CN109184310A - 一种拉强压弱组合型的支撑结构及支撑系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种拉强压弱组合型的支撑结构及支撑系统，属于钢框架‑支撑结构领域。该支撑结构包括两个框架柱；连接在两个所述框架柱顶端的框架梁段；一端连接左侧的所述框架柱的底端、另一端连接在所述框架梁段上的第一支撑，以及一端连接右侧的所述框架柱的底端、另一端连接在所述框架梁段上的第二支撑，其中，第一支撑和第二支撑交叉设置。采用本发明实施例提供的支撑结构对危险建(构)筑物的毗邻建(构)筑物进行改进，可使其朝向危险建(构)筑物方向拥有的侧向承载能力和耗散地震能量能力比背离方向更强，保证地震时毗邻建(构)筑物不向危险建(构)筑物倒塌，从而可以避免由于毗邻建(构)筑物倒塌所引发的次生灾害。
Description
技术领域
本发明涉及钢框架-支撑结构领域，特别涉及一种拉强压弱组合型的支撑结构及支撑系统。
背景技术
地震是人类社会面临的一种严重的自然灾害。地震的发生具有随机性的特点，所发生的地震影响有可能超过罕遇地震，即超罕遇地震，当发生超罕遇地震时，建(构)筑物有可能倒塌，且其倒塌方向是随机的。例如2008年汶川发生超罕遇地震，造成大量建(构)筑物倒塌。
在发生超罕遇地震时，对于与剧毒、腐蚀性、放射性等危险品相关的建(构)筑物(以下简称“危险建(构)筑物”)，如果毗邻的建(构)筑物发生倒塌而砸向危险建(构)筑物，可危害其结构安全，进而有可能引发或加重放射性污染、火灾、爆炸、剧毒或强腐蚀性物质泄漏等次生灾害。
发明内容
本发明实施例提供了一种拉强压弱组合型的支撑结构及支撑系统，可解决上述建(构)筑物发生倒塌而砸向危险建(构)筑物的问题。
具体而言，包括以下的技术方案：
第一方面，提供了一种拉强压弱组合型的支撑结构，所述支撑结构包括：
两个框架柱；
框架梁段，所述框架梁段连接在两个所述框架柱的顶端；
第一支撑，所述第一支撑的一端连接左侧的所述框架柱的底端，另一端连接在所述框架梁段上，所述第一支撑为防屈曲支撑；
第二支撑，所述第二支撑的一端连接右侧的所述框架柱的底端，另一端连接在所述框架梁段上；
所述第一支撑和所述第二支撑交叉设置，且将所述框架梁段分隔成左框架梁段、中框架梁段和右框架梁段；
在地震波从右向左传播的情况下，所述左框架梁段和所述右框架梁段能够通过塑性变形耗散地震能量，所述框架柱、所述中框架梁段、所述第一支撑和所述第二支撑所组成的结构能够承受所述地震波从右向左所产生的力；
在地震波从左向右传播的情况下，所述右框架梁段能够通过塑性变形耗散地震能量，所述框架柱、所述左框架梁段、所述中框架梁段和所述第一支撑所组成的结构能够承受所述地震波从左向右所产生的力；
在所述第二支撑达到受压承载力的情况下，所述框架柱、所述左框架梁段、所述中框架梁段、所述右框架梁段和所述第一支撑所组成的结构能够承受所述地震波所产生的力；
所述左框架梁段和所述右框架梁段只发生剪切塑性变形耗能，不会发生弯曲塑性变形；
所述第一支撑的受压承载力不小于受拉承载力，所述第二支撑的受拉承载力大于受压承载力。
在一种可能的设计中，在地震波从右向左传播的情况下，
所述框架柱的弯矩MCR1-1、轴力NCR1-1、剪力VCR1-1的设计值满足以下条件：
所述中框架梁段的弯矩MCR1-22、轴力NCR1-22、剪力VCR1-22的设计值满足以下条件：
所述第一支撑的弯矩MCR1-3、轴力NCR1-3、剪力VCR1-3的设计值满足以下条件：
所述第二支撑的弯矩MCR1-4、轴力NCR1-4、剪力VCR1-4的设计值满足以下条件：
其中，MCS1-1、NCS1-1、VCS1-1分别为多遇地震组合时，所述框架柱的荷载效应弯矩、轴力、剪力，γ1-1为常数放大系数，大于1.0；
MCS1-22、NCS1-22、VCS1-22分别为多遇地震组合时，所述中框架梁段的荷载效应弯矩、轴力、剪力；γ1-22为常数放大系数，大于1.0；
MCS1-3、NCS1-3、VCS1-3分别为多遇地震组合时，所述第一支撑的荷载效应弯矩、轴力、剪力；γ1-3为常数放大系数，大于1.0；
MCS1-4、NCS1-4、VCS1-4分别为多遇地震组合时，所述第二支撑的荷载效应弯矩、轴力、剪力；γ1-4为常数放大系数，大于1.0；
VSL为所述左框架梁段的全塑性受剪承载力；
VSR为所述右框架梁段的全塑性受剪承载力；
VL1为多遇地震组合时，所述左框架梁段的荷载效应剪力；
VR1为多遇地震组合时，所述右框架梁段的荷载效应剪力。
在一种可能的设计中，在地震波从左向右传播的情况下，
