專利名稱：搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系及其施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土木工程結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系和其施工方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)方法允許結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震時(shí)進(jìn)入非線性狀態(tài)，依靠主體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的彈塑性變形來耗散地震動(dòng)輸入的能量，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)“小震不壞、中震可修、大震不倒” 的抗震設(shè)防目標(biāo)。然而，在地震過程中結(jié)構(gòu)和構(gòu)件受到復(fù)雜的往復(fù)荷載的作用，使得其累積損傷程度難以定量判別，導(dǎo)致大部分損傷結(jié)構(gòu)的震后修復(fù)工作困難重重，不得不拆除重建， 造成資金和資源巨大浪費(fèi)。因此，有必要設(shè)計(jì)出更為有效、經(jīng)濟(jì)、切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)抗震體系， 使得結(jié)構(gòu)在遭遇設(shè)防烈度或超過設(shè)防烈度的地震時(shí)，主體結(jié)構(gòu)和主要承重構(gòu)件不發(fā)生破壞或嚴(yán)重?fù)p傷。以此為出發(fā)點(diǎn)，考慮結(jié)構(gòu)在地震后的損傷修復(fù)成本，通過采取更換耗能元件、 不修復(fù)或局部修復(fù)主體結(jié)構(gòu)等措施后很快恢復(fù)結(jié)構(gòu)功能，已成為新世紀(jì)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的必然要求和發(fā)展趨勢。防屈曲支撐結(jié)構(gòu)為目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最為迅速的結(jié)構(gòu)抗震新體系之一。此類結(jié)構(gòu)體系抗震設(shè)計(jì)的基本思想為作為設(shè)防的第一道防線，防屈曲支撐在地震中承擔(dān)大部分樓層剪力，首先進(jìn)入屈服狀態(tài)，并在此過程中集中耗散大部分地震能量，從而減輕主體結(jié)構(gòu)的損傷及破壞程度。地震作用下，防屈曲支撐結(jié)構(gòu)受力的最大特點(diǎn)在于大部分水平抗力由加設(shè)防屈曲支撐的框架提供，在加設(shè)防屈曲支撐框架中的框架柱的軸力變化非常顯著。隨著結(jié)構(gòu)層數(shù)的增多，在中震和大震作用下，防屈曲支撐進(jìn)入屈服狀態(tài)，加設(shè)防屈曲支撐框架中的部分框架柱沿柱子軸向累積的拉力非常大，結(jié)構(gòu)自重不足以抵消全部軸向拉力，使得框架柱中將出現(xiàn)顯著的拉力，同時(shí)傳遞到基礎(chǔ)中。基礎(chǔ)的抗壓能力強(qiáng)、抗拉能力弱，安全較難保證。在顯著的拉、彎、剪復(fù)合受力情況下，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)極為困難，這就大大限制了防屈曲支撐在高層建筑中應(yīng)用，成為防屈曲支撐在工程推廣應(yīng)用中的瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決目前在防屈曲支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的瓶頸與技術(shù)難題，推進(jìn)防屈曲支撐結(jié)構(gòu)體系在我國實(shí)踐工程的應(yīng)用，提出一種搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系，其包括防屈曲支撐、框架、基礎(chǔ)、固定端以及嵌固端。其中所述框架上安裝有所述防屈曲支撐，框架通過固定端和嵌固端方式固定在基礎(chǔ)上。主要特點(diǎn)為將支撐框架柱與基礎(chǔ)的固定端放松約束，在豎向設(shè)置具有耗能元件的嵌固端。