CN113898232A - 钢筋混凝土框架结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钢筋混凝土框架技术领域，提供一种钢筋混凝土框架结构，包括：多个框架柱和多个框架梁，框架柱与框架梁垂直设置，并连接，相邻两个框架柱以及框架梁之间形成一个框架单元；框架柱由第一混凝土浇筑而成，框架梁由第二混凝土浇筑而成，第一混凝土的等级为C50‑C70，第二混凝土的等级为C40‑C60，框架柱的第一钢筋的屈服强度大于或等于1280MPa，框架梁的第二钢筋的屈服强度大于或等于500MPa；第一钢筋的表面设有防锈耐腐蚀涂层。本发明提供的钢筋混凝土框架结构，具有良好的可恢复性能，实现了第一钢筋与第一混凝土黏结强度的合理弱化控制，从而实现了钢筋混凝土框架结构震后损伤较轻，易于快速修复的性能目标。
Description
技术领域
本发明涉及钢筋混凝土框架技术领域，尤其涉及一种钢筋混凝土框架结构。
背景技术
目前我国的城市化建设伴随着大量建筑材料的消耗、低强钢材的过量生产已经造成了严重的环境问题。合理、高效的利用建筑材料性能，推进建筑业朝着能源节约型、环境友好型方向发展显得尤为重要。
我国是世界多震国家之一，也是世界地震灾害最严重的国家之一。大量震害资料表明，建筑结构的承载能力低、变形性能差是地震作用下建筑物受损严重甚至是倒塌的主要原因。传统工程结构抗震是通过在结构与构件层次的合理设计并辅以合适的构造措施，实现结构抵御地震灾害的能力。我国现阶段的抗震设防目标是“小震不坏、中震可修、大震不倒”。基于上述抗震设防目标，通过延性抗震设计理念，可避免建筑结构在地震作用下发生没有明显预兆的脆性破坏甚至整体垮塌，这种以保护生命为首要目的的抗震设计理念从一定程度上可以减轻震害带来的人员伤亡和财产损失。但为实现这一抗震目标，建筑结构在设计时允许结构的主要抗侧力构件发生塑性变形以耗散输入结构中的地震能量，这势必会导致结构构件产生损伤和不可恢复的残余变形，部分结构构件因破坏位置的特殊性以及破坏的严重性使其难以加固修理，最终使得结构因发生难以修复的破坏而丧失使用功能，基本上无法实现中震可修的设计目标。
发明内容
本发明提供一种钢筋混凝土框架结构，用以解决现有技术中钢筋混凝土框架结构震后损伤严重，难以快速修复的缺陷。
本发明提供一种钢筋混凝土框架结构，包括：多个框架柱和多个框架梁，所述框架柱与所述框架梁垂直设置，并连接，相邻两个所述框架柱以及所述框架梁之间形成一个框架单元；所述框架柱由第一混凝土浇筑而成，所述框架梁由第二混凝土浇筑而成，所述第一混凝土的强度等级为C50-C70，所述第二混凝土的强度等级为C40-C60，所述框架柱的第一钢筋的屈服强度大于或等于1280MPa，所述框架梁的第二钢筋的屈服强度大于或等于500MPa；其中，所述第一钢筋的表面设有防锈耐腐蚀涂层。
根据本发明提供的一种钢筋混凝土框架结构，所述框架柱包括：相对设置的一对锚固板，每个所述锚固板沿其周向设有多个通孔；多个所述第一钢筋，每个所述第一钢筋的两端分别穿过一对所述锚固板，并延伸至所述锚固板的外部；多对螺母，每对所述螺母与所述第一钢筋螺纹配合，并分别位于一个所述锚固板的两侧；多个第一箍筋，多个所述第一箍筋分别套设在多个所述第一钢筋的外部，并位于一对所述锚固板之间。
根据本发明提供的一种钢筋混凝土框架结构，所述框架梁包括：多个所述第二钢筋，所述第二钢筋与所述第一钢筋垂直设置，并连接，多个所述第二钢筋围设成矩形结构；多个第二箍筋，多个所述第二箍筋沿多个所述第二钢筋的长度方向分别套设在多个所述第二钢筋的外部。
根据本发明提供的一种钢筋混凝土框架结构，还包括多个金属网片，每个所述金属网片分别设置在所述框架柱和所述框架梁的连接处，以将所述框架柱和所述框架梁的塑性铰区域进行分隔。