所述框架柱的弯矩MCR2-1、轴力NCR2-1、剪力VCR2-1的设计值满足以下条件：
所述左框架梁段的弯矩MCR2-21、轴力NCR2-21、剪力VCR2-21的设计值满足以下条件：
所述中框架梁段的弯矩MCR2-22、轴力NCR2-22、剪力VCR2-22的设计值满足以下条件：
所述第一支撑的弯矩MCR2-3、轴力NCR2-3、剪力VCR2-3的设计值满足以下条件：
其中，MCS2-1、NCS2-1、VCS2-1分别为多遇地震组合时，所述框架柱的荷载效应弯矩、轴力、剪力，γ2-1为常数放大系数，大于1.0；
MCS2-21、NCS2-21、VCS2-21分别为多遇地震组合时，所述左框架梁段的荷载效应弯矩、轴力、剪力，γ2-21为常数放大系数，大于1.0；
MCS2-22、NCS2-22、VCS2-22分别为多遇地震组合时，所述中框架梁段的荷载效应弯矩、轴力、剪力，γ2-22为常数放大系数，大于1.0；
MCS2-3，NCS2-3，VCS2-3分别为多遇地震组合时，所述第一支撑的荷载效应弯矩、轴力、剪力，γ2-3为常数放大系数，大于1.0；
VSR为所述右框架梁段的全塑性受剪承载力；
VR2为多遇地震组合时，所述右框架梁段的荷载效应剪力。
在一种可能的设计中，在所述第二支撑达到受压承载力的情况下，
所述框架柱的弯矩MCR3-1、轴力NCR3-1、剪力VCR3-1的设计值满足以下条件：
MCR3-1≥γ3-1·MCS3-1，
NCR3-1≥γ3-1·NCS3-1，
VCR3-1≥γ3-1·VCS3-1；
所述左框架梁段的弯矩MCR3-21、轴力NCR3-21、剪力VCR3-21的设计值满足以下条件：
MCR3-21≥γ3-21·MCS3-21，
NCR3-21≥γ3-21·NCS3-21，
VCR3-21≥γ3-21·VCS3-21；
所述中框架梁段的弯矩MCR3-22、轴力NCR3-22、剪力VCR3-22的设计值满足：
MCR3-22≥γ3-22·MCS3-22，
NCR3-22≥γ3-22·NCS3-22，
VCR3-22≥γ3-22·VCS3-22；
所述右框架梁段的弯矩MCR3-23、轴力NCR3-23、剪力VCR3-23的设计值满足：
MCR3-23≥γ3-23·MCS3-23，
NCR3-23≥γ3-23·NCS3-23，
VCR3-23≥γ3-23·VCS3-23；
所述第一支撑的弯矩MCR3-3、轴力NCR3-3、剪力VCR3-3的设计值满足：
MCR3-3≥γ3-3·MCS3-3，
NCR3-3≥γ3-3·NCS3-3，
VCR3-3≥γ3-3·VCS3-3；
其中，MCS3-1、NCS3-1、VCS3-1分别为当所述第二支撑达到受压承载力时，所述框架柱的荷载组合弯矩、轴力、剪力，γ3-1为常数放大系数，大于1.0；
MCS3-21、NCS3-21、VCS3-21分别为当所述第二支撑达到受压承载力时，所述左框架梁段的荷载组合弯矩、轴力、剪力，γ3-21为常数放大系数，大于1.0；
MCS3-22、NCS3-22、VCS3-22分别为当所述第二支撑达到受压承载力时，所述中框架梁段的荷载组合弯矩、轴力、剪力，γ3-22为常数放大系数，大于1.0；
MCS3-23、NCS3-23、VCS3-23分别为当所述第二支撑达到受压承载力时，所述右框架梁段的荷载组合弯矩、轴力、剪力，γ3-23为常数放大系数，大于1.0；
MCS3-3、NCS3-3、VCS3-3分别为当所述第二支撑达到受压承载力时，所述第一支撑的荷载组合弯矩、轴力、剪力，γ3-3为常数放大系数，大于1.0。
在一种可能的设计中，所述左框架梁段的长度LL和所述右框架梁段的长度LR满足以下条件：
其中，MSL为所述左框架梁段考虑轴力影响的全塑性受弯承载力；
MSR为所述右框架梁段考虑轴力影响的全塑性受弯承载力；
VSL为所述左框架梁段的全塑性受剪承载力；
VSR为所述右框架梁段的全塑性受剪承载力。
在一种可能的设计中，
所述第一支撑的受压承载力N1-3与受拉承载力N2-3为：
N1-3＝N2-3＝f1·An-3；
所述第二支撑的受拉承载力N1-4大于受压承载力N2-4为：
N1-4＝f2·An-4，
N2-4＝Ψ·f2·An-4’；
其中，f1为所述第一支撑的钢材强度设计值；
f2为所述第二支撑的钢材强度设计值；
An-3为所述第一支撑的净截面面积；
An-4为所述第二支撑的净截面面积；
An-4’为所述第二支撑的毛截面面积；
Ψ为轴心受压构件稳定系数，Ψ≤1.0。
第二发面，提供了一种拉强压弱组合型的支撑系统，所述支撑系统包括多个第一方面所提及的支撑结构；