該體系主要基于以下考慮①支撐框架柱固端約束放松使得柱子中顯著的軸向拉力在基礎(chǔ)中有效地釋放，由此解決目前基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中存在的設(shè)計(jì)難題，使得防屈曲支撐的使用不受建筑高度的限制，產(chǎn)生質(zhì)的飛躍；②在強(qiáng)烈地震中柱腳可輕微抬起，形成具有減震效果的搖擺結(jié)構(gòu)體系，通過柱腳的豎向耗能元件，耗散部分地震能量，從而減輕對主體結(jié)構(gòu)的破壞程度；③柱腳耗能元件的設(shè)立一方面可以耗散部分地震能量，另外一方面可以限制框架柱的“搖擺范圍”，具有復(fù)位功能。優(yōu)選的是，所述固定端是包括框架柱和基礎(chǔ)的組合，所述嵌固端是包括框架柱、阻尼器和基礎(chǔ)的組合。優(yōu)選的是，本發(fā)明適用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的是，所述框架是鋼筋混凝土框架。優(yōu)選的是，所述鋼筋混凝土框架包括安裝有防屈曲支撐的框架柱及框架梁和未安裝防屈曲支撐的框架柱及框架梁。優(yōu)選的是，在鋼筋混凝土框架的其中一跨或幾跨的框架柱與框架梁之間安裝有防屈曲支撐，在剛筋混凝土框架的其它框架柱與框架梁之間未安裝防屈曲支撐。通過防屈曲支撐特殊的構(gòu)造，避免中心的鋼筋混凝土框架受壓屈曲的問題，在受拉和受壓時(shí)可屈服而不屈曲，能更好的消耗輸入結(jié)構(gòu)的地震能量。優(yōu)選的是，所述未安裝防屈曲支撐的鋼筋混凝土框架的框架柱的底端與基礎(chǔ)的連接采用固定端。優(yōu)選的是，安裝有防屈曲支撐的鋼筋混凝土框架的框架柱的底端與基礎(chǔ)的連接采用嵌固端。優(yōu)選的是，在所述安裝了防屈曲支撐的鋼筋混凝土框架的框架柱的底面上設(shè)有預(yù)埋件。優(yōu)選的是，在所述安裝了防屈曲支撐的鋼筋混凝土框架的框架柱的底端四周面上設(shè)有預(yù)埋件。優(yōu)選的是，在與所述安裝了防屈曲支撐的鋼筋混凝土框架的框架柱的底面接觸的基礎(chǔ)上設(shè)有預(yù)埋件。優(yōu)選的是，在與所述安裝了防屈曲支撐的混凝土框架的框架柱的底部四周面接觸的基礎(chǔ)上設(shè)有預(yù)埋件。優(yōu)選的是，安裝了防屈曲支撐的混凝土框架柱上的預(yù)埋件通過阻尼器與基礎(chǔ)上的預(yù)埋件連接，即通過阻尼器將基礎(chǔ)與安裝了防屈曲支撐的混凝土框架柱連接在一起。所述阻尼器也是豎向耗能元件，當(dāng)鋼筋混凝土框架柱受到向上的拉力或向下的壓力時(shí)，鋼筋混凝土框架柱與基礎(chǔ)之間的豎向耗能元件會(huì)受到很大的力，進(jìn)而使阻尼器產(chǎn)生變形、耗能。優(yōu)選的是，本發(fā)明適用于鋼結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的是，所述框架為鋼框架。優(yōu)選的是，所述的搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系，其特征在于所述鋼框架包括安裝有防屈曲支撐的框架柱、框架梁和未安裝防屈曲支撐的框架柱、框架梁。優(yōu)選的是，在鋼框架的其中一跨或幾跨的框架柱與框架梁之間安裝有防屈曲支撐，在剛框架的其它框架柱與框架梁之間未安裝防屈曲支撐。優(yōu)選的是，未安裝防屈曲支撐的剛框架的框架柱的底端與基礎(chǔ)的連接采用固定端。優(yōu)選的是，安裝有防屈曲支撐的混凝土框架柱的底端與基礎(chǔ)的連接采用嵌固端。優(yōu)選的是，在與所述安裝了防屈曲支撐的剛框架柱的底面接觸的基礎(chǔ)上設(shè)有預(yù)埋件。
優(yōu)選的是，在與所述安裝了防屈曲支撐的剛框架柱的底部四周面接觸的基礎(chǔ)上設(shè)有預(yù)埋件。優(yōu)選的是，安裝了防屈曲支撐的剛框架柱通過阻尼器與基礎(chǔ)上的預(yù)埋件連接，即通過阻尼器將基礎(chǔ)與安裝了防屈曲支撐的混凝土框架柱連接在一起。根據(jù)本發(fā)明的搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系是將支撐框架柱與基礎(chǔ)的固定端放松約束，在豎向設(shè)置具有耗能元件的嵌固端。當(dāng)結(jié)構(gòu)受到不同級別的地震作用時(shí)，框架的框架柱底部的嵌固端與基礎(chǔ)會(huì)產(chǎn)生不同的位移。在小震作用下，框架柱底部與基礎(chǔ)基本不發(fā)生相對位移，地震能量主要通過防屈曲支撐耗散；在中震作用下，框架柱底部與基礎(chǔ)的相對位移在設(shè)計(jì)控制的范圍內(nèi)，連接基礎(chǔ)與框架柱底部的阻尼器開始發(fā)揮耗能作用，同時(shí)上部框架結(jié)構(gòu)發(fā)生小幅度的搖擺，框架中的防屈曲支撐屈服，耗散掉大部分輸入的地震能量； 在大震作用下，框架柱底部嵌固端可以與基礎(chǔ)脫開，發(fā)生自由的搖擺，普通結(jié)構(gòu)框架梁柱產(chǎn)生塑性變形，同時(shí)防屈曲支撐將充分發(fā)揮其耗能作用。