根据本发明提供的一种钢筋混凝土框架结构，所述框架柱的塑性铰区域内浇筑有第三混凝土，所述框架梁的塑性铰区域内浇筑有第四混凝土。
根据本发明提供的一种钢筋混凝土框架结构，还包括多个约束构件，所述约束构件套设在所述框架柱和所述框架梁的外部，并位于所述框架柱和所述框架梁的连接处。
根据本发明提供的一种钢筋混凝土框架结构，还包括多个支撑组件，每个所述支撑组件位于一个所述框架单元内，且所述支撑组件的两端分别与所述框架单元的对角连接。
根据本发明提供的一种钢筋混凝土框架结构，所述支撑组件包括：一对连接件，一对所述连接件分别设置在所述框架单元的对角处，每个所述连接件相邻的两个表面分别与所述框架柱和所述框架梁的约束构件连接；防屈曲耗能支撑，所述防屈曲耗能支撑的两端分别与一对所述连接件连接。
本发明提供的钢筋混凝土框架结构，充分发挥了第一混凝土、第二混凝土以及第一钢筋和第二钢筋的性能优势，有效改善了钢筋混凝土框架结构的抗震性能，同时，高强度钢筋极大的弹性工作范围使得钢筋混凝土框架结构具有良好的可恢复性能；在第一钢筋的表面涂覆防锈耐腐蚀涂层，不仅可在第一钢筋表面形成牢固的耐腐蚀、抗劣化薄膜以提高第一钢筋的耐久性能，还可以实现第一钢筋与第一混凝土黏结强度的合理弱化控制。由于超高强钢筋与高强再生混凝土二者之间的弱黏结处理，可使超高强钢筋控制在弹性范围内变形，减轻钢筋变形引起的混凝土损伤，进而减小钢筋混凝土框架结构震后的残余变形，实现损伤可控，从而实现了钢筋混凝土框架结构震后损伤较轻，易于快速修复的性能目标。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明提供的钢筋混凝土框架结构的结构示意图；
图2是本发明提供的钢筋混凝土框架结构的框架柱和框架梁节点结构示意图；
图3是图1中示出的框架柱的结构示意图；
图4是图1中示出的框架梁的结构示意图；
图5是框架柱柱底锚固的结构示意图；
图6是框架柱柱顶锚固的结构示意图；
附图标记：
10：框架柱； 11：锚固板； 12：第一钢筋；
13：第一箍筋； 14：螺母； 15：第一混凝土；
20：框架梁； 21：第二钢筋； 22：第二箍筋；
23：第二混凝土； 30：约束构件； 41：连接件；
42：防屈曲耗能支撑。
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，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
下面结合图1-图6描述本发明的钢筋混凝土框架结构。
如图1和图2所示，钢筋混凝土框架结构包括：多个框架柱10和多个框架梁20。框架柱10与框架梁20垂直设置，并连接，相邻两个框架柱10以及框架梁20之间形成一个框架单元，框架柱10由第一混凝土15浇筑而成，框架梁20由第二混凝土23浇筑而成，其中，第一混凝土15的强度等级为C50-C70，第二混凝土23的强度等级为C40-C60，第一钢筋12的屈服强度大于或等于1280MPa，第二钢筋21的屈服强度大于或等于500MPa；第一钢筋12的表面设有防锈耐腐蚀涂层。
具体来说，在本实施例中，钢筋混凝土框架结构由多个框架柱10和多个框架梁20垂直设置而成，框架柱10的第一钢筋12的表面涂覆有防锈耐腐蚀涂层，该涂层可以弱化第一钢筋12与第一混凝土15黏结强度，可使第一钢筋12控制在弹性范围内变形，减轻第一钢筋12变形引起的第一混凝土15损伤，进而减小框架柱10震后的残余变形，实现损伤可控。在本实施例中，在钢筋混凝土框架结构的钢骨架设置完成后，向框架柱10内浇筑第一混凝土15，向框架梁20内浇筑第二混凝土23，第一混凝土15可以为高强再生混凝土，其强度等级为C50-C70，第二混凝土23可以为中高强再生混凝土，其强度等级为C40-C60。第一钢筋12可以为超高强钢筋，采用屈服强度大于或等于1280MPa的钢筋，第二钢筋21为高强钢筋，采用屈服强度大于或等于500MPa的钢筋。
