一种用于高烈度地区的框架结构体系的制作方法

本发明涉及一种框架结构体系，尤其涉及一种用于高烈度地区的框架结构体系。
背景技术：
：框架结构是由柱、梁、板三种构件组成的结构体系，由梁和柱组成框架，共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。框架结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用，一般用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、蛭石、陶粒等轻质板材砌筑或装配而成。框架结构建筑空间分隔灵活，自重轻，节省材料；具有可以较灵活地配合建筑平面布置、合理利用安排布置较大建筑空间的优点，在公用建筑中得到广泛使用。在高烈度地区，即抗震设防烈度为8、9度的地区，地震作用大且具有极大的不确定性。框架结构的抗侧刚度小，冗余度较低，很难满足国家规范对结构位移角的限值要求：即在小震条件下的最大层间位移角不大于1/550；在大震条件下的最大层间位移角不大于1/50。当然，现有技术通常可以采用增加钢筋混凝土框架梁柱的截面尺寸来增加其抗震能力，由于在高烈度地区不适宜建造超过24米的高层建筑，故以在高烈度地区最常见的5～8层楼每层楼高3米的建筑为例，其框架结构建筑的梁柱，在非高烈度地区梁高一般在600mm左右，方柱边长在600～800mm范围内即可，但在高烈度地区的梁高则至少要800mm以上，方柱边长则要800mm～1000mm，可见，尽管可以通过增加钢筋混凝土框架梁柱的截面尺寸来增加其抗震能力，但过粗的梁柱会导致基础造价过高和建筑空间利用率低，影响建筑的实用性。这些因素综合导致了一般的框架结构在遇到强震时，容易出现严重的破坏和倒塌的情况。因此，在高烈度地区建造多层建筑时很少采用框架结构，即使采用框架结构也只建造3层以下的低层建筑。粘滞阻尼墙是一种常见减震耗能构件，其结构如图1所示，包括钢箱体2和内钢板3；钢箱体2内部装有粘滞液体材料1，现有技术中，粘滞阻尼墙的底部安装在下层楼面梁上；内钢板3固定在上层楼面梁底，其下部伸入钢箱体2中的粘滞液体材料1中。地震时，上下楼层产生相对速度，内钢板3在粘滞液体材料1中运动，产生阻尼力，从而吸收地震能量，减少结构的地震响应。粘滞阻尼墙能够增加结构阻尼，在小中大震下都能吸收地震能量，且造价较低，但其并不能增加结构的抗侧刚度，无法减小结构位移角。约束屈曲支撑(brb)为另一种常见的减震耗能构件，其为一种在受压时不会发生屈曲失稳的轴心受力构件。brb的结构如图2所示，包括作为内芯耗能构件的、可屈曲的钢芯6和钢套管7，钢芯6表面涂有无粘结材料8。在小震作用下，钢芯未屈曲，故其不能吸收地震能量。在现有技术中，brb仅作为主体结构的一部分共同承担地震力，增加结构的侧向刚度，减小结构的位移角。在中震及大震作用下，brb的钢芯在轴向力作用下屈服耗能，钢套管限制钢芯在轴向压力作用下发生屈曲。brb虽然能提供侧向刚度、减小结构位移角，同时又能耗能；但其仅能在中震和大震中耗能，耗能作用不如粘滞阻尼墙明显，且造价高。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种适用于高烈度地区的框架结构体系，其在大震、中震和小震下均有良好的减震耗能效果的同时还能够明显降低框架结构体系中的钢筋混凝土框架梁柱的尺寸，避免出现大梁大柱的现象，且建筑材料的总造价低，抗震性价比高。为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种适用于高烈度地区的框架结构体系，其由柱、梁、板三种构件组成多层建筑体，其特征在于：在所述的框架结构体系中因受力集中而导致层间位移角最大的部位设置减震耗能构件，所述的减震耗能构件分别是粘滞阻尼墙和约束屈曲支撑；其中，所述约束屈曲支撑设置在所述多层建筑体的1～3楼层的受力集中而导致层间位移角最大或较大处或其附近的墙体中，所述的粘滞阻尼墙则设置在所述多层建筑体的3楼层以上受力集中而导致层间位移角最大或较大处或其附近的墙体中，以使设置所述减震耗能构件后的楼层在小震条件下的最大层间位移角不大于1/550，在大震条件下的最大层间位移角不大于1/50。