其結(jié)構(gòu)剛度大，地震作用下位移小，耗能減震效果好，防屈曲支撐作為可替換耗能元件，在震后可以方便的更換。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)中防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)示意圖2是按照本發(fā)明的搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系的一優(yōu)選方案的結(jié)構(gòu)示意圖3是圖2所示按照本發(fā)明的搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)選方案的豎向耗能元件(阻尼器)的具體做法主視圖4是圖2所示按照本發(fā)明的搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)選方案的豎向耗能元件(阻尼器)的具體做法俯視圖5是圖2所示按照本發(fā)明的搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)選方案的基礎(chǔ)嵌固端做法視圖。附圖標(biāo)記框架I、防屈曲支撐2、基礎(chǔ)3、框架柱4、阻尼器5、框架梁6、基礎(chǔ)配筋7、 固定端F、嵌固端M。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對按照本發(fā)明的搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，以下的描述僅是示范性和解釋性的，不應(yīng)對本發(fā)明的保護(hù)范圍有任何的限制作用。圖2-5示出了按照本發(fā)明的搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系的一優(yōu)選方案，其包括防屈曲支撐2、框架I、基礎(chǔ)3、固定端F以及嵌固端M。其中基礎(chǔ)3的底部具有基礎(chǔ)配筋 7。實(shí)施例I :本發(fā)明用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，框架I為鋼筋混凝土框架，在剛筋混凝土框架的中間一跨的框架柱4與框架梁6之間安裝了防屈曲支撐2，通過防屈曲支撐2特殊的構(gòu)造，避免中心的鋼筋混凝土框架受壓屈曲的問題，在受拉和受壓時(shí)可屈服而不屈曲，能更好的消耗輸入結(jié)構(gòu)的地震能量。未安裝防屈曲支撐2的鋼筋混凝土框架的框架柱4的底端與基礎(chǔ)3的連接采用固定端F，安裝了防屈曲支撐2的鋼筋混凝土框架的框架柱4的底端與基礎(chǔ)3的連接采用嵌固端M。在安裝了防屈曲支撐2的鋼筋混凝土框架的框架柱4的底面和四周面上設(shè)有預(yù)埋件，在與安裝了防屈曲支撐的鋼筋混凝土框架的框架柱的底端接觸的基礎(chǔ)上設(shè)有預(yù)埋件。安裝了防屈曲支撐2的混凝土框架柱上的預(yù)埋件通過阻尼器5與基礎(chǔ)3上的預(yù)埋件連接，即通過阻尼器5將基礎(chǔ)3與安裝了防屈曲支撐2的混凝土框架連接在一起。阻尼器5也是豎向耗能元件，當(dāng)鋼筋混凝土框架的框架柱4受到向上的拉力或向下的壓力時(shí)，框架柱4與基礎(chǔ)3之間的阻尼器5會(huì)受到很大的力，進(jìn)而使阻尼器5產(chǎn)生變形、耗能。實(shí)施例2 :本發(fā)明用于鋼結(jié)構(gòu)中，框架I為鋼框架，在鋼框架的中間一跨安裝有防屈曲支撐2，通過防屈曲支撐2特殊的構(gòu)造，避免中心的鋼框架受壓屈曲的問題，在受拉和受壓時(shí)可屈服而不屈曲，能更好的消耗輸入結(jié)構(gòu)的地震能量。未安裝防屈曲支撐2的剛框架的框架柱4的底端與基礎(chǔ)3的連接采用固定端F，安裝了防屈曲支撐4的剛框架的框架柱 4的底端與基礎(chǔ)3的連接采用嵌固端M。在與安裝了防屈曲支撐2的剛框架的框架柱4的底端接觸的基礎(chǔ)3上設(shè)有預(yù)埋件。安裝了防屈曲支撐2的剛框架通過阻尼器5與基礎(chǔ)3上的預(yù)埋件連接，即通過阻尼器5將基礎(chǔ)3與安裝了防屈曲支撐的混凝土框架連接在一起。工作過程地震作用時(shí)，隨著結(jié)構(gòu)的水平搖擺，防屈曲支撐(耗能支撐)2產(chǎn)生軸向拉、壓變形，在軸向的往復(fù)變形過程中，為結(jié)構(gòu)提供水平抗力，并耗散掉輸入到結(jié)構(gòu)中的大部分地震能量。在防屈曲支撐2發(fā)生變形的同時(shí)，安裝有防屈曲支撐2的框架I的部分框架柱4會(huì)產(chǎn)生很大的豎向拉力。在較大的拉力作用下，框架柱4與基礎(chǔ)3會(huì)發(fā)生相對位移。 