[发明专利]一种具有环向肘节式复合减振支撑的双层网壳结构

说明书

本发明公开了一种具有环向肘节式复合减振支撑的双层网壳结构，主要由阻尼器、肘节式支撑和环向的多段约束支撑组成，适用于大跨度的建筑结构。阻尼器通过与肘节式支撑相结合，利用肘节式支撑放大位移变形的作用和自身良好的消能减振特性从而耗散运动能量；约束支撑用于维空间结构提供刚度。在风荷载和地震激励下，采用肘节式阻尼器和多段约束支撑相互作用，各自发挥其优势，实现充分的耗能能力，采用有效的结构减振控制技术明显的减轻大跨度空间结构在相应外部激励作用下的破坏程度。

技术领域

本发明涉及一种具有环向肘节式复合减振支撑的双层网壳结构，主要由阻尼器、肘节式支撑和环向的多段约束支撑组成，适用于各种体育馆、剧院，会展中心等大跨度空间钢结构体系，属于土木工程的抗风及抗震减震技术领域。

背景技术

大跨度建筑结构是人类现代文明的重要组成部分，作为重要工业生产环境或大量人群集散、活动的场所，被广泛应用于大型工业厂房、火车站、机场、机库、展览馆、会堂、体育馆和影剧院等公共建筑。近几十年来，空间钢结构在世界范围内迅猛发展，而空间结构技术成一定程度上代表了一个国家的建筑业水平，是国家经济实力和建筑水平的体现。空间结构一般指结构形体呈三维状态，具有三维的受力特性并呈空间工作的结构。与平面结构不同的是，空间结构不仅仅依赖材料的性能，更依赖自己合理的形体来充分利用不同材料和复合装置的特性，以适应不同建筑造型和功能的需要，跨越更大的空间。在目前的实际工程中，由于刚度好、自重轻、建筑造型丰富，曲面网壳和空间立体桁架为主导的空间钢结构体系应用最为广泛。双层或局部双层网壳结构是空间网壳结构的一种特殊形式,具有屈曲承载力高、稳定性好,节省材料等优点。

传统的大跨度单层网壳结构通常是柔性结构，振动周期大，阻尼比较小，对地震动的作用十分敏感，有时会发生较大的振动，影响到结构的正常使用和安全。由于大跨度空间结构自身特殊的职能，一旦在地震中发生严重破坏甚至倒塌，将会直接导致大量人员伤亡与巨大经济损失；未遭破坏的大跨建筑结构也可在震后发挥安置灾民、恢复生产的重要功能。因此，大跨度建筑结构的抗震具有特殊的意义。

相对于高层及高耸结构,我国大跨度空间结构抗震性能研究还不完善,抗震设计方法中仍然存在亟需解决的关键问题。《建筑抗震设计规范》GB50011-2001 规定我国结构抗震设计以“小震不坏、中震可修、大震不倒”为目标,采用二阶段设计法,即多遇地震作用下的承载力验算和罕遇地震作用下的弹塑性变形验算,其中的条款大多针对高层结构制定,底部剪力、层间侧移及塑性铰等概念并不适用于大跨度空间结构。而在实际的抗震分析中，大跨度空间结构尤其是网壳结构主要以振兴分解反应谱法为主，对于烈度较高、形体复杂以及重要的大跨度网壳结构，还需要通过时程分析法进行补充计算。这使得大跨度空间结构的抗震设计缺乏明确的依据和易于操作的方法,设计人员也无法在设计中有较为明确的参考,这种行业标准的不健全严重制约了大跨度空间结构在我国的进一步发展。

目前我国大跨度建筑结构的抗震减振控制设计策略主要在选型、选材、计算、验算等方面严把质量关,并结合实地的地质情况做出相应对的结构设计。然而这些抗震设计及构造措施并没有采用有效的结构减振控制技术从根本上明显的减轻结构在相应自然灾害下的破坏程度。结构减振控制即在结构的特定部位，装设某种装置或某种机构或某种子结构或施加外力，以改变或调整结构的动力特性或动力作用，从而大大提升结构的抗震性能。

为了改善这种情况，本发明提出一种具有环向肘节式复合减振支撑的双层网壳结构，该结构主要由阻尼器、肘节支撑和多段约束支撑组成，适用于大跨度空间建筑结构尤其是穹顶建筑结构。在风荷载和地震激励下，安装阻尼器的肘节式支撑和多段约束支撑相互作用，能够对上下层网壳之间的竖向位移和速度进行适当放大，实现充分耗能，从而保护主体结构和构件在振动中的安全性。

发明内容