且多个所述支撑结构纵向叠加。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
采用本发明实施例提供的支撑结构对危险建(构)筑物的毗邻建(构)筑物进行改进，可使其朝向危险建(构)筑物方向拥有的侧向承载能力和耗散地震能量能力比背离方向更强，保证地震时毗邻建(构)筑物不向危险建(构)筑物倒塌，从而可以避免由于毗邻建(构)筑物倒塌所引发的次生灾害。且该支撑结构施工方便，对施工条件和要求不高。
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为本发明实施例提供的一种拉强压弱组合型的支撑结构的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的又一种拉强压弱组合型的支撑结构的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种拉强压弱组合型的支撑系统的结构示意图。
图中的附图标记分别表示：
1-框架柱；
2-框架梁段；21-左框架梁段；22-中框架梁段；23-右框架梁段；
3-第一支撑；
4-第二支撑。
具体实施方式
为使本发明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。除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构或系统必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
第一方面，本发明实施例提供一种拉强压弱组合型的支撑结构，如图1所示，该支撑结构包括：
两个框架柱1；
框架梁段2，框架梁段2连接在两个框架柱1的顶端；
第一支撑3，第一支撑3的一端连接左侧的框架柱1的底端，另一端连接在框架梁段2上，第一支撑3为防屈曲支撑；
第二支撑4，第二支撑4的一端连接右侧的框架柱1的底端，另一端连接在框架梁段2上；
第一支撑3和第二支撑4交叉设置，且将框架梁段2分隔成左框架梁段21、中框架梁段22和右框架梁段23；
在地震波从右向左传播的情况下，左框架梁段21和右框架梁段23能够通过塑性变形耗散地震能量，框架柱1、中框架梁段22、第一支撑3和第二支撑4所组成的结构能够承受地震波从右向左所产生的力；
在地震波从左向右传播的情况下，右框架梁段23能够通过塑性变形耗散地震能量，框架柱1、左框架梁段21、中框架梁段22和第一支撑3所组成的结构能够承受地震波从左向右所产生的力；
在第二支撑4达到受压承载力的情况下，框架柱1、左框架梁段21、中框架梁段22、右框架梁段23和第一支撑3所组成的结构能够承受地震波所产生的力；
左框架梁段21和右框架梁段23只发生剪切塑性变形耗能，不会发生弯曲塑性变形；
第一支撑3的受压承载力不小于受拉承载力，第二支撑4的受拉承载力大于受压承载力。
可以理解的是，上述“能够承受地震波所产生的力”是指相关构件不发生破坏，例如，“框架柱1、中框架梁段22、第一支撑3和第二支撑4所组成的结构能够承受地震波从右向左所产生的力”，即是说，在地震波从右向左传播的情况下，框架柱1、中框架梁段22、第一支撑3和第二支撑4不发生破坏。
以图1所示的支撑结构(第一支撑3设置在左侧，第二支撑4设置在右侧)为例，本发明实施例提供的支撑结构的工作原理为：
1)在地震波从右向左传播的情况下，第一支撑3处于受压状态，第二支撑4处于受拉状态；在地震波从左向右传播的情况下，第一支撑3处于受拉状态，第二支撑4处于受压状态。由于第一支撑3的受压承载力不小于受拉承载力，第二支撑4的受压承载力小于受拉承载力，随着地震荷载加大，第二支撑4逐渐受压失稳，从而使得结构从右向左的侧向承载力大于从左向右的侧向承载力。
2)在地震波从右向左传播的情况下，第一支撑3处于受压状态，第二支撑4处于受拉状态，随着地震荷载加大，左框架梁段21、右框架梁段23均先于框架柱1、中框架梁段22、第一支撑3和第二支撑4屈服耗散地震能量；在地震波从左向右传播的情况下，第一支撑3处于受拉状态，第二支撑4处于受压状态，随着地震荷载加大，第二支撑4逐渐受压失稳，与第二支撑4相连的左框架梁段21不屈服，只有与第一支撑3相连的右框架梁段23屈服耗散地震能量。因而，当地震从右向左时，结构耗散地震能量能力大于地震从左向右的耗散地震能量能力。
因而，对于上述支撑结构，当地震从右向左时，无论侧向承载力还是耗散地震能量能力，均大于地震从左向右时。从而，当发生超罕遇地震时，即使结构倒塌，也只能发生从左向右的倒塌。
