CN113530340B - 一种钢与生土混合抗震结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢与生土混合抗震结构，属于建筑房屋领域，包括轻钢屋盖、承接于轻钢屋盖下方的钢边框和沿钢边框砌筑的生土砌体墙；钢边框包括钢梁和与其相连的钢暗柱，钢梁具有开口朝下的凹槽，钢暗柱具有与所在位置生土砌体墙墙体分布相匹配的凹槽，墙体两侧外覆钢丝网片形成约束砌体墙，其端部嵌入对应钢梁和钢暗柱的凹槽内，并且钢丝网片固连于其所嵌入的凹槽内壁。钢梁和钢暗柱均与墙体嵌入式连接，提高钢边框与墙体的协同抗震性能。钢丝网片约束生土砌体墙的平面外变形，强化墙体第一道防线的地震耗能能力；钢边框和轻钢屋盖形成抗侧力体系，构成第二道防线，确保房屋整体不发生倒塌。

Description

一种钢与生土混合抗震结构

技术领域

本发明属于建筑房屋领域，涉及一种钢与生土混合抗震结构。

背景技术

我国地处两大地震带之间，属于地震多发国家，且人口较聚集、经济发展较落后的农村地区多处于多震、强震地带，而这些地区受到材料运输、经济条件、施工水平等限制，还存在较多的传统土木结构，这种结构主要由草泥覆面木屋盖，以及木构架约束生土墙构成。地震来临时，生土墙因整体性不足率先发生坍塌，采用榫接或扒钉连接组成的木构架，由于其连接薄弱也随之发生大幅侧向变形或倒塌，并进一步诱发厚重、空间刚度弱的草泥覆面木屋盖坍塌，形成典型的“墙倒架塌”的震害。这种以房屋倒塌为主要表现的震害形式往往给农民的生命财产安全造成极大的不可挽回损失。

从上述分析可见，土木结构因生土材料的生态环保、就地取材、资源丰富、造价低廉、易于施工、热工性能好等优点，在我国西部地区尤其是欠发达地区仍然分布广泛并将长期存在，但其抗震防灾能力堪忧。因此，在保留传统生土材料优点的基础上，针对传统土木结构房屋屋盖空间刚度弱、木构架抗震变形能力差、生土墙整体性不足等问题，提出一种新的钢与生土混合抗震结构体系是既保护传统，又提高房屋抗震性能的可行之法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钢与生土混合抗震结构，以解决传统土木结构房屋抗震性能差的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种钢与生土混合抗震结构，包括轻钢屋盖、承接于轻钢屋盖下方的钢边框和沿钢边框砌筑的生土砌体墙；钢边框包括钢梁和与其相连的钢暗柱，钢梁具有开口朝下的凹槽，钢暗柱具有与所在位置生土砌体墙墙体分布相匹配的凹槽，墙体两侧外覆钢丝网片形成约束砌体墙，其端部嵌入对应钢梁和钢暗柱的凹槽内，并且钢丝网片固连于其所嵌入的凹槽内壁。

进一步，钢暗柱分为角柱和中柱，角柱连接于两段钢梁相交处，具有两个开口对应朝向钢梁的凹槽；中柱连接于三段钢梁相交处，具有三个开口对应朝向钢梁的凹槽。

进一步，角柱由两个槽钢焊接而成，或者由四个L型钢焊接而成，每两个L型钢对焊形成一个凹槽；中柱由一个H型钢的翼缘和一个槽钢的腹板焊接而成，或者由两个L型钢对焊在一个H型钢翼缘上而成。

进一步，钢梁采用槽钢。

进一步，部分区段的墙体为带有洞口的墙，部分区段的墙体为不带洞口的实体墙；对于带洞口的墙，钢丝网片铺设于洞口左右两侧的墙体区域；对于不带洞口的实体墙，钢丝网片铺设于左右两侧端部1/3墙长范围内的墙体区域。

进一步，轻钢屋盖包括三角型钢屋架、与三角型钢屋架相连的檩条和铺设于三角型钢屋架并与檩条相连的轻质屋面板；三角型钢屋架包括多组三角型单元，每组三角型单元包括一个下弦杆和一端与下弦杆端部相连且另一端相互连接的两个上弦杆。