本发明的发明构思是：由于粘滞阻尼墙不增加结构的侧向刚度，将其设置在位移角较大的框架结构的上面几层，可充分利用其吸震耗能作用，且其设置不会影响建筑使用功能；利用约束屈曲支撑brb具有侧向刚度、减小结构位移角性能，将其布置在侧向刚度最弱或较弱的框架结构的下面几层，从而结合了粘滞阻尼墙和brb的各自优势在框架结构体系中发挥出协同作用，使框架结构在无需明显加大框架结构体系中的钢筋混凝土框架梁柱的尺寸的情况下，在小震、中震和大震下均能够具备良好的抗震性能：既能在小震作用下增加框架结构的整体抗侧刚度，控制位移角，使其满足国家规范对框架结构位移角的限制要求，又能在小震、中震及大震作用下增加阻尼，耗散地震能量，保证结构的抗震性能。具体而言，在小震作用下，位于多层建筑的中、高层的层间位移角最大或较大部位处的粘滞阻尼墙随着结构楼层的位移发挥其阻尼耗能作用，而位于多层建筑中、下层的层间位移角最大或较大部位处的brb在小震作用下未进入屈服阶段，仅为结构提供抗侧刚度，控制结构位移角；在中震及大震作用下，粘滞阻尼墙继续发挥阻尼耗能作用，brb则进入屈服阶段，耗散地震能量，减小框架主体结构的地震响应。同时，可减少建筑总造价，使该多层建筑具有很好的抗震性价比。本发明可以通过有限元设计软件对建筑体系受力进行模拟计算，找出框架结构体系中受力集中的、层间位移角最大或较大的位置。所述框架结构体系中受力集中的、层间位移角最大或较大的位置，可以根据在所述模拟计算中框架结构的各楼层在小震条件下的最大层间位移角大于1/550的部位，和在大震条件下的最大层间位移角大于1/50的部位来确定。所述最大层间位移角是指楼层层间最大位移与层高之比。本发明还可以根据框架结构所欲达到的性能目标，在多层建筑的框架结构体系中的中间楼层，如第2～4层中同一层中，组合粘滞阻尼墙和brb做混搭配置，以便适用于不同的抗震及性价比的需求。对于4～5层楼的建筑，粘滞阻尼墙和brb的组合混搭层一般选择第2层，或者可以增加到第3层；对于7～8层楼的建筑，滞阻尼墙和brb的组合混搭层可以选择第2～4层，楼层越低，brb的数量越多，反之，则粘滞阻尼墙的数量越多。框架结构中因受力集中导致位移角最大或较大的部位通常是建筑物的外边缘或转角处，当所述位移角最大或较大的部位是在建筑外墙处时，由于建筑功能如采光、通风或美观等需要，所述的建筑外墙不允许设置减震耗能构件时，则可以改为在所述外墙两端的内墙上设置减震耗能构件。具体而言，本发明推荐的实施方式如下：本发明所述的粘滞阻尼墙的刚箱体安装在下层楼面梁上，直接与下层梁中的钢骨连接，内钢板则嵌固在上层楼面梁上，直接与上层梁中的钢骨连接。本发明在所述的需要设置约束屈曲支撑的框架结构之矩形框中的其中一对对角上预埋钢板作为安装板，所述的约束屈曲支撑的内芯耗能构件的两端连接所述的安装板上。本发明所述的约束屈曲支撑的内芯耗能构件与所预埋安装板之间的连接方式为螺栓连接或铰接连接，通过螺栓连接或铰接连接的内芯耗能构件更容易被单独取出和更换，方便维修。与现有技术相比，本发明具有如下优势：(1)本发明组合二种减震耗能构件有机地应用于高烈度地区的框架结构体系中，充分利用了粘滞阻尼墙和约束屈曲支撑brb各自的优势，在框架结构体系中发挥出协同作用，使框架结构在无需明显加大框架结构体系中的钢筋混凝土框架梁柱的尺寸的情况下，在小震、中震和大震的情况下均能发挥良好的抗震作用；同时，还能使框架结构体系中钢筋混凝土框架梁柱的尺寸得到明显降低，有效避免出现大梁大柱现象，更有利于建筑空间的利用。(2)本发明所得的框架结构体系具有很高的抗震性价比：经模拟计算及与在框架结构中无减震耗能构件或分别单一使用粘滞阻尼墙或brb的比较例对比可知(参见实施例2)，在多层建筑的框架结构中，在相同的位置以不同的方式配置的减震耗能构件，不但减震效果有差异，建筑总造价是不同的，相比之下，本发明的减震效果虽然介于单一设置粘滞阻尼墙或单一设置brb的减震效果之间，但由于在本发明能够使框架结构的钢筋混凝土框架梁柱的尺寸明显减小，整体结构自重和建筑基础造价能够得到极大降低，因此，本发明的框架结构体系的建筑总体造价是最低的，因此，抗震性价比是最高的。