CN108612213A - 耗能结构 - Google Patents

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黄筱烜
陈世玺
黄友强
周楠
陈文和
王林宝
张文文
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    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E04H9/024—Structures with steel columns and beams

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Abstract

本发明公开了一种耗能结构，涉及钢框架支撑结构技术领域。该耗能结构包括：非耗能梁、两个耗能梁、两个支撑梁、以及两个框架柱；非耗能梁与两个耗能梁平行设置，两个耗能梁分别与非耗能梁的两端相接；两个框架柱分别连接两个耗能梁未连接非耗能梁的端部；两个支撑梁的上端分别连接两个耗能梁的底面，下端分别连接两个框架柱的内侧面。通过耗能结构包括两个耗能梁，且两个耗能梁分别设置在非耗能梁的两端。当应用于较大跨度条件下，增加非耗能梁长度使得支撑梁的位置趋向框架柱移动。如此保留了较大的完整空间，避免影响其他作业的顺利进行。同时也降低该耗能结构对空间的要求，扩大其适用范围。

Description

耗能结构
技术领域
本发明涉及钢框架支撑结构技术领域，特别涉及一种耗能结构。
背景技术
耗能结构是一种耗能能力较强的结构体系，在钢结构建筑中设置剪切型偏心支撑，可增强建筑的抗震性能。在地震时耗能结构可出现局部剪切塑性形变，以耗散地震能量，避免建筑坍塌，是维护建筑安全必不可少的结构之一。
相关技术中提供了一种耗能结构，如图1所示，该耗能结构包括：两个非耗能梁1、一个耗能梁2、两个支撑梁3、以及两个框架柱4。其中，非耗能梁1与耗能梁2平行设置，且两个非耗能梁1分别连接耗能梁2的两端；两个框架柱4分别连接两个非耗能梁1未连接耗能梁2的端部；两个支撑梁3的上端分别连接两个非耗能梁1的底面，下端分别连接两个框架柱4的内侧面。其中耗能梁2的长度具有最大临界值，以保证该偏心支撑结构为耗能结构。在地震时剪切型偏心支撑耗能梁可出现局部塑性形变，以耗散地震能量，避免建筑坍塌。
在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术至少存在以下问题：
在较大跨度条件下采用相关技术中耗能结构时，由于限定了耗能梁2可实现的最大长度，因此为了满足跨度条件，只能增大非耗能梁1的长度，进而导致支撑梁3位于整体结构相对中部的位置。支撑梁3如此布置易影响其他作业，例如工艺管道架设、人员检修等作业的顺利进行，限制了耗能结构的使用范围。
发明内容
本发明实施例提供了一种耗能结构，为了解决相关技术中的相关问题。该技术方案具体如下：
一种耗能结构，所述耗能结构包括：非耗能梁、两个耗能梁、两个支撑梁、以及两个框架柱；
所述非耗能梁与两个所述耗能梁平行设置，两个所述耗能梁分别与所述非耗能梁的两端相接；
两个所述框架柱分别连接两个所述耗能梁未连接所述非耗能梁的端部；
两个所述支撑梁的上端分别连接两个所述耗能梁的底面，下端分别连接两个所述框架柱的内侧面。
可选地，所述耗能梁的长度满足以下公式：
L≤1.6(MSN/VS)
式中，L-所述耗能梁的长度；
MSN-所述耗能梁的的全塑性受弯承载力；
VS-所述耗能梁的的全塑性受剪承载力。
可选地，所述支撑梁与框架柱所成角度大于或者等于30°。
可选地，所述耗能梁包括左耗能梁和右耗能梁；
且，所述非耗能梁、所述支撑梁、以及所述框架柱的设计内力与所述左耗能梁或所述右耗能梁的全塑性受剪承载力相匹配。
可选地，所述非耗能梁、所述支撑梁、以及所述框架柱的设计内力满足以下要求：
F＝ΩβF1
式中，F-所述非耗能梁、所述支撑梁、以及所述框架柱的设计内力；
