專利名稱：空間桁架型梁柱連接結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空間桁架型梁柱連接裝置及其實現(xiàn)方法，尤其適用于框架結(jié)構(gòu)中，真正形成“強柱弱梁”的延性耗能機制，在地震作用下框架梁端形成塑性鉸，減小框架柱受到的地震作用。
背景技術(shù)：
地震災(zāi)害危及人民生命財產(chǎn)，具有突發(fā)性和破壞性，而我國是世界上多地震國家之一。近年來，全球發(fā)生了許多次大地震，包括2008年中國汶川大地震(8. O級)、2009年印尼大地震(7. 9級)、2010年中國青海玉樹地震(7. I級)、2010年海地大地震(7. 3級)、2010年智利大地震(8.8級)以及2011年東日本大地震(9. O級)等，給人類造成了非常慘重的生命財產(chǎn)損失。隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展和城市現(xiàn)代化程度的提高，由地震引起的 人員、財產(chǎn)損失將越來越嚴(yán)重。而且至今也沒有尋找到有效的地震預(yù)報手段，因此有必要提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，增強其耗能能力，以減小結(jié)構(gòu)在強震作用下的破壞和倒塌，降低災(zāi)害損失。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)以其較為良好的抗震性能和較大的建筑空間，成為了運用最廣泛的建筑結(jié)構(gòu)形式之一。在地震作用下，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)隨著結(jié)構(gòu)剛度的不同，在強烈地震作用下的最大響應(yīng)加速度可能是地面最大加速度的好幾倍；如果把結(jié)構(gòu)設(shè)計成完全彈性的狀態(tài)來抗震，那將是非常不經(jīng)濟的。為此，新西蘭Canterbury大學(xué)的Park和Paulay教授于上世紀(jì)70年代開展了基于承載能力的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法。這種方法要求對主要的抗側(cè)力體系選擇合理的耗能機制，并由此確定一定數(shù)量的耗能構(gòu)件，通過這些構(gòu)件在強震下的屈服來消耗作用在結(jié)構(gòu)上的地震能量，從而使得結(jié)構(gòu)體系的其余部分處在彈性或準(zhǔn)彈性階段(具備較高的安全儲備)，通常所選擇的耗能構(gòu)件是相對次要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件或者是專門設(shè)計的耗能裝置(如阻尼器)。同時，在設(shè)計時通過嚴(yán)格的計算與構(gòu)造措施來提高這些耗能構(gòu)件的延性能力。針對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)而言，最理想的延性設(shè)計是希望主要塑性鉸最先全一I—
部出現(xiàn)在框架梁端部來消耗地震能量，然后才是框架柱端部出現(xiàn)塑性鉸，即總體屈服機制，或稱之為“強柱弱梁的”破壞形態(tài)；不希望出現(xiàn)樓層屈服機制，即“強梁弱柱”的破壞形態(tài)。然而，汶川地震震害調(diào)查結(jié)果以及多次地震災(zāi)害表明，在地震地面運動強烈地區(qū)，多層框架結(jié)構(gòu)中的柱子破壞嚴(yán)重，幾乎沒有看到通?？拐鹪O(shè)計所預(yù)期的“強柱弱梁”屈服機制，很多情況下整個樓蓋系統(tǒng)幾乎沒有損壞。