同理，如果要实现超罕遇地震时，结构从右向左倒塌，只需变换方案中第一支撑3和第二支撑4、以及相应的左框架梁段21和右框架梁段23的位置即可，如图2所示。
采用本发明实施例提供的支撑结构对危险建(构)筑物的毗邻建(构)筑物进行改进，可使其朝向危险建(构)筑物方向拥有的侧向承载能力和耗散地震能量能力比背离方向更强，保证地震时毗邻建(构)筑物不向危险建(构)筑物倒塌，从而可以避免由于毗邻建(构)筑物倒塌所引发的次生灾害。且该支撑结构施工方便，对施工条件和要求不高。
根据对建筑工程有影响的地震发生概率统计分析，对于一个地区，50年内超越概率约为63％的地震烈度为地震众值烈度，称为“多遇地震”，即小震；50年内超越概率约为10％的地震烈度为地震基本烈度，称为“设防地震”，即中震；50年内超越概率约为2～3％的地震烈度称为罕遇地震，即大震。
建筑抗震设防的三个水准目标：小震不坏、中震可修、大震不倒。具体如下：
第一水准：当结构遭遇本地区多遇地震影响时，主体结构不受损坏或不需修理可继续使用；
第二水准：当结构遭遇本地区设防地震影响时，可以发生损坏，但经一般性修理仍可继续使用；
第三水准：当结构遭遇本地区罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。
结构设计时，采用二阶段设计实现上述三个水准的设防目标，具体如下：
第一阶段结构承载力验算：取多遇地震的水平地震影响系数计算结构的弹性地震作用标准值和相应的地震作用效应，按相应的规范规程进行结构构件的截面承载力抗震验算，达到第一水准结构小震不坏的目标，同时达到第二水准损坏可修的目标。
第二阶段结构弹塑性变形验算：取罕遇地震的水平地震影响系数，进行结构弹塑性层间变形验算，变形不超过规程规范最大值范围，并采取相应的抗震构造措施，达到第三水准结构大震不倒的目标。
基于此，在上述的支撑结构中，在地震波从右向左传播的情况下，可针对框架柱1、中框架梁段22、第一支撑3、第二支撑4，进行如下设计：
框架柱1的弯矩MCR1-1、轴力NCR1-1、剪力VCR1-1的设计值满足以下条件：
中框架梁段22的弯矩MCR1-22、轴力NCR1-22、剪力VCR1-22的设计值满足以下条件：
第一支撑3的弯矩MCR1-3、轴力NCR1-3、剪力VCR1-3的设计值满足以下条件：
第二支撑4的弯矩MCR1-4、轴力NCR1-4、剪力VCR1-4的设计值满足以下条件：
其中，MCS1-1、NCS1-1、VCS1-1分别为多遇地震组合时，框架柱1的荷载效应弯矩、轴力、剪力，γ1-1为常数放大系数，大于1.0；
MCS1-22、NCS1-22、VCS1-22分别为多遇地震组合时，中框架梁段22的荷载效应弯矩、轴力、剪力；γ1-22为常数放大系数，大于1.0；
MCS1-3、NCS1-3、VCS1-3分别为多遇地震组合时，第一支撑3的荷载效应弯矩、轴力、剪力；γ1-3为常数放大系数，大于1.0；
MCS1-4、NCS1-4、VCS1-4分别为多遇地震组合时，第二支撑4的荷载效应弯矩、轴力、剪力；γ1-4为常数放大系数，大于1.0；
VSL为左框架梁段21的全塑性受剪承载力；
VSR为右框架梁段23的全塑性受剪承载力；
VL1为多遇地震组合时，左框架梁段21的荷载效应剪力；
VR1为多遇地震组合时，右框架梁段23的荷载效应剪力。
进一步地，γ1-1、γ1-22、γ1-3、γ1-4的取值与结构抗震等级有关，具体可以参照《建筑设计抗震规范》(GB50011-2010)。示例地：
当抗震等级为1级时，≥1.3；
当抗震等级为2级时，≥1.2；
当抗震等级为3级时，≥1.1。
MCS1-1、NCS1-1、VCS1-1，MCS1-22、NCS1-22、VCS1-22，MCS1-3、NCS1-3、VCS1-3，MCS1-4、NCS1-4、VCS1-4为地震波从右向左传播的情况下，各构件的荷载效应弯矩、轴力、剪力。可在结构分析过程中，通过工程计算分析软件取得，例如：SAP2000、STAAD.PRO等软件。
VSL、VSR与构件截面类型有关，截面类型不同时，全塑性受剪承载力的表达公式也有差别。
示例地，当构件截面为工字型截面时，全塑性受剪承载力VSL、VSR的计算表达公式可表示为：0.6·fy·hw·tw；
fy—梁钢材屈服强度，可以在相应的规范中查到；
hw—梁腹板高度；
tw—梁腹板厚度；
当然，构件截面也可以用别的类型，不仅限于工字型。
而荷载效应剪力VL1、VR1可通过工程计算分析软件取得。
