專利名稱：控制塑性鉸在框架梁端出現(xiàn)的抗震構(gòu)造措施的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明是控制塑性鉸在框架梁端出現(xiàn)的抗震構(gòu)造措施，是一種突破傳統(tǒng)的、新型的抗震 構(gòu)造措施，為框架結(jié)構(gòu)建筑物的抗震減災、防災提供了基本的構(gòu)造保障。
技術(shù)背景我國有記錄的地震可以追溯到數(shù)千年前，但是對地震動有數(shù)字記錄的歷史僅有幾十年， 由于研究時間較短，我國當前應用的統(tǒng)計意義上的基本烈度地震還具有很大不確定性。要減 輕震害同時考慮當前經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀，我國工程科技人員提出了三大對策"設防標準對策、區(qū) 別對待對策和技術(shù)立法對策"。由此衍生出"四設防分類，三設防水準，二階段設計"的抗震 設防理論體系。多數(shù)發(fā)達國家的抗震設防設計，直接將較大的地震作用于結(jié)構(gòu)物，相當于對整個建筑物 進行加強；而我國則是將小震作用于結(jié)構(gòu)物，通過抗震措施(包括內(nèi)力調(diào)整、抗震構(gòu)造措施 等)局部加強關(guān)鍵部位，其優(yōu)點是經(jīng)濟性較好，缺點是系數(shù)較多，計算復雜。我國工程界當前對內(nèi)力調(diào)整的原則為強柱弱梁，強節(jié)點弱桿件，強剪弱彎。在框架結(jié) 構(gòu)設計屮，按照桿系模型進行結(jié)構(gòu)分析。結(jié)構(gòu)設計時首先假定塑性鉸在框架梁端產(chǎn)生，以此 為依據(jù)加強柱端。遺憾的是，歷次震害表明，按"強柱弱梁"原則設計的框架結(jié)構(gòu)總是出現(xiàn) "強梁弱柱"的破壞特征，即框架結(jié)構(gòu)主要在柱端產(chǎn)生破壞而非梁端，這與設計基本原則嚴 重不符，致使抗震內(nèi)力調(diào)整原則難以fi圓其說。傳統(tǒng)設計中樓板被視為豎向受力構(gòu)件，其作用是將豎向荷載傳遞梁、柱、墻。工程設計 時，樓板厚度常常根據(jù)跨高比確定，其基本含義為在常規(guī)使用荷載條件下，此跨高比可使 樓板滿足撓度和裂縫要求，從而避免了復雜的計算。 一方面，我們在結(jié)構(gòu)整體分析時假定樓 板的剪切剛度為無限大，使得樓層中每點位移均能協(xié)調(diào)；另一方面，在抗震分析中，計算與 樓板緊密相連的梁的剛度和承載力時，又忽略樓板的巨大作用，這種做法顯然自相矛盾。 發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題為控制塑性鉸在框架梁端出現(xiàn)，本發(fā)明提出在框架梁端設置截震條的方法， 使得現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板對梁端的約束降至最低，并提出了截震條的完整制作方法以及相應 的施工工序。震害調(diào)查結(jié)果表明，此發(fā)明可使塑性鉸在框架梁端出現(xiàn)，是抗震設計必要的構(gòu) 造措施。這一方法概念清晰，工藝簡單，具有明顯的社會效益；對于震害修復具有極大的經(jīng) 濟效益。