特別是采用現(xiàn)澆樓板的鋼筋混凝土框架，很難實現(xiàn)原抗震設(shè)計所期望的“強柱弱梁”延性屈服機制，絕大多數(shù)的裂縫損傷或塑性鉸發(fā)生在框架柱的端部而非梁端。其主要原因之一是在早期的建筑抗震設(shè)計規(guī)范(如我國的GB50011-2001、美國的ACI318-83 )中，計算框架梁端部的負(fù)彎矩承載力時并沒有考慮現(xiàn)澆樓板中鋼筋的貢獻(xiàn)，然而相關(guān)研究表明，由于樓板鋼筋參與工作，支座負(fù)彎矩比無樓板時提高30%。因此，梁柱節(jié)點的實際彎矩比系數(shù)相對設(shè)計值偏低，嚴(yán)重時甚至出現(xiàn)小于I的不利情況。在2010年改版的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB5011-2010)中，強調(diào)確定彎矩比系數(shù)(框架柱端彎矩增大系數(shù))時應(yīng)考慮現(xiàn)澆樓板中鋼筋的貢獻(xiàn)，但規(guī)范正文和條文說明里都沒有給出明確的考慮依據(jù)和執(zhí)行方法?，F(xiàn)行的美國(ACI-318)、新西蘭(NZS-3101 2006)、歐洲規(guī)范(Eurocode-8 2005)都明確給出考慮樓板中鋼筋的貢獻(xiàn)，但是都沒有精確得從本質(zhì)上解決問題。另外，RC框架在遭受水平地震作用時，地震方向可能是平行于結(jié)構(gòu)的橫向、縱向，或者任何斜向。當(dāng)一個正交框架梁在沿著斜向45度方向承受地震荷載時，節(jié)點區(qū)梁端抗彎承載力之和會放大41%，而柱端力基本不變。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是 創(chuàng)立一種空間桁架型梁柱連接結(jié)構(gòu)，該連接用空間桁架代替?zhèn)鹘y(tǒng)的梁柱正交連接，不僅避免了樓板鋼筋對梁端的加強，還將水平地震作用通過連梁傳遞給其他框架梁，將豎向地震作用通過斜撐傳遞給連梁和框架梁，達(dá)到分散能量和保護(hù)框架柱的目的，并且在應(yīng)力集中區(qū)形成塑性鉸耗能，真正實現(xiàn)“強柱弱梁”的延性耗能機制。技術(shù)方案本發(fā)明的空間桁架型梁柱連接結(jié)構(gòu)包括水平連梁、框架梁、斜撐、框架柱、樓板；其中，每一根框架柱周圍都有四根水平連梁和四根斜撐，形成一個倒四角錐，其中，四根水平連梁組成一個四方形的框架，四根斜撐的上部分別連接在四方形的框架的4個直角上，四根斜撐的下部分別連接在框架柱上；框架梁不直接與框架柱連接，而是與該倒四角錐頂面的四個頂點即水平連梁和斜撐的節(jié)點連接。樓板不直接與框架柱連接，而是和框架梁澆筑在一起，且樓板和連水平連梁緊靠但并不澆筑成整體。水平連梁采用鋼筋混凝土構(gòu)件，或采用型鋼鋼骨混凝土或防屈曲耗能支撐。通過合理的截面設(shè)計，將連梁設(shè)計為細(xì)長的彎曲耗能構(gòu)件，較容易進(jìn)入塑性階段耗能；在斜撐和框架柱連接的截面進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訌姡粚蚣芰?、連梁和斜撐連接的部位進(jìn)行合理的配筋設(shè)計，加強彈塑性耗能能力。當(dāng)連梁采用普通鋼筋混凝土構(gòu)件時，框架梁底部的大部分縱筋應(yīng)當(dāng)直接經(jīng)過斜撐，與框架柱的縱向鋼筋相連接，通長配筋，不要截斷；框架梁頂部的大部分縱筋應(yīng)當(dāng)彎曲后進(jìn)入連梁，再與相鄰框架梁連接，通長配筋，不要截斷；為了增強框架梁、連梁和斜撐連接部位塑性鉸的耗能能力和整體性，將框架梁底部的部分縱筋向上彎曲后形成連梁頂部的縱筋，再在相鄰節(jié)點下彎，成為相鄰框架梁的底部縱筋，同樣框架梁頂部的部分縱筋向下彎曲后形成斜撐的縱筋再與框架柱縱筋有效連接；此外，框架梁、連梁和斜撐相交部位的箍筋要適當(dāng)加密。