CN110206372A - 竖向抗侧力构件和应用以及带该构件的建筑物 - Google Patents

Abstract

本发明为一种竖向抗侧力构件和应用以及带该构件的建筑物。它包括上连接构件，其上端与楼层顶框架梁相连；下连接构件，其下端与楼层底框架梁相连；水平杆，呈水平放置，水平杆的一端与上连接构件的下端铰接，水平杆的另一端与下连接构件的上端铰接。一种建筑物，该建筑物内的承重结构具有上述竖向抗侧力构件。竖向抗侧力构件用于新建建筑物的应用。竖向抗侧力构件用于改造建筑物的应用。本发明的优点在于竖向抗侧力构件可以显著增强房屋建筑的侧向刚度，同时使得水平荷载下的内力在整体结构中分布相对均匀，显著改善结构在高烈度地震下的延性，并可方便施工、降低造价。

Description

竖向抗侧力构件和应用以及带该构件的建筑物

技术领域

本发明涉及一种建筑构件技术领域，特别是涉及一种竖向抗侧力构件和应用以及带该构件的建筑物。

背景技术

对高层建筑而言，水平荷载往往是结构体系与构件设计的控制因素。而处于抗震设防高烈度地区的建筑，地震荷载将起到决定性作用。合理的抗侧力体系的选取，不仅能确保结构满足正常使用和承载力极限状态的刚度、强度以及延性要求，还能较好地发挥材料的性能，加快施工进程，取得良好的经济指标。

目前较为常用的抗侧力结构形式主要有：框架、中心支撑框架、偏心支撑框架、防屈曲支撑框架、钢筋混凝土剪力墙、钢板剪力墙以及以上各种形式的组合等。

框架结构的空间适应性好，但是刚度偏小；常规剪力墙和支撑刚度大，但是使用不便，在布置上受到较大的限制。

在中高烈度的地震作用下，以现有的技术水平和经济性要求，房屋结构的主体损伤是难以避免的。常规剪力墙或支撑由于刚度大，使得其与空间适应性较好的框架体系进行组合时，大部分的楼层水平力由常规剪力墙或支撑承担。因此，地震作用下的损坏往往先集中于常规剪力墙或支撑处。由于中高烈度的单次地震会持续一段时间，常规的框架剪力墙或框架支撑容易出现拉链式的渐次破坏，最终倒塌。

发明内容

本发明的目的在于提供一种竖向抗侧力构件和应用以及带该构件的建筑物。竖向抗侧力构件可以显著增强房屋建筑的侧向刚度，同时使得水平荷载下的内力在整体结构中分布相对均匀，显著改善结构在高烈度地震下的延性，并可方便施工、降低造价。

本发明通过如下技术方案实现：一种竖向抗侧力构件，它包括

上连接构件，其上端与楼层顶框架梁相连；

下连接构件，其下端与楼层底框架梁相连；

水平杆，呈水平放置，水平杆的一端与上连接构件的下端铰接，水平杆的另一端与下连接构件的上端铰接。

一种建筑物，该建筑物内的承重结构具有上述竖向抗侧力构件。

竖向抗侧力构件用于新建建筑物的应用。

竖向抗侧力构件用于改造建筑物的应用。

较之前技术而言，本发明的有益效果为：

1.该竖向抗侧力构件在材料用量一致的情况下，具有比常规支撑***更高的效率，建筑物的侧向变形更小，经济性好；

2.该竖向抗侧力构件不会在相邻层的水平杆间传递由水平荷载引起的竖向力，使得各层的地震力不会在该竖向抗侧力构件中累加，使得该竖向抗侧力构件的构件内力可以控制在较小的范围内。这就使得该竖向抗侧力构件的小型化成为可能；

3.该竖向抗侧力构件不会在框架梁间传递竖向荷载引起的变形，特别适于对既有建筑进行加固改造；

4.该竖向抗侧力构件加入到承重框架体系后，在水平力作用下的结构内力分布均匀，使得结构在中高烈度地震作用下的延性性能显著改善。

5.该竖向抗侧力构件的水平杆件如果采用阻尼器替代金属杆件，可以有效地进行刚度调节，增大结构体系的阻尼，可以进一步改善结构在中高烈度地震作用下的延性性能。

附图说明

图1为本发明实施例1所述构件加装于建筑体的单层结构示意图；

图2为建筑体自重作用下的弯矩图，其中从左到右分别为未设置支撑构件的建筑体、设置本发明竖向抗侧力构件的建筑体、设置传统支撑构件的建筑体；

图3为图2在地震作用下的轴力图；

图4为图2在地震作用下的弯矩图；

图5为图2在地震作用下的变形图；

图6为竖向抗侧力构件的布置形式；其中从左到右分别为未设置支撑构件的建筑体、竖向抗侧力构件在楼层间非连续布置的建筑体、竖向抗侧力构件在楼层间错动布置的建筑体以及竖向抗侧力构件在楼层间呈竖向直线布置的建筑体；

