CN209779950U - 一种含摇摆柱和摇摆墙的全摇摆结构体系 - Google Patents
一种含摇摆柱和摇摆墙的全摇摆结构体系 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供一种含摇摆柱和摇摆墙的全摇摆结构体系。该体系主要由摇摆墙部分、框架部分及耗能构件组成。摇摆墙与基础铰接，并在墙底两端设置防屈曲支撑。框架部分由可弹性恢复的摇摆柱和框架梁组成，摇摆柱上、下两端通过可恢复柱脚与框架梁连接。摇摆墙与框架之间通过耗能阻尼器连接。在水平地震作用下，结构体系通过摇摆墙传递侧向刚度和层间剪力，使结构变形均匀。通过设置在摇摆墙侧边的耗能阻尼器和底部的防屈曲支撑来耗散地震能量。通过摇摆柱的弹性变形保证框架主体不发生屈服破坏。地震后，通过更换摇摆墙底部的防屈曲支撑和侧边的耗能阻尼器，可实现结构体系的可修复性。
Description
技术领域
本实用新型涉及土木工程结构技术领域，特别涉及一种含摇摆柱和摇摆墙的全摇摆结构体系。
背景技术
早期的摇摆建筑结构中，主要通过放松上部结构与基础间的约束，允许上部结构与基础底面有一定的抬升，通过这种方式实现墙体的摇摆，降低了强震作用下上部结构的延性要求，减小了地震破坏。
东京工业大学的G3教学楼的加固工程是较为成功的摇摆结构案例，但框架结构与摇摆墙之间的变形不协调。虽然在墙体两侧设置有耗能连接件，但是在变形较大的时，框架部分的梁柱节点易发生塑性破坏。
现阶段也有部分学者研究了一种柱端铰型受控摇摆式框架，其侧向刚度主要由柱间的X型钢板屈曲阻尼器提供，并通过柱内的预应力筋实现自复位，但可能导致侧向刚度不足，施工不便，抗风和小震能力不足等问题。
因此，亟需提供一种可以弥补框架结构抗侧力不足的损伤可控结构体系，使结构具有更好的耗能能力，同时避免梁柱节点的塑性破坏。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种含摇摆柱和摇摆墙的全摇摆结构体系，以解决现有技术中存在的问题。
为实现本实用新型目的而采用的技术方案是这样的，一种含摇摆柱和摇摆墙的全摇摆结构体系，包括设置在基础梁上方的若干摇摆墙和若干框架结构。
每一个所述摇摆墙设置于相邻两个框架结构之间。所述摇摆墙的底部通过墙底X型支座铰接于基础梁的上表面。
所述墙底X型支座包括顶部外包钢板、X型部和底部外包钢板。所述顶部外包钢板固定在摇摆墙底面。所述底部外包钢板嵌固在基础梁上表面。所述X型部包括上部V型板和下部V型板。所述上部V型板的开口端朝上。所述下部V型板的开口朝下。所述上部V型板的连接端与下部V型板的连接端通过中心铰接点铰接在一起。所述X型部两侧分别布设有一个防屈曲耗能支撑。所述防屈曲耗能支撑的上下端分别与顶部外包钢板和底部外包钢板连接。
所述框架结构包括若干框架梁和若干摇摆柱。所述框架梁和摇摆柱通过可恢复柱脚相铰接。所述框架结构中的底层摇摆柱通过可恢复柱脚与基础梁连接。所述框架梁与摇摆墙之间设置有耗能阻尼器。
所述可恢复柱脚整体为一个球形支座，包括上座板、球缺嵌体和下座板。所述上座板位于下座板的上方。所述下座板包括下座板主体和下座板连接板。所述下座板主体的上表面内凹设置有与球缺嵌体对应的球面凹槽。所述球缺嵌体设置在上座板与下座板主体之间。所述上座板和下座板连接板之间还布置有若干周边支撑弹簧。所述周边支撑弹簧沿环向均匀布设。所述上座板的上表面与摇摆柱的表面连接。所述下座板连接板的下表面与框架梁或基础梁的表面连接。
进一步，所述耗能阻尼器为金属阻尼器。
进一步，所述框架梁为钢筋混凝土梁或者钢混凝土组合梁。所述框架梁中预埋有钢板。
进一步，所述摇摆柱为钢结构柱。所述摇摆柱的截面为圆形、方形或十字形。
进一步，防屈曲耗能支撑包括内芯轴力单元、约束单元、隔离单元和连接单元。
进一步，所述内芯轴力单元为十字形芯材。所述约束单元为包裹在十字形芯材外侧的钢套筒。所述连接单元位于支撑的两端，用于连接支撑与墙底X型支座。
进一步，所述基础梁的上表面预埋有若干预埋焊接板。
本实用新型还公开一种关于上述结构体系的施工方法，包括以下步骤：
1)浇筑基础梁。
2)安装墙底X型支座和防屈曲支撑。
3)安装底层摇摆柱。
4)搭设支护和模板，浇筑摇摆墙。
5)安装框架梁和可恢复柱脚。
6)安装耗能阻尼器，连接摇摆墙与框架梁。
7)安装中间层摇摆柱。
