一种超高巨型钢结构减振集成系统的制作方法

本发明属于结构工程技术领域，具体涉及一种应用于超高层建筑物中的超高巨型钢结构减振集成系统。

背景技术：

目前，公知的超高层结构系统为框架-核心筒结构，材料为钢筋混凝土或钢与钢筋混凝土及组合构件的混合，自重大，现场湿作业多，施工速度慢；公知的结构抵抗侧向荷载的方式为通过提高结构材料用量来提高结构刚度，而不考虑减振装备的作用，导致结构材料和社会资源的浪费；公知的结构传递竖向荷载的竖向构件上下连续，而不考虑分区段传递荷载，导致所有外框架的柱截面均较大，影响建筑布置的灵活性和空间视野的开阔性。公知的结构减振装备系统，由单一原理的减振装备组成，不能与建筑物的水箱和观光空间有效结合，布置数量多，布置位置不灵活。减振装备系统的减振目标设置单一，即不能同时控制风振舒适度、减小地震作用或减小风荷载。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有结构经济性和风振舒适度好，结构效率高，结构抗风和抗震性能强，结构钢用量低，建筑布置灵活，施工速度快，减振效率高等优点的超高巨型钢结构减振集成系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种超高巨型钢结构减振集成系统，应用于超高层建筑物中，包括超高巨型钢结构单元和设置在超高巨型钢结构单元上的减振装备单元，所述的超高巨型钢结构单元由主结构分单元和设置在主结构单元上的次级结构分单元组成，所述的主结构分单元包括巨型钢框架和设置在巨型钢框架内的钢核心筒，所述的巨型钢框架由多个巨柱及设置在巨柱上的环带桁架组成，所述的减震装备单元包括粘滞阻尼机构或/和调谐减振机构。

作为优选的技术方案，所述的环带桁架设置在超高层建筑物的设备层或避难层，占据1～2层的层高，相邻两个环带桁架之间为一个区段，所述的巨型钢框架用于抵抗侧向荷载，同时每个环带桁架承担其上方一个区段的重力荷载，并将该重力荷载传递给巨柱。

作为优选的技术方案，所述的巨柱设有4～12根，用于承担侧向荷载的同时承担重力荷载。

作为优选的技术方案，所述的次级结构分单元包括楼盖、重力梁、重力柱及变形释放装置，所述的重力梁和重力柱分区段设置，各区段之间相互独立，每个区段的重力梁和重力柱仅承担本区段内的重力荷载，变形释放装置设置在重力柱的顶部、底部或中部。

作为优选的技术方案，所述的变形释放装置为一柔性节点，该区段重力柱由上部重力柱和下部重力柱通过该柔性节点连接形成，所述的柔性节点包括分别设置在上部重力柱下端和下部重力柱上端的螺孔、以及连接板，所述的连接板上设有螺孔和长圆孔；

当变形释放装置设置在重力柱的顶部时，连接板上的螺孔与上部重力柱下端的螺孔通过螺栓连接，连接板上的长圆孔与下部重力柱上端的螺孔通过螺栓连接；

当变形释放装置设置在重力柱的底部时，连接板上的螺孔与下部重力柱上端的螺孔连接，连接板上的长圆孔与上部重力柱下端的螺孔通过螺栓连接；

当变形释放装置设置在重力柱的中部时，连接板上的螺孔与上部重力柱下端的螺孔通过螺栓连接，连接板上的长圆孔与下部重力柱上端的螺孔通过螺栓连接；

所述的长圆孔竖直设置，螺栓初始安装位置位于长圆孔的中间，上部重力柱和下部重力柱之间设有间隔，该间隔为长圆孔孔长的1/2。

作为优选的技术方案，所述的钢核心筒由钢框架梁和钢框架柱组成，并根据需要在没有门洞的位置设置钢支撑，所述的钢核心筒用于承担侧向荷载，同时承担钢核心筒范围内的重力荷载。

