本發(fā)明涉及一種在地震中具有雙向定向倒塌功能的耗能組合柱，其在正常使用狀態(tài)中滿足強(qiáng)度構(gòu)造要求和承載力要求，在地震作用下有足夠的延性和耗能性能。當(dāng)建筑物因發(fā)生嚴(yán)重震害而可能出現(xiàn)倒塌破壞時，耗能組合柱利用可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件的定向轉(zhuǎn)動能力使建筑物向預(yù)期方向倒塌，避免建筑向不利方向倒塌而造成周圍建筑物的破壞。本發(fā)明屬于土木工程的防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前我國多高層建筑的日益增多，相關(guān)的結(jié)構(gòu)受力特征及抗震性能要求也逐漸嚴(yán)格。隨著多高層建筑的不斷密集化，地震作用下一個建筑物的倒塌有可能會對周圍建筑物有撞擊作用或加劇附近建筑的破壞，在實(shí)際發(fā)生的地震災(zāi)害中，很多建筑物都是由于相鄰建筑物的倒塌撞擊而發(fā)生了破壞。此外，在核電等重要工程結(jié)構(gòu)中，附屬結(jié)構(gòu)距離主體結(jié)構(gòu)較近，若附屬結(jié)構(gòu)向主體方向倒塌則可能引起主體結(jié)構(gòu)發(fā)生核泄漏等安全事故，產(chǎn)生極大的次生災(zāi)害，應(yīng)該嚴(yán)加防護(hù)。因此，如何避免建筑結(jié)構(gòu)向不利方向倒塌或使結(jié)構(gòu)具有定向倒塌功能的這一問題已經(jīng)成為密集多高層建筑物抗震設(shè)計中亟需解決的熱點(diǎn)。針對這一問題，本發(fā)明提出一種具有雙向定向倒塌功能的耗能組合柱，該柱體由多個分離子柱以及定向構(gòu)件組成。多個分離子柱按一定的間距放置，各子柱的縫隙中設(shè)置子柱連接件和可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件。在建筑結(jié)構(gòu)中的重要部位安裝組合柱或者用組合柱替換已有的普通承重柱，可以提高建筑物在地震中的抗震能力，并確保建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌時也能按照規(guī)定的方向發(fā)生倒塌，以減少倒塌建筑對周圍建筑物的撞擊破壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了改善相鄰多層及高層建筑物倒塌時相互撞擊破壞這一狀況，使建筑物在倒塌時能按照規(guī)定的方向倒塌，本發(fā)明提出了一種具有雙向定向倒塌功能的耗能組合柱，該組合柱具有定向倒塌、耗能性強(qiáng)等特點(diǎn)，在建筑物將發(fā)生破壞倒塌時能促使建筑物按規(guī)定的方向倒塌，避免建筑向不利方向倒塌而造成周圍建筑物的破壞。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案：

具有雙向定向倒塌功能的耗能組合柱，主要包括分離子柱(1)、子柱連接件(2)、可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件(3)、連接軸鉸(4)、高強(qiáng)錨固螺栓(5)、耗能橡膠墊(6)、摩擦墊片(7)。具有雙向定向倒塌功能的耗能組合柱中，分離子柱(1)按一定距離放置，各單元柱縫隙中安置子柱連接件(2)和可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件(3)，可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件(3)中添加具有高彈性的耗能橡膠墊(6)，子柱連接件(2)和可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件(3)之間用連接軸鉸(4)連接，子柱連接件(2)和可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件(3)的轉(zhuǎn)動磨合處有摩擦墊片(7)，子柱連接件(2)用高強(qiáng)錨固螺栓(5)將固定于分離子柱(1)上，可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件(3)用高強(qiáng)錨固螺栓(5)固定于樓板或梁上。耗能橡膠墊(6)設(shè)置在分離子柱(1)與可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件(3)之間。子柱連接件(2)和可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件(3)之間設(shè)有摩擦墊片(7)。