技術(shù)方案1、 一種控制塑性鉸在框架梁端出現(xiàn)的抗震構(gòu)造措施，其特征在于在框架梁端部側(cè)面放 置由預制鋼絲混凝土塊、苯板和薄鋼板疊合而成的截震條；與傳統(tǒng)的設置在豎向構(gòu)件如柱、 墻嵌固部位的隔震墊以及設置在斜撐上的阻尼器不同，截震條首先是設置在作為水平構(gòu)件的 梁和板之間的，其次截震條不能減小結(jié)構(gòu)承受的地震作用；截震條獨特功能是通過在梁端部 側(cè)面將梁、板分隔，使得水平地震作用下，梁與板在梁端(柱邊)各自獨立工作、而非協(xié)同 受彎，從而使得塑性鉸能出現(xiàn)在梁端而非柱端，達到保護柱端的抗震設防目的。2、 根據(jù)1所述的抗震構(gòu)造措施，其特征在于截震條長400 1500mm，寬60 200mrn， 高度100~200mm。3、 根據(jù)1所述的抗震構(gòu)造措施，其特征在丁-:預制鋼絲混凝土塊的混凝土強度等級為C15 C25，厚20 30mm,寬度同截震條寬度，長度同截震條長度。4、 根據(jù)1所述的抗震構(gòu)造措施，其特征在于預制鋼絲混凝土塊的細鋼絲直徑不大于 6mm，水平間距200 300mm，保護層8-10mm。細鋼絲外露6(K100mm，伸入混凝土塊長度 同混凝土塊寬度。5、 根據(jù)1所述的抗震構(gòu)造措施，其特征在于苯板膠結(jié)于預制混凝土塊上，寬度同截震 條寬度，長度同截震條長度，高度為截震條高度減去預制鋼絲混凝土塊厚度。6、 根據(jù)1所述的抗震構(gòu)造措施，其特征在于苯板上端膠結(jié)不大于2mm的等寬、等長 薄鋼板。7、 根據(jù)1 6之^所述的抗震構(gòu)造措施的施工工序，其特征在于施工時，支好梁板模板 后應先綁扎框架梁鋼筋；然后在梁端側(cè)面固定截震條；隨后綁扎樓板鋼筋，并將細鋼絲纏繞 于板底鋼筋；最后整體澆注混凝土，形成截震框架結(jié)構(gòu)體系。技術(shù)效果設置截震條的有效性可以用實際震害調(diào)査統(tǒng)計結(jié)果來證明。未設罝截震條的框架結(jié)構(gòu)，樓板對梁端部有極大約束，典型震害如圖1 2，主要為柱頭 或柱腳破壞，震害調(diào)査統(tǒng)計結(jié)果表明，高于98%的破壞發(fā)生在豎向構(gòu)件。由于柱、梁、板為 一個整體，宜引發(fā)連鎖破壞。如圖13 H，當柱發(fā)生震害時，則引發(fā)梁破壞，繼續(xù)引發(fā)板破 壞；如圖15，柱未破壞，主梁破壞也引發(fā)樓板破壞；如圖16，在次梁端部，次梁破壞引發(fā)樓 板破壞。在框架梁端部側(cè)面放置截震條，割裂/梁、板的整體性，使得樓板僅僅作為傳遞豎向荷 載的構(gòu)件，而不能對梁端有剛度貢獻，因此地震卜一的框架梁等同于雙側(cè)無約束梁。圖3為邊框架梁，為單側(cè)約束，在地震下梁端發(fā)生剪切破壞；圖4~12為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)框架梁、 局部無板框架梁及樓梯間框架梁，為雙側(cè)無約束梁，在地震下梁端呈典型彎曲破壞特征，與4此對應的，柱端鮮有破壞，表明塑性鉸發(fā)生在梁端，確實能使柱得到保護，避免了連鎖破壞， 從而實現(xiàn)"中震可修，大震不到"的抗震設防目標。震害調(diào)査統(tǒng)計結(jié)果也表明，按照"強柱 弱梁"原則設計的雙側(cè)無約束梁的框架結(jié)構(gòu)，除角柱和錯層柱外，當出現(xiàn)震害時，主要發(fā)生 在梁端。