进一步，上弦杆和下弦杆均采用T型钢，上弦杆和下弦杆的腹板之间采用拼接板并通过螺栓连接，屋脊节点处上弦杆和上弦杆的腹板之间也采用拼接板并通过螺栓连接。

进一步，下弦杆的腹板与钢梁通过螺栓连接，形成半刚性连接节点。

进一步，钢梁的端部嵌入钢暗柱的凹槽内并通过螺栓连接，形成半刚性连接节点。

本发明的有益效果在于：

(1)钢边框替代传统的木构架，并且钢梁与墙体采用下扣咬合方式，开口异形的钢暗柱可根据墙体位置改变其截面形状，确保纵横向墙体嵌入式连接并形成整体，与传统木构架与生土墙的直槎连接相比，钢边框与墙体连接更紧密，加强对纵横向墙体的咬合能力，提高钢边框与墙体的协同抗震性能，进而提高房屋的整体抗震承载能力和变形能力。钢暗柱、钢梁、轻钢屋盖形成的抗侧力体系可充分发挥结构协同变形能力，提高结构整体性，使结构的空间受力性能大幅改善，从而提高了整体结构的抗震承载能力和抵抗变形能力，施工更便捷。

(2)外覆钢丝网片与钢边框的连接增强了墙体与抗侧力体系的联系，可提高生土砌体墙与钢边框的整体性，增强抗侧力体系的协同抗震性能；覆于墙体表面的钢丝网片，约束了生土砌体墙的平面外变形，可提高墙体的地震耗能能力，防止生土砌体墙在地震中常见的外闪坍塌出现，从而实现墙体的裂而不塌，延缓墙体倒塌速率，强化墙体第一道防线的地震耗能能力；此外，在实体墙的墙体中部区域及带洞口墙的洞口上下墙体区域不铺设钢丝网片的做法削弱了相应墙体区域的抗震承载力和刚度，无钢丝网片约束的墙体区域先损伤耗能，有约束的墙体区域后发生破坏，可实现“强端部弱中部、强窗间弱窗下”的有序损伤机制和合理破坏模式，发挥好墙体的地震耗能作用，保障主体结构安全。

(3)由钢丝网片约束生土砌体墙和钢边框形成的双重抗侧力体系，具有多道抗震设防理念。生土砌体墙作为第一道防线，在地震作用下，生土砌体墙发挥剪切塑性损伤耗能作用，由于钢边框及钢丝网片的约束，墙体不会发生平面外失稳，震后非钢丝网片约束生土砌体墙破坏可更换；钢边框与轻钢屋盖形成的抗侧力体系作为第二道防线，在强震作用下，梁柱半刚性连接节点具有良好的侧向变形能力，可确保钢边框的骨架作用，由此确保房屋整体不发生倒塌。

(4)轻钢屋盖具有轻质高强、空间刚度大、传力明确等优点，替代传统草泥覆面木屋盖，克服了传统木屋盖自重大、刚度小、传力不明确的缺点，且轻钢屋盖可工厂预制、现场拼装，节省了大量的人力、财力、物力，避免了因施工工艺与施工水平造成的质量缺陷。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明一种钢与生土混合抗震结构的整体结构示意图；

图2为钢边框与轻钢屋盖形成的抗侧力体系的结构示意图；

图3为轻钢屋盖的结构示意图；

图4为三角型单元的结构示意图；

图5为角柱的结构示意图；

图6为中柱的结构示意图；

图7为对于带洞口的墙，钢丝网片的铺设结构示意图；

图8为钢边框和钢屋架的半刚性连接节点；

图9为钢暗柱与生土砌体墙的连接节点示意图。

附图标记：轻钢屋盖1、三角型钢屋架11、下弦杆111、上弦杆112、檩条12、轻质屋面板13、钢边框2、钢梁21、钢暗柱22、角柱221、中柱222、生土砌体墙3、钢丝网片4、拼接板5、螺栓6。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，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装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图9，为一种钢与生土混合抗震结构，包括轻钢屋盖1、承接于轻钢屋盖1下方的钢边框2和沿钢边框2砌筑的生土砌体墙3。

