框架-支撐搖擺跨結構體系的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種框架-支撐搖擺跨結構體系，屬于建筑結構抗震【技術領域】。由自升降支座（1）、搖擺梁（2）、搖擺柱（3）和人字支撐組成；在上部結構中設置搖擺跨框架單元，其中與自升降支座（1）連接的框架柱為搖擺柱（3）；與相鄰兩個搖擺柱（3）連接的橫梁為搖擺梁（2）；人字支撐通過梁上的鋼板錨固在搖擺框架單元兩側的框架單元中，其中下層中與搖擺柱（3）毗鄰的人字支撐中的一條斜支撐（4）與自升降支座（1）鉸接。搖擺跨框架單元在地震作用下能夠產生預期的變形并導致結構整體的搖擺。本實用新型通過整體結構搖擺反應來減少結構水平變形，從而提高結構自身的整體抗震性能，是一種新型建筑結構抗震體系。
【專利說明】框架-支撐搖擺跨結構體系
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及土木工程抗震【技術領域】，是一種框架-支撐搖擺跨結構抗震體系。
【背景技術】
[0002]近年來，為克服以往結構抗震設計(如剛性設計、柔性設計和延性設計等)帶來的種種弊端，搖擺結構體系這種新型抗震設計理念逐漸被廣泛認知，并成為地震工程界重要的研究方向之一，其實際工程應用也表現出了良好的抗震效果。目前，搖擺結構已經有搖擺柱體系、搖擺墻體系、搖擺結構與消能裝置相結合等多種實現形式。
[0003]經過多年的研究與實踐，搖擺結構體系的基本理論與原理逐步趨于完善。搖擺結構體系的主要目的是改善建筑結構自身的抗震性能，在經歷地震作用時，結構的反應以結構整體擺動為主，結構的變形模式可形成特殊的變形集中部位，如框架柱腳的升降、梁柱節點及墻體底部的轉動等。首先，搖擺結構體系利用整體型關鍵構件控制結構的變形模式；對于框架結構，放松框架柱與基礎之間的約束，在水平傾覆力矩的作用下，允許上部結構與基礎交界面處產生一定的升降，當經歷地震作用時，上部結構與基礎交界面之間的反復相對升降就造成了上部結構的搖擺并成為主要的變形反應；放松構件之間的約束，即通過允許構件之間產生相對轉動使整體結構產生搖擺。其次，搖擺結構體系保護關鍵構件免受損傷；建筑結構中框架柱及剪力墻等構件對于控制結構變形起關鍵作用，對于通常的結構體系這些構件在地震作用下往往會發生破壞，導致結構抗震安全存在隱患、阻礙震后功能恢復；搖擺結構體系的主要功能之一就是使這些關鍵構件在強震作用下免受損傷。再次，搖擺結構體系具有自復位能力；自復位能力一般通過預應力技術手段實現，一方面增強了結構在地震作用過程中搖擺反應的可控性，另一方面縮短震后恢復周期、降低經濟損失。
[0004]然而，目前搖擺結構體系仍主要局限于理論及試驗研究，由于其實現形式、經濟效益等問題還未廣泛的應用于實際工程。
實用新型內容
[0005]為了解決上述問題，本實用新型提供了框架-支撐搖擺跨結構體系，由自升降支座、搖擺梁、搖擺柱和人字支撐組成；在上部結構中設置搖擺跨框架單元；在搖擺跨框架單元中，與自升降支座連接的框架柱為搖擺柱；與相鄰兩個搖擺柱連接的橫梁為搖擺梁；搖擺梁與搖擺柱之間用角鋼錨固連接；預應力鋼筋預埋在搖擺梁中，采用后張法張拉后通過錨具錨固于兩側的搖擺柱上；人字支撐通過梁上的鋼板錨固在搖擺框架單元兩側的框架單元中，其中下層中與搖擺柱毗鄰的人字支撐中的一條斜支撐與自升降支座鉸接。
[0006]自升降支座安裝在搖擺柱下方預留立方體凹槽內，凹槽四壁用混凝土澆筑；自升降支座的下固定板固定在凹槽內底面，自升降支座的上固定板邊沿固定于凹槽上表面；平衡板位于上固定板和下固定板之間，且平衡位置分別由在四角處貫穿于自升降支座的自平衡調整螺栓和焊接在上固定板與平衡板、平衡板與下固定板之間的多個垂直鋼彈簧共同調整；上固定板、平衡板和下固定板相互平行，其中平衡板和下固定板平面尺寸相同；平衡板上固定有橡膠墊塊，搖擺柱垂直穿過上固定板放置在該橡膠墊塊上；
