1.本发明属于土建技术领域，具体是一种及时调谐减震的模块-核心筒结构。
背景技术：
2.预制钢模块是指具有箱式外形的、可免支撑现场装配的预制三维钢结构；通常是钢框架结构，主要构件为框架梁、框架柱、楼板、天花板。预制钢模块不仅结构部分高度预制，而且模块内的一切设备、管线、装修均可预先完成，外立面装修也可整合完成。这些模块被运至施工现场后，就像能“搭建积木”一样“堆放式”装配，不仅结构部分施工便捷，还免去了后期的装修等工作。
3.模块建筑指主要建筑空间由预制模块装配组成的建筑，其优点如下：高度整合，缩短建造时间，节省人力；每个模块自成结构体系，在运输、吊装、就位时无须额外的支撑件；工厂流水线生产，提高室内品质，降低污染。然而，高层模块建筑一般需要加入其他抗侧力结构，如现浇混凝土核心筒等，以抵抗风荷载和地震作用。
4.在常见的模块建筑中，混凝土核心筒和预制钢模块沿水平向刚性连接，在水平地震作用下产生相同的水平位移。混凝土核心筒侧向刚度明显较大，承担了主要的水平力，并担任了第一道抗震防线；模块内构件和模块间连接都比较薄弱的预制钢模块组却难以很好地担任第二道抗震防线；而且，整个建筑没有专门的减震措施，对结构不利。针对这种不利情况，允许模块与主结构核心筒之间采用柔性连接，利用两者之间的相对运动进行减震，是合理的应对方法。目前，部分模块建筑采用调谐减震策略，采用带有保险丝式连接的可滑动楼板连接主次结构，并将钢模块堆放在橡胶隔震支座之上。在风荷载作用下，楼板如同刚性的水平连杆，能传递水平荷载，将钢模块的受荷传递到核心筒；在地震作用下，楼板在平面内的内力较大，保险丝（通常是脆性连接构造）断开，可滑动楼板在预留滑槽中滑动，使钢模块能够相对核心筒运动，并具有合适刚度的柔性连接，形成调谐质量阻尼器，对核心筒进行调谐减震。
5.上述的模块-核心筒调谐减震结构性能优越，在理想状态下能够显著降低结构地震响应，控制震损。但是，研究表明，保险丝式连接的断开对刚度参数和极限位移参数较为敏感，且断开瞬间通常带有瞬时动力效应，难以达到所假设的理想状态。如果受现实复杂因素制约，保险丝式连接未能在地震来临时就及时断开，模块组将无法及时产生相对核心筒的位移、形成调谐效果，那么整体结构在整个地震过程中的减震性能将大打折扣，导致远大于预期的震损。
技术实现要素：
6.本发明要解决的技术问题是：如上文所述，现有的模块-核心筒调谐减震结构存在难以及时启动调谐作用的问题，为了解决该问题，使该结构体系能够更好发挥其减震性能，本发明提供一种及时调谐减震的模块-核心筒结构。
7.本发明解决上述技术问题的核心原理、技术方案和有益效果分别阐述如下：
1.核心原理：通过专门的结构布置使部分可滑动楼板中的保险丝式连接首先被迫断开，然后结构构型被改变，进而使剩下的保险丝式连接变得更容易断开。
8.钢模块组在水平地震下产生剪切型侧移，而核心筒结构产生弯曲型侧移，两者变形不能完全协调。因此，对钢模块进行竖向分组，并采用不同的方式与核心筒连接，使a模块组的保险丝式连接首先产生较大变形而断开。此后，b模块组受到已断开连接的a模块组输入较大驱动力，b模块组的保险丝式连接被迫全部断开。
9.保险丝式连接全部断开后，仅有b模块组具备对核心筒调谐减震的能力，a模块组只起到过渡作用。
10.2.技术方案:为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种及时调谐减震的模块-核心筒结构，包括沿竖向设置的钢筋混凝土核心筒结构，在核心筒周围设置的预制钢模块结构，核心筒结构与预制钢模块结构之间留有一定间隙，以便设置沿水平方向的连接元件；多层预制钢模块结构从下到上堆放，竖向相邻的若干层钢模块通过层间连接组成一个整体，即模块组；竖向相邻的模块组之间、底部模块组与基础之间，都设置叠层橡胶支座。预制钢模块结构中，每层模块的底部沿水平方向通过可滑动楼板与核心筒结构连接；其中，每个模块组中的组内底层模块，在其可滑动楼板中添加脆性限位块，形成带有脆性限位块的可滑动楼板，在风荷载作用下，带有脆性限位块的可滑动楼板提供很大的刚度，将模块结构受到的荷载传递到核心筒结构，然而在地震作用下，脆性限位块断开，允许模块结构与核心筒结构相对运动（即“保险丝式连接”）。
