CN211849991U - 一种功能可恢复钢筋混凝土强脊框架结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种功能可恢复钢筋混凝土强脊框架结构，包括基础和竖直布置在所述基础上的强脊单元，所述强脊单元具有与所述基础转动连接的支脚以及用于与所述基础或另一所述强脊单元固定连接的耗能元件，所述支脚和所述耗能元件在水平投影上错位布置。通过设置强脊单元可有效控制框架结构建筑的侧向变形，有效避免结构出现薄弱层，能够实现预期破坏机制，且能够调动建筑整体结构的储备力量，使得建筑结构具有较好的整体性能，震后易于修复、修复成本低且修复时间短。此外，通过设置预应力拉索可起到自复位作用，减小结构侧向残余变形，实现结构震后功能快速恢复。

Description

一种功能可恢复钢筋混凝土强脊框架结构

技术领域

本实用新型涉及一种建筑结构，尤其是一种功能可恢复钢筋混凝土强脊框架结构。

背景技术

传统建筑工程结构抗震设计主要关注如何避免建筑物发生倒塌破坏，确保人员的生命安全，进入21世纪，人类多次面临城市遭受严重地震破坏后重建难度大、时间长，社会代价巨大的挑战，特别是2011年新西兰基督城地震，基督城至今仍在社会活动各方面受到地震持续且严重的影响。由此，震后工程结构、整个城市甚至整个社会的功能可恢复性(Resilience) 问题引起了地震工程界的密切关注，学术界提出了“功能可恢复性”抗震的设计概念，即要求结构在遭受强烈地震后不需修复或稍加修复即可快速恢复其使用功能。显然，“功能可恢复性”抗震比传统抗震设计理念更为合理，成为目前工程结构防震减灾最新的发展趋势。

框架结构建筑是目前使用最广泛的结构形式之一，在多高层建筑中有着广泛的应用。大量的实际震害表明，按照传统的框架结构体系设计理念建造的建筑难以满足未来“功能可恢复”抗震的设计目标，需对该结构体系进行创新，使之满足未来城市绿色可持续发展要求。

传统的框架结构在强震作用下，往往因为楼层侧向变形不均匀，形成薄弱层破坏机制，结构损伤集中，侧向残余变形过大，导致震后难以修复，严重影响结构震后的可恢复性能；此外框架结构主要依靠结构构件的弹塑性变形耗能，耗能能力有限，且一旦结构或构件发生过大的塑性变形，修复的代价昂贵，且施工周期长。

有鉴于此，本申请人对上述问题进行了深入的研究，遂有本案产生。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可恢复性高、修复成本低且修复时间短的强脊钢筋混凝土框架结构。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种功能可恢复钢筋混凝土强脊框架结构，包括地基和竖直布置在所述地基上的强脊单元，所述强脊单元具有与所述地基转动连接的支脚以及用于与所述地基或另一所述强脊单元固定连接的耗能元件，所述支脚和所述耗能元件在水平投影上错位布置。

作为本实用新型的一种改进，所述强脊单元上设置有预应力拉索，所述预应力拉索与所述支脚在水平投影上错位布置。

作为本实用新型的一种改进，所述强脊单元包括竖向剪力墙，所述耗能元件和所述支脚分别设置在所述竖向剪力墙上。

作为本实用新型的一种改进，所述强脊单元包括竖直布置的强脊衍架，所述强脊衍架包括方形框架以及分别位于所述方形框架上下两端的支撑框架，所述方形框架包括相互围成方形结构的横杆和立杆以及连接在所述方形结构的其中一组对角上的第一斜撑杆，所述支撑框架包括与其中一个所述立杆位于同一直线上的第二支撑杆以及一端与所述第二支撑杆固定连接的第二斜撑杆，所述第二支撑杆未与所述第二斜撑杆连接的一端以及所述第二斜撑杆未与所述第二支撑杆连接的一端分别固定连接在所述方形框架对应的边角上，位于所述方形框架下方的所述第二支撑杆形成所述强脊单元的支脚，所述耗能元件设置在位于所述方形框架下方的所述第二斜撑杆未与对应的所述第二支撑杆连接的一端，或者所述耗能元件设置与位于所述方形框架下方的所述第二支撑杆平行布置的所述立杆上。

