CN211037290U - 一种全生命周期可拆可换框架结构体系 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种全生命周期可拆可换框架结构体系，包括由可拆换钢筋混凝土柱、可拆换型钢梁、节点域、可拆换楼板同形成的单层单榀结构单元；单层单榀结构单元的可拆换钢筋混凝土柱之间通过节点域上下分别连接可拆换型钢梁，可拆换楼板连接在可拆换型钢梁上，可拆换型钢梁之间的节点域上设有更换装置；上下层间可拆换钢筋混凝土柱之间通过节点域相连，单层单榀结构单元的底层柱通过柱脚与基础相连；单层单榀结构单元重复施工，形成多层或高层的全生命周期可拆可换的框架结构体系。该结构体系在正常使用状态或服役期满后，可以拆卸为单个构件，实现构件的回收利用，在地震作用后，可以通过拆卸和更换受损的构件实现结构的震后可修复。

Description

一种全生命周期可拆可换框架结构体系

技术领域

本实用新型涉及结构工程及防震减灾领域，具体涉及一种全生命周期可拆可换框架结构体系。

背景技术

可拆卸性、可更换性，两大结构设计新理念已被国内外学者所接受。可拆卸结构可以实现结构所有构件的预制化，具有全生命周期的可拆卸性，施工速度快、成本低，且在拆除时不产生或仅产生少量建筑垃圾，并可对结构构件进行再利用。然而目前“可拆卸”的局限性主要体现在两个方面：一是只能在服役期满后对结构整体进行自上而下的顺序拆除，而不能在服役期间对结构构件进行局部拆除或更换；二是未能解决结构在地震受损后的功能快速恢复问题。

可恢复功能结构，即地震后不需修复或稍加修复即可恢复其使用功能的结构，主要包括：自复位结构、摇摆墙结构和具有可更换构件的结构。其中具有可更换构件的结构，在地震作用下，主要通过可更换构件的弹塑性变形，耗散地震能量，保护主体结构不受破坏或只受轻微破坏，地震作用后更换耗能构件即可恢复结构功能。

实用新型内容

为克服上述技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种全生命周期可拆可换框架结构体系，是一种同时具有全生命周期可拆卸性、震后受损构件可更换性的结构体系；该结构体系不仅有助于解决建筑垃圾、大气污染等环境问题，还可以在地震灾害后快速恢复建筑物的使用功能，经济和社会效益显著。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种全生命周期可拆可换框架结构体系，包括由可拆换钢筋混凝土柱、可拆换型钢梁、节点域、可拆换楼板同形成的单层单榀结构单元；单层单榀结构单元的可拆换钢筋混凝土柱之间通过节点域上下分别连接可拆换型钢梁，可拆换楼板连接在可拆换型钢梁上，可拆换型钢梁之间的节点域上设有更换装置；上下层间可拆换钢筋混凝土柱之间通过节点域相连，单层单榀结构单元的底层柱通过柱脚与基础相连；所述单层单榀结构单元重复施工，形成多层或高层的全生命周期可拆可换的框架结构体系。

对于上述技术方案，本实用新型还有进一步优选的方案。

优选的，所述可拆换钢筋混凝土柱通过法兰盘和高强螺栓与节点域相连；所述可拆换型钢梁通过高强螺栓与节点域相连；所述可拆换楼板通过抗剪栓钉与可拆换型钢梁相连。

优选的，节点域与可拆换型钢梁之间设有若干耗能装置，耗能装置布置于可拆换型钢梁靠近节点域的位置。

优选的，所述节点域包括节点核心区围框和其上下两端的法兰盘，沿节点核心区围框四周连接外伸的悬臂梁段；四个悬臂梁段穿过节点核心区围框的腹板连续相接构成十字形结构，悬臂梁段在节点核心区围框内的工字钢上下部分翼缘切除，沿钢梁翼缘两侧向中心切除角度为30°～60°。

优选的，所述可拆换钢筋混凝土柱包括混凝土柱身和连接于混凝土柱身上下端柱周边的混凝土柱法兰盘，混凝土柱身内设有柱内纵筋和箍筋，柱内纵筋与法兰盘焊接；所述混凝土柱法兰盘通过高强螺栓与节点域的法兰盘相连，连接方式为干连接。