8)重复步骤5～7，直至所有构件安装完成。
本实用新型的技术效果是毋庸置疑的：
A.利用摇摆结构在强震作用下的良好耗能能力，又能结合框架结构布置灵活、节省空间的优点；
B.结构受力明确，摇摆墙具有较大的抗侧刚度，用于抵抗水平荷载，摇摆柱仅承受竖向荷载，具有较小的设计截面；
C.在水平地震作用下，结构体系通过摇摆墙传递侧向刚度和层间剪力，使结构变形均匀；通过设置在摇摆墙侧边的耗能阻尼器和底部的防屈曲支撑来耗散地震能量；通过摇摆柱的弹性变形保证框架主体不发生屈服破坏；
D.具有一定程度的自复位性能、损伤可控性能，能够减轻结构震害、便于震后修复。
附图说明
图1为损伤可控体系立面示意图；
图2为多跨布置时的结构示意图；
图3为墙底X型支座结构示意图；
图4为金属耗能阻尼器示意图；
图5为防屈曲耗能支撑示意图；
图6为可恢复柱脚示意图。
图中：摇摆墙1、框架结构2、框架梁201、摇摆柱202、可恢复柱脚203、上座板2031、球缺嵌体2032、下座板主体2033、下座板连接板2034、周边支撑弹簧2035、墙底X型支座3、顶部外包钢板301、上部V型板302、下部V型板303、底部外包钢板304、中心铰接点305、耗能阻尼器4、金属加劲肋钢板401、高强螺栓402、预埋钢板403、防屈曲耗能支撑5、十字形芯材501外侧的钢套筒502、基础梁6。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但不应该理解为本实用新型上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本实用新型上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本实用新型的保护范围内。
实施例1：
参见图1和图2，本实施例1公开一种含摇摆柱和摇摆墙的全摇摆结构体系，包括设置在基础梁6上方的摇摆墙1和框架结构2。
每一个所述摇摆墙1设置于相邻两个框架结构2之间。所述摇摆墙1的底部通过墙底X型支座3铰接于基础梁6的上表面。
参见图3，所述墙底X型支座3包括顶部外包钢板301、X型部和底部外包钢板304。所述顶部外包钢板301固定在摇摆墙1底面。所述底部外包钢板304嵌固在基础梁6上表面。所述X型部包括上部V型板302和下部V型板303。所述上部V型板302的开口端朝上。所述下部V型板303的开口朝下。所述上部V型板302的连接端与下部V型板303的连接端通过中心铰接点305铰接在一起。所述X型部两侧分别布设有一个防屈曲耗能支撑5。所述防屈曲耗能支撑5的上下端分别与顶部外包钢板301和底部外包钢板304连接。参见图5，防屈曲耗能支撑5包括内芯轴力单元、约束单元、隔离单元和连接单元。所述内芯轴力单元为十字形芯材501。所述约束单元为包裹在十字形芯材501外侧的钢套筒502。所述连接单元位于支撑的两端，用于连接支撑与墙底X型支座3。
所述框架结构2包括框架梁201和摇摆柱202。所述框架梁201为钢筋混凝土梁或者钢混凝土组合梁。所述框架梁201中预埋有钢板，方便与可恢复柱脚203连接。所述摇摆柱202为钢结构柱。所述摇摆柱202的截面为圆形、方形或十字形。所述摇摆柱202仅承担竖向荷载，设计截面较小。所述摇摆柱202通过焊接的方式与可恢复柱脚203连接。所述框架梁201和摇摆柱202通过可恢复柱脚203相铰接。所述框架结构2中的底层摇摆柱202通过可恢复柱脚203与基础梁6连接。所述框架梁201与摇摆墙1之间设置有耗能阻尼器4。参见图4，所述耗能阻尼器4为金属阻尼器。所述耗能阻尼器4包括两组预埋钢板403和连接在两组预埋钢板403之间的金属加劲肋钢板401。两组预埋钢板403通过高强螺栓402分别与摇摆墙1和框架梁201固定连接。
参见图6，所述可恢复柱脚203整体为一个球形支座，包括上座板2031、球缺嵌体2032和下座板。所述上座板2031位于下座板的上方。所述下座板包括下座板主体2033和下座板连接板2034。所述下座板主体2033的上表面内凹设置有与球缺嵌体2032对应的球面凹槽。所述球缺嵌体2032设置在上座板2031与下座板主体2033之间。所述上座板2031和下座板连接板2034之间还布置有若干周边支撑弹簧2035。所述周边支撑弹簧2035沿环向均匀布设。所述上座板2031的上表面与摇摆柱202表面连接。所述下座板连接板2034的下表面与框架梁201或基础梁6的表面连接。所述基础梁6的上表面预埋有预埋焊接板。底层可恢复柱脚203的下座板连接板2034的下表面与预埋焊接板连接。