11.预制钢模块结构中，每层模块的顶部通过沿水平方向的弹簧连接与核心筒结构相连；其中，特定的部分模块组中的组内顶层模块，采用铰接替代上述弹簧连接，与核心筒结构相连，这样的特定模块组记为a模块组。除了a模块组外，其余模块组记为b模块组。沿竖直方向，a、b模块组交替布置，而最上方的模块组必须是a模块组。竖向相邻a、b模块组之间设有粘滞阻尼器，两端分别连接上方模块组的楼面梁柱节点与下方模块组的天花梁柱节点。
12.在地震作用下，钢模块结构和混凝土核心筒结构具有不同的侧移模式，其中模块组是剪切型侧移，核心筒结构是弯曲型侧移，两者不能协调变形；由于a模块组顶部与核心筒铰接，因此两者之间将产生相对转角；随着主结构转动增加，a模块组底部的带有脆性限位块的可滑动楼板变形显著增大，脆性限位块断开。断开后，a模块组的高频瞬时动力效应通过粘滞阻尼器传递到b模块组，促使b组的保险丝连接随之断开。
13.作为上述技术方案的进一步优选方案，为保持钢模块内部的结构稳定，设置有模块内部支撑，该支撑沿斜向设置，连接两个梁柱节点。
14.作为上述技术方案的进一步优选方案，在钢模块与核心筒结构的水平向弹簧连接中，所采用的弹簧是经过计算、具有合理刚度的碟形压簧，使模块组能够通过合理刚度的连接，对核心筒进行调谐减震。
15.作为上述技术方案的进一步优选方案，在钢模块与核心筒结构的铰接连接中，模块梁外伸超出模块柱，与斜向设置的模块外支撑连接，一对较短的槽钢的一端通过高强螺栓与模块梁端的腹板处相连，另一端通过高强螺栓与核心筒上的预埋件相连。
16.作为上述技术方案的进一步优选方案，上述的可滑动楼板穿过核心筒结构的门洞
且水平搁置于核心筒楼板中的滑槽，该滑槽是核心筒结构的钢筋混凝土楼板中的光滑凹槽，允许可滑动楼板在其上沿水平方向滑动。在此基础上，上述的带有脆性限位块的可滑动楼板上具有竖向圆孔，核心筒结构的楼板上具有对应位置和大小的竖向圆孔，两者对齐并填入脆性材料块体，便形成一个保险丝式限位装置；地震来临时，脆性块体断裂、压溃、退出工作，楼板便可开始滑动。
17.作为上述技术方案的进一步优选方案，可滑动楼板与核心筒结构楼板光滑凹槽的水平与竖向接触面上均设置有预埋钢板，避免因碰撞导致局部脆性破坏，预埋钢板的内表面通过焊接钢筋实现与混凝土锚固。
18.3.有益效果：本发明的一种及时调谐减震的模块-核心筒结构，具有以下有益效果：1）模块组底部采用带有脆性限位块的可滑动楼板与核心筒结构相连接，在风荷载作用下，可将模块结构受到的荷载传递到核心筒结构，然而在地震作用下，脆性限位块断开，允许模块结构与核心筒结构相对运动，及时转变构型。
19.2）多个模块组之间设置叠层橡胶隔震支座，在水平向形成柔性结构，模块组与核心筒之间预留一定距离并采用具有合理刚度的弹簧连接，使模块能够对核心筒调谐减震。隔震层设置粘滞阻尼器，保证结构振动能量的耗散。模块结构和核心筒结构的震损都得到明显减小。
20.3）a、b模块组竖向交替布置，且最上方的模块组必须是a模块组。a模块组与核心筒结构铰接，既限制了顶部的相对平动位移，避免模块组倾覆，又放大了两者的相对转角，使模块组底部的脆性限位块及时断开，并通过a、b模块组之间的粘滞阻尼器和弹簧传导瞬时动力效应，引起分组断开保险丝式连接的效果。
21.4）a组、b组模块相互配合、相互作用，既避免了仅有a模块组而导致的无法自由相对运动、失去调谐机理的后果，同时也避免了仅有b模块组而导致的保险丝式连接作为转动轴始终无法断开的后果。充分发挥模块-核心筒结构的减震性能。
附图说明
