CN105986628A - 一种防屈曲支撑伸臂桁架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防屈曲支撑伸臂桁架，属于结构工程技术领域，由伸臂桁架梁和斜向防屈曲支撑构件组成。防屈曲支撑伸臂桁架构件可用于框架-核心筒结构体系，用于体系核心筒和外框架的水平向连接；伸臂桁架梁为工字钢，与所述防屈曲支撑构件通过销轴连接。在正常使用和小震条件下，防屈曲支撑起到了类似于中心支撑的作用，为结构体系提供必要的承载能力和抗侧刚度；在大震作用下，防屈曲支撑可以通过内核的反复拉压屈服耗散地震输入能量，相当于为建筑提供附加阻尼，减小建筑结构上的地震作用，起到消能减震的目的。

Description

一种防屈曲支撑伸臂桁架

技术领域

本发明涉及一种防屈曲支撑伸臂桁架，属于结构工程技术领域。

背景技术

框架-核心筒结构是一类较为常用的高层建筑结构体系，由核心筒和外框架共同组成。在风、地震等侧向荷载作用下，核心筒剪切刚度大，以弯曲变形模式为主；外框架剪切刚度较小，以剪切变形模式为主。一般采用刚度较大的伸臂桁架构件联系核心筒和外框架，以保证核心筒和外框架的变形协调和协同受力。当高层建筑结构主要承担水平地震作用时，伸臂桁架整体上承担剪力作用，对应于人字形布置的斜腹杆分别为轴向拉力和轴向压力作用。

传统的伸臂桁架构件一般采用钢筋混凝土或型钢构件，常用的型钢腹杆在轴向压力作用下易于发生屈曲，因而存在以下缺点：(1)人字形布置的型钢腹杆当受压杆件发生屈曲时，会在伸臂桁架梁中部产生不平衡剪力和轴力，容易导致其破坏。(2)在地震荷载作用下，当型钢腹杆发生屈曲时，其轴压刚度急剧下降，甚至出现负刚度，此时伸臂桁架将由于刚度不足而失效，整体框架-核心筒二者的组合效应大大降低，进而降低结构的整体抗侧刚度。(3)型钢腹杆受力过程中易于受压屈曲和拉压受力不对称的属性，致使其在反复荷载作用下的滞回曲线不饱满且严重不对称，无法起到良好的消能减震作用。

为解决上述问题，本发明提出一种防屈曲支撑伸臂桁架，通过将传统伸臂桁架中的型钢腹杆或钢筋混凝土腹杆替换为防屈曲支撑，会产生以下优点：(1)由于防屈曲支撑构件拉压同性的受力特点，使得人字形布置的防屈曲支撑构件可以保证伸臂桁架梁中部的剪力平衡，对伸臂桁架梁起到了保护作用。(2)相比于传统伸臂桁架的型钢腹杆，防屈曲支撑构件不会发生受压屈曲，而且即便内核发生屈服仍然存在轴向刚度和承载力，表明防屈曲支撑可为伸臂桁架提供更为稳定的斜向支撑刚度。(3)在大震作用下，防屈曲支撑可以通过内核的反复拉压屈服耗散地震输入能量，相当于为建筑提供附加阻尼，根据阻尼等效的等能量原理，等效粘性阻尼比计算方法由式(i)给出；由于防屈曲支撑比传统伸臂桁架型钢腹杆的滞回曲线要饱满的多，故采用防屈曲支撑的结构体系在反复荷载作用下能够消耗更多的能量，根据式(i)可知采用了防屈曲支撑的结构体系对应着更大的阻尼比ζ；我国现行《建筑抗震规范》(GB50011-2010)给出的地震影响系数曲线[式(ii)～(iv)]显示，当结构阻尼比ζ增大时，衰减指数γ和阻尼调整系数η均减小，进而地震影响系数α也随之减小，这表明，采用防屈曲支撑可以有效减小建筑结构上的地震作用，起到消能减震的目的。

${\mathrm{\ζ}}_{\mathrm{eq}}=\frac{E_D}{4\mathrm{\π}{E}_{s0}}---\left(i\right)$

式中：ζ_eq为等效粘性阻尼比；E_D为耗散能量，即滞回曲线包围面积；E_s0为极限位移下的弹性能，取决于结构的弹性刚度和极限位移。

$\mathrm{\α}={\left(\frac{T_g}{T}\right)}^{\mathrm{\γ}}{\mathrm{\η\α}}_{\max }---\left(\mathrm{ii}\right)$

