CN106677338A - 带耗能梁的钢框架与交叉型中心支撑的抗震建筑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带耗能梁的钢框架与交叉型中心支撑的抗震建筑结构，其包括矩形钢管混凝土柱，钢梁、耗能梁和支撑杆；所用钢材的强度等级依次为：矩形钢管混凝土柱、钢梁、耗能梁、支撑杆，在受到侧向作用力的情况下，按以下顺序依次屈服：支撑杆、耗能梁、钢梁、矩形钢管混凝土柱。本发明可以采用工业化生产线生产，现场进行装配式施工，符合绿色建造、标准建造的要求，有助于提高建筑技术水平和工程质量，推进钢结构建筑的发展，且满足高烈度区的整体抗震性能和抗侧移能力要求，具有足够的承载力、刚度和抗震性能等优点。

Description

带耗能梁的钢框架与交叉型中心支撑的抗震建筑结构
技术领域
本发明属于建筑工程技术领域，涉及一种带耗能梁的钢框架与交叉型中心支撑的抗震建筑结构，可广泛应用于住宅、公寓等有抗震需求的居住建筑中。
背景技术
钢结构具有资源可循环利用、环境污染少等综合优势，凸显出绿色环保的特点，符合“十三五”规划提出的减少资源消耗、保护生态环境的基本思路。目前，钢结构的发展面临良好的机遇，钢材是绿色建材，钢结构具有绿色生态建筑的特点，它的发展必然会引起政府和社会各方的重视和支持。钢结构作为符合产业发展方向的绿色环保建筑体系，必将越来越展现出其发展的良好前景。
传统居住建筑主要采用混凝土结构，施工过程中需要大量人工，且在现场施工过程中消耗大量木材，产生大量废水和扬尘。近年来，我国建筑产业持续快速发展，但钢结构住宅相对发展较为缓慢，现有钢结构体系还不完善，结构体系单一，与住宅公寓特点不匹配，在较高烈度区结构体系不能体现钢结构所具有的良好的抗震性能，同时刚度偏弱，不利于在多高层建筑中推广利用。如何利用提升钢结构在较高烈度区的整体抗震性能和抗侧移能力，具有足够的承载力、刚度和抗震性能，能够很好地适用于低、中、高烈度区的住宅、公寓等居住建筑的要求，这是本发明目前期望解决的技术问题。
发明内容
为了克服上述问题，本发明为低、中、高烈度区的住宅、公寓等居住建筑提供一种性能优越，经济效益良好、社会效益突出的用于抗震建筑的带耗能梁的钢框架与交叉型中心支撑的抗震建筑结构。
本发明的技术方案是提供一种带耗能梁的钢框架与交叉型中心支撑的抗震建筑结构，其包括若干个垂直地面设置的矩形钢管混凝土柱，其特征在于：所述矩形钢管混凝土柱上水平设置有若干个连接相邻所述矩形钢管混凝土柱的钢梁或耗能梁，若干个支撑杆斜向连接在所述矩形钢管混凝土柱和非耗能钢梁之间的节点上，所述矩形钢管混凝土柱、钢梁、耗能梁和支撑杆共同构成所述抗震建筑结构；所述矩形钢管混凝土柱所用钢材的强度等级大于等于所述钢梁所用钢材的强度等级，所述钢梁所用钢材的强度等级大于等于所述耗能梁所用钢材的强度等级，所述耗能梁所用钢材的强度等级大于等于所述支撑杆所用钢材的强度等级，借助上述材料选择，使得所述抗震建筑结构在受到侧向作用力的情况下，按以下顺序依次屈服：支撑杆、耗能梁、钢梁、矩形钢管混凝土柱。
优选的，所述耗能梁的长度为1～2m。
优选的，该抗震建筑的钢框架结构外侧的所述矩形钢管混凝土柱与所述钢梁之间刚接，该抗震建筑的钢框架结构内侧的所述矩形钢管混凝土柱与所述钢梁之间通过铰链连接。
优选的，位于该抗震建筑的钢框架结构内侧的所述钢梁的板件宽厚比为C类截面。
优选的，所述耗能梁与所述矩形钢管混凝土柱之间刚接。
优选的，所述支撑杆为跃层交叉型支撑杆，所述支撑杆的两端铰接在所述矩形钢管混凝土柱和钢梁之间的节点上。
优选的，所述矩形钢管混凝土柱包括一矩形钢管，所述矩形钢管的中心孔内通过混凝土填充。