當(dāng)整體結(jié)構(gòu)受到地震作用時，水平地震作用從某一框架梁傳入該空間桁架梁柱連接節(jié)點后，分別傳遞給相鄰兩根連梁和一根斜撐?？蚣芰汉瓦B梁的連接處因應(yīng)力集中出現(xiàn)塑性鉸耗能，在較大的地震荷載下，連梁進(jìn)一步發(fā)生塑性變形和破壞，耗散能量。在整個過程中，框架柱只受到了斜撐傳遞的小部分地震作用，對其可能有不利影響的是這小部分地震作用在水平方向的分力。然而柱子跟四根斜撐相連接，一個方向傳來的地震作用時，反面的斜撐由于能提供一定剛度，可以起到保護(hù)框架柱的作用。另外，對斜撐和框架柱連接的截面進(jìn)行加強，就可以進(jìn)一步減小框架柱受到的破壞。因此，該空間桁架型梁柱連接方法能夠?qū)蚣苤纬闪己玫谋Ｗo(hù)。水平地震作用從垂直該框架梁的方向傳入時，則又與垂直于該框架梁的另一根相鄰框架梁平行，因此又可以轉(zhuǎn)化為上述同樣的情況。水平地震作用沿其他角度傳入時，則介于上述兩種方向之間，可以分解為平行兩根相鄰框架梁的兩個方
向進(jìn)行分析，仍然在框架梁、連梁和斜撐連接處形成塑性鉸耗能。豎向地震作用從框架柱傳入該空間桁架梁柱連接節(jié)點后，通過斜撐傳遞給連梁和框架梁，仍然在框架梁、連梁和斜撐連接處形成塑性鉸耗能。當(dāng)框架柱和三根或其他數(shù)量的框架梁連接時，只需要將倒四棱錐改成倒三棱錐或其他相應(yīng)的空間桁架即可，其傳力路徑和在地震作用下的耗能機制相同。 有益效果水平地震作用從某一框架梁傳入該空間桁架梁柱連接節(jié)點后，分別傳遞給兩根連梁和一根斜撐。由于框架梁和連梁的連接處是變截面，容易應(yīng)力集中，因此會出現(xiàn)塑性鉸耗能。與這個框架梁端連接的兩根連梁相比斜撐傳力更加直接，受到的地震作用也較大。將連梁設(shè)計為尺寸細(xì)長的受彎構(gòu)件，在較大的地震荷載下，繼梁端形成塑性鉸后，連梁也發(fā)生塑性變形和破壞，進(jìn)一步耗散能量。與此同時，框架柱只受到了斜撐傳遞的小部分地震作用，并且受到斜撐一定的支撐作用。因此框架柱受到了良好的保護(hù)，使得鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在地震作用下不會出現(xiàn)樓層屈服機制，就不會出現(xiàn)整體倒塌，從而保護(hù)了人身財產(chǎn)安全。隨著工程界對結(jié)構(gòu)抗震性能的日益重視，該新型梁柱連接節(jié)點將得到進(jìn)一步的推廣應(yīng)用，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟社會效益。


圖I空間桁架型梁柱連接方法三維示意 圖2空間桁架型梁柱連接方法正視 圖3空間桁架型梁柱連接方法俯視 圖4空間桁架型梁柱連接方法中連梁、框架梁和斜撐連接節(jié)點放大圖。圖中包括水平連梁I、框架梁2、斜撐3、框架柱4、樓板5。
具體實施例方式本發(fā)明采取的方案是該梁柱連接方法包括框架梁、連梁、斜撐、框架柱和樓板?？蚣芰涸诹憾撕蛢筛竭B梁以及一根斜撐連接，斜撐下端與框架柱連接，兩根水平連梁分別與另外兩根框架梁連接。這樣每一根柱子周圍都有四根連梁和四根斜撐，形成一個倒四角錐，四根框架梁不直接與框架柱連接，而是與倒四角錐底面的四個頂點，即框架梁、連梁和斜撐的交點連接。樓板也不直接與框架柱連接，而是和兩根框架梁連接，樓板和連梁緊靠但并不澆筑形成有效連接。連梁可以采用傳統(tǒng)的鋼筋混凝土構(gòu)件，也可以采用型鋼鋼骨混凝土或防屈曲耗能支撐，進(jìn)一步提升連梁的耗能能力。型鋼和防屈曲耗能支撐都要和框架梁、框架柱中的鋼筋形成有效連接。具體鏈接如下