轻钢屋盖1包括三角型钢屋架11、与三角型钢屋架11相连的檩条12和铺设于三角型钢屋架11并与檩条12相连的轻质屋面板13；三角型钢屋架11包括多组三角型单元，每组三角型单元包括一个下弦杆111和一端与下弦杆111端部相连且另一端相互连接的两个上弦杆112。上弦杆112和下弦杆111均采用T型钢，上弦杆112和下弦杆111的腹板之间采用拼接板5并通过螺栓6连接，屋脊节点处上弦杆112和上弦杆112的腹板之间也采用拼接板5并通过螺栓6连接。

钢边框2包括钢梁21和与其相连的钢暗柱22。钢梁21采用槽钢，具有一个开口朝下的凹槽。钢暗柱22分为角柱221和中柱222，角柱221连接于两段钢梁21相交处，具有两个开口对应朝向钢梁21的凹槽；中柱222连接于三段钢梁21相交处，具有三个开口对应朝向钢梁21的凹槽。总的来说，钢暗柱22具有与所在位置生土砌体墙3墙体分布相匹配的凹槽。角柱221由四个L型钢焊接而成，每两个L型钢对焊形成一个凹槽；中柱222由两个L型钢对焊在一个H型钢翼缘上而成。

在钢屋架与钢边框2的连接方式上，下弦杆111的腹板与钢梁21的腹板通过螺栓6连接，钢梁21的端部嵌入钢暗柱22的凹槽内，并且钢梁21和钢暗柱22的翼缘通过螺栓6连接，形成半刚性连接节点，允许其发生一定转动从而带动生土砌体墙3损伤耗能。

墙体两侧外覆钢丝网片4形成约束砌体墙，其端部嵌入对应钢梁21和钢暗柱22的凹槽内，并且钢丝网片4焊接于其所嵌入的凹槽内壁。钢丝网片4的具体铺设结构是：对于带洞口的墙，钢丝网片4铺设于洞口左右两侧的墙体区域；对于不带洞口的实体墙，钢丝网片4铺设于左右两侧端部1/3墙长范围内的墙体区域。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种钢与生土混合抗震结构，其特征在于：包括轻钢屋盖、承接于轻钢屋盖下方的钢边框和沿钢边框砌筑的生土砌体墙；钢边框包括钢梁和与其相连的钢暗柱，钢梁具有开口朝下的凹槽，钢暗柱具有与所在位置生土砌体墙墙体分布相匹配的凹槽，墙体两侧外覆钢丝网片形成约束砌体墙，其端部嵌入对应钢梁和钢暗柱的凹槽内，并且钢丝网片固连于其所嵌入的凹槽内壁；

轻钢屋盖包括三角型钢屋架、与三角型钢屋架相连的檩条和铺设于三角型钢屋架并与檩条相连的轻质屋面板；三角型钢屋架包括多组三角型单元，每组三角型单元包括一个下弦杆和一端与下弦杆端部相连且另一端相互连接的两个上弦杆，上弦杆和下弦杆均采用T型钢，上弦杆和下弦杆的腹板之间采用拼接板并通过螺栓连接，屋脊节点处上弦杆和上弦杆的腹板之间也采用拼接板并通过螺栓连接，下弦杆的腹板与钢梁通过螺栓连接，形成半刚性连接节点，钢梁的端部嵌入钢暗柱的凹槽内并通过螺栓连接，形成半刚性连接节点。

2.根据权利要求1所述的钢与生土混合抗震结构，其特征在于：钢暗柱分为角柱和中柱，角柱连接于两段钢梁相交处，具有两个开口对应朝向钢梁的凹槽；中柱连接于三段钢梁相交处，具有三个开口对应朝向钢梁的凹槽。

3.根据权利要求2所述的钢与生土混合抗震结构，其特征在于：角柱由两个槽钢焊接而成，或者由四个L型钢焊接而成，每两个L型钢对焊形成一个凹槽；中柱由一个H型钢的翼缘和一个槽钢的腹板焊接而成，或者由两个L型钢对焊在一个H型钢翼缘上而成。

4.根据权利要求1所述的钢与生土混合抗震结构，其特征在于：钢梁采用槽钢。

5.根据权利要求1所述的钢与生土混合抗震结构，其特征在于：部分区段的墙体为带有洞口的墙，部分区段的墙体为不带洞口的实体墙；对于带洞口的墙，钢丝网片铺设于洞口左右两侧的墙体区域；对于不带洞口的实体墙，钢丝网片铺设于左右两侧端部1/3墙长范围内的墙体区域。

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