作为优选的技术方案，所述的巨型钢框架和钢核心筒之间还连接有伸臂桁架，所述的伸臂桁架根据结构计算需要设置在环带桁架所在楼层，所述的伸臂桁架用于协调钢核心筒和巨型钢框架之间的变形，主要用于抵抗侧向荷载。

作为优选的技术方案，所述的粘滞阻尼机构包括安装在钢核心筒或伸臂桁架上的粘滞阻尼减振器，所述的粘滞阻尼减振器用于在风荷载作用下提高结构舒适性能刚度性能，在地震作用下提高结构刚度性能，主结构分单元根据粘滞阻尼减振器附加阻尼比的贡献进行集成设计。

作为优选的技术方案，所述的粘滞阻尼机构为肘节式变形放大装置，该肘节式变形放大装置由Zl201520886649.8所公开，所述的粘滞阻尼减振器作为肘节式变形放大装置的阻尼器使用。

作为优选的技术方案，所述的调谐减振机构由调谐质量阻尼器、调谐液体阻尼器或调谐晃动阻尼器中的一种或几种组成，所述的调谐质量阻尼器放置在结构物顶部，兼做观光功能，调谐液体阻尼器及调谐晃动阻尼器由改造过的水箱兼用，所述的调谐减振机构用于在风荷载作用下提高结构舒适性能。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)提高结构经济性和风振舒适度性能。

(2)提高结构抗风和抗震性能，减小构件尺寸，结构用钢量低。

(3)由于采用二级巨型结构体系，巨柱数量少，重力柱截面小，结构建筑布置灵活，结构构件对建筑功能影响小。

(4)采用钢结构体系具有结构自重轻、施工速度快、施工工业化程度高及现场湿作业少等优点。该结构体系相比于一般混凝土结构或混合结构自重减小约20％，相比于混凝土结构或混合结构每层的施工时间节约1～2天，对于总层数一般大于50层的超高层结构效益明显。

(5)由于减震装备单元可以结合变形放大装置应用，并且采用不同减振原理的减振装备混合应用的方式，具有减振效率高、布置数量少、对建筑功能影响小和经济性好的特点。

附图说明

图1为本发明巨型钢框架的轴测示意图；

图2为本发明的平面示意图；

图3为本发明实施例1的钢核心筒的立面示意图；

图4为本发明的上承式变形释放装置设置形式的示意图；

图5为本发明的悬吊式变形释放装置设置形式的示意图；

图6为本发明的中段变形释放式变形释放装置设置形式的示意图；

图7为本发明肘节式变形放大装置的安装示意图。

图中，1为巨柱，2为环带桁架，3为伸臂桁架，4为钢核心筒，41为钢框架梁，42为钢框架柱，5为钢支撑，6为楼盖，7为重力柱，71为上部重力柱，72为下部重力柱，8为重力梁，9为变形释放装置，10为粘滞阻尼机构，11为连接板，12为长圆孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种超高巨型钢结构减振集成系统，如图1～3所示，应用于超高层建筑物中，包括超高巨型钢结构单元和设置在超高巨型钢结构单元上的减振装备单元，超高巨型钢结构单元由主结构分单元和设置在主结构单元上的次级结构分单元组成，主结构分单元包括巨型钢框架和设置在巨型钢框架内的钢核心筒4(图2虚线框范围内)，巨型钢框架由多个巨柱1及设置在巨柱1上的环带桁架2组成，减震装备单元包括粘滞阻尼机构10或/和调谐减振机构。

巨型钢框架的环带桁架2设置在超高层建筑物的设备层或避难层，占据1～2层的层高，相邻两个环带桁架2之间为一个区段，巨型钢框架用于抵抗侧向荷载，同时每个环带桁架2承担其上方一个区段的重力荷载，并将该重力荷载传递给巨柱1。巨柱1设有4～12根，结合建筑功能要求及建筑布置的特点设置，用于承担侧向荷载的同时承担外框架范围内的重力荷载。次级结构分单元包括楼盖6、重力梁7、重力柱8及变形释放装置9，重力梁7和重力柱8分区段设置，各区段之间相互独立，每个区段的重力梁7和重力柱8仅承担本区段内的重力荷载，变形释放装置9设置在重力8柱的顶部、底部或中部。

