本發(fā)明屬于減振裝置，具體涉及一種針對玻璃幕墻的分階段變剛度的被動減振裝置及方法。

背景技術：

1、隨著玻璃幕墻使用的普及化，其安全性問題也逐漸引起了人們的關注。玻璃幕墻的一個重要作用就是外圍防護,玻璃作為一種典型的脆性材料，其抗拉強度具有很大的離散性，且主要受其表面情況影響，例如氣泡或劃痕的存在會導致玻璃更易受環(huán)境侵蝕，加速老化。因此，盡管玻璃幕墻不屬于建筑的承重結構，但是其在地震災害中容易受到破壞，可能導致墜落事故，歷次地震災害中玻璃幕墻震害較為常見且會隨著高層建筑的增多呈上升趨勢。

2、高層建筑是現(xiàn)代城市風災的主要承災載體，相對于主體承重結構，高層建筑圍護結構尤其是玻璃幕墻在臺風作用下，往往更容易發(fā)生破壞和脫落，而幕墻破碎形成的玻璃碎粒飛擲物，還可能會對周圍建筑幕墻造成連續(xù)性破壞，造成經(jīng)濟損失和人員傷害。為了防止或減輕地震或風振中玻璃幕墻破壞導致的生命財產(chǎn)損失，對其抗地震和風振性能的研究具有緊迫性。

3、高層建筑玻璃幕墻風致?lián)p傷的原因，除了玻璃強度不足，在風荷載作用下應力和變形超過了玻璃材料的承載力以外，主要原因還有高層建筑主體結構剛度不足，柔度較大，在臺風作用期間層間位移過大，超過了玻璃平面內(nèi)變形能力，主體結構影響或支承結構變形過大而玻璃板不能承受。傳統(tǒng)的保護幕墻的技術除了采用承載力、剛度、冗余度較好的夾層玻璃，即將聚乙烯縮丁醛膠片夾在兩層玻璃板之間組成的復合玻璃，玻璃采用鋼化和半鋼化、退火熱處理、夾絲、鍍膜處理提高其強度和安全性能，還在設計的時候根據(jù)規(guī)定對相關結構即建筑玻璃幕墻的各個分體連接位置進行合理的計算，主體結構與支撐骨架連接的連接塊需要采用彈性結構，保證玻璃幕墻與主體結構間的一定相對位移、相對伸縮來緩沖地震以及風振帶來的沖擊。此外，也有部分研究學者提出了在建筑物中安裝調諧質量阻尼器，由于調諧質量阻尼器發(fā)展較為成熟,減震效果明顯,施工操作簡單,所以在地震與強風振活躍地區(qū)建造的高層建筑，大部分均使用了調諧質量阻尼器減振技術，以此來減小結構的振動間接的保護圍護幕墻結構。

4、綜上所述，現(xiàn)有技術存在如下缺陷：

5、1.對于夾層玻璃的設計還不完善，目前，國內(nèi)外學者對夾層玻璃構件的面外、面內(nèi)受力性能研究已較為廣泛，建立了完善的理論框架，但仍存在玻璃強度取值、構件初始缺陷幅值以及構件面內(nèi)受剪設計方法等問題需要進一步研究。

6、2.現(xiàn)有設計要求主體結構與支撐骨架連接的連接塊需要采用彈性結構，在日常使用風荷載工況下往往不產(chǎn)生位移或者伸縮，不具備減震功能；同時監(jiān)理規(guī)范還不是很完善,施工中為了節(jié)省成本,連接塊采用固定連接,在遭遇大風或者地震時起不到抗震和抗變形的效果。

7、3.玻璃結構中典型的連接方式一般有機械連接、結構膠黏結連接以及混合連接，但該三種連接方式施工工藝復雜或發(fā)展還不夠完善，都存在一定的缺點，降低了其承載能力和可靠性。

8、4.建筑調諧質量阻尼器的設計目的是保證主體結構的安全，但是對于非結構構件比如幕墻不能得到有效的保護，進而造成較大的經(jīng)濟損失和建筑功能的中斷。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術中1-4所述的問題，本發(fā)明提出了一種針對玻璃幕墻的分階段變剛度的被動減振裝置及方法，初始狀態(tài)下，裝置剛度為零或接近于零，具有高度靈敏性，極易發(fā)生小位移以驅動阻尼器進行耗能減振，充分滿足正常風荷載下的減振抗振需求；當發(fā)生嚴重風災或地震災害時，裝置的剛度增加與阻尼器協(xié)同配合以減小玻璃幕墻的位移量，來維持建筑結構的舒適度及幕墻安全，同時，該裝置在保護幕墻這個非結構構件的同時又通過耗能來降低主體結構的風振響應。本發(fā)明可以配合高層建筑常用的調諧質量阻尼器使用，達到災害中全面減輕人員傷亡和經(jīng)濟損失的目的。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是：