在一种可能的实时方式中，第一支撑3可为防屈曲支撑，第二支撑4可为普通支撑。
在上述的支撑结构中，在地震波从左向右传播的情况下，可针对框架柱1、左框架梁段21、中框架梁段22、第一支撑3，进行如下设计：
框架柱1的弯矩MCR2-1、轴力NCR2-1、剪力VCR2-1的设计值满足以下条件：
左框架梁段21的弯矩MCR2-21、轴力NCR2-21、剪力VCR2-21的设计值满足以下条件：
中框架梁段22的弯矩MCR2-22、轴力NCR2-22、剪力VCR2-22的设计值满足以下条件：
第一支撑3的弯矩MCR2-3、轴力NCR2-3、剪力VCR2-3的设计值满足以下条件：
其中，MCS2-1、NCS2-1、VCS2-1分别为多遇地震组合时，框架柱1的荷载效应弯矩、轴力、剪力，γ2-1为常数放大系数，大于1.0；
MCS2-21、NCS2-21、VCS2-21分别为多遇地震组合时，左框架梁段21的荷载效应弯矩、轴力、剪力，γ2-21为常数放大系数，大于1.0；
MCS2-22、NCS2-22、VCS2-22分别为多遇地震组合时，中框架梁段22的荷载效应弯矩、轴力、剪力，γ2-22为常数放大系数，大于1.0；
MCS2-3，NCS2-3，VCS2-3分别为多遇地震组合时，第一支撑3的荷载效应弯矩、轴力、剪力，γ2-3为常数放大系数，大于1.0；
VSR为右框架梁段23的全塑性受剪承载力；
VR2为多遇地震组合时，右框架梁段23的荷载效应剪力。
其中，γ2-1、γ2-21、γ2-22、γ2-3的取值与结构抗震等级有关，具体可以参照《建筑设计抗震规范》(GB50011-2010)。示例地：
当抗震等级为1级时，≥1.3；
当抗震等级为2级时，≥1.2；
当抗震等级为3级时，≥1.1。
MCS2-1、NCS2-1、VCS2-1，MCS2-21、NCS2-21、VCS2-21，MCS2-22、NCS2-22、VCS2-22，MCS2-3，NCS2-3，VCS2-3为地震波从左向右传播的情况下，各构件的荷载效应弯矩、轴力、剪力。可在结构分析过程中，通过工程计算分析软件取得，例如：SAP2000、STAAD.PRO等软件。
对于VSR、VR2，上述已经做了示例性说明，在此不再赘述。
在上述的支撑结构中，在第二支撑4达到受压承载力的情况下，可针对框架柱1、左框架梁段21、中框架梁段22、右框架梁段23、第一支撑3，进行如下设计：
框架柱1的弯矩MCR3-1、轴力NCR3-1、剪力VCR3-1的设计值满足以下条件：
MCR3-1≥γ3-1·MCS3-1，
NCR3-1≥γ3-1·NCS3-1，
VCR3-1≥γ3-1·VCS3-1；
左框架梁段21的弯矩MCR3-21、轴力NCR3-21、剪力VCR3-21的设计值满足以下条件：
MCR3-21≥γ3-21·MCS3-21，
NCR3-21≥γ3-21·NCS3-21，
VCR3-21≥γ3-21·VCS3-21；
中框架梁段22的弯矩MCR3-22、轴力NCR3-22、剪力VCR3-22的设计值满足：
MCR3-22≥γ3-22·MCS3-22，
NCR3-22≥γ3-22·NCS3-22，
VCR3-22≥γ3-22·VCS3-22；
右框架梁段23的弯矩MCR3-23、轴力NCR3-23、剪力VCR3-23的设计值满足：
MCR3-23≥γ3-23·MCS3-23，
NCR3-23≥γ3-23·NCS3-23，
VCR3-23≥γ3-23·VCS3-23；
第一支撑3的弯矩MCR3-3、轴力NCR3-3、剪力VCR3-3的设计值满足：
MCR3-3≥γ3-3·MCS3-3，
NCR3-3≥γ3-3·NCS3-3，
VCR3-3≥γ3-3·VCS3-3；
其中，MCS3-1、NCS3-1、VCS3-1分别为当第二支撑4达到受压承载力时，框架柱1的荷载组合弯矩、轴力、剪力，γ3-1为常数放大系数，大于1.0；
MCS3-21、NCS3-21、VCS3-21分别为当第二支撑4达到受压承载力时，左框架梁段21的荷载组合弯矩、轴力、剪力，γ3-21为常数放大系数，大于1.0；
MCS3-22、NCS3-22、VCS3-22分别为当第二支撑4达到受压承载力时，中框架梁段22的荷载组合弯矩、轴力、剪力，γ3-22为常数放大系数，大于1.0；
MCS3-23、NCS3-23、VCS3-23分别为当第二支撑4达到受压承载力时，右框架梁段23的荷载组合弯矩、轴力、剪力，γ3-23为常数放大系数，大于1.0；
MCS3-3、NCS3-3、VCS3-3分别为当第二支撑4达到受压承载力时，第一支撑3的荷载组合弯矩、轴力、剪力，γ3-3为常数放大系数，大于1.0。
