而成，所述的鉸接結構固結于地基基礎，與上部結構剛接，起到承重、吸能耗能和傳遞荷載的作用。4.根據(jù)權利要求3所述的一種大空間自恢復吸能結構體系，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