3、一種針對玻璃幕墻的分階段變剛度的被動減振裝置，包括：固定塊、成“八”字形結構相對設置的2塊彈性板、阻尼器，所述的“八”字形結構的大敞口端與固定塊的一端連接，所述的彈性板朝向“八”字形結構的小敞口端的一端延伸成平板結構，2個平板結構同側的相對端通過連接鋼板焊接固定，所述的阻尼器的一端與其中1個平板結構的外表面中心處固定連接，阻尼器的工作方向與平板結構垂直，阻尼器的另一端用以與幕墻所在的建筑結構連接，另一個平板結構用以與玻璃幕墻的框架固定連接，所述的固定塊用以與建筑結構連接固定。

4、優(yōu)選的，2塊彈性板對稱設置，初始狀態(tài)下，由于2塊彈性板的彈力相互抵消，故2塊彈性板的組合結構的初始剛度為0或在設定誤差范圍內(nèi)接近0。

5、優(yōu)選的，所述的固定塊為立方體結構，固定塊的一端與建筑結構固定連接，固定塊的側端用以限制彈性板的折彎程度。

6、優(yōu)選的，所述的彈性板由鉻釩彈簧鋼或硅錳彈簧鋼或超彈性的形狀記憶合金通過折彎制成。

7、優(yōu)選的，所述的阻尼器為主動控制阻尼器或被動控制阻尼器。

8、優(yōu)選的，所述的阻尼器為粘滯阻尼器。

9、一種針對玻璃幕墻的分階段變剛度的被動減振裝置的使用方法，包括：將阻尼器的自由端與建筑結構固定連接，遠離阻尼器一側的平板結構與玻璃幕墻的框架固定連接，將固定塊遠離玻璃幕墻的一端與建筑結構固定連接，由于2塊彈性板的彈力相互抵消，故2塊彈性板的組合結構的初始剛度為0或在設定誤差范圍內(nèi)接近0，使得組合結構具有風載荷或振動的高度靈敏性，在風荷載或振動處于正常值時，阻尼器參與玻璃幕墻的減振；當風荷載或振動變大甚至達到災難級別時，彈性板變形增大，進而提供更高的剛度，與阻尼器協(xié)同作用，以避免玻璃幕墻相對建筑結構發(fā)生較大位移。

10、本發(fā)明一種針對玻璃幕墻的分階段變剛度的被動減振裝置及方法的有益效果為：

11、1.傳統(tǒng)的減振裝置只關注于控制主體結構的加速度，對于非結構構件幕墻的減振設計幾乎沒有針對性裝置。本發(fā)明提供的裝置安裝在每個幕墻單元上，即每個幕墻單元會進行足夠的能量耗散，既保護幕墻這種非結構構件本身，又可通過在玻璃幕墻框架結點上布置若干本裝置，降低主體結構的風振響應。

12、2.本發(fā)明裝置中彈性板在初始狀態(tài)下施行預折彎，組合起來的機構平衡狀態(tài)時剛度接近零，可實現(xiàn)準零剛度，易于實現(xiàn)較大位移使得粘滯阻尼器保持工作狀態(tài)，并且其剛度會隨位移的增加而增大，起到限位作用，防止幕墻玻璃出現(xiàn)較大的變形破壞。

13、3.本發(fā)明裝置的各個部件以及部件與主體之間采用高強度螺栓連接，易于更換，當部件發(fā)生破壞時，僅更換破損的部件即可，對于輕微損傷的部件可繼續(xù)使用，便于實現(xiàn)結構及非結構構件的功能可恢復性減振設計。

14、4.本發(fā)明裝置安裝在幕墻體系與主體結構之間，裝置小巧，安裝方便，既不影響主體結構的正常使用功能，也不占據(jù)主體結構的外立面空間。

15、綜上所述，本發(fā)明在避免地震作用下幕墻本身被破壞的前提下，也大大減小了風荷載對主體結構的影響，保證人員安全的同時，也降低經(jīng)濟損失。該裝置能根據(jù)風載荷造成的位移大小自適應調節(jié)彈性板的剛度，進一步控制幕墻的位移量，實現(xiàn)建筑的居住舒適性和安全性的雙重保證，此外該裝置安裝方便，成本較低，各部件方便更換，極大延長裝置的使用壽命。