优选的，所述耗能装置为耗能角钢、摩擦阻尼器、软钢阻尼器或铅挤压阻尼器。

优选的，所述更换装置为液压千斤顶。

优选的，所述底层柱柱脚预埋矩形钢板，所述基础顶面预埋矩形钢板，二者通过预埋高强螺栓连接，连接方式为干连接。

优选的，所述可拆换钢筋混凝土柱与节点域的连接处，底层柱与基础的连接处设置有加劲肋。

优选的，所述可拆换钢筋混凝土柱可替换为型钢混凝土柱或钢管混凝土柱。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

(1)所有构件均可实现工厂预制，现场装配式施工，无需湿作业，提高施工效率的同时，还可减少施工扬尘和建筑垃圾。

(2)具有全生命周期可拆卸的特点，在服役期间或服役期满后，可以将整体结构拆卸为单个构件，方便回收利用，经济和社会效益显著。

(3)具有多道抗震防线；梁段耗能装置作为第一道抗震防线，延性好，可以耗散大部分能量；可拆可换的型钢梁作为第二道抗震防线，可以进一步耗散能量，保护节点域不受破坏；可拆可换的钢筋混凝土柱作为第三道抗震防线，承载力高，在大震作用下可以防止结构倒塌。

(4)具有单个构件受损可更换的特点，可以通过更换震后受损的构件实现结构整体的可修复性。

在上述基本全生命周期可拆可换框架结构体系的基础上，所述可拆可换的钢筋混凝土柱可以替换为型钢混凝土柱、钢管混凝土柱等，进一步形成全生命周期可拆可换的混合框架、组合框架体系。其中柱与节点域的连接形式同钢筋混凝土柱一致，即通过柱端焊接的法兰盘和高强螺栓相连。

总体来说，全生命周期可拆可换框架结构体系与传统框架结构相比，预制装配率高，施工速度快，可以同时满足全生命周期的可拆卸及震后受损构件可更换，符合绿色建筑的理念，且实现了多道抗震设防的目标。因此，对本实用新型的全生命周期可拆可换框架结构体系进行深入研究和推广使用具有极大的工程实际意义。

附图说明

图1为一种全生命周期可拆可换框架结构体系立面图；

图2为图1中单层单榀结构单元的立面图；

图3为图2单层单榀结构单元的平面图；

图4为图1中单层单榀结构单元安装和震后修复示意图；

图5为节点域详图；

图6为可拆可换的钢筋混凝土柱示意图(型钢混凝土柱、钢管混凝土柱一致)；

图7为基础安装示意图；

图8为组合梁示意图。

图中：1、钢筋混凝土柱；1-1、混凝土柱身；1-9、混凝土柱法兰盘；1＇、底层柱；2、可拆换型钢梁；3、节点域；3-1、节点核心区；3-2、悬臂梁段；3-9、节点域法兰盘；4、可拆换楼板；5、更换装置；6、耗能装置；7、抗剪栓钉；8、高强螺栓；9、法兰盘；10、基础；10-8、预埋高强螺栓；10-9、矩形钢板；11、单层单榀结构单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本实用新型的施工方式。

如图1所示，为本实用新型的全生命周期可拆可换框架结构体系运用于实际工程中的立面图，包括可拆换钢筋混凝土柱1、可拆换型钢梁2、可拆换楼板4和基础10。下面取出单层单榀的结构单元做详细阐述。

如图2、图3所示，分别为单层单榀结构单元的立面和平面图，包括可拆换钢筋混凝土柱1、可拆换型钢梁2、节点域3、可拆换楼板4、更换装置5、耗能装置6、抗剪栓钉7、高强螺栓8和法兰盘9。

可拆换钢筋混凝土柱1通过节点域3上下分别连接可拆换型钢梁2，其中每层中的可拆换楼板4连接在可拆换型钢梁2上，更换装置5采用液压千斤顶设在若干个可拆换钢筋混凝土柱1中，上下层间可拆换钢筋混凝土柱1之间通过节点域3相连，单层单榀结构单元11的底层柱1＇通过柱脚与基础10相连；可拆换钢筋混凝土柱1通过法兰盘9和高强螺栓8与节点域3相连；可拆换型钢梁2通过高强螺栓8与节点域3相连。节点域3与可拆换型钢梁2之间设有若干耗能装置6，耗能装置6布置于可拆换型钢梁2靠近节点域3的位置。可拆可换的钢筋混凝土柱1、可拆换型钢梁2、节点域3、可拆换楼板4共同形成单层单榀结构单元11；单层单榀结构单元11重复施工，形成多层或高层的全生命周期可拆可换的框架结构体系。