可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件(3)在水平轉(zhuǎn)動的兩方向上的約束能力不同，當(dāng)結(jié)構(gòu)局部或整體破壞發(fā)生倒塌時，可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件(3)引導(dǎo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生定向的剪力和彎矩，從而使結(jié)構(gòu)向設(shè)定方向倒塌，并阻礙結(jié)構(gòu)向不利方向倒塌。在分離子柱(1)兩正交水平方向均布置可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件(3)時，可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)具有雙向定向倒塌功能。

分離子柱(1)可通過各自小變形耗能，子柱連接件(2)和可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件(3)之間的摩擦墊片(7)相對轉(zhuǎn)動能夠消耗地震中的能量，子柱連接件(2)中添加高彈性的橡膠墊(4)可以通過其彈性變形實(shí)現(xiàn)耗能。

單個分離子柱(1)的邊長大于等于400mm，柱的配筋采用對稱配筋，單側(cè)配筋率不小于0.2％。

子柱連接件(2)和可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件(3)的轉(zhuǎn)動磨合處的摩擦墊片(7)采用摩擦力較大的材料如黃銅、鋅等，其他部分采用鋼或鐵為制作材料。

子柱連接件(2)的厚度為分離子柱(1)邊長的3/40—3/20，可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件(3)的厚度為子柱邊長的1/4—3/8，長度為子柱邊長的5/8—7/8，子柱連接件(2)和可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件(3)結(jié)合后的高度為柱長度的1/10—1/5。

子柱連接件的開口深度為可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件的突出長度的尺寸與耗能橡膠墊的厚度之和。

本發(fā)明的功能如下：

各分離子柱縫隙中設(shè)置子柱連接件和可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件，在地震時子柱在可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件的引導(dǎo)下將產(chǎn)生定向的剪力和彎矩，使建筑物在最終破壞時能按照規(guī)定的方向發(fā)生倒塌，避免對相鄰建筑物的撞擊作用，從而減少地震中的傷亡。

組合柱采用多個分離子柱，地震作用下通過各個子柱各自變形來消耗地震中的能量，從而減少建筑物的破壞。

子柱連接件和可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件的轉(zhuǎn)動磨合處的摩擦墊片采用高摩擦力的材料如黃銅、鋅等制作，相對轉(zhuǎn)動時可通過摩擦墊片的摩擦來消耗地震中的能量，達(dá)到減震的目的。

子柱連接件的咬合處填充一定厚度的耗能橡膠墊，使定向構(gòu)件在另一方向可以有一小部分轉(zhuǎn)動，防止構(gòu)件受力破壞，耗能橡膠墊的彈性變形一定程度上可以消耗地震中的能量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

1)本發(fā)明中具有雙向定向倒塌功能的耗能組合柱，設(shè)置于柱端縫隙處的可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件和子柱連接件，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑物破壞時的定向倒塌，避免倒塌建筑物對相鄰建筑物的撞擊破壞，從而降低損傷。

2)本發(fā)明中具有雙向定向倒塌功能的耗能組合柱，柱體采用多個分離子柱，各分離子柱能夠顯著地提高建筑物的抗震性能，提高其位移延性系數(shù)。

3)本發(fā)明中具有雙向定向倒塌功能的耗能組合柱，可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件和子柱連接件轉(zhuǎn)動磨合的摩擦墊片采用摩擦力大的黃銅、鋅等為制作材料，相對轉(zhuǎn)動時通過摩擦墊片的摩擦來消耗一定的地震能量。

4)本發(fā)明中具有雙向定向倒塌功能的耗能組合柱，子柱連接件中兩構(gòu)件咬合處填充高彈性的耗能橡膠墊，可以通過耗能橡膠墊的彈性變形來實(shí)現(xiàn)建筑物的耗能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明組合柱的立體示意圖。