作为本实用新型的一种改进，在同一所述强脊衍架中，两个所述支撑框架对称布置。

作为本实用新型的一种改进，在同一所述强脊衍架中，所述方形框架有两个以上，各所述方形框架从上向上依次连接，且相邻的两个所述方形框架共用同一所述横杆。

作为本实用新型的一种改进，每个所述强脊单元具有两个所述强脊衍架，两个所述强脊衍架具有所述支脚的一侧一体连接。

采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：

1、通过设置强脊单元可有效控制框架结构建筑的侧向变形，有效避免结构出现薄弱层，能够实现预期破坏机制，且能够调动建筑整体结构的储备力量，使得建筑结构具有较好的整体性能，震后易于修复、修复成本低且修复时间短。

2、通过设置耗能元件，起到第一道防线作用，实现耗能元件集中屈曲耗能，有效提升结构整体抗震性能和震后结构功能快速恢复能力。

3、通过设置预应力拉索可起到自复位作用，减小结构侧向残余变形，即使震后产生较大的侧向残余变形也可借助强脊桁架通对顶升和预应力张拉进行纠偏，消除过大的残余变形，实现结构震后功能快速恢复。

4、强脊单元具有布置灵活，可双向布置，抗震加固效果明显、施工便捷，既可以用于既有框架结构的抗震性能提升，也可用于新建框架结构中，在防震减灾领域具有广泛的应用空间。

附图说明

图1为实施例一中功能可恢复钢筋混凝土强脊框架结构的示意图；

图2为实施例一中功能可恢复钢筋混凝土强脊框架结构中强脊单元的平面布置图；

图3为实施例一中功能可恢复钢筋混凝土强脊框架结构的变形状态示意图；

图4为实施例一中预应力拉索的安装截面示意图；

图5为实施例二中功能可恢复钢筋混凝土强脊框架结构的示意图；

图6为实施例二中功能可恢复钢筋混凝土强脊框架结构中强脊单元的平面布置图；

图7为实施例二中功能可恢复钢筋混凝土强脊框架结构中强脊单元的另一种平面布置图；

图8为实施例二中功能可恢复钢筋混凝土强脊框架结构的变形状态示意图。

图中标示对应如下：

20-强脊单元；

21-强脊衍架； 22-耗能元件；

23-方形框架； 24-支撑框架；

25-横杆； 26-立杆；

27-第一斜撑杆； 28-第二支撑杆；

29-第二斜撑杆； 30-地基；

40-预应力拉索。

具体实施方式

下面结合具体实施例对实用新型做进一步的说明：

实施例一。

本实施例基于振动变形控制、损伤控制、可替换和自复位等概念，提供一种强脊钢筋混凝土框架结构，如图1-图4所示，该结构包括地基30和竖直布置在地基30上的强脊单元20，其中强脊单元20可以作为钢筋混凝土框架的横梁、立柱和\或墙的一部分使用。强脊钢筋混凝土框架结构的层数可以根据实际需要确定，在本实施例中以四层为例进行说明。强脊钢筋混凝土框架结构的其他部分与常规的框架建筑结构相同，此处不再详述。

强脊单元20具有与地基30转动连接的支脚以及用于与地基30或另一强脊单元20固定连接的耗能元件22，其中耗能元件22可以为常规的建筑减震耗能元件，并非本实施例的重点，此处不再详述。在本实施例中以耗能元件22用于与另一强脊单元20固定连接为例进行说明，即在本实施例中，强脊单元20至少有两个。强脊单元20的支脚和耗能元件22在水平投影上错位布置，即支脚和耗能元件22在同一水平面上的投影互不重合。需要说明的是，此处的地基30与支脚转动连接并不是指机械结构中的转动连接，而是指能够确保在地震时强脊单元20能够以支脚为支点进行转动的连接结构，具体的连接结构可以根据实际需要设置，此处不再详述。此外，强脊单元20上设置有预应力拉索40，预应力拉索40与支脚在水平投影上错位布置，即支脚和预应力拉索40在同一水平面上的投影互不重合。