如图4所示，为单层单榀结构单元的安装和震后修复示意图。

图5为节点域详图，节点域3包括节点核心区3-1围框和其上下两端的法兰盘3-9，沿节点核心区3-1围框四周连接外伸的悬臂梁段3-2；四个悬臂梁段3-2穿过节点核心区3-1围框的腹板连续相接构成十字形结构，悬臂梁段3-2在节点核心区3-1围框内的工字钢上下部分翼缘切除，沿钢梁翼缘两侧向中心切除角度为30°～60°。

如图6所示，为钢筋混凝土柱详图，可拆换钢筋混凝土柱1包括混凝土柱身1-1和连接于混凝土柱身1-1上下端柱周边的混凝土柱法兰盘1-9，混凝土柱身1-1内设有柱内纵筋和箍筋，柱内纵筋与法兰盘1-9焊接；混凝土柱法兰盘1-9通过高强螺栓8与节点域的法兰盘3-9相连，连接方式为干连接。

图7为基础安装示意图。底层柱1＇柱脚预埋矩形钢板，基础10顶面预埋矩形钢板10-9，二者通过预埋高强螺栓10-8连接，连接方式为干连接。

图8为组合梁示意图。可拆换楼板4通过抗剪栓钉7与可拆换型钢梁2相连。

本结构的耗能装置6可以是耗能角钢、摩擦阻尼器、软钢阻尼器或铅挤压阻尼器。若干耗能装置布置于可拆可换的型钢梁靠近节点域的位置，保护节点域在地震作用下不发生破坏。

考虑所述楼板的影响，可拆可换的钢筋混凝土柱与可拆可换的型钢梁的抗弯承载力比建议取值在1.6～1.8，可以基本实现“梁铰破坏”的屈服机制，满足“强柱弱梁”的抗震设计理念。

进一步，钢筋混凝土柱与节点域的连接处，底层柱与基础的连接处，弯矩和剪力由高强螺栓和法兰盘共同承担，根据承载力需求确定法兰盘的厚度和高强螺栓的数量及规格；必要时设置加劲肋，提高连接处的刚度。

在正常使用状态或服役期满后，可以拆除连接处的高强螺栓，自上而下将结构拆解为单个构件，方便回收利用，实现结构的可拆卸。

并且在本结构中，可拆换钢筋混凝土柱1可替换为型钢混凝土柱1_a或钢管混凝土柱1_b。

施工时，首先将底层柱立于基础之上；基础预埋的栓钉穿过底层柱预埋的法兰盘螺栓孔，对齐之后拧好螺栓；进一步将节点域部分通过法兰盘与钢筋混凝土柱相连；进一步将型钢梁通过高强螺栓与节点域相连；进一步将楼板预埋的栓钉穿过型钢梁预留的螺栓孔，形成单层结构单元；单层结构单元重复施工，形成多层或高层的结构体系。

钢筋混凝土柱与节点域的连接处，底层柱与基础的连接处，弯矩和剪力由高强螺栓和法兰盘共同承担，根据承载力需求确定法兰盘的厚度和高强螺栓的数量及规格；若连接处刚度不满足条件，可以设置加劲肋，通过计算得到加劲肋的尺寸和数量，提高连接处的刚度。

所述可拆可换的钢筋混凝土柱、可拆可换的型钢梁、可拆可换的楼板、耗能装置均在地震受损后可更换，在地震作用下，可拆可换的型钢梁若发生局部损坏，可以通过拆卸与节点域相连的高强螺栓进行更换；可拆可换的钢筋混凝土柱若发生局部损坏，可以通过更换装置支撑于上下两个节点区的法兰盘上来传递轴力，拆卸连接于法兰盘的高强螺栓，取下受损的钢筋混凝土柱并安装新的钢筋混凝土柱，实现单个构件的震后可更换。

具体调节方式如下：

在小震作用下，结构体系处于弹性状态；在中震作用下，通过“强柱弱梁”的设计方法，即控制柱梁承载力比，实现耗能装置和型钢梁作为第一道和第二道抗震防线先后耗能屈服，保护节点域和柱不受损坏，震后通过拆卸连接于节点域和型钢梁的高强螺栓进行更换耗能装置和型钢梁，修复结构；在大震作用下，梁端和柱端均出现塑性铰，震后更换型钢梁和钢筋混凝土柱，型钢梁更换方式如上，更换钢筋混凝土柱时，将液压千斤顶支撑于节点域的法兰盘外伸部位，由液压千斤顶传递轴力，取出受损的钢筋混凝土柱，进一步安装新的钢筋混凝土柱，完成整个更换过程。