[0007]在平衡板上搖擺柱的兩側對稱安裝可向兩側水平滑動的滑動支座，水平擋板垂直固定在該滑動支座上；菱形鉸接升降架的兩個水平端分別固定在兩側的水平擋板上，上端固定在上固定板的下表面，下端固定在平衡板上；菱形鉸接升降架垂直安裝在框架柱的一偵L用來完成自升降支座的升降功能；與搖擺柱毗鄰的斜支撐斜向穿過自升降支座的上固定板，鉸接于水平擋板上。
[0008]兩個滑動支座的底面分別固定在搖擺柱兩側的平衡板上；滑動支座由滑動板，固定板和滾珠組成；矩形固定板的長軸線位于菱形鉸接升降架所在的垂直平面上，且底面固定于平衡板上；矩形固定板的四周邊沿向上凸起，凸起高度大于滾珠的半徑；滾珠均布于固定板上；滑動板的長邊稍大于固定板的短邊；滑動板放置在滾珠上，長邊垂直跨過固定板；滑動板兩端向下固定垂直擋板使滑動板可沿著固定板的長軸方向滑動。
[0009]固定板的長邊形成水平向外的固定板凸起，滑動板的垂直擋板上開有與固定板長邊上的凸起相對應的擋板凹槽；擋板凹槽比固定板凸起寬；在擋板凹槽和固定板凸起之間均布擋板滾珠。
[0010]自升降支座的上固定板與平衡板之間的鋼彈簧四角布置，平衡板與下固定板之間的鋼彈簧前后兩排布置。
[0011]自升降支座的上固定板、平衡板和下固定板采用鋼材制成。
[0012]搖擺框架單元可以分布于建筑結構的邊跨處，在搖擺框架單元的相鄰框架單元安裝人字支撐。
[0013]本實用新型的有益效果在于，由于滑滑動支座在產生滑動的同時，自升降支座變形，吸收上下震動產生的能量；在受到彎矩作用時屈服變形使搖擺梁產生轉動，而預應力鋼筋的作用是使搖擺梁的這種轉動復位。因此，在經歷地震作用時，該體系能夠產生預期的搖擺反應，保護結構關鍵構件免受地震損傷，從而提高建筑結構的整體抗震性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1本實用新型應用在中跨的整體結構示意圖。
[0015]圖2本實用新型應用在邊跨的整體結構示意圖。
[0016]圖3是自升降支座結構正立面圖。
[0017]圖4是自升降支座結構側立面圖。
[0018]圖5是自升降支座滑動支座結構正立面示意圖。
[0019]圖6是自升降支座滑動支座結構側立面示意圖。
[0020]圖7是搖擺梁安裝示意圖。
[0021 ] 圖8是自升降支座平衡狀態。
[0022]圖9是自升降支座受壓狀態。
[0023]圖10是自升降支座受拉狀態。
[0024]圖中I自升降支座，2搖擺梁，3搖擺柱，4斜支撐，5上固定板，6平衡板，7下固定板，8自平衡調整螺栓，9鋼彈簧，10水平擋板，11滑動支座，12菱形鉸接自升降架，13橡膠墊塊，14滑動板，15固定板，16滾珠，17擋板，18固定板凸起，19擋板凹槽，20擋板滾珠，21角鋼，22預應力鋼筋，23錨具。
【具體實施方式】
[0025]以下結合技術方案和附圖詳細敘述本實用新型的【具體實施方式】:
[0026]框架-支撐搖擺跨結構體系，由自升降支座1、搖擺梁2、搖擺柱3和人字支撐組成；在上部結構中設置搖擺跨框架單元；在搖擺跨框架單元中，與自升降支座I連接的框架柱為搖擺柱3 ;與相鄰兩個搖擺柱3連接的橫梁為搖擺梁2 ;搖擺梁2與搖擺柱3之間用角鋼21錨固連接；預應力鋼筋22預埋在搖擺梁2中，采用后張法張拉后通過錨具23錨固于兩側的搖擺柱3上；人字支撐通過梁上的鋼板錨固在搖擺框架單元兩側的框架單元中，其中下層中與搖擺柱3毗鄰的人字支撐中的一條斜支撐4與自升降支座I鉸接。