$\mathrm{\γ}=0.9+\frac{0.05-\mathrm{\ζ}}{0.3+6\mathrm{\ζ}}---\left(\mathrm{iii}\right)$

$\mathrm{\η}=1+\frac{0.05-\mathrm{\ζ}}{0.08+1.6\mathrm{\ζ}}---\left(\mathrm{iv}\right)$

式中：α为地震影响系数；α_max为地震影响系数最大值；T_g为特征周期；γ为衰减指数；η为阻尼调整系数，ζ为结构的阻尼比。

发明内容

本发明提出一种防屈曲支撑伸臂桁架，通过将传统伸臂桁架中的斜向型钢腹杆替换为防屈曲支撑构件，在正常使用和小震条件下，防屈曲支撑起到了类似于中心支撑的作用，为结构体系提供必要的承载能力和抗侧刚度；在大震作用下，防屈曲支撑可以通过内核的反复拉压屈服耗散地震输入能量，相当于为建筑提供附加阻尼，减小建筑结构上的地震作用，起到消能减震的目的。

一种防屈曲支撑伸臂桁架，其特征在于，所述伸臂桁架由伸臂桁架梁和斜向防屈曲支撑组成；所述伸臂桁架构件可用于框架-核心筒结构体系，用于体系核心筒和外框架的水平向连接；所述伸臂桁架梁为工字钢，与所述防屈曲支撑构件通过销轴连接；所述防屈曲支撑在端头通过法兰盘和高强螺栓与端头耳板进行连接；在防屈曲支撑伸臂桁架角部的连接节点，节点板与外围框架柱和伸臂桁架梁通过焊接连接；所述节点板与端头耳板通过销轴连接，形成铰接连接节点；在所述防屈曲支撑伸臂桁架中部的连接节点，节点板上部焊接加劲肋，并与伸臂桁架梁通过焊接连接；所述节点板与两个端头耳板均通过销轴连接。

试验证明，本发明提供的这种防屈曲支撑伸臂桁架，完全可以实现上述目的。

附图说明

图1为含有防屈曲支撑伸臂桁架的框架-核心筒结构立面图；

图2为图1中A部分的三维图，即防屈曲支撑伸臂桁架的三维图；

图3为防屈曲支撑伸臂桁架的立面图；

图4为图3中B处的节点详图，即防屈曲支撑伸臂桁架角部的连接节点；

图5为图3中C处的节点详图，即防屈曲支撑伸臂桁架中部的连接节点。

具体实施方式

下面结合附图1～5，详细说明本发明的实施方式。

1-外围框架柱；

2-外围框架梁；

3-伸臂桁架梁；

4-防屈曲支撑；

5-核心筒；

6-法兰盘；

7-高强螺栓；

8-销轴；

9-节点板；

10-端头耳板；

11-加劲肋。

如图1、图2所示，所述防屈曲支撑伸臂桁架由伸臂桁架梁3和防屈曲支撑4组成。

如图3所示，所述伸臂桁架构件可用于框架-核心筒结构体系，用于体系核心筒5和外框架的水平向连接。

如图4所示，所述防屈曲支撑4在端头通过法兰盘6和高强螺栓7与端头耳板10进行连接。在防屈曲支撑伸臂桁架角部的连接节点，节点板9与外围框架柱1和伸臂桁架梁3通过焊接连接；与此同时，节点板9与端头耳板10通过销轴8连接，形成铰接连接节点。

如图5所示，在防屈曲支撑伸臂桁架中部的连接节点，节点板9上部焊接加劲肋11，并与伸臂桁架梁3通过焊接连接。节点板9与两个端头耳板10均通过销轴8连接。

Claims (1)

1.一种防屈曲支撑伸臂桁架，其特征在于，所述伸臂桁架由伸臂桁架梁和斜向防屈曲支撑组成；所述伸臂桁架构件可用于框架-核心筒结构体系，用于体系核心筒和外框架的水平向连接；所述伸臂桁架梁为工字钢，与所述防屈曲支撑构件通过销轴连接；所述防屈曲支撑在端头通过法兰盘和高强螺栓与端头耳板进行连接；在防屈曲支撑伸臂桁架角部的连接节点，节点板与外围框架柱和伸臂桁架梁通过焊接连接；所述节点板与端头耳板通过销轴连接，形成铰接连接节点；在所述防屈曲支撑伸臂桁架中部的连接节点，节点板上部焊接加劲肋，并与伸臂桁架梁通过焊接连接；所述节点板与两个端头耳板均通过销轴连接。