图7为图6在地震作用下的变形图；

图8为图6在地震作用下的轴力图；

图9为图6地震作用下的弯矩图；

图10为本发明实施例2所述构件加装于建筑体的单层结构示意图；

图11为本发明实施例1所述构件加装于建筑体的单层结构示意图；

图12为本发明实施例1所述构件加装于建筑体的单层结构示意图.

标号说明：1-1上左杆、1-2上右杆、2-1下左杆、2-2下右杆、3水平杆、4柱、5-1楼层顶框架梁、5-2楼层底框架梁。

具体实施方式

下面结合附图说明对本发明做详细说明：

如图1所示：竖向抗侧力构件，它包括

上连接构件，其上端与楼层顶框架梁5-1相连；

下连接构件，其下端与楼层底框架梁5-2相连；

水平杆3，呈水平放置，水平杆的一端与上连接构件的下端铰接，水平杆3的另一端与下连接构件的上端铰接。

将竖向抗侧力构件置于由框架柱和框架梁组成的承重结构中，即可提高框架结构的抗侧刚度，抵抗水平荷载的作用。上述竖向抗侧力构件可在各楼层间根据刚度的需要连续布置或间隔布置。

上连接构件和下连接构件可以根据具体情况选择不同的结构或构件，以下根据上连接构件和下连接构件提供了不同的实施例：

实施例1

如图1-9所示：所述上连接构件包括上左杆1-1和上右杆1-2，上左杆1-1和上右杆1-2的上端与楼层顶框架梁5-1相连；上左杆1-1和上右杆1-2的下端相连并与水平杆3的一端铰接；

所述下连接构件包括下左杆2-1和下右杆2-2，下左杆2-1和下右杆2-2的下端与楼层底框架梁5-2相连，下左杆2-1和下右杆2-2的上端相连并与水平杆3的另一端铰接。

以上结构最终由五根杆件构成，抵抗水平荷载效果较好且投入成本较少，为最优方案。就效果而言，如图5所示：在地震作用下左侧的常规框架结构的顶层水平变形最大(算例结构为66mm)，右侧的常规框架支撑结构的顶层水平变形其次(算例结构为19mm)，中部新型抗侧力体系的顶层水平变形最小(算例结构为16mm)。在相同材料使用量的情况下，新型抗侧力体系的效率略优于常规框架支撑结构。同时，应注意到，在连续设置新型抗侧力竖向构件的情况下，主体结构在变形显著减小的情况下，仍然保持了类似框架的剪切型层间变形。因此，本发明提供的新型抗侧力体系在原理上与常规的框架支撑***存在明显的不同。

实施例2

如图10所示：所述上连接构件为V型杆件1-3，V型杆件1-3的两个上端部与楼层顶框架梁5-1相连；V型杆件1-3的下端与水平杆3的一端铰接；

所述下连接构件为倒V型杆件2-3，倒V型杆件2-3的两个下端部与楼层底框架梁5-2相连；倒V型杆件2-3的上端与水平杆3的另一端铰接。

实施例1、2中，上连接构件与楼层顶框架梁5-1的在框架平面内的连接方式可以是刚性连接，例如焊接、螺栓锁定；也可以是铰接连接，例如通过销轴铰接。下连接构件与楼层底框架梁5-2的连接方式同样可以是刚性连接或铰接连接。考虑到连接构件受力稳定性要求，在框架平面外采用刚性连接。

实施例3

如图11所示：所述上连接构件为上连接板1-4，上连接板1-4的上边沿与楼层顶框架梁5-1相连；上连接板1-4的下边沿与水平杆3的一端铰接；

所述上连接构件为下连接板2-4，下连接板2-4的下边沿与楼层底框架梁5-2相连；下连接板2-4的上边沿与水平杆3的另一端铰接。

上连接板的上边沿与楼层顶框架梁5-1的连接方式以及下连接板的下边沿与楼层底框架梁5-2在框架平面内的连接方式均可以是刚性连接或柔性连接，刚性连接可以为焊接或螺栓多点锁定，柔性连接可以为通过多个销轴、挂钩等铰接件多点连接。考虑到连接构件受力稳定性要求，在框架平面外采用刚性连接。