变形释放装置9为一柔性节点，该区段重力柱由上部重力柱71和下部重力柱72通过该柔性节点连接形成，柔性节点包括分别设置在上部重力柱71下端和下部重力柱72上端的螺孔、以及连接板11，所述的连接板上设有螺孔和长圆孔12；

当变形释放装置9设置在重力柱7的顶部时，上部重力柱71的长度远小于下部重力柱72的长度，连接板11上的螺孔与上部重力柱71下端的螺孔通过螺栓连接，连接板11上的长圆孔12与下部重力柱72上端的螺孔通过螺栓连接，顶端释放变形时，由于重力荷载由下部重力柱72受压承担，该柔性节点称为上承式节点，如图4所示；

当变形释放装置设置在重力柱的底部时，上部重力柱71的长度远大于下部重力柱72的长度，连接板11上的螺孔与下部重力柱72上端的螺孔连接，连接板11上的长圆孔12与上部重力柱71下端的螺孔通过螺栓连接，这与上承式节点相反，称为悬吊式节点，如图5所示；

当变形释放装置设置在重力柱的中部时，上部重力柱71的长度与下部重力柱72的长度相等或近似，连接板11上的螺孔与上部重力柱71下端的螺孔通过螺栓连接，连接板11上的长圆孔与下部重力柱72上端的螺孔通过螺栓连接，区段重力柱中部释放变形，称为中段变形释放式节点，如图6所示；

所述的长圆孔12竖直设置，螺栓初始安装位置位于长圆孔的中间，上部重力柱71和下部重力柱72之间设有间隔，该间隔为长圆孔12孔长的1/2。

钢核心筒4由钢框架梁41和钢框架柱42组成，如图3所示，钢框架梁41设置在钢框架柱42上，并与钢框架柱42组合形成多个筒状空间。根据需要在没有门洞的位置设置钢支撑5，钢支撑5可以采用中心支撑或偏心支撑。钢核心筒4用于承担侧向荷载，同时承担钢核心筒4范围内的重力荷载。巨型钢框架和钢核心筒4之间还连接有伸臂桁架3，伸臂桁架3根据结构计算需要设置在环带桁架2所在楼层，伸臂桁架3用于协调钢核心筒4和巨型钢框架之间的变形，主要用于抵抗侧向荷载。

粘滞阻尼机构10由安装在钢核心筒4或伸臂桁架3上的粘滞阻尼减振器组成，粘滞阻尼减振器用于在风荷载作用下提高结构舒适性能刚度性能，在地震作用下提高结构刚度性能，主结构分单元根据粘滞阻尼减振器附加阻尼比的贡献进行集成设计。本实施例进一步采用肘节式变形放大装置作为粘滞阻尼机构10，该肘节式变形放大装置由Zl201520886649.8所公开，将粘滞阻尼减振器作为肘节式变形放大装置的阻尼器使用，可以将阻尼器的变形放大，使其大于层间变形，提高耗能效率，如图7所示。调谐减振机构由调谐质量阻尼器、调谐液体阻尼器或调谐晃动阻尼器中的一种或几种组成，调谐质量阻尼器放置在结构物顶部，兼做观光功能，调谐液体阻尼器及调谐晃动阻尼器由改造过的水箱兼用，调谐减振机构用于在风荷载作用下提高结构舒适性能。减震装备单元采用不同组合，如结构舒适度超限问题突出时，可以增加调谐减振机构的质量，以控制结构舒适度。如结构没有舒适度问题，则可以仅采用粘滞阻尼机构10提升结构刚度和强度性能，而不采用调谐减振机构。