可选地，在本发明的一个实施例中，第一钢筋12表面上的防锈耐腐蚀涂层的厚度约0.2mm。
本发明实施例提供的钢筋混凝土框架结构，充分发挥了第一混凝土、第二混凝土、第一钢筋和第二钢筋的性能优势，有效改善了钢筋混凝土框架结构的抗震性能，同时，高强度钢筋极大的弹性工作范围使得钢筋混凝土框架结构具有良好的可恢复性能；在第一钢筋的表面涂覆防锈耐腐蚀涂层，不仅可在第一钢筋表面形成牢固的耐腐蚀、抗劣化薄膜以提高第一钢筋的耐久性能，还可以实现第一钢筋与第一混凝土黏结强度的合理弱化控制。由于超高强钢筋与高强再生混凝土二者之间的弱黏结处理，可使超高强钢筋控制在弹性范围内变形，减轻钢筋变形引起的混凝土损伤，进而减小钢筋混凝土框架结构震后的残余变形，实现损伤可控，从而实现了钢筋混凝土框架结构震后损伤较轻，易于快速修复的性能目标。
如图3、图5和图6所示，在本发明的一个实施例中，框架柱10包括：相对设置的一对锚固板11、多个第一钢筋12、多个第一箍筋13以及多对螺母14。每个锚固板11沿其周向设有多个通孔，每个第一钢筋12的两端分别穿过一对锚固板11，并延伸至锚固板11的外部，每对螺母14与第一钢筋12螺纹配合，并分别位于一个锚固板11的两侧，多个第一箍筋13分别套设在多个第一钢筋12的外部，并位于一对锚固板11之间。
具体来说，框架柱10主要有第一钢筋12和第一箍筋13组成，一对锚固板11分别设置在第一钢筋12靠近两端的位置，用于锚固多个第一钢筋12。具体地，锚固板11上形成有多个通孔，每个第一钢筋12分别设置在一个通孔内，多个第一钢筋12围设成矩形结构，第一钢筋12的两端设有螺纹，螺母14与第一钢筋12通过螺纹配合，将第一钢筋12通过锚固板11锁紧，多个第一箍筋13套设在多个第一钢筋12的外部，并位于两个锚固板11之间。
进一步地，在本发明的一个实施例中，第一钢筋12的两端加工外螺纹，其加工螺纹后的直径大于或等于第一钢筋12原始直径的95％，外螺纹的深度大于或等于1.5mm。
进一步地，在本发明的一个实施例中，锚固板11的厚度不小于5mm，通孔的直径大于第一钢筋12直径的0.5mm，相邻两个通孔之间的间距不小于50mm。
如图4、图5和图6所示，在本发明的一个实施例中，框架梁20包括：多个第二钢筋21和多个第二箍筋22。第二钢筋21与第一钢筋12垂直设置，并连接，第二钢筋21围设成矩形结构，多个第二箍筋22沿多个第二钢筋21的长度方向分别套设在第二钢筋21的外部。
具体来说，在本实施例中，多个第二钢筋21围设成矩形结构，多个第二箍筋22套设在该矩形结构的外部，且每个第二箍筋22均与第二钢筋21绑扎在一起。
进一步地，在本发明的一个实施例中，钢筋混凝土框架结构还包括多个金属网片，每个金属网片分别设置在框架柱10和框架梁20的连接处。
具体来说，在框架柱10和框架梁20的连接处设置金属网片，以将框架柱10和框架梁20的塑性铰区域进行分隔，具体地，在框架柱10的塑性铰区域内浇筑有第三混凝土，在框架梁20的塑性铰区域内浇筑有第四混凝土。进一步地，第三混凝土即为在第一混凝土15的基础上掺杂纤维，纤维的种类可以有多种，种类不同时，所对应的纤维体积掺杂量也有所不同，在本实施例中，纤维选用钢纤维或聚乙烯醇纤维，其中，钢纤维或聚乙烯醇纤维的体积占比为1.0％-2.0％；第四混凝土即为在第二混凝土23的基础上掺杂纤维，其中，钢纤维或聚乙烯醇纤维的体积占比也为1.0％-2.0％。
在本发明的一个实施例中，框架柱10中的第一箍筋13采用矩形复合箍，多个矩形复合箍在框架柱10的塑性铰区域范围内的排列间距小于非塑性铰区域范围内的排列间距。