实施例4

如图12所示：所述上连接构件为倒锥体1-5，倒锥体1-5的顶面与楼层顶框架梁5-1相连；倒锥体1-5的下端与水平杆3的一端铰接；

所述上连接构件为锥体2-5，锥体2-5的底面与楼层底框架梁5-2相连；锥体2-5的上端与水平杆3的另一端铰接。

本发明还包括一种建筑物，该建筑物内的承重结构具有上述的竖向抗侧力构件。

竖向抗侧力构件在应用的时候，可以直接用于新建建筑物使用；也可以针对既有建筑物进行改造，在既有建筑物中增加竖向抗侧力构件。

在竖向抗侧力构件的布局上，可以有几种布局方式(如图6-9所示)，最终形成的建筑体分别包括竖向抗侧力构件在楼层间非连续布置的建筑体、竖向抗侧力构件在楼层间错动布置的建筑体以及竖向抗侧力构件在楼层间呈竖向连续布置的建筑体。一般来说，新建的建筑物，可以采用以上三种竖向抗侧力构件的布置方式，如果是改建既有建筑物，一般考虑竖向抗侧力构件在楼层间非连续布置或竖向抗侧力构件在楼层间呈竖向连续布置。

算例表明：在地震作用下左侧的常规框架结构的顶层水平变形最大(算例结构为55mm)；新型竖向抗侧力构件楼层间非连续布置时的顶层水平变形其次(算例结构为20mm)；新型竖向抗侧力构件在楼层间错动布置时顶层水平变形最小(算例结构为11mm)；作为对照，新型竖向抗侧力构件在楼层间连续布置时顶层水平变形略大于错动布置方案(算例结构为13mm)(参见图7)。

尽管本发明采用具体实施例及其替代方式对本发明进行示意和说明，但应当理解，只要不背离本发明的精神范围内的各种变化和修改均可实施。因此，应当理解除了受随附的权利要求及其等同条件的限制外，本发明不受任何意义上的限制。

Claims (8)

1.竖向抗侧力构件，其特征在于：它包括

上连接构件，其上端与楼层顶框架梁(5-1)相连；

下连接构件，其下端与楼层底框架梁(5-2)相连；

水平杆(3)，呈水平放置，水平杆的一端与上连接构件的下端铰接，水平杆(3)的另一端与下连接构件的上端铰接。

2.根据权利要求1所述的竖向抗侧力构件，其特征在于：

所述上连接构件包括上左杆(1-1)和上右杆(1-2)，上左杆(1-1)和上右杆(1-2)的上端与楼层顶框架梁(5-1)相连；上左杆(1-1)和上右杆(1-2)的下端相连并与水平杆(3)的一端铰接；

所述下连接构件包括下左杆(2-1)和下右杆(2-2)，下左杆(2-1)和下右杆(2-2)的下端与楼层底框架梁(5-2)相连，下左杆(2-1)和下右杆(2-2)的上端相连并与水平杆(3)的另一端铰接。

3.根据权利要求1所述的竖向抗侧力构件，其特征在于：

所述上连接构件为V型杆件(1-3)，V型杆件(1-3)的两个上端部与楼层顶框架梁(5-1)相连；V型杆件(1-3)的下端与水平杆(3)的一端铰接；

所述下连接构件为倒V型杆件(2-3)，倒V型杆件(2-3)的两个下端部与楼层底框架梁(5-2)相连；倒V型杆件(2-3)的上端与水平杆(3)的另一端铰接。

4.根据权利要求1所述的竖向抗侧力构件，其特征在于：

所述上连接构件为上连接板(1-4)，上连接板(1-4)的上边沿与楼层顶框架梁(5-1)相连；上连接板(1-4)的下边沿与水平杆(3)的一端铰接；

所述上连接构件为下连接板(2-4)，下连接板(2-4)的下边沿与楼层底框架梁(5-2)相连；下连接板(2-4)的上边沿与水平杆(3)的另一端铰接。

5.根据权利要求1所述的竖向抗侧力构件，其特征在于：

所述上连接构件为倒锥体(1-5)，倒锥体(1-5)的顶面与楼层顶框架梁(5-1)相连；倒锥体(1-5)的下端与水平杆(3)的一端铰接；

所述上连接构件为锥体(2-5)，锥体(2-5)的底面与楼层底框架梁(5-2)相连；锥体(2-5)的上端与水平杆(3)的另一端铰接。

6.一种建筑物，其特征在于：该建筑物内的承重结构具有权利要求1-5种任一项所述的竖向抗侧力构件。

7.权利要求1-5任一项所述的竖向抗侧力构件用于新建建筑物的应用。

8.权利要求1-5任一项所述的竖向抗侧力构件用于改造既有建筑物的应用。