优选的，填充所述矩形钢管的中心孔的混凝土为普通混凝土、高强混凝土、轻骨料混凝土或者自密实混凝土。
优选的，与所述支撑杆同一跨的所述钢梁截面的尺寸大于与所述支撑杆非同一跨的所述钢梁截面的尺寸。
优选的，与所述支撑杆同一跨的所述钢梁与所述矩形钢管混凝土柱刚接。
本发明的带耗能梁的钢框架与交叉型中心支撑的抗震建筑结构可以采用工业化生产线生产，现场进行装配式施工，符合绿色建造、标准建造的要求，有助于提高建筑技术水平和工程质量，推进钢结构建筑的发展，且满足高烈度区的整体抗震性能和抗侧移能力要求，具有足够的承载力、刚度和抗震性能等优点。
附图说明
图1是本发明典型的一种带耗能梁的钢框架与交叉型中心支撑的抗震建筑结构的平面布置图；
图2是本发明典型的一种带耗能梁的钢框架与交叉型中心支撑的抗震建筑结构的立体结构示意图；
图3是本发明典型的一种带耗能梁的钢框架与交叉型中心支撑的抗震建筑结构的竖向布置结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
如图1至图3所示，本发明的带耗能梁的钢框架与交叉型中心支撑的抗震建筑结构包括矩形钢管混凝土柱10、钢梁（包括铰接钢梁121、刚接钢梁122）、耗能梁14、支撑杆16等构件，构成支撑和钢框架的双重抗侧力结构。对于整个结构，支撑杆16为第1道防线，率先屈服；耗能梁14为第2道防线，在支撑杆16屈服后再屈服；钢梁为第3道防线；矩形钢管混凝土柱10为最后一道防线，即第4道防线。本发明的钢框架结构目的在于提升抗震建筑的整体抗震性能和抗侧移能力。
为进一步地提升经济效益：对于抗震建筑结构内部的钢梁，基本都是采用与矩形钢管混凝土柱10铰接的铰接钢梁121（少数与支撑杆16同一跨的刚接钢梁除外）。铰接钢梁121采用铰接的好处是便于安装，且不会过多地削弱体系的抗侧移能力，可按非抗震构件设计，无界面延性需求，板件宽厚比可为C类截面，降低造价。抗震建筑结构的***框架中，采用与矩形钢管混凝土柱10之间刚接的刚接钢梁122，并采用诸如Q345较高强度等级钢材，以提升钢框架结构的承载力、刚度和抗震性能。
支撑杆16为跃层交叉型支撑杆16，按照仅受拉进行设计，较经济。
矩形钢管混凝土柱10使用矩形钢管，以充分利用混凝土的抗压性能，降低造价，同时便于与钢梁连接。为充分利用高强度钢材，更好提升钢结构社会效益，除所述特殊构件外，钢梁、矩形钢管混凝土柱10一般采用诸如Q345较高强度等级钢材。
耗能梁14是钢框架结构中跨度较小的梁，通常跨度1.5米，与两端的柱为刚接，截面可与一般刚接钢梁122相同，但是材料采用诸如Q235强度等级低屈服点钢材，因为较低屈服点的钢材能适当提高连梁的延性，并同时使得耗能梁14能率先屈服，发挥耗能能力。
支撑杆16可按户型需要及结构体系要求进行布置，支撑杆16采用两端铰接与钢梁和矩形钢管混凝土柱10的节点。支撑杆16按拉杆设计，抗震等级按结构抗震等级基础上提升一级确定，材料采用诸如Q235强度等级低屈服点钢材，以提升支撑杆16的延性。
与支撑杆16位于同一跨的刚接钢梁122与两端的矩形钢管混凝土柱10采用刚接，并且截面尺寸比其他刚接钢梁122适当加大，同时采用超强设计，以使支撑杆16塑性强化后刚接钢梁122可屈服，其材料采用诸如Q345较高强度等级钢材，以使支撑杆16处的刚接钢梁122具有一定的强度储备。
矩形钢管混凝土柱10为矩形钢管混凝土柱，其填充用混凝土采用普通混凝土、高强混凝土、轻骨料混凝土或者自密实混凝土，推荐采用C50左右高强度混凝土。
本发明的带耗能梁的钢框架与交叉型中心支撑的抗震建筑结构具有以下优点：