其中，γ3-1、γ3-21、γ3-22、γ3-23、γ3-3的取值与结构抗震等级有关，具体可以参照《建筑设计抗震规范》(GB50011-2010)。示例地：
当抗震等级为1级时，≥1.3；
当抗震等级为2级时，≥1.2；
当抗震等级为3级时，≥1.1。
另外，MCS3-1、NCS3-1、VCS3-1，MCS3-21、NCS3-21、VCS3-21，MCS3-22、NCS3-22、VCS3-22，MCS3-23、NCS3-23、VCS3-23，MCS3-3、NCS3-3、VCS3-3为第二支撑4达到受压承载力时，各构件的荷载组合弯矩、轴力、剪力。可在结构分析过程中，通过工程计算分析软件取得，例如：SAP2000、STAAD.PRO等软件。
在上述的支撑结构中，左框架梁段21的长度LL和右框架梁段23的长度LR满足以下条件：
其中，MSL为左框架梁段21考虑轴力影响的全塑性受弯承载力；
MSR为右框架梁段23考虑轴力影响的全塑性受弯承载力；
VSL为左框架梁段21的全塑性受剪承载力；
VSR为右框架梁段23的全塑性受剪承载力。
另外，MSL、MSR与构件截面类型有关，截面类型不同时，全塑性受弯承载力的表达公式也有差别。
示例地，当构件截面为工字型截面时，全塑性受弯承载力MSL、MSR的计算表达公式可表示为：(fy-δa)·Wpb
fy—梁段钢材屈服强度，可以在相应的规范中查到。
δa—轴向力引起的翼缘平均正应力。
Wpb—梁段的塑性截面模量，与梁截面尺寸B、t、h、tw等有关(B表示梁段翼缘宽度，t表示梁段翼缘厚度，h表示梁段高度，tw表示耗能梁段腹板厚度)。
当然，构件截面也可以用别的类型，不仅限于工字型。
对于VSL、VSR，上述已经做了示例性说明，在此不再赘述。
在上述的支撑结构中，第一支撑3的受压承载力N1-3与受拉承载力N2-3为：
N1-3＝N2-3＝f1·An-3；
第二支撑4的受拉承载力N1-4大于受压承载力N2-4为：
N1-4＝f2·An-4，
N2-4＝Ψ·f2·An-4’；
其中，f1为第一支撑3的钢材强度设计值；
f2为第二支撑4的钢材强度设计值；
An-3为第一支撑3的净截面面积；
An-4为第二支撑4的净截面面积；
An-4’为第二支撑4的毛截面面积；
Ψ为轴心受压构件稳定系数，Ψ≤1.0。
f1和f2为钢材强度设计值，可根据《钢结构设计规范》确定。其取值只与钢材等级相关，实际工程中，第一支撑3和第二支撑4可以采用相同等级的钢材，也可以不同等级的钢材。
Ψ可按《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)附录C具体确定。
可以理解的是，净截面面积可等于毛截面面积减去截面削弱部分的面积。
第二方面，本发明实施例还提供一种拉强压弱组合型的支撑系统，如图3所示，该支撑系统可包括多个第一方面提及的支撑结构；
且多个支撑结构纵向叠加。
采用本发明实施例提供的支撑系统对危险建(构)筑物的毗邻建(构)筑物进行改进，可使其朝向危险建(构)筑物方向拥有的侧向承载能力和耗散地震能量能力比背离方向更强，保证地震时毗邻建(构)筑物不向危险建(构)筑物倒塌，从而可以避免由于毗邻建(构)筑物倒塌所引发的次生灾害。且该支撑结构施工方便，对施工条件和要求不高。
需要说明的是，对于本案所涉及的参数的获取，均可参照现有技术中的获取方法。例如，“多遇地震组合时，相应构件的荷载效应弯矩、轴力、剪力”、“第二支撑达到受压承载力时，相关构件的荷载组合弯矩、轴力、剪力”等参数的获取可参照《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第12页和第42页，和《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ 99-2015)第46页，并结合工程计算分析软件(例如：SAP2000、STAAD.PRO等软件)获取；“相关构件的全塑性受剪承载力”、“相关构件的全塑性受弯承载力”、“考虑轴力影响的全塑性受弯承载力”等参数的获取可参照《构筑物抗震设计规范》(GB 50191-2012)第101页；“相关构件的受压承载力与受拉承载力”的获取可参照《钢结构设计规范》(GB50017-2003)第36页。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，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)