22.图1为本发明的整体结构体系示意图；图2为图1所示结构体系中的a模块组内部结构及其与核心筒、相邻模块组的连接方式示意图；图3为图1所示结构体系中的b模块组内部结构及其与核心筒、相邻模块组的连接方式示意图；图4为图1所示结构体系中的模块与核心筒的铰接连接方式示意图；图5为图1所示结构体系中的模块与核心筒的弹簧连接方式示意图；图6为图1所示结构体系中的模块与核心筒的可滑动楼板连接方式示意图；图7为图6所示的可滑动楼板加入脆性限位块的构造示意图。
23.图中，1-钢筋混凝土核心筒，11-核心筒体，12-核心筒门洞，13-核心筒楼板，131-预留滑动槽；2-预制钢模块，21-模块梁，211-加劲肋，22-模块柱，221-模块柱端板，23-模块支撑，231-模块支撑连接板；
3-模块组，301-a模块组，302-b模块组，31-组内顶层模块，32-组内中间层模块，33-组内底层模块，34-模块层间连接；4-叠层橡胶隔震支座；5-粘滞阻尼器；6-铰接连接，61-预埋件，62-连接槽钢，63-高强螺栓，64-模块外支撑；7-弹簧连接，71-预埋件，72-碟形压簧，73-模块梁端板；8-可滑动楼板，81-模块梁焊接外伸段，82-预埋连接槽钢，83-高强螺栓，84-预埋钢板；9-带有脆性限位单元的可滑动楼板，91-滑动楼板圆孔，92-核心筒楼板圆孔，93-脆性限位块，94-预埋钢板；10-基础。
具体实施方式
24.以下将结合实施例和附图对本发明的构思和具体结构进行清楚、完整的描述，以充分理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
25.如图1到图7所示的一种及时调谐减震的模块-核心筒结构，首先以图1介绍其整体构型，包括沿竖向设置的钢筋混凝土核心筒1，在钢筋混凝土核心筒1的周围设置多层预制钢模块2，钢筋混凝土核心筒1与预制钢模块结构2之间留有一定间隙，以便设置沿水平方向的连接元件。钢筋混凝土核心筒1与预制钢模块结构2均设置于基础10之上。多层预制钢模块结构2从下到上堆放，竖向相邻的若干层钢模块通过模块层间连接34组成一个整体，即模块组3；竖向相邻的模块组3之间、底部模块组与基础10之间，都设置叠层橡胶支座4。每个预制钢模块2的底部沿水平方向通过可滑动楼板8与钢筋混凝土核心筒1连接；其中，每个模块组3中的组内底层模块33，在其可滑动楼板8中添加脆性限位块93，形成带有脆性限位单元的可滑动楼板9，在风荷载作用下，带有脆性限位单元的可滑动楼板9的内力不大，能提供很大的刚度，将预制钢模块2受到的荷载传递到钢筋混凝土核心筒1，然而在地震作用下，脆性限位块断开，允许预制钢模块2与钢筋混凝土核心筒1相对运动。每层预制钢模块2的顶部通过沿水平方向的弹簧连接7与钢筋混凝土核心筒1相连；然而，特定的模块组3的组内顶层模块31，采用铰接连接6替代上述弹簧连接7，与钢筋混凝土核心筒1相连，这样的特定模块组3记为a模块组311。除了a模块组311外，其余模块组3记为b模块组302。沿竖直方向，a、b模块组交替布置，而最上方的模块组3必须是a模块组301。
26.如图2和图3所示，无论在a模块组301还是b模块组302中，有组内顶层模块31、组内中间层模块32和组内底层模块33，上述多个模块组3通过模块层间连接34相互连接、形成整体，整个模块组3通过叠层橡胶支座4以及粘滞阻尼器5，与相邻的模块组3连接。组内顶层模块31和组内中间层模块32的底部通过可滑动楼板8与混凝土核心筒1相连，组内底层模块33通过带有脆性限位单元的可滑动楼板9与钢筋混凝土核心筒1相连。
27.如图2所示，在a模块组301中，组内顶层模块31的顶部通过铰接连接6与混凝土核心筒1相连，组内中间层模块32和组内底层模块33的顶部通过弹簧连接7与混凝土核心筒1
相连。
28.如图3所示，在b模块组302中，组内顶层模块31、组内中间层模块32和组内底层模块33的顶部均通过弹簧连接7与混凝土核心筒1相连。