Ω-常数放大系数；
β-受所述左耗能梁或所述右耗能梁内力影响的放大系数；
F1-所述非耗能梁、所述支撑梁、以及所述框架柱多遇地震组合时的荷载效应内力。
可选地，β根据以下公式获取：
β＝max(βL，βR)
式中，βL-受所述左耗能梁内力影响的放大系数；
βR-受所述右耗能梁内力影响的放大系数。
可选地，βL、βR通过以下公式获取：
βL＝VSL/VL
βR＝VSR/VR
式中，VSL-所述左耗能梁的全塑性受剪承载力；
VSR-所述右耗能梁的全塑性受剪承载力；
VL-所述左耗能梁多遇地震组合时的荷载效应剪力；
VR-所述右耗能梁多遇地震组合时的荷载效应剪力。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供的耗能结构包括两个耗能梁，且两个耗能梁分别设置在非耗能梁的两端。因此，在较大跨度条件下应用该耗能结构时，在非耗能梁的长度不变的情况下，非耗能梁的长度增加使得支撑梁的位置趋向框架柱侧移动。如此使得该耗能结构能够形成较大的完整空间，可避免支撑梁影响其他作业进行，克服了相关技术中技术缺陷，降低该耗能结构对空间的要求，扩大其适用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是相关技术中所提供的耗能结构的主视图；
图2是本发明实施例提供的耗能结构的主视图。
附图中各个标记分别为：
1、非耗能梁；
2、耗能梁；
3、支撑梁；
4、框架柱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种耗能结构，如图1所示，本发明实施例提供了一种耗能结构，该耗能结构包括：非耗能梁1、两个耗能梁2、两个支撑梁3、以及两个框架柱4。其中，非耗能梁1与两个耗能梁2平行设置，两个耗能梁2分别与非耗能梁1的两端相接；两个框架柱4分别连接两个耗能梁2未连接非耗能梁1的端部；两个支撑梁3的上端分别连接两个耗能梁2的底面，下端分别连接两个框架柱4的内侧面。
本发明实施例提供的耗能结构包括两个耗能梁2，且两个耗能梁2分别设置在非耗能梁1的两端。因此，在较大跨度条件下应用该耗能结构时，在耗能梁2的长度不变的情况下，非耗能梁1的长度增加使得支撑梁3的位置趋向框架柱4移动。如此保留了耗能结构能够形成较大的完整空间，进而避免影响其他作业的进行，克服了相关技术中技术缺陷，降低该耗能结构对空间的要求，扩大其适用范围。同时，由于增加了耗能梁2的数量，因此提高了该耗能结构的耗能能力。
其中耗能梁2的长度满足以下公式：
L≤1.6MSN/VS
式中，L-耗能梁2的长度；MSN-耗能梁2的的全塑性受弯承载力；VS-耗能梁2的的全塑性受剪承载力。
具有满足上述条件的耗能梁2的偏心支撑结构才为耗能结构，在遭遇地震时，受到地震力作用耗能梁2出现剪切塑性变形，以耗散地震能量。
进一步地，支撑梁3与框架柱4所成角度大于或者等于30°。若支撑梁3与相连的框架柱4之间的角度小于30°时，会削弱支撑梁3的支撑效果，引起局部失稳，影响建筑安全。在本发明实施例中，支撑梁3与相连的框架柱4之间的角度可以为40°、50°、60°等。
关于耗能梁2的结构，参见图2，耗能梁2包括左耗能梁和右耗能梁。其中，非耗能梁1、支撑梁3、以及框架柱4的设计内力与左耗能梁或右耗能梁的全塑性受剪承载力相匹配。如此，可以避免耗能结构在地震中出现局部失稳的情况，保证建筑安全。
具体地，其中非耗能梁1、支撑梁3、以及框架柱4的设计内力满足以下要求：
F＝ΩβF1
式中，F-非耗能梁1、支撑梁3、以及框架柱4的设计内力；
Ω-常数放大系数；
β-受左耗能梁和右耗能梁内力影响的放大系数；
F1-非耗能梁1、支撑梁3、以及框架柱4多遇地震组合时的荷载效应内力。
由于本发明实施例提供的耗能结构包括有左耗能梁和右耗能梁，因此将左耗能梁和右耗能梁的内力对非耗能梁1、支撑梁3、以及框架柱4的设计内力的影响作为考虑因素，优化剪切型偏心支撑的结构设计。