[0027]自升降支座I安裝在搖擺柱3下方預留立方體凹槽內，凹槽四壁用混凝土澆筑；自升降支座I的下固定板7固定在凹槽內底面，自升降支座I的上固定板5邊沿固定于凹槽上表面；平衡板6位于上固定板5和下固定板7之間，且平衡位置分別由在四角處貫穿于自升降支座I的自平衡調整螺栓8和焊接在上固定板5與平衡板6、平衡板6與下固定板7之間的多個垂直鋼彈簧9共同調整；上固定板5、平衡板6和下固定板7相互平行，其中平衡板6和下固定板7平面尺寸相同；平衡板6上固定有橡膠墊塊13，搖擺柱3垂直穿過上固定板5放置在該橡膠墊塊13上；
[0028]在平衡板6上搖擺柱3的兩側對稱安裝可向兩側水平滑動的滑動支座11，水平擋板10垂直固定在該滑動支座11上；菱形鉸接升降架12的兩個水平端分別固定在兩側的水平擋板10上，上端固定在上固定板5的下表面，下端固定在平衡板6上；菱形鉸接升降架12垂直安裝在框架柱3的一側，用來完成自升降支座I的升降功能；與搖擺柱毗鄰的斜支撐4斜向穿過自升降支座I的上固定板5，鉚接于水平擋板10上，形成鉸接。
[0029]兩個滑動支座11的底面分別固定在搖擺柱3兩側的平衡板6上；滑動支座11由滑動板14，固定板15和滾珠16組成；矩形固定板15的長軸線位于菱形鉸接升降架12所在的垂直平面上，且底面固定于平衡板6上；矩形固定板15的四周邊沿向上凸起，凸起高度大于滾珠16的半徑；滾珠16均布于固定板15上；滑動板14的長邊稍大于固定板15的短邊；滑動板14放置在滾珠16上，長邊垂直跨過固定板15 ;滑動板14兩端向下固定垂直擋板17使滑動板14可沿著固定板15的長軸方向滑動。
[0030]固定板15的長邊形成水平向外的固定板凸起18，滑動板14的垂直擋板17上開有與固定板15長邊上的凸起相對應的擋板凹槽19 ;擋板凹槽19比固定板凸起18寬；在擋板凹槽19和固定板凸起18之間均布擋板滾珠20。
[0031]自升降支座I的上固定板5與平衡板6之間的鋼彈簧9四角布置，平衡板6與下固定板7之間的鋼彈簧9前后兩排布置。
[0032]自升降支座I的上固定板5、平衡板6和下固定板7采用鋼材制成。
[0033]搖擺框架單元可以分布于建筑結構的邊跨處，在搖擺框架單元的相鄰框架單元安裝人字支撐。
[0034]具體的實施過程為:
[0035]1.根據擬建框架-支撐結構的基本參數，選取某跨作為搖擺跨。
[0036]2.將自升降支座I安裝在基礎上方的立方體凹槽內，完成初裝就位。[0037]3將工廠預制的搖擺柱3和斜支撐4通過上固定板5預留的孔洞與自升級支座I連接，完成自升降支座I與上部結構的組裝。
[0038]4通過自平衡調整螺栓8調整自升降支座I的平衡位置，完成自升降支座I的安裝。
[0039]5.在工廠預制搖擺梁2構件，在施工現場通過連接件錨具23、角鋼21及預應力鋼筋22將搖擺梁2與搖擺柱3連接，預應力鋼筋22采用后張法并根據結構參數調整張拉應力。
[0040]本實用新型中自升降支座I與上部結構協同工作方式如圖7-9所示:當搖擺柱3承受豎向常規荷載包括恒荷載和活荷載時，通過自平衡調整螺栓8，使得菱形鉸接升降架12處于固定狀態，斜支撐4不對水平擋板10產生水平推力，此時自升降支座I處于自平衡狀態；當搖擺柱3和斜支撐4受軸向壓力時，水平擋板10向中間滑動，菱形鉸接升降架架12升起，平衡板6下移，下固定板7與平衡板6之間鋼彈簧9被壓縮，而平衡板6與上固定板5之間的鋼彈簧9被拉伸，由于搖擺柱3與平衡板6通過橡膠墊塊13連接，因此搖擺柱3下移沉降，此時自升降支座I處于受壓狀態；當斜支撐4受軸向拉力時，水平擋板10向兩側滑動，菱形鉸接升降架12下降，平衡板6上移，平衡板6與上固定板5之間的鋼彈簧9被壓縮，而平衡板6與下固定板7之間的鋼彈簧9被拉伸，此時搖擺柱3上移，自升降支座I處于受拉狀態。
【權利要求】
1.框架-支撐搖擺跨結構體系，由自升降支座(I)、搖擺梁(2)、搖擺柱(3 )和人字支撐組成；其特征在于，在上部結構中設置搖擺跨框架單元；在搖擺跨框架單元中，與自升降支座(I)連接的框架柱為搖擺柱(3);與相鄰兩個搖擺柱(3)連接的橫梁為搖擺梁(2);搖擺梁(2)與搖擺柱(3)之間用角鋼(21)錨固連接；預應力鋼筋(22)預埋在搖擺梁(2)中，采用后張法張拉后通過錨具(23)錨固于兩側的搖擺柱(3)上；人字支撐通過梁上的鋼板錨固在搖擺框架單元兩側的框架單元中，其中下層中與搖擺柱(3 )毗鄰的人字支撐中的一條斜支撐(4)與自升降支座(I)鉸接。
2.根據權利要求1所述的框架-支撐搖擺跨結構體系，其特征在于自升降支座(I)安裝在搖擺柱(3)下方預留立方體凹槽內，凹槽四壁用混凝土澆筑；自升降支座(I)的下固定板(7)固定在凹槽內底面，自升降支座(I)的上固定板(5)邊沿固定于凹槽上表面；平衡板(6)位于上固定板(5)和下固定板(7)之間，且平衡位置分別由在四角處貫穿于自升降支座(I)的自平衡調整螺栓(8)和焊接在上固定板(5)與平衡板(6)、平衡板(6)與下固定板(7)之間的多個垂直鋼彈簧(9)共同調整；上固定板(5)、平衡板(6)和下固定板(7)相互平行，其中平衡板(6)和下固定板(7)平面尺寸相同；平衡板(6)上固定有橡膠墊塊(13)，搖擺柱(3)垂直穿過上固定板(5)放置在該橡膠墊塊(13)上； 在平衡板(6)上搖擺柱(3)的兩側對稱安裝可向兩側水平滑動的滑動支座(11)，水平擋板(10)垂直固定在該滑動支座(11)上；菱形鉸接升降架(12)的兩個水平端分別固定在兩側的水平擋板(10)上，上端固定在上固定板(5)的下表面，下端固定在平衡板(6)上；菱形鉸接升降架(12)垂直安裝在框架柱(3)的一側，用來完成自升降支座(I)的升降功能；與搖擺柱毗鄰的斜支撐(4 )斜向穿過自升降支座(I)的上固定板(5 )，鉚接于水平擋板(10 )上，形成鉸接。
3.根據權利要求2所述的框架-支撐搖擺跨結構體系，其特征在于兩個滑動支座(11)的底面分別固定在搖擺柱(3)兩側的平衡板(6)上；滑動支座(11)由滑動板(14)，固定板(15)和滾珠(16)組成；矩形固定板(15)的長軸線位于菱形鉸接升降架(12)所在的垂直平面上，且底面固定于平衡板(6)上；矩形固定板(15)的四周邊沿向上凸起，凸起高度大于滾珠(16)的半徑；滾珠(16)均布于固定板(15)上；滑動板(14)的長邊稍大于固定板(15)的短邊；滑動板(14)放置在滾珠(16)上，長邊垂直跨過固定板(15);滑動板(14)兩端向下固定垂直擋板(17)使滑動板(14)可沿著固定板(15)的長軸方向滑動。
4.根據權利要求2或3所述的框架-支撐搖擺跨結構體系，其特征在于固定板(15)的長邊形成水平向外的固定板凸起(18)，滑動板(14)的垂直擋板(17)上開有與固定板(15)長邊上的凸起相對應的擋板凹槽(19);擋板凹槽(19)比固定板凸起(18)寬；在擋板凹槽(19)和固定板凸起(18)之間均布擋板滾珠(20)。
5.根據權利要求2所述的框架-支撐搖擺跨結構體系，其特征在于自升降支座(I)的上固定板(5)與平衡板(6)之間的鋼彈簧(9)四角布置，平衡板(6)與下固定板(7)之間的鋼彈簧(9)前后兩排布置。
6.根據權利要求2所述的框架-支撐搖擺跨結構體系，其特征在于自升降支座(I)的上固定板(5)、平衡板(6)和下固定板(7)采用鋼材制成。
7.根據權利要求1所述的框架-支撐搖擺跨結構體系，其特征在于搖擺框架單元可以分布于建筑結構的邊跨處，在搖擺框架單元的相鄰框架單元安裝人字支撐。
【文檔編號】E04B1/36GK203603254SQ201320809250
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月9日 優先權日:2013年12月9日
【發明者】李鋼, 張宇, 李宏男 申請人:大連理工大學