当地震来临时，结构主要通过摇摆墙两侧的阻尼器和底部的防屈曲支撑来耗散地震能量，摇摆墙和摇摆柱发生协调变形，主体结构不发生屈服破坏。
本实施例利用摇摆墙的协调变形能力和较大的侧向刚度可以弥补框架结构抗侧力不足的问题。同时，对框架柱脚的特殊设计，使得框架柱能随着摇摆墙的变形而协调变形，一方面使结构具有更好的耗能能力，另一方面也避免了梁柱节点的塑性破坏。本实施例各受力、耗能部件分工明确，结构变形均匀、抗震性能好、损伤可控、具有良好的可修复性和一定的自复位能力。在水平地震作用下，结构体系通过摇摆墙传递侧向刚度和层间剪力，使结构变形均匀。通过设置在摇摆墙侧边的耗能阻尼器和底部的防屈曲支撑来耗散地震能量。通过摇摆柱的弹性变形保证框架主体不发生屈服破坏。地震后，通过更换摇摆墙底部的防屈曲支撑和侧边的耗能阻尼器，可实现结构体系的可修复性。
Claims (7)
1.一种含摇摆柱和摇摆墙的全摇摆结构体系，其特征在于：包括设置在基础梁(6)上方的若干摇摆墙(1)和若干含摇摆柱的框架结构(2)；
每一个所述摇摆墙(1)设置于相邻两个框架结构(2)之间；所述摇摆墙(1)的底部通过墙底X型支座(3)铰接于基础梁(6)的上表面；
所述墙底X型支座(3)包括顶部外包钢板(301)、X型部和底部外包钢板(304)；所述顶部外包钢板(301)固定在摇摆墙(1)底面；所述底部外包钢板(304)嵌固在基础梁(6)上表面；所述X型部包括上部V型板(302)和下部V型板(303)；所述上部V型板(302)的开口端朝上；所述下部V型板(303)的开口朝下；所述上部V型板(302)的连接端与下部V型板(303)的连接端通过中心铰接点(305)铰接在一起；所述X型部两侧分别布设有一个防屈曲耗能支撑(5)；所述防屈曲耗能支撑(5)的上下端分别与顶部外包钢板(301)和底部外包钢板(304)连接；
所述框架结构(2)包括若干框架梁(201)和若干摇摆柱(202)；所述框架梁(201)和摇摆柱(202)通过可恢复柱脚(203)相铰接；所述框架结构(2)中的底层摇摆柱(202)通过可恢复柱脚(203)与基础梁(6)连接；所述框架梁(201)与摇摆墙(1)之间设置有耗能阻尼器(4)；
所述可恢复柱脚(203)整体为一个球形支座，包括上座板(2031)、球缺嵌体(2032)和下座板；所述上座板(2031)位于下座板的上方；所述下座板包括下座板主体(2033)和下座板连接板(2034)；所述下座板主体(2033)的上表面内凹设置有与球缺嵌体(2032)对应的球面凹槽；所述球缺嵌体(2032)设置在上座板(2031)与下座板主体(2033)之间；所述上座板(2031)和下座板连接板(2034)之间还布置有若干周边支撑弹簧(2035)；所述周边支撑弹簧(2035)沿环向均匀布设；所述上座板(2031)的上表面与摇摆柱(202)的表面连接；所述下座板连接板(2034)的下表面与框架梁(201)或基础梁(6)的表面连接。
2.根据权利要求1所述的一种含摇摆柱和摇摆墙的全摇摆结构体系，其特征在于：所述耗能阻尼器(4)为金属阻尼器。
3.根据权利要求1所述的一种含摇摆柱和摇摆墙的全摇摆结构体系，其特征在于：所述框架梁(201)为钢筋混凝土梁或者钢混凝土组合梁；所述框架梁(201)中预埋有钢板。
4.根据权利要求1所述的一种含摇摆柱和摇摆墙的全摇摆结构体系，其特征在于：所述摇摆柱(202)为钢结构柱；所述摇摆柱(202)的截面为圆形、方形或十字形。
5.根据权利要求1所述的一种含摇摆柱和摇摆墙的全摇摆结构体系，其特征在于：防屈曲耗能支撑(5)包括内芯轴力单元、约束单元、隔离单元和连接单元。
6.根据权利要求5所述的一种含摇摆柱和摇摆墙的全摇摆结构体系，其特征在于：所述内芯轴力单元为十字形芯材(501)；所述约束单元为包裹在十字形芯材(501)外侧的钢套筒(502)；所述连接单元位于支撑的两端，用于连接支撑与墙底X型支座(3)。
7.根据权利要求1所述的一种含摇摆柱和摇摆墙的全摇摆结构体系，其特征在于：所述基础梁(6)的上表面预埋有若干预埋焊接板。
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