可见，与现有技术相比，本实用新型形成的全生命周期可拆可换框架结构体系，实现了结构全生命周期的可拆卸和可更换，利于安装和震后修复，实现了“小震不坏、中震可修、大震亦可修”的设计理念，同时具有施工效率高、工程造价低、环境污染小的优点。

Claims (9)

1.一种全生命周期可拆可换框架结构体系，其特征在于，包括由可拆换钢筋混凝土柱(1)、可拆换型钢梁(2)、节点域(3)、可拆换楼板(4)共同形成的单层单榀结构单元(11)；单层单榀结构单元(11)的可拆换钢筋混凝土柱(1)之间通过节点域(3)上下分别连接可拆换型钢梁(2)，可拆换楼板(4)连接在可拆换型钢梁(2)上，可拆换型钢梁(2)之间的节点域(3)上设有更换装置(5)；上下层间可拆换钢筋混凝土柱(1)之间通过节点域(3)相连，单层单榀结构单元(11)的底层柱(1＇)通过柱脚与基础(10)相连；所述单层单榀结构单元(11)重复施工，形成多层或高层的全生命周期可拆可换的框架结构体系。

2.根据权利要求1所述的一种全生命周期可拆可换框架结构体系，其特征在于，所述可拆换钢筋混凝土柱(1)通过法兰盘(9)和高强螺栓(8)与节点域(3)相连；所述可拆换型钢梁(2)通过高强螺栓(8)与节点域(3)相连；所述可拆换楼板(4)通过抗剪栓钉(7)与可拆换型钢梁(2)相连。

3.根据权利要求1所述的一种全生命周期可拆可换框架结构体系，其特征在于，节点域(3)与可拆换型钢梁(2)之间设有若干耗能装置(6)，耗能装置(6)布置于可拆换型钢梁(2)靠近节点域(3)的位置。

4.根据权利要求3所述的一种全生命周期可拆可换框架结构体系，其特征在于，所述耗能装置(6)为耗能角钢、摩擦阻尼器、软钢阻尼器或铅挤压阻尼器；所述更换装置(5)为液压千斤顶。

5.根据权利要求1所述的一种全生命周期可拆可换框架结构体系，其特征在于，所述节点域(3)包括节点核心区(3-1)围框和其上下两端的节点域法兰盘(3-9)，沿节点核心区(3-1)围框四周连接外伸的悬臂梁段(3-2)；四个悬臂梁段(3-2)穿过节点核心区(3-1)围框的腹板连续相接构成十字形结构，悬臂梁段(3-2)在节点核心区(3-1)围框内的工字钢上下部分翼缘切除，沿钢梁翼缘两侧向中心切除角度为30°～60°。

6.根据权利要求5所述的一种全生命周期可拆可换框架结构体系，其特征在于，所述可拆换钢筋混凝土柱(1)包括混凝土柱身(1-1)和连接于混凝土柱身(1-1)上下端柱周边的混凝土柱法兰盘(1-9)，混凝土柱身(1-1)内设有柱内纵筋和箍筋，柱内纵筋与混凝土柱法兰盘(1-9)焊接；所述混凝土柱法兰盘(1-9)通过高强螺栓(8)与节点域法兰盘(3-9)相连，连接方式为干连接。

7.根据权利要求1所述的一种全生命周期可拆可换框架结构体系，其特征在于，所述底层柱(1＇)柱脚预埋矩形钢板，所述基础(10)顶面预埋矩形钢板(10-9)，二者通过预埋高强螺栓(10-8)连接，连接方式为干连接。

8.根据权利要求1所述的一种全生命周期可拆可换框架结构体系，其特征在于，所述可拆换钢筋混凝土柱(1)与节点域(3)的连接处，底层柱(1＇)与基础(10)的连接处设置有加劲肋。

9.根据权利要求1所述的一种全生命周期可拆可换框架结构体系，其特征在于，所述可拆换钢筋混凝土柱(1)可替换为型钢混凝土柱(1_a)或钢管混凝土柱(1_b)。

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