具体来说，在本实施例中，第一箍筋13与第一钢筋12进行绑扎，在框架柱10的塑性铰区域范围内加密绑扎，而在框架柱10的非塑性铰区域范围内不需要加密绑扎。进一步地，加密绑扎的长度不小于框架柱10横截面的宽度。
进一步地，在本发明的一个实施例中，相邻两个第二箍筋22在框架梁20的塑性铰区域范围内的排列间距小于在非塑性铰区域范围内的排列间距。也即在框架梁20的塑性铰区域内第二箍筋22排列地更加紧密，具体地，第二箍筋22排列紧密的长度不小于框架梁20跨度的四分之一。
以上即为框架柱10和框架梁20的钢骨架，在框架柱10和框架梁20的钢骨架设置完成后，向框架柱10的塑性铰区域内浇筑第三混凝土，向框架梁20的塑性铰区域内浇筑第四混凝土，向框架柱10的非塑性铰区域内浇筑第一混凝土15，向框架梁20的非塑性铰区域内浇筑第二混凝土23，其中，可选的，第三混凝土和第四混凝土中可掺杂钢纤维、聚乙烯醇纤维等纤维。
如图2所示，在本发明的一个实施例中，钢筋混凝土框架结构还包括：多个约束构件30和多个支撑组件。约束构件30套设在框架柱10和框架梁20的外部，并位于框架柱10和框架梁20的连接处，即梁柱节点处，每个支撑组件位于一个框架单元内，且支撑组件的两端分别与框架单元的对角连接。
具体来说，约束构件30套设在框架柱10和框架梁20的外部，约束构件30可以为不锈钢钢套，通过预埋的方式套设在框架柱10和框架梁20的外部，以对框架柱10和框架梁20中的混凝土形成约束作用。框架柱10和框架梁20的梁柱节点位置为套设有约束构件30的部位，支撑组件连接每个框架单元的任一对角，用于对每个框架单元起到支撑作用，并利用其高耗能特性解决可恢复钢筋混凝土框架结构耗能能力弱的缺陷。
本发明实施例提供的钢筋混凝土框架结构，通过预埋的方式在框架柱和框架梁的连接处套设约束构件，约束构件作为梁柱节点模板的同时对核心混凝土提供约束作用，使混凝土处于三向受压状态之下，从而使混凝土强度得以提高，变形性能得到改善，充分发挥高性能高强再生混凝土材料的性能优势，进而可有效延缓梁柱节点混凝土损伤，使框架柱和框架梁塑性铰区域发展更加充分，改善钢筋混凝土框架结构整体的变形性能，提高钢筋混凝土框架结构的可恢复能力。约束构件采用不锈钢钢管，其具有耐久性好、承载力高、维护费用低等诸多优点，同时梁柱节点约束不锈钢钢管可作为支撑组件与主体结构的连接构件，保证支撑组件与原结构具有良好的协同工作性能。
进一步地，在本发明的一个实施例中，支撑组件包括：一对连接件41和防屈曲耗能支撑42。一对连接件41分别设置在框架单元的对角处，每个连接件41相邻的两个表面分别与框架柱10和框架梁20连接，防屈曲耗能支撑42的两端分别与一对连接板41连接。
具体来说，防屈曲耗能支撑42通过连接板41与框架柱10和框架梁20采用螺栓连接，连接板41与约束构件30连接也采用螺栓连接，装配率可达到100％。全装配式施工工艺不仅简化了现场作业、焊接及检测等繁琐工序，还具有绿色环保、节能降耗、施工便捷等特点。防屈曲耗能支撑42与约束构件30的合理匹配组合，可有效解决可恢复功能结构耗能能力差的缺点。通过在损伤可控框架结构中安装可更换装配式支撑组件，可有效提高框架结构的抗损伤能力，实现钢筋混凝土框架结构具备在大震作用后仍可快速恢复其预定使用功能的能力，实现钢筋混凝土框架结构震后不需修复或稍加修复便可继续使用的性能目标。
进一步地，在本实施例中，防屈曲耗能支撑42由屈曲约束机构、耗能芯材等组成，以起到支撑与耗能的作用。
以下举例详述本发明实施例提供的钢筋混凝土框架结构的制作方法。
将第一钢筋12的两端加工外螺纹，在第一钢筋12的表面涂覆防锈耐腐蚀涂层，防锈耐腐蚀涂层沿第一钢筋12的长度方向均匀涂抹。在防锈耐腐蚀涂层干透后，将第一钢筋12穿过锚固板11上的通孔，在锚固板11的两侧至少安装一个螺母14，并将螺母14施加一定的预紧力，使第一钢筋12与锚固板11稳固连接。