框架梁2在端部和兩根水平連梁I以及一根斜撐3連接，斜撐3下端與框架柱4連接，兩根水平連梁I分別與另外兩根框架梁2連接。因此，每一根框架柱4的周圍都會有四根水平連梁I和四根斜撐3，形成一個倒四角錐。四根框架梁2不直接與框架柱4連接，而是與倒四角錐底面的四個頂點，即框架梁2、水平連梁I和斜撐3的節(jié)點連接。樓板5不直接與框架柱4連接，而是和兩根框架梁2澆筑在一起，和水平連梁I緊靠但并不澆筑在一起形成有效連接。水平連梁I可以采用傳統(tǒng)的鋼筋混凝土構(gòu)件，也可以采用型鋼鋼骨混凝土或防屈曲耗能支撐，進(jìn)一步提升連梁的耗能能力。型鋼和防屈曲耗能支撐都要和框架梁、框架柱中的鋼筋形成有效連接。該空間桁架型梁柱連接裝置通過空間 桁架的采用，避免了樓板鋼筋對梁端的加強，將水平地震作用通過連梁傳遞給其他框架梁，將豎向地震作用通過斜撐傳遞給連梁和框架梁，達(dá)到分散能量和保護(hù)框架柱的目的，并且在應(yīng)力集中區(qū)形成塑性鉸耗能，真正實現(xiàn)“強柱弱梁”的延性耗能機制。水平地震作用從某一框架梁傳入該空間桁架梁柱連接節(jié)點后，分別傳遞給相鄰兩根連梁和一根斜撐。由于框架梁和連梁的連接處是變截面，容易應(yīng)力集中，因此會出現(xiàn)塑性鉸耗能，之后連梁發(fā)生塑性變形和破壞，進(jìn)一步耗散能量。豎向地震作用從框架柱傳入該空間桁架梁柱連接節(jié)點后，通過斜撐傳遞給連梁和框架梁，仍然在框架梁、連梁和斜撐連接處形成塑性鉸耗能。
權(quán)利要求
1.一種空間桁架型梁柱連接結(jié)構(gòu)，其特征在于該空間桁架型梁柱連接結(jié)構(gòu)包括水平連梁(I)、框架梁(2)、斜撐(3)、框架柱(4)、樓板(5);其中，每ー根框架柱(4)周圍都有四根水平連梁(I)和四根斜撐(3)，形成ー個倒四角錐，其中，四根水平連梁(I)組成ー個四方形的框架，四根斜撐(3)的上部分別連接在四方形的框架的4個直角上，四根斜撐(3)的下部分別連接在框架柱(4)上；框架梁(2)不直接與框架柱(4)連接，而是與該倒四角錐頂面的四個頂點即水平連梁(I)和斜撐⑶的節(jié)點連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空間桁架型梁柱連接結(jié)構(gòu)，其特征在于樓板(5)不直接與框架柱(4)連接，而是和框架梁(2)澆筑在一起，且樓板(5)和連水平連梁(I)緊靠但并不澆筑成整體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空間桁架型梁柱連接結(jié)構(gòu)，其特征在于水平連梁(I)采用鋼筋混凝土構(gòu)件，或采用型鋼鋼骨混凝土或防屈曲耗能支撐。
全文摘要
本發(fā)明是一種空間桁架型梁柱連接結(jié)構(gòu)，該空間桁架型梁柱連接結(jié)構(gòu)包括水平連梁(1)、框架梁(2)、斜撐(3)、框架柱(4)、樓板(5)；其中，每一根框架柱(4)周圍都有四根水平連梁(1)和四根斜撐(3)，形成一個倒四角錐，其中，四根水平連梁(1)組成一個四方形的框架，四根斜撐(3)的上部分別連接在四方形的框架的4個直角上，四根斜撐(3)的下部分別連接在框架柱(4)上；框架梁(2)不直接與框架柱(4)。本發(fā)明在應(yīng)力集中區(qū)能夠形成塑性鉸耗能，顯著提升了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震性能。
文檔編號E04B1/98GK102817414SQ20121027535
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者王浩, 邢晨曦, 程懷宇 申請人:東南大學(xué)