圖2為本發(fā)明定向構(gòu)件的立體示意圖。

圖3為本發(fā)明定向構(gòu)件的正視圖。

圖4為本發(fā)明組合柱的位置示意圖。

圖5為本發(fā)明組合柱的截面示意圖。

圖6為本發(fā)明組合柱的側(cè)面示意圖。

圖7為本發(fā)明組合柱的實(shí)施示意圖。

圖中：1－分離子柱、2－子柱連接件、3－可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件、4－連接軸鉸、5－高強(qiáng)錨固螺栓、6－耗能橡膠墊、7－摩擦墊片。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

如圖1和圖7所示，了防止地震作用下倒塌建筑向被保護(hù)建筑一側(cè)倒塌，使其向X、Y的正方向的兩個方向發(fā)生倒塌。本發(fā)明具有雙向定向倒塌功能的耗能組合柱的實(shí)施例，其主要包括分離子柱1、子柱連接件2、可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件3、連接軸鉸4、高強(qiáng)錨固螺栓5、耗能橡膠墊6。

實(shí)施步驟如下：

對于新建結(jié)構(gòu)：

1、按要求預(yù)制構(gòu)件，磨合處材料大摩擦金屬如黃銅、鋅等為制作材料，其他處用鋼或鐵為制作材料，子柱連接件的開口深度為可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件的突出長度的尺寸與耗能橡膠墊的厚度之和。

2、綁扎組成分離子柱的四個等截面單元柱，每個子柱的縱筋采用對稱配筋，其單側(cè)配筋率不小于0.2％。按要求將綁扎好的鋼筋骨架至于柱體模板中，四個分離子柱為等截面體。

3、準(zhǔn)備完畢后澆筑混凝土并搗振，并進(jìn)行常規(guī)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)完畢后拆除模板得到等截面分離子體。

4、將養(yǎng)護(hù)好的分離子柱安置于樓板或梁之間，組合柱的安置位置為圖7中陰影部分的位置，其他位置的柱子按照正常鋼筋混凝土柱配置。澆筑連接處的搭接鋼筋并進(jìn)行常規(guī)養(yǎng)護(hù)。

5、安置子柱連接構(gòu)件和可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件，將預(yù)制好的子柱連接件和可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件用連接軸鉸連接，整體安置于柱體上端各柱體的縫隙處，子柱連接件用高強(qiáng)錨固螺栓與兩側(cè)子柱連接，可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件用高強(qiáng)螺栓與上部梁或樓板連接。

對于已建結(jié)構(gòu)：

1、按要求預(yù)制構(gòu)件，磨合處材料大摩擦金屬如黃銅、鋅等為制作材料，其他處用鋼或鐵為制作材料，子柱連接件的開口深度為可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件的突出長度的尺寸與耗能橡膠墊的厚度之和。

2、綁扎組成分離子柱的四個等截面單元柱，每個子柱的縱筋采用對稱配筋，其單側(cè)配筋率不小于0.2％。按要求將綁扎好的鋼筋骨架至于柱體模板中，四個分離子柱為等截面體。

3、準(zhǔn)備完畢后澆筑混凝土并搗振，并進(jìn)行常規(guī)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)完畢后拆除模板得到等截面分離子體。

4、先在圖7中陰影部分的柱子兩側(cè)安置支撐構(gòu)件，然后拆除陰影處所示的普通柱后將預(yù)制好的分離子柱安置于原普通柱的位置，澆筑柱端連接處，待養(yǎng)護(hù)完畢后拆除兩側(cè)支撐構(gòu)件。

5、安置子柱連接構(gòu)件和可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件，將預(yù)制好的子柱連接件和可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件用連接軸鉸連接，整體安置于柱體上端各柱體的縫隙處，子柱連接件用高強(qiáng)錨固螺栓與兩側(cè)子柱連接，可定向轉(zhuǎn)動構(gòu)件用高強(qiáng)螺栓與上部梁或樓板連接。

以上為本發(fā)明的一個典型實(shí)施例，但本發(fā)明的實(shí)施不限于此。