CN101956434A - 交叉斜撑式钢筋混凝土耗能装置 - Google Patents

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姚谦峰
刘海涛
郭猛
赵媛媛
李鹏飞
何玉阳
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Abstract

交叉斜撑式钢筋混凝土耗能装置，属于建筑结构抗震减震领域。该耗能装置克服了钢筋混凝土框架结构侧向刚度小，地震作用下容易产生较大侧移以及现有耗能装置造价高、施工难度大的缺陷。该耗能装置包括在ABCD矩形区域内的第一和第二主斜撑、次斜撑；第一主斜撑设置在ABCD矩形的AC对角线上，第二主斜撑设置在ABCD矩形的BD对角线上；或第一主斜撑设置在偏离第一顶点和第三顶点的距离为框架梁高的1～1.5倍处，并与ABCD矩形上下边相交；第二主斜撑设置在偏离第二顶点和第四顶点的距离为框架梁高的1～1.5倍处，并与ABCD矩形上下边相交；次斜撑设置在ABCD矩形四条边的等分点的连接线上；第一和第二主斜撑和次斜撑形成空网格；充当填充墙时，在空网格中填充吸能材料。

Description

交叉斜撑式钢筋混凝土耗能装置
技术领域
本发明涉及一种作为建筑结构第一道抗震防线的钢筋混凝土耗能装置，属于建筑结构抗震减震技术领域。
背景技术
地震会给人类带来惨重的人员伤亡和巨大的经济损失，地震灾害多为房屋倒塌引起，因此提高房屋结构的抗震性能，对新建工程抗震设防，对已有工程抗震加固，可以大大减轻地震灾害。结构的抗震能力依赖于组成结构的各部分的耗能能力，在抗震体系中，消耗地震输入能量的各部分称为抗震防线。一个良好的抗震结构体系应尽量设置多道防线，当某部分结构出现破坏，降低或丧失抗震能力，其余部分能继续抵抗地震作用。
钢筋混凝土框架结构属于柔性结构体系，在地震作用下容易发生较大的侧向位移，导致构件发生破坏甚至结构倒塌；为了提高结构的侧向刚度，减少结构的侧向位移，在框架结构中布置部分剪力墙，构成框架——剪力墙结构，但是，剪力墙的布置使得结构的质量和刚度增加，导致结构所受的地震作用也相应增大。
耗能减震控制是结构抗震设计的发展方向，目前研究开发的耗能装置和阻尼器种类较多，归纳起来主要有：(1)金属阻尼器；(2)摩擦阻尼器；(3)粘滞阻尼器；(4)粘弹性阻尼器；(5)复合型阻尼器。这些装置造价高、施工难度大，主要在重大建筑中使用，而一般建筑中并不常见。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服钢筋混凝土框架结构侧向刚度小，地震作用下容易产生较大侧移以及现有耗能装置造价高、施工难度大的缺陷。
本发明的技术方案：
交叉斜撑式钢筋混凝土耗能装置包括在ABCD矩形区域内的第一和第二主斜撑、次斜撑。
第一主斜撑设置在ABCD矩形的AC对角线上，第二主斜撑设置在ABCD矩形的BD对角线上。
或第一主斜撑设置在偏离第一顶点和第三顶点的距离为框架梁高的1～1.5倍处，并与ABCD矩形上下边相交；第二主斜撑设置在偏离第二顶点和第四顶点的距离为框架梁高的1～1.5倍处，并与ABCD矩形上下边相交。
次斜撑设置在ABCD矩形四条边的等分点的连接线上。
第一和第二主斜撑和次斜撑形成空网格。
在充当填充墙时，在空网格中填充吸能材料。
本发明和已有技术相比所具有的有益效果：
1)交叉斜撑式钢筋混凝土耗能装置与布置钢筋混凝土剪力墙相比，质量轻，刚度适度，在不过多增加结构所受到的地震作用的情况下减小了结构的侧向位移。