采用矩形复合箍形式绑扎框架柱10内的第一箍筋13，并在框架柱10的塑性铰区域范围内加密布置。绑扎框架梁20内的第二钢筋21和第二箍筋22，并在框架梁20的塑性铰区域内进行箍筋加密布置，此时，钢筋混凝土框架结构的钢骨架已经形成。
在框架柱10和框架梁20连接处布置金属网片，在框架柱10和框架梁20的连接处预先安装约束构件30，约束构件30可作为框架柱10和框架梁20节点模板使用。
支模板，浇筑混凝土，框架柱10的塑性铰区域内浇筑第三混凝土，框架梁20的塑性铰区域范围内浇筑第四混凝土，框架柱10的其他区域浇筑第一混凝土15，框架梁20的其他区域浇筑第二混凝土23，浇筑时注意振捣密实，随时检查混凝土浇筑高度，浇筑到预定标高时将其表面找平。拆模养护形成钢筋混凝土框架结构。
将防屈曲耗能支撑42通过连接板41与约束构件30连接，形成完整的损伤可控高性能钢筋混凝土框架结构。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种钢筋混凝土框架结构，其特征在于，包括：
多个框架柱和多个框架梁，所述框架柱与所述框架梁垂直设置，并连接，相邻两个所述框架柱以及所述框架梁之间形成一个框架单元；
所述框架柱由第一混凝土浇筑而成，所述框架梁由第二混凝土浇筑而成，所述第一混凝土的强度等级为C50-C70，所述第二混凝土的强度等级为C40-C60，所述框架柱的第一钢筋的屈服强度大于或等于1280MPa，所述框架梁的第二钢筋的屈服强度大于或等于500MPa；
其中，所述第一钢筋的表面设有防锈耐腐蚀涂层。
2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土框架结构，其特征在于，所述框架柱包括：
相对设置的一对锚固板，每个所述锚固板沿其周向设有多个通孔；
多个所述第一钢筋，每个所述第一钢筋的两端分别穿过一对所述锚固板，并延伸至所述锚固板的外部；
多对螺母，每对所述螺母与所述第一钢筋螺纹配合，并分别位于一个所述锚固板的两侧；
多个第一箍筋，多个所述第一箍筋分别套设在多个所述第一钢筋的外部，并位于一对所述锚固板之间。
3.根据权利要求2所述的钢筋混凝土框架结构，其特征在于，所述框架梁包括：
多个所述第二钢筋，所述第二钢筋与所述第一钢筋垂直设置，并连接，多个所述第二钢筋围设成矩形结构；
多个第二箍筋，多个所述第二箍筋沿多个所述第二钢筋的长度方向分别套设在多个所述第二钢筋的外部。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的钢筋混凝土框架结构，其特征在于，还包括多个金属网片，每个所述金属网片分别设置在所述框架柱和所述框架梁的连接处，以将所述框架柱和所述框架梁的塑性铰区域进行分隔。
5.根据权利要求4所述的钢筋混凝土框架结构，其特征在于，所述框架柱的塑性铰区域内浇筑有第三混凝土，所述框架梁的塑性铰区域内浇筑有第四混凝土。
6.根据权利要求1所述的钢筋混凝土框架结构，其特征在于，还包括：
多个约束构件，所述约束构件套设在所述框架柱和所述框架梁的外部，并位于所述框架柱和所述框架梁的连接处。
7.根据权利要求6所述的钢筋混凝土框架结构，其特征在于，还包括：
多个支撑组件，每个所述支撑组件位于一个所述框架单元内，且所述支撑组件的两端分别与所述框架单元的对角连接。
8.根据权利要求7所述的钢筋混凝土框架结构，其特征在于，所述支撑组件包括：
一对连接件，一对所述连接件分别设置在所述框架单元的对角处，每个所述连接件相邻的两个表面分别与所述框架柱和所述框架梁的约束构件连接；防屈曲耗能支撑，所述防屈曲耗能支撑的两端分别与一对所述连接件连接。
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