强脊单元20可以是竖向桁架，也可以是剪力墙即将钢筋混凝土框架结构的剪力墙作为强脊单元20，其必须具有一定的强度和刚度，确保强脊机制起作用。当其为剪力墙时，强脊单元20包括竖向剪力墙，耗能元件22 和支脚分别设置在竖向剪力墙上。在本实施例中以强脊单元20为竖向桁架为例进行说明，具体的，强脊单元20包括竖直布置的强脊衍架21，强脊衍架21包括方形框架23以及分别位于方形框架23上下两端的支撑框架24，即支撑框架24有两个，在同一强脊衍架21中，两个支撑框架24对称布置，且各支撑框架24和方形框架23位于同一平面上，其中，方形框架23包括相互围成方形结构的横杆25和立杆26以及连接在方形结构的其中一组对角上的第一斜撑杆27，即每个方形框架23具有两根横杆25、两根立杆26 以及一根第一斜撑杆27；每一个方形框架23对应钢筋混凝土框架结构的一个楼层，具体的，在同一强脊衍架21中，方形框架23有两个以上，各方形框架23从上向上依次连接，且相邻的两个方形框架23共用同一横杆25。优选的，相邻两个方形框架23中的第一斜撑杆27的布置方向互不相同，这样刚性更好。支撑框架24包括与其中一个立杆26位于同一直线上的第二支撑杆28以及一端与第二支撑杆28固定连接的第二斜撑杆29，其中，第二支撑杆28未与第二斜撑杆29连接的一端以及第二斜撑杆29未与第二支撑杆28连接的一端分别固定连接在对应的方形框架23对应的边角上，与该方形框架23的横杆25共同形成直角三角形结构。位于方形框架23下方的第二支撑杆28形成强脊单元20的支脚，耗能元件22设置与位于方形框架23下方的第二支撑杆28平行布置的立杆26上，当然，耗能元件22 也可以设置在位于方形框架23下方的第二斜撑杆29未与对应的第二支撑杆28连接的一端，具体参见下文将会说明的实施例二。需要说明的时，本实施例中提及的各杆件都为钢筋混凝土构件，且立杆26、横杆25、第一支撑杆28和/或第一支撑杆40都可以为框架结构中的横梁或立柱使用。

本实施例提供的功能可恢复钢筋混凝土强脊框架结构的施工步骤如下：根据实际建造的建筑功能要求，在混凝土框架结构中的预定位置布置一定数量的强脊单元20，具体的布置位置需要根据对混凝土框架结构的楼层侧向位移不均系数和结构性能进行评定来确定，具体的评定方法为常规的方法，并非本实施例的重点，此处不再详述。强脊单元20可以有多种布置形式，在本实施例中，每一个预定位置都设置有两个强脊单元20，两个强脊单元20的支脚相背布置，各耗能元件22连接在两个强脊单元20对应的立杆26之间；预应力拉索40穿插在连接有耗能元件22的各对应的立杆 26中，当然，对应的立杆26上需要开设有用于穿设预应力拉索40的孔道，施工时，预应力拉索先锚固在地基上，然后在强脊衍架21的上部进行张拉锚固，这样，预应力拉索40对转动支点将形成抵抗弯矩，起到自复位的作用，即使在强震后，结构产生较大的残余侧移，也可在底层通过对强脊衍架的顶升和预应力张拉来消除。此外，各预定位置上也可以设置两个组相互垂直强脊单元20形成双向加固结构。