2)耗能装置由多个交叉斜撑组成，其耗能能力比框架、剪力墙有较大的提高，并且与现有的耗能装置相比，造价低廉，施工难度小。
3)交叉斜撑式钢筋混凝土耗能装置布置在框架结构中时，在地震作用下充当第一道防线，耗散掉全部或大部分地震输入的能量，使原有的单道抗震防线结构变成了多道抗震防线结构。
4)交叉斜撑式钢筋混凝土耗能装置使用灵活，既可仅作为耗能装置使用，又可填充材料作为隔墙使用。
附图说明
图1为主斜撑通过顶点的交叉斜撑式钢筋混凝土耗能装置主视图。
图2为主斜撑通过顶点的交叉斜撑式钢筋混凝土耗能装置左视图。
图3为主斜撑通过顶点的交叉斜撑式钢筋混凝土耗能装置使用示意图。
图4为主斜撑不通过顶点的交叉斜撑式钢筋混凝土耗能装置主视图。
图5为主斜撑不通过顶点的交叉斜撑式钢筋混凝土耗能装置左视图。
图6为主斜撑不通过顶点的交叉斜撑式钢筋混凝土耗能装置使用示意图。
图7为框架高宽比为1∶1时耗能性能分析示意图。
图8为框架高宽比为2∶3时耗能性能分析示意图。
图9为框架高宽比为3∶2时耗能性能分析示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种交叉斜撑式钢筋混凝土耗能装置，下面通过附图说明和具体实施方式对本发明做进一步说明。
交叉斜撑式钢筋混凝土耗能装置，见图1～图6，该耗能装置包括在ABCD矩形区域内的第一和第二主斜撑、次斜撑。
第一主斜撑1设置在ABCD矩形的AC对角线上，第二主斜撑2设置在ABCD矩形的BD对角线上；
或第一主斜撑1设置在偏离第一顶点A和第三顶点C的距离为框架梁高的1～1.5倍处，并与ABCD矩形上下边相交；第二主斜撑2设置在偏离第二顶点B和第四顶点D的距离为框架梁高的1～1.5倍处，并与ABCD矩形上下边相交；
次斜撑3设置在ABCD矩形四条边的等分点的连接线上。
第一和第二主斜撑和次斜撑形成空网格，仅作为耗能构件使用。
在充当填充墙时，在空网格中填充吸能材料，吸能材料采用下述任一种材料：再生EPS轻骨料混凝土、加气混凝土、植物纤维水泥基材料、陶粒混凝土等。
为进一步说明交叉斜撑式钢筋混凝土耗能装置的耗能性能，选择三个耗能装置，分别用于高宽比为1∶1、2∶3、3∶2的框架中，进行了水平往复作用下的数值模拟，结果显示添加耗能装置后，耗能能力分别为原框架的1.876倍、2.069倍、1.711倍，刚度有非常明显的提高，见图7～图9。

Claims (3)

1.交叉斜撑式钢筋混凝土耗能装置，其特征在于，该耗能装置包括在ABCD矩形区域内的第一和第二主斜撑、次斜撑；
第一主斜撑(1)设置在ABCD矩形的AC对角线上，第二主斜撑(2)设置在ABCD矩形的BD对角线上；
或第一主斜撑(1)设置在偏离第一顶点(A)和第三顶点(C)的距离为框架梁高的1～1.5倍处，并与ABCD矩形上下边相交；第二主斜撑(2)设置在偏离第二顶点(B)和第四顶点(D)的距离为框架梁高的1～1.5倍处，并与ABCD矩形上下边相交；
次斜撑设置在ABCD矩形四条边的等分点的连接线上；
第一和第二主斜撑和次斜撑形成空网格。
2.按照权利要求1所述的交叉斜撑式钢筋混凝土耗能装置，其特征在于，在空网格中填充吸能材料。
3.按照权利要求2所述的交叉斜撑式钢筋混凝土耗能装置，其特征在于，吸能材料包括：再生EPS轻骨料混凝土、加气混凝土、植物纤维水泥基材料或陶粒混凝土。
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