1.一种拉强压弱组合型的支撑结构，其特征在于，所述支撑结构包括：
两个框架柱(1)；
框架梁段(2)，所述框架梁段(2)连接在两个所述框架柱(1)的顶端；
第一支撑(3)，所述第一支撑(3)的一端连接左侧的所述框架柱(1)的底端，另一端连接在所述框架梁段(2)上，所述第一支撑(3)为防屈曲支撑；
第二支撑(4)，所述第二支撑(4)的一端连接右侧的所述框架柱(1)的底端，另一端连接在所述框架梁段(2)上；
所述第一支撑(3)和所述第二支撑(4)交叉设置，且将所述框架梁段(2)分隔成左框架梁段(21)、中框架梁段(22)和右框架梁段(23)；
其特征还在于，
在地震波从右向左传播的情况下，所述左框架梁段(21)和所述右框架梁段(23)能够通过塑性变形耗散地震能量，所述框架柱(1)、所述中框架梁段(22)、所述第一支撑(3)和所述第二支撑(4)所组成的结构能够承受所述地震波从右向左所产生的力；
在地震波从左向右传播的情况下，所述右框架梁段(23)能够通过塑性变形耗散地震能量，所述框架柱(1)、所述左框架梁段(21)、所述中框架梁段(22)和所述第一支撑(3)所组成的结构能够承受所述地震波从左向右所产生的力；
在所述第二支撑(4)达到受压承载力的情况下，所述框架柱(1)、所述左框架梁段(21)、所述中框架梁段(22)、所述右框架梁段(23)和所述第一支撑(3)所组成的结构能够承受所述地震波所产生的力；
所述左框架梁段(21)和所述右框架梁段(23)只发生剪切塑性变形耗能，不会发生弯曲塑性变形；
所述第一支撑(3)的受压承载力不小于受拉承载力，所述第二支撑(4)的受拉承载力大于受压承载力。
2.根据权利要求1所述的支撑结构，其特征在于，在地震波从右向左传播的情况下，
所述框架柱(1)的弯矩MCR1-1、轴力NCR1-1、剪力VCR1-1的设计值满足以下条件：
所述中框架梁段(22)的弯矩MCR1-22、轴力NCR1-22、剪力VCR1-22的设计值满足以下条件：
所述第一支撑(3)的弯矩MCR1-3、轴力NCR1-3、剪力VCR1-3的设计值满足以下条件：
所述第二支撑(4)的弯矩MCR1-4、轴力NCR1-4、剪力VCR1-4的设计值满足以下条件：
其中，MCS1-1、NCS1-1、VCS1-1分别为多遇地震组合时，所述框架柱(1)的荷载效应弯矩、轴力、剪力，γ1-1为常数放大系数，大于1.0；
MCS1-22、NCS1-22、VCS1-22分别为多遇地震组合时，所述中框架梁段(22)的荷载效应弯矩、轴力、剪力；γ1-22为常数放大系数，大于1.0；
MCS1-3、NCS1-3、VCS1-3分别为多遇地震组合时，所述第一支撑(3)的荷载效应弯矩、轴力、剪力；γ1-3为常数放大系数，大于1.0；
MCS1-4、NCS1-4、VCS1-4分别为多遇地震组合时，所述第二支撑(4)的荷载效应弯矩、轴力、剪力；γ1-4为常数放大系数，大于1.0；
VSL为所述左框架梁段(21)的全塑性受剪承载力；
VSR为所述右框架梁段(23)的全塑性受剪承载力；
VL1为多遇地震组合时，所述左框架梁段(21)的荷载效应剪力；
VR1为多遇地震组合时，所述右框架梁段(23)的荷载效应剪力。
3.根据权利要求1所述的支撑结构，其特征在于，在地震波从左向右传播的情况下，
所述框架柱(1)的弯矩MCR2-1、轴力NCR2-1、剪力VCR2-1的设计值满足以下条件：
所述左框架梁段(21)的弯矩MCR2-21、轴力NCR2-21、剪力VCR2-21的设计值满足以下条件：
所述中框架梁段(22)的弯矩MCR2-22、轴力NCR2-22、剪力VCR2-22的设计值满足以下条件：
所述第一支撑(3)的弯矩MCR2-3、轴力NCR2-3、剪力VCR2-3的设计值满足以下条件：
其中，MCS2-1、NCS2-1、VCS2-1分别为多遇地震组合时，所述框架柱(1)的荷载效应弯矩、轴力、剪力，γ2-1为常数放大系数，大于1.0；
MCS2-21、NCS2-21、VCS2-21分别为多遇地震组合时，所述左框架梁段(21)的荷载效应弯矩、轴力、剪力，γ2-21为常数放大系数，大于1.0；
MCS2-22、NCS2-22、VCS2-22分别为多遇地震组合时，所述中框架梁段(22)的荷载效应弯矩、轴力、剪力，γ2-22为常数放大系数，大于1.0；
MCS2-3，NCS2-3，VCS2-3分别为多遇地震组合时，所述第一支撑(3)的荷载效应弯矩、轴力、剪力，γ2-3为常数放大系数，大于1.0；
VSR为所述右框架梁段(23)的全塑性受剪承载力；
VR2为多遇地震组合时，所述右框架梁段(23)的荷载效应剪力。