其中，Ω通过查找规范获取，F1通过软件模拟计算获取，β根据以下公式获取：
β＝max(βL，βR)
式中，βL-受左耗能梁内力影响的放大系数；
βR-受右耗能梁内力影响的放大系数。
对比两个耗能梁2中对非耗能梁1、支撑梁3、以及框架柱4的影响，并将其中影响较大的耗能梁2作为β的计算依据。
并且，βL、βR通过以下公式获取：
βL＝VSL/VL
βR＝VSR/VR
式中，VSL-左耗能梁的全塑性受剪承载力；
VSR-右耗能梁的全塑性受剪承载力；
VL-左耗能梁多遇地震组合时的荷载效应剪力；
VR-右耗能梁多遇地震组合时的荷载效应剪力。
其中，VL、VR通过软件模拟计算获取，VSL、VSR通过以下公式计算：
VS＝0.6fytwhw
式中，VS-左耗能梁或右耗能梁的全塑性受剪承载力；
tw-左耗能梁或右耗能梁的腹板厚度；
hw-左耗能梁或右耗能梁的腹板高度。
本发明实施例提供的耗能结构，改变了非耗能梁1和耗能梁2的布置方式。因此，在较大跨度条件下应用该耗能结构时，在耗能梁2的长度不变的情况下，非耗能梁1的长度增加使得支撑梁3的位置趋向框架柱4移动。如此保留了耗能结构能够形成较大的完整空间，进而避免影响其他作业的进行，克服了相关技术中技术缺陷，降低该耗能结构对空间的要求，扩大其适用范围。同时，由于增加了耗能梁2的数量，因此提高了该耗能结构的耗能能力，提升整体结构的抗震性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种耗能结构，其特征在于，所述耗能结构包括：非耗能梁(1)、两个耗能梁(2)、两个支撑梁(3)、以及两个框架柱(4)；
所述非耗能梁(1)与两个所述耗能梁(2)平行设置，且两个所述耗能梁(2)分别与所述非耗能梁(1)的两端相连；
两个所述框架柱(4)分别连接两个所述耗能梁(2)未连接所述非耗能梁(1)的端部；
两个所述支撑梁(3)的上端分别连接两个所述耗能梁(2)的底面，下端分别连接两个所述框架柱(4)的内侧面。
2.根据权利要求1所述的耗能结构，其特征在于，所述耗能梁(2)的长度满足以下公式：
L≤1.6(MSN/VS)
式中，L-所述耗能梁(2)的长度；
MSN-所述耗能梁(2)的的全塑性受弯承载力；
VS-所述耗能梁(2)的的全塑性受剪承载力。
3.根据权利要求1所述的耗能结构，其特征在于，所述支撑梁(3)与框架柱(4)所成角度大于或者等于30°。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的耗能结构，其特征在于，所述耗能梁(2)包括左耗能梁和右耗能梁；
且，所述非耗能梁(1)、所述支撑梁(3)、以及所述框架柱(4)的设计内力与所述左耗能梁或所述右耗能梁的全塑性受剪承载力相匹配。
5.根据权利要求4所述的耗能结构，其特征在于，所述非耗能梁(1)、所述支撑梁(3)、以及所述框架柱(4)的设计内力满足以下要求：
F＝ΩβF1
式中，F-所述非耗能梁(1)、所述支撑梁(3)、以及所述框架柱(4)的设计内力；
Ω-常数放大系数；
β-受所述左耗能梁或所述右耗能梁内力影响的放大系数；
F1-所述非耗能梁(1)、所述支撑梁(3)、以及所述框架柱(4)多遇地震组合时的荷载效应内力。
6.根据权利要求5所述的耗能结构，其特征在于，β根据以下公式获取：
β＝max(βL，βR)
式中，βL-受所述左耗能梁内力影响的放大系数；
βR-受所述右耗能梁内力影响的放大系数。
7.根据权利要求6所述的耗能结构，其特征在于，βL、βR通过以下公式获取：
βL＝VSL/VL
βR＝VSR/VR
式中，VSL-所述左耗能梁的全塑性受剪承载力；
VSR-所述右耗能梁的全塑性受剪承载力；
VL-所述左耗能梁多遇地震组合时的荷载效应剪力；
VR-所述右耗能梁多遇地震组合时的荷载效应剪力。
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