本实施例提供的功能可恢复钢筋混凝土强脊框架结构通过设置竖直布置的强脊衍架21，能够有效控制框架结构建筑的侧向变形，减小层间侧向不均匀，避免出现薄弱层；通过设置可替换的耗能元件22，有效提高框架结构建筑的整体耗能能力，减小结构的地震响应，有助于预期破坏机制的实现，明显提升抗震性能；通过设置预应力拉索起到自复位的功能，同时也有助于震后残余变形的消除。此外，强脊单元20具有平面布局灵活，施工便捷，可替换结构保险丝可减小震后结构的修复时间，实现震后建筑功能的快速恢复。如图3所示，使用时，一旦框架结构建筑发生侧向变形，强脊单元20将会以支脚作为支点转动，进而使得该强脊单元20上的耗能元件22变形耗能，预应力索40绕强脊单元20的转动支点形成弯矩，起到自复位的功能。

实施例二。

如图5-图8所示，本实施例与实施例一的区别在于强脊单元20的结构不同，在本实施例中，强脊单元20具有两个强脊衍架21，两个强脊衍架21具有支脚的一侧一体连接，即两个强脊衍架21相互连接一侧公用相同的立杆26和第二支撑杆28，耗能元件22设置每个强脊衍架21位于最下方的方形框架23与相对位于下方的第二斜撑杆29连接的位置处与地基30之间，即耗能元件22有两个，此外，预应力拉索40也有两个，分别设置在与两个耗能元件22对应的位置处。

施工时，每一个预定位置可以如图6所示仅设置有一个强脊单元20，也可以如图7所示设置有两个强脊单元20，此时，两个强脊单元20呈十字形布置。

上面结合附图对本实用新型做了详细的说明，但是本实用新型的实施方式并不仅限于上述实施方式，本领域技术人员根据现有技术可以对本实用新型做出各种变形，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种功能可恢复钢筋混凝土强脊框架结构，其特征在于，包括地基和竖直布置在所述地基上的强脊单元，所述强脊单元具有与所述地基转动连接的支脚以及用于与所述地基或另一所述强脊单元固定连接的耗能元件，所述支脚和所述耗能元件在水平投影上错位布置。

2.如权利要求1所述的功能可恢复钢筋混凝土强脊框架结构，其特征在于，所述强脊单元上设置有预应力拉索，所述预应力拉索与所述支脚在水平投影上错位布置。

3.如权利要求1所述的功能可恢复钢筋混凝土强脊框架结构，其特征在于，所述强脊单元包括竖向剪力墙，所述耗能元件和所述支脚分别设置在所述竖向剪力墙上。

4.如权利要求1所述的功能可恢复钢筋混凝土强脊框架结构，其特征在于，所述强脊单元包括竖直布置的强脊衍架，所述强脊衍架包括方形框架以及分别位于所述方形框架上下两端的支撑框架，所述方形框架包括相互围成方形结构的横杆和立杆以及连接在所述方形结构的其中一组对角上的第一斜撑杆，所述支撑框架包括与其中一个所述立杆位于同一直线上的第二支撑杆以及一端与所述第二支撑杆固定连接的第二斜撑杆，所述第二支撑杆未与所述第二斜撑杆连接的一端以及所述第二斜撑杆未与所述第二支撑杆连接的一端分别固定连接在所述方形框架对应的边角上，位于所述方形框架下方的所述第二支撑杆形成所述强脊单元的支脚，所述耗能元件设置在位于所述方形框架下方的所述第二斜撑杆未与对应的所述第二支撑杆连接的一端，或者所述耗能元件设置与位于所述方形框架下方的所述第二支撑杆平行布置的所述立杆上。

5.如权利要求4所述的功能可恢复钢筋混凝土强脊框架结构，其特征在于，在同一所述强脊衍架中，两个所述支撑框架对称布置。

6.如权利要求4所述的功能可恢复钢筋混凝土强脊框架结构，其特征在于，在同一所述强脊衍架中，所述方形框架有两个以上，各所述方形框架从上向上依次连接，且相邻的两个所述方形框架共用同一所述横杆。

7.如权利要求4所述的功能可恢复钢筋混凝土强脊框架结构，其特征在于，每个所述强脊单元具有两个所述强脊衍架，两个所述强脊衍架具有所述支脚的一侧一体连接。

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