4.根据权利要求1所述的支撑结构，其特征在于，在所述第二支撑(4)达到受压承载力的情况下，
所述框架柱(1)的弯矩MCR3-1、轴力NCR3-1、剪力VCR3-1的设计值满足以下条件：
MCR3-1≥γ3-1.MCS3-1，
NCR3-1≥γ3-1.NCS3-1，
VCR3-1≥γ3-1.VCS3-1；
所述左框架梁段(21)的弯矩MCR3-21、轴力NCR3-21、剪力VCR3-21的设计值满足以下条件：
MCR3-21≥γ3-21.MCS3-21，
NCR3-21≥γ3-21.NCS3-21，
VCR3-21≥γ3-21.VCS3-21；
所述中框架梁段(22)的弯矩MCR3-22、轴力NCR3-22、剪力VCR3-22的设计值满足：
MCR3-22≥γ3-22.MCS3-22，
NCR3-22≥γ3-22.NCS3-22，
VCR3-22≥γ3-22.VCS3-22；
所述右框架梁段(23)的弯矩MCR3-23、轴力NCR3-23、剪力VCR3-23的设计值满足：
MCR3-23≥γ3-23.MCS3-23，
NCR3-23≥γ3-23.NCS3-23，
VCR3-23≥γ3-23.VCS3-23；
所述第一支撑(3)的弯矩MCR3-3、轴力NCR3-3、剪力VCR3-3的设计值满足：
MCR3-3≥γ3-3.MCS3-3，
NCR3-3≥γ3-3.NCS3-3，
VCR3-3≥γ3-3.VCS3-3；
其中，MCS3-1、NCS3-1、VCS3-1分别为当所述第二支撑(4)达到受压承载力时，所述框架柱(1)的荷载组合弯矩、轴力、剪力，γ3-1为常数放大系数，大于1.0；
MCS3-21、NCS3-21、VCS3-21分别为当所述第二支撑(4)达到受压承载力时，所述左框架梁段(21)的荷载组合弯矩、轴力、剪力，γ3-21为常数放大系数，大于1.0；
MCS3-22、NCS3-22、VCS3-22分别为当所述第二支撑(4)达到受压承载力时，所述中框架梁段(22)的荷载组合弯矩、轴力、剪力，γ3-22为常数放大系数，大于1.0；
MCS3-23、NCS3-23、VCS3-23分别为当所述第二支撑(4)达到受压承载力时，所述右框架梁段(23)的荷载组合弯矩、轴力、剪力，γ3-23为常数放大系数，大于1.0；
MCS3-3、NCS3-3、VCS3-3分别为当所述第二支撑(4)达到受压承载力时，所述第一支撑(3)的荷载组合弯矩、轴力、剪力，γ3-3为常数放大系数，大于1.0。
5.根据权利要求1所述的支撑结构，其特征在于，所述左框架梁段(21)的长度LL和所述右框架梁段(23)的长度LR满足以下条件：
其中，MSL为所述左框架梁段(21)考虑轴力影响的全塑性受弯承载力；
MSR为所述右框架梁段(23)考虑轴力影响的全塑性受弯承载力；
VSL为所述左框架梁段(21)的全塑性受剪承载力；
VSR为所述右框架梁段(23)的全塑性受剪承载力。
6.根据权利要求1所述的支撑结构，其特征在于，
所述第一支撑(3)的受压承载力N1-3与受拉承载力N2-3为：
N1-3＝N2-3＝f1.An-3；
所述第二支撑(4)的受拉承载力N1-4大于受压承载力N2-4为：
N1-4＝f2.An-4，
N2-4＝Ψ.f2.An-4’；
其中，f1为所述第一支撑(3)的钢材强度设计值；
f2为所述第二支撑(4)的钢材强度设计值；
An-3为所述第一支撑(3)的净截面面积；
An-4为所述第二支撑(4)的净截面面积；
An-4’为所述第二支撑(4)的毛截面面积；
Ψ为轴心受压构件稳定系数，Ψ≤1.0。
7.一种拉强压弱组合型的支撑系统，其特征在于，所述支撑系统包括多个权利要求1-6任一项所述的支撑结构；
且多个所述支撑结构纵向叠加。
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| CN109184310B (zh) | 2020-11-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Huang Youqiang Inventor after: Chen Shixi Inventor before: Huang Youqiang Inventor before: Huang Xiaohui Inventor before: Chen Shixi Inventor before: Wang Xuexin |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |