一种钢‑混凝土混合框架可更换结构体系制造技术

本发明专利技术公开了一种钢‑混凝土混合框架可更换结构体系，包括主框架和次框架，主框架包括钢筋混凝土柱和与次框架共用的钢柱以及连接在两者之间的组合梁或钢梁构成的钢‑混凝土混合框架；次框架包括钢柱和与主框架共用的钢柱以及连接在两者之间的框架钢梁构成的钢框架；组合梁或钢梁为不可更换梁，分别通过梁柱内节点和梁柱外节点连接；框架钢梁为可更换梁，通过次框架梁柱节点连接；主框架的钢筋混凝土柱和与次框架共用的钢柱以及次框架的钢柱底部通过柱脚与基础连接。地震作用下通过可更换钢梁的弹塑性变形，耗散地震能量，保护主框架不受损坏或受轻微损坏。地震作用后更换钢梁即可恢复结构功能，实现结构局部及整体性能的可控制、可恢复性。

A steel frame can be replaced concrete hybrid structure system

The invention discloses a steel concrete composite frame replaceable structure system, including the main frame and sub frame, the main frame comprises a reinforced concrete column and frame structure and common steel column and combination connected between the beams or steel beams of steel concrete composite frame; frame including steel frame and steel column share with the main frame of the steel column and connected between the frame of steel beam; composite beam or beam is not replaceable beam are respectively connected through interior beam column node and beam column node; frame can be replaced in steel beams, connected by beam column frame; the main frame of the reinforced concrete column with time the framework of common steel column and steel frame at the bottom of the column by column and foundation connection. Under the action of earthquake, the elastic deformation of the replaceable steel beam can be dissipated and the seismic energy is dissipated so as to protect the main frame from damage or slight damage. The replacement of the steel beam after the earthquake can restore the structural function and realize the controllable and recoverable performance of the local and overall structure.

【技术实现步骤摘要】
一种钢-混凝土混合框架可更换结构体系
本专利技术涉及钢-混凝土混合框架建筑结构，具体涉及一种钢-混凝土混合框架可更换结构体系。
技术介绍
地震对人类生命财产造成的损失是巨大的，对人类社会生活的影响也是深远和复杂的。地震不仅会直接造成建筑物的破坏、人员的伤亡以及引起间接的次生灾害等，还对震后建筑物的修复和社会秩序的恢复提出了新的挑战。因此，工程结构的抗震设计理念，也逐渐从防止结构倒塌转向结构功能可维持、可恢复。现行框架抗震设计的原则之一是分散损伤，以实现结构整体尽可能多的构件参与耗能，避免形成薄弱层而引发结构倒塌。但框架结构侧向刚度薄弱，主要通过承重构件来抵抗侧向荷载，在大震作用下会产生很大的层间位移，承重结构受到较大的损坏，虽然结构未倾覆，但使用功能难以恢复，造成巨大的经济损失。因而国际上有学者提出了可恢复功能结构，即地震后不需修复或稍加修复即可恢复其使用功能的结构，在地震作用下，主要通过可更换构件的弹塑性变形，耗散地震能量，保护主体结构不受破坏或只受轻微破坏，地震作用后更换耗能构件即可恢复结构功能。在国内外目前研究较多的为钢框架可更换结构体系，以及剪力墙可更换结构体系，对于其他结构体系研究较少。钢-混凝土混合结构是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一类重要结构形式，它可以综合两者的各自特点，为结构工程的创新和解决超高、大跨、重载、复杂结构的设计施工难题提供新的选择，在国内外的工业及民用建筑中已经得到广泛应用。然而，目前国内外对可更换结构的研究主要针对的是钢结构体系，而对混合结构体系的研究较少；在抗震设计理论方面也主要集中在可更换构件本身，而关于可更换构件对结构整体性能的影响以及整体结构的抗震设计方法方面的研究还不完善。
技术实现思路
针对现有结构体系存在的上述问题，本专利技术提出一种钢-混凝土混合框架可更换结构体系，克服一般框架结构在震后结构功能难以恢复以及钢框架应用范围上的限制的不足，从而保障建筑物在大震后快速恢复使用功能，降低经济损失。为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种钢-混凝土混合框架可更换结构体系，包括主框架和次框架，所述主框架包括钢筋混凝土柱和与次框架共用的共用钢柱以及连接在两者之间的组合梁或钢梁，三者共同构成的钢-混凝土混合框架；次框架包括钢柱和与主框架共用的共用钢柱以及连接在两者之间的框架钢梁，三者共同构成的钢框架；连接在主框架钢筋混凝土柱与次框架共用的共用钢柱之间的组合梁或钢梁为不可更换梁，分别通过梁柱外节点和梁柱内节点连接；连接在钢柱与主框架共用的共用钢柱之间的框架钢梁为可更换梁，通过次框架梁柱节点连接；主框架的钢筋混凝土柱和与次框架共用的共用钢柱以及次框架的钢柱底部通过柱脚与基础连接。作为优选，梁柱外节点和梁柱内节点为刚接、半刚接或铰接的连接方式。进一步，所述梁柱外节点和梁柱内节点采用刚接方式连接，即采用三边围焊角焊缝方式连接，相应组合节点采用腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点连接方式。进一步，所述梁柱外节点和梁柱内节点采用铰接方式连接，即为螺栓连接。进一步，所述梁柱外节点和梁柱内节点采用半刚接方式连接，即为相应节点采用梁的上下翼缘与柱通过角钢或T型钢连接。作为优选，所述次框架中的框架钢梁两端分别与钢柱和共用钢柱刚接，采用高强螺栓端板连接的方式；仅设置在楼面层，或同时设置在楼面层和中间层。作为优选，连接所述钢筋混凝土柱、与次框架共用的共用钢柱和次框架的钢柱柱脚为刚接或铰接的连接方式。进一步，所述铰接柱脚为一个呈三角形钢架结构的铰接支撑架，在三角形钢架的节点处为铰接连接方式，三角形的顶点铰接连接钢筋混凝土柱、与次框架共用的共用钢柱和次框架的钢柱，三角形的斜边两端铰接连接基础。作为优选，由所述若干跨的主框架和若干跨的次框架组成每榀钢-混凝土混合框架，每榀钢-混凝土混合框架中由主框架两侧分别设次框架，再在次框架外设主框架、次框架，依次类推；相邻每榀钢-混凝土混合框架之间的主框架和次框架的分布方式可交错分布。作为优选，所述主框架的跨度为6.0m～9.0m；次框架的跨度为1.0m～1.5m。本专利技术的有益效果在于，该混合结构体系，主要通过在次框架层间及楼面层设置钢梁作为耗能构件，并与钢柱通过可拆卸的方式连接，作为可更换构件。可实现整体结构功能的震后可快速恢复，且经济性好、造价低，能够降低地震损失。在地震作用下，通过钢梁的弹塑性变形，集中耗散地震能量，保护主框架不受损坏或受轻微损坏。地震作用后，更换钢梁即可恢复结构功能，从而实现地震作用下结构局部及整体性能的可控制、可恢复性。同时，所述结构体系采用钢-混凝土混合结构，可充分发挥钢和混凝土构件各自的性能，具有较高的承载力、耗能能力以及良好的施工性和经济性，可广泛应用于大跨、重载等公共建筑或工业建筑，也可用于城镇普通建筑结构，使用范围得到极大扩展。附图说明图1为混合框架可更换结构体系具体组成构件示意图；图2为主框架梁柱外节点连接方式采用铰接、内节点采用刚接示意图；图3为主框架梁柱外节点连接方式采用刚接、内节点采用铰接示意图；图4为混合框架可更换结构体系主次框架跨数及跨度布置平面示意图；图5为混合框架可更换结构体系框架1中主次框架跨数及跨度布置立面示意图；图6为混合框架可更换结构体系框架2中主次框架跨数及跨度布置立面示意图；图7为混合框架可更换结构体系框架3中主次框架跨数及跨度布置立面示意图；图8(a)、图8(b)分别为钢-混凝土混合框架可更换结构体系的变形图和钢框架可更换结构体系的变形图；图9(a)、图9(b)分别为钢-混凝土混合框架可更换结构体系的最大应力图和钢框架可更换结构体系的最大应力图。图中：1、钢筋混凝土柱，2、钢梁或组合梁，3、钢柱，3-1、共用钢柱，4、次框架钢梁，5、梁柱外节点，6、梁柱内节点，7、次框架梁柱节点，8、次框架柱脚，8-1、主框架与次框架共用柱脚，9、主框架柱脚，10、基础。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。如图1所示，该钢-混凝土混合框架可更换结构体系，包括主框架和次框架，主框架由钢筋混凝土柱和钢梁或者组合梁及钢柱组成，属于钢-混凝土混合框架；次框架由钢柱和钢梁组成，属于钢框架。主框架包括钢筋混凝土柱1和与次框架共用的共用钢柱3-1共同组成竖向混合承重体系，且可承受重载，还包括连接在两者之间的组合梁或钢梁2，三者共同构成钢-混凝土混合框架；次框架包括钢柱3和与主框架共用的共用钢柱3-1共同组成竖向混合承重体系，还包括连接在两者之间的框架钢梁4，三者共同构成钢框架；连接在主框架钢筋混凝土柱1与次框架共用的共用钢柱3-1之间的组合梁或钢梁2为不可更换梁，分别通过梁柱外节点5和梁柱内节点6连接；连接在钢柱3与主框架共用的共用钢柱3-1之间的框架钢梁4为可更换梁，通过次框架梁柱节点7连接；主框架的钢筋混凝土柱1和与次框架共用的共用钢柱3-1以及次框架的钢柱3底部通过柱脚与基础10连接。即次框架的钢柱3与基础10在次框架柱脚8处连接，主框架与次框架共用的共用钢柱3-1与基础10在主框架与次框架共用柱脚8-1处连接；主框架的钢筋混凝土柱1与基础10在主框架柱脚9处连接。其中，组合梁或钢梁2为不可更换梁，梁柱外节点5和梁柱内节点6为刚接(见图1所示)、半刚接(见图2、图3所示)或铰接的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢‑混凝土混合框架可更换结构体系，包括主框架和次框架，其特征在于，所述主框架包括钢筋混凝土柱(1)和与次框架共用的共用钢柱(3‑1)以及连接在两者之间的组合梁或钢梁(2)，三者共同构成的钢‑混凝土混合框架；次框架包括钢柱(3)和与主框架共用的共用钢柱(3‑1)以及连接在两者之间的框架钢梁(4)，三者共同构成的钢框架；连接在主框架钢筋混凝土柱(1)与次框架共用的共用钢柱(3‑1)之间的组合梁或钢梁(2)为不可更换梁，分别通过梁柱外节点(5)和梁柱内节点(6)连接；连接在钢柱(3)与主框架共用的共用钢柱(3‑1)之间的框架钢梁(4)为可更换梁，通过次框架梁柱节点(7)连接；主框架的钢筋混凝土柱(1)和与次框架共用的共用钢柱(3‑1)以及次框架的钢柱(3)底部通过柱脚与基础(10)连接。

【技术特征摘要】
1.一种钢-混凝土混合框架可更换结构体系，包括主框架和次框架，其特征在于，所述主框架包括钢筋混凝土柱(1)和与次框架共用的共用钢柱(3-1)以及连接在两者之间的组合梁或钢梁(2)，三者共同构成的钢-混凝土混合框架；次框架包括钢柱(3)和与主框架共用的共用钢柱(3-1)以及连接在两者之间的框架钢梁(4)，三者共同构成的钢框架；连接在主框架钢筋混凝土柱(1)与次框架共用的共用钢柱(3-1)之间的组合梁或钢梁(2)为不可更换梁，分别通过梁柱外节点(5)和梁柱内节点(6)连接；连接在钢柱(3)与主框架共用的共用钢柱(3-1)之间的框架钢梁(4)为可更换梁，通过次框架梁柱节点(7)连接；主框架的钢筋混凝土柱(1)和与次框架共用的共用钢柱(3-1)以及次框架的钢柱(3)底部通过柱脚与基础(10)连接。2.根据权利要求1所述的钢-混凝土混合框架可更换结构体系，其特征在于，梁柱外节点(5)和梁柱内节点(6)为刚接、半刚接或铰接的连接方式。3.根据权利要求2所述的钢-混凝土混合框架可更换结构体系，其特征在于，所述梁柱外节点(5)和梁柱内节点(6)采用刚接方式连接，即采用三边围焊角焊缝方式连接，相应组合节点采用腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点连接方式。4.根据权利要求2所述的钢-混凝土混合框架可更换结构体系，其特征在于，所述梁柱外节点(5)和梁柱内节点(6)采用铰接方式连接，即为螺栓连接。5.根据权利要求2所述的钢-混凝土混合框架可更换结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：门进杰，雷梦珂，任如月，周琦，王秋维，史庆轩，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61