1、无需支模，不使用钢筋，无钢筋绑扎作业，混凝土直接灌注在矩形钢管中，施工速度快；
2、柱充分利用钢材的强度，混凝土的刚度，两种材料优势互补，共同构成一种高效的抗侧力构件；
3、易于标准化，模块化，工厂化生产，减少了现场施工环节，降低了现场噪音、粉尘、废料污染，标准化，模块化，工厂化的施工过程易于保证构件质量，提高工程品质；
4、体系为双重抗侧力体系，具备多道防线，具有良好的抗震性能和抗侧移性能，能够很好地适用于低、中、高烈度区的住宅、公寓等居住建筑中。
5、体系充分考虑了结构构件重要性的不同，抗震等级的不同。依据构件的重要性和抗震等级等的不同，对构件采用不同的强度等级材料和截面，充分考虑了构件的特点，在保证结构合理安全可靠的同时最大程度降低造价。
6、体系对于梁进行了力学上明确的区分，采用了不同的连接方式，在确保结构合理可靠的同时，最大化地便利了施工，节省了材料，降低了造价。
以上实施例仅为本发明其中的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种带耗能梁的钢框架与交叉型中心支撑的抗震建筑结构，其包括若干个垂直地面设置的矩形钢管混凝土柱，其特征在于：所述矩形钢管混凝土柱上水平设置有若干个连接相邻所述矩形钢管混凝土柱的钢梁或耗能梁，若干个支撑杆斜向连接在所述矩形钢管混凝土柱和非耗能钢梁之间的节点上，所述矩形钢管混凝土柱、钢梁、耗能梁和支撑杆共同构成所述抗震建筑结构；所述矩形钢管混凝土柱所用钢材的强度等级大于等于所述钢梁所用钢材的强度等级，所述钢梁所用钢材的强度等级大于等于所述耗能梁所用钢材的强度等级，所述耗能梁所用钢材的强度等级大于等于所述支撑杆所用钢材的强度等级，借助上述材料选择，使得所述抗震建筑结构在受到侧向作用力的情况下，按以下顺序依次屈服：支撑杆、耗能梁、钢梁、矩形钢管混凝土柱。
2.根据权利要求1所述的带耗能梁的钢框架与交叉型中心支撑的抗震建筑结构，其特征在于：所述耗能梁的长度为1～2m。
3.根据权利要求1所述的带耗能梁的钢框架与交叉型中心支撑的抗震建筑结构，其特征在于：该抗震建筑的钢框架结构外侧的所述矩形钢管混凝土柱与所述钢梁之间刚接，该抗震建筑的钢框架结构内侧的所述矩形钢管混凝土柱与所述钢梁之间铰接。
4.根据权利要求3所述的带耗能梁的钢框架与交叉型中心支撑的抗震建筑结构，其特征在于：位于该抗震建筑的钢框架结构内侧的所述钢梁的板件宽厚比为C类截面。
5.根据权利要求1所述的带耗能梁的钢框架与交叉型中心支撑的抗震建筑结构，其特征在于：所述耗能梁与所述矩形钢管混凝土柱之间刚接。
6.根据权利要求1所述的带耗能梁的钢框架与交叉型中心支撑的抗震建筑结构，其特征在于：所述支撑杆为跃层交叉型支撑杆，所述支撑杆的两端铰接在所述矩形钢管混凝土柱和钢梁之间的节点上。
7.根据权利要求1所述的带耗能梁的钢框架与交叉型中心支撑的抗震建筑结构，其特征在于：所述矩形钢管混凝土柱包括一矩形钢管，所述矩形钢管的中心孔内通过混凝土填充。
8.根据权利要求7所述的带耗能梁的钢框架与交叉型中心支撑的抗震建筑结构，其特征在于：填充所述矩形钢管的中心孔的混凝土为普通混凝土、高强混凝土、轻骨料混凝土或者自密实混凝土。
9.根据权利要求1所述的带耗能梁的钢框架与交叉型中心支撑的抗震建筑结构，其特征在于：与所述支撑杆同一跨的所述钢梁截面的尺寸大于与所述支撑杆非同一跨的所述钢梁截面的尺寸。
10.根据权利要求1所述的带耗能梁的钢框架与交叉型中心支撑的抗震建筑结构，其特征在于：与所述支撑杆同一跨的所述钢梁与所述矩形钢管混凝土柱刚接。
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