圖1為唐山地震開灤礦務局第三招待所底層半地下室框架結(jié)構(gòu)柱頭破壞情況。由圖可見， 柱頭呈現(xiàn)典型的剪切破壞特征，究其原因，主要是上部結(jié)構(gòu)為6層磚混，梁截面由于承載力 需要而高度高達lm多，且在端部截面增高，使得抗彎剛度急劇增大，柱本身有效高度也減 小，進而使得梁柱線剛度相差較大，致使柱頭破壞。圖2為海城地震大石橋東風百貨商店內(nèi)框架柱頭壓碎照片，是歷年震害中柱頭極為典型 的破壞模式。圖3為H本某次震害中邊梁端部破壞實例，該破壞呈現(xiàn)剪切破壞特征，此外在該破壞中， 同時也出現(xiàn)了少見的從底部上延的彎曲裂縫?？赡艿脑蚴?，此梁在建筑物外圍，重力荷載 代表值荷載下需要的配筋較少，縱筋主要依據(jù)地震作用配置，這與實際地震作用比較相符； 此外板對梁的約束為屮部板約束的一半，且梁柱中心對齊，柱的剛度能充分發(fā)揮，在合適的 地震作用下，在梁端造成破壞。圖4為唐山地震陡河電廠汽機房縱向預制框架梁、柱連接處開裂。由圖可見，該框架無 結(jié)構(gòu)樓板，梁頂沒有樓板約束，因此在地震作用下完全靠框架自身的抗側(cè)剛度發(fā)揮作用，這 與桿系模型完全一直，破壞模式與設計一致。圖5~6為唐山地震某廠房梁變截面處受彎破壞。由圖可見，該框架梁側(cè)無板約束，因此 在梁端破壞，與設計一致。需要指出的是，變截面梁的梁端剛度及承載力增大，致使破壞向 跨中方向轉(zhuǎn)移。圖7為汶川地震中某建筑物梁端破壞。由圖可見，該建筑物為預制樓板，地震作用下樓 板已經(jīng)與框架梁脫離(板下梁頂已脫開)。這樣樓板對框架梁的約束極大的降低，使得框架抗 側(cè)性能的發(fā)揮與設計較為一致，故而產(chǎn)生預想的塑性鉸。圖8 10為汶川地震框架梁端破壞。由圖可見，該框架梁兩側(cè)均無板約束，因此在梁端破 壞，得到與設計一致的理想結(jié)果，保護了框架柱。圖11 12為汶川地震樓梯間處框架梁端破壞。由圖可見，該框架梁單側(cè)或兩側(cè)無板約束， 在梁端破壞，保護/框架柱，得到與設計目標一致的理想結(jié)果。圖13 14為唐山地震梁板破壞實例。由圖14可見，破壞從柱端開始，引發(fā)梁端破壞，再 引發(fā)樓板破壞。，雙側(cè)約束梁的破壞，必然引起樓板破壞， 表明了梁板協(xié)同工作的必然性。圖17為截震條剖面詳圖，圖中6為截震條寬度，/為鋼絲網(wǎng)外伸長度，f為預制混凝土塊 厚度，A為截震條高度；編號1為苯板，編號2為薄鋼板，編號3為預制鋼絲混凝土塊，編 號4為細鋼絲。圖18為截震框架結(jié)構(gòu)的梁板施工工序示意圖；圖中序號①為梁板支模；序號②為綁扎梁 鋼筋；序號③為固定截震條；序號④為綁扎樓板鋼筋，并將截震條的細鋼絲纏繞于板底鋼筋。 圖19為截震框架結(jié)構(gòu)的框架梁端施工完成后的剖面詳圖。 圖20為截震條在梁側(cè)的平面布置圖，圖中編號1所指對象即為截震條。
具體實施方式
下面以實施例來說明本發(fā)明的實施工程。1. 按現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程等進行結(jié)構(gòu)建模分析，其中框架梁的中梁及邊梁剛度不應乘以大于l的 系數(shù)，并按計算結(jié)果配筋。2. 樓板板厚120mm，豎向受荷配筋時，由于角部約束釋放為自由端，因此局部應按懸臂板 計算配筋。3. 截震條制作截震條長度為800mm，寬100mm，高度與結(jié)構(gòu)樓板相同，取120mm。預制 鋼絲混凝土塊，混凝土強度等級取C20;寬100mm，厚20mm，長度為800mm。為防」卜. 結(jié)構(gòu)樓板在底部出現(xiàn)可見的較大裂縫，在混凝土中放置直徑為3mm的細鋼絲，間距 300mm，鋼絲保護層取8mm。鋼絲伸入混凝土塊長度向混凝土塊寬度，外露80mm。將 苯板膠結(jié)十預制混凝土塊上。苯板寬100mm，高度為100mm，長度為800mm。為方便樓 板墊層施丄，加強苯板剛度，在苯板上端膠結(jié)厚度lmm的薄鋼板，薄鋼板寬100mm，長 細mm。4. 施工工序為，在樓層豎向構(gòu)件施工完成后①梁板支模；Q)綁扎梁鋼筋；G)在框架梁端固定截震條④綁扎樓板鋼筋，并將截震條的細鋼絲纏繞于板底鋼筋； 澆筑混凝土，形成截震框架結(jié)構(gòu)體系。