在發(fā)生位移的同時(shí)，豎向耗能元件阻尼器5會(huì)產(chǎn)生豎向的剪切變形，耗散部分地震能量，并為框架柱4提供回復(fù)力?？蚣苤?與基礎(chǔ)3產(chǎn)生相對位移時(shí)，框架I發(fā)生搖擺，搖擺框架I 產(chǎn)生較大的變形，從而減小地震對主體結(jié)構(gòu)的作用。綜上所述，在地震作用下，防屈曲支撐 2的反復(fù)拉伸和壓縮以及豎向耗能元件阻尼器和搖擺框架I的變形耗散掉大部分的地震能量，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)不會(huì)在地震時(shí)發(fā)生較大的損傷。。按照本發(fā)明的搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工方法包括基礎(chǔ)澆筑、框架柱澆筑的步驟，在進(jìn)行基礎(chǔ)澆筑時(shí)將阻尼器與基礎(chǔ)澆筑在一起，在進(jìn)行框架柱燒筑時(shí)將阻尼器與框架柱燒筑在一起。需要說明的是，按照本發(fā)明的搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系及其施工方法包括上述實(shí)施例中的任何一項(xiàng)及其任意組合，但上面所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系，其包括防屈曲支撐、框架、基礎(chǔ)、固定端以及嵌固端，其特征在于所述固定端是包括框架柱和基礎(chǔ)的組合，所述嵌固端是包括框架柱、阻尼器和基礎(chǔ)的組合，所述框架上安裝有所述防屈曲支撐，所述框架通過固定端和嵌固端方式固定在基礎(chǔ)上，將支撐框架柱與基礎(chǔ)的固定端放松約束，在豎向設(shè)置具有耗能元件的嵌固端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系，其特征在于用于混凝土結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系，其特征在于所述框架為鋼筋混凝土框架。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系，其特征在于所述鋼筋混凝土框架包括安裝有防屈曲支撐的框架柱及框架梁和未安裝防屈曲支撐的框架柱及框架梁。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系，其特征在于在鋼筋混凝土框架的其中一跨或幾跨的框架柱與框架梁之間安裝有防屈曲支撐，在剛筋混凝土框架的其它框架柱與框架梁之間未安裝防屈曲支撐。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系，其特征在于未安裝防屈曲支撐的鋼筋混凝土框架的框架柱的底端與基礎(chǔ)的連接采用固定端。
7.根據(jù)權(quán)利要求4、5或6中任一項(xiàng)所述的搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系，其特征在于安裝有防屈曲支撐的鋼筋混凝土框架的框架柱的底端與基礎(chǔ)的連接采用嵌固端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系，其特征在于在所述安裝有防屈曲支撐的鋼筋混凝土框架的框架柱的底面上設(shè)有預(yù)埋件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系，其特征在于在與所述安裝有防屈曲支撐的鋼筋混凝土框架的框架柱的底面接觸的基礎(chǔ)上設(shè)有預(yù)埋件。
10.根據(jù)權(quán)利要求7、8或9中任一項(xiàng)所述的搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系，其特征在于在所述安裝有防屈曲支撐的鋼筋混凝土框架的框架柱的底端四周面上設(shè)有預(yù)埋件。
全文摘要
搖擺防屈曲支撐-框架結(jié)構(gòu)體系及其施工方法，其包括防屈曲支撐、框架、基礎(chǔ)、固定端以及嵌固端。其中所述框架上安裝有所述防屈曲支撐，框架通過固定端和嵌固端方式固定在基礎(chǔ)上。主要特點(diǎn)為將支撐框架柱與基礎(chǔ)的固定端放松約束，在豎向設(shè)置有耗能元件的嵌固端。該體系結(jié)構(gòu)剛度大，地震作用下位移小，耗能減震效果好，防屈曲支撐作為可替換耗能元件，在震后可以方便的更換。
文檔編號E04G21/14GK102587531SQ201210052399
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者吳徽, 張國偉, 張揚(yáng), 張艷霞, 彭有開, 徐斌 申請人:北京建筑工程學(xué)院