29.上述a、b模块组的交替布置及其具体连接方案带来以下关键效果：由于在地震作用下，钢模块结构2和钢筋混凝土核心筒1具有不同的侧移模式，两者不能协调变形；a模块组311顶部与钢筋混凝土核心筒1铰接连接6，因此两者之间将产生相对转角；随着钢筋混凝土核心筒1侧移增加，a模块301组底部的带有脆性限位单元的可滑动楼板9变形显著增大，脆性限位块93断开。断开后，a模块组301的高频瞬时动力效应通过粘滞阻尼器5传递到b模块组，促使b模块组302底部的带有脆性限位单元的可滑动楼板9随之断开。其后，b模块组302和钢筋混凝土核心筒1在水平方向完全由弹簧连接7提供刚度，而弹簧连接7的刚度是经过设计计算的，能够使b模块组302和钢筋混凝土核心筒1形成调谐关系。此外，模块组3之间设置的粘滞阻尼器5能够实现能量耗散，进一步减震。综上，a模块组301和b模块组302相互配合，实现脆性材料块体93的分组快速断开，既避免了仅有a模块组301而导致的无法自由相对运动、失去调谐机理的后果，同时也避免了仅有b模块组302而导致的脆性限位块93作为转动轴始终无法断开的后果。
30.如图4和图5所示，预制钢模块2的内部结构包括模块梁21、模块柱22和模块支撑23，其中模块梁21和模块柱22的连接节点设置有加劲肋211，模块支撑23通过模块支撑连接板231斜向连接两个上述节点，模块柱22底部设置有模块柱端板221，以便进一步设置模块层间连接34。
31.如图4所示，为实现铰接连接6，模块顶部的模块梁21向外延伸，模块梁21超出模块柱22的位置与斜向设置的模块外支撑64连接，形成刚度较大的外伸桁架。在模块梁21和模块外支撑64连接处，额外设置加劲肋211以保证构件的局部稳定。外伸桁架的末端通过较短的槽钢，实现与钢筋混凝土核心筒1的铰接，具体构造是：一对连接槽钢62的一端通过高强螺栓63与模块梁21梁端的腹板处相连，一对连接槽钢62的另一端通过高强螺栓63与钢筋混凝土核心筒1上的预埋件61相连，一对连接槽钢62具有较小的长度。
32.如图5所示，为实现弹簧连接6，模块顶部的模块梁21向外延伸较短距离，并在梁端焊接模块梁端板73；碟形压簧72的一端与模块梁端板73相连接，另一端与核心筒1上的预埋件71相连接。其中碟形压簧72的刚度是经过设计计算而合理选取的，目的是使模块组能够与钢筋混凝土核心筒1形成调谐关系。
33.如图6所示，可滑动楼板8不提供刚度，其主要作用是使预制钢模块2与钢筋混凝土核心筒1相对运动时，保留人员通行的功能，协助地震时人员疏散，其具体构造如下所述。可滑动楼板8中设有预埋连接槽钢82，现场通过高强螺栓83，与预先焊接于模块梁柱节点外侧的模块梁焊接外伸段81相连，因此实现了可滑动楼板8与预制钢模块2的铰接。可滑动楼板8的另一端穿过钢筋混凝土核心筒1中的核心筒门洞12，进入核心筒体11之内，并搁置于钢筋混凝土核心筒1中的核心筒楼板13的预留滑动槽131上，预留滑动槽131较光滑，允许可滑动楼板5在其上沿水平方向滑动，两者相应的水平与竖向接触面上均设置有预埋钢板84，避免因碰撞导致局部脆性破坏，预埋钢板84的内表面通过焊接钢筋实现与混凝土锚固。
34.如图7所示，相比于可滑动楼板8，带有脆性限位单元的可滑动楼板9额外设置了脆性限位块93，使该楼板能在外荷载较小、内力较小时，提供一定的连接刚度，使预制钢模块2
与钢筋混凝土核心筒1之间能够传递风荷载，其具体构造如下所述。在可滑动楼板8的基础上，带有脆性限位单元的可滑动楼板9上具有竖向圆孔91，钢筋混凝土核心筒的楼板13上具有对应位置和大小的竖向圆孔92，两者对齐并填入脆性限位块93，便形成一个保险丝式限位装置；地震来临时，脆性限位块93断裂、压溃、彻底退出工作，楼板便可开始滑动，从而实现结构构型的转变。同样地，预留滑动槽131和带有脆性限位单元的可滑动楼板9上均设置有预埋钢板94，避免因碰撞导致局部脆性破坏。
35.以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。