權(quán)利要求
1、一種控制塑性鉸在框架梁端出現(xiàn)的抗震構(gòu)造措施，其特征在于在框架梁端部側(cè)面放置由預制鋼絲混凝土塊、苯板和薄鋼板疊合而成的截震條；與傳統(tǒng)的設置在豎向構(gòu)件如柱、墻嵌固部位的隔震墊以及設置在斜撐上的阻尼器不同，截震條首先是設置在作為水平構(gòu)件的梁和板之間的，其次截震條不能減小結(jié)構(gòu)承受的地震作用；截震條獨特功能是通過在梁端部側(cè)面將梁、板分隔，使得水平地震作用下，梁與板在梁端(柱邊)各自獨立工作、而非協(xié)同受彎，從而使得塑性鉸能出現(xiàn)在梁端而非柱端，達到保護柱端的抗震設防目的。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗震構(gòu)造措施，其特征在于截震條長400~1500mm，寬60 200nrni， 高度10(K200mm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗震構(gòu)造措施，其特征在于預制鋼絲混凝土塊的混凝土強度等級為C15 C25,厚20 30mm，寬度同截震條寬度，長度同截震條長度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗震構(gòu)造措施，其特征在于預制鋼絲混凝土塊的細鋼絲直徑不大 于6mm，水平間距200 300mm，保護層8 10mm。細鋼絲外露60 100mm，伸入混凝土塊長 度同混凝土塊寬度。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗震構(gòu)造措施，其特征在于苯板膠結(jié)于預制混凝土塊上，寬度同 截震條寬度，長度同截震條長度，高度為截震條高度減去預制鋼絲混凝土塊厚度。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗震構(gòu)造措施，其特征在于苯板上端膠結(jié)不大于2mm的等寬、 等長薄鋼板。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1 6之一所述的抗震構(gòu)造措施的施工工序，其特征在于施工時，支好梁板 模板后應先綁扎框架梁鋼筋；然后在梁端側(cè)面固定截震條；隨后綁扎樓板鋼筋，并將細鋼絲 纏繞于板底鋼筋；最后整體澆注混凝土，形成截震框架結(jié)構(gòu)體系。
全文摘要
控制塑性鉸在框架梁端出現(xiàn)的抗震構(gòu)造措施，其特征是在框架梁端部一定長度范圍的側(cè)面設置截震條，將框架梁端部與現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板分隔開；截震條由預制鋼絲混凝土塊、苯板和薄鋼板疊合而成，混凝土塊內(nèi)置防裂細鋼絲；截震條可在工廠制作成預制構(gòu)件；施工時，支好梁板模板后應先綁扎框架梁鋼筋；然后在梁端側(cè)面固定截震條；隨后綁扎樓板鋼筋并將細鋼絲纏繞于板底鋼筋；最后整體澆筑混凝土，形成截震框架結(jié)構(gòu)體系。
文檔編號E04B1/20GK101614042SQ200910157320
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月27日
發(fā)明者邱明兵 申請人:邱明兵