(3)本发明的框架结构体系在小震、中震和大震下均能够发挥抗震作用，且粘滞阻尼墙和brb的混搭的方案可以根据框架结构所欲达到的性能目标的进行灵活调整，适用于不同的抗震及性价比的需求。(4)本发明可以使在高烈度地区的框架结构体系中的梁柱截面尺寸明显减小，或者说可以采用与非高烈度地区的框架结构的梁柱截面尺寸基本相同或者接近的尺寸，使得结构构件的配筋率也相应降低，保证结构体系有合理的安全储备。(5)本发明由于上述有益效果，使得框架结构体系能够广泛应用于高烈度地区的多层建筑中，即在高烈度地区建造3～8层的多层建筑即使采用框架结构体系也能够满足国家规范对结构位移角的限值要求，使具有建筑空间分隔灵活，自重轻，节省材料的框架结构体系能够有更多地用武之地。附图说明下文将结合说明书附图和具体实施例，对本发明进行进一步说明。图1为粘滞阻尼墙的截面结构示意图；图2为约束屈曲支撑(brb)的结构示意图图3为本发明的粘滞阻尼墙的安装示意图图4为图3的1-1剖面图图5为本发明的约束屈曲支撑的连接于框架结构中的示意图；图6为本发明的实施例1中的多层建筑首层中约束屈曲支撑布置的半边平面图；图7为本发明的实施例1中的多层建筑第2层中粘滞阻尼墙与约束屈曲支撑组合布置的半边平面图；图8为本发明的实施例1中的多层建筑第3～5层中粘滞阻尼墙布置的半边平面图；图9为本发明实施例2所使用的框架结构三维计算模型；图10为实施例2的框架结构中每层减震耗能构件的布置位置示意图。附图说明：1-粘滞液体材料；2-钢箱体；3-内钢板；4-钢骨梁；5-框架柱；6-内芯耗能构件；7-钢管混凝土；8-无粘结材料；9-安装板；10-粘滞阻尼墙；11-约束屈曲支撑；12-减震耗能构件。具体实施例实施例1如图6～8所示的是本发明所述的用于高烈度地区的一个五层楼高的框架结构体系，先通过有限元设计软件对该多层建筑体系的受力情况进行模拟计算，找出其各楼层在小震条件下的最大层间位移角大于1/550的部位，以及在大震条件下的最大层间位移角大于1/50的部位，每层共确定出12个平面位置相同的墙体设置减震耗能构件，该12个墙体对称分布在该框架结构体系中的两端转角区域及其附近的位置。如图6所示的首层半边框架结构体系中，6面墙体所设置的减震耗能构件为单一的约束屈曲支撑11。如图7所示的第二层半边框架结构体系中，与首层设置减震耗能构件的位置相同处所设置的减震耗能构件为粘滞阻尼墙10和约束屈曲支撑11的组合，其中，以约束屈曲支撑11为主，共4个位于4面墙体内，且均沿着楼层结构的外围布置，因为这些部位是属于侧向刚度最弱的地方；而粘滞阻尼墙10为辅，有2个，且一个设置在建筑体系的内围，一个则设置在建筑体系转角区域最接近整体建筑中部的外围位置上。如图8所示的是第三至五层的平面图，所设置的减震耗能构件的位置与首层和第二层的相同，但减震耗能构件均采用粘滞阻尼墙10。如图6～8所示，多层建筑的框架结构中，左上方设置于两个平行墙体的减震耗能构件，实际应该设置在该两平行墙体之间的外围墙体上，但由于该外围墙体需要采光而设置玻璃幕墙，导致该外墙不允许设置减震耗能构件，改为在所述外墙两端的内墙上设置减震耗能构件。如图3～4所示，粘滞阻尼墙10的刚箱体2安装在下层楼面梁上，与下层梁的钢骨4连接，内钢板3嵌固在上层楼面梁上，与上层梁的钢骨4底面连接。如图5所示，在所述框架结构中设置约束屈曲支撑11的矩形建筑框中，其中一对对角上预埋钢板作为安装板9，所述的约束屈曲支撑11的内芯耗能构件的两端连接该安装板9上。实施例2本实施例2采用结构动力时程分析的方法分别对比另外三种工况下的框架结构进行8度小震、中震和大震分析，选用七组地震波，其中5条实际波，2条人工波，经修正的七条地震波地震影响系数曲线，小震地震输入加速度峰值为70gal，中震地震输入加速度峰值为200gal，大震地震输入加速度值为400gal。采用sap2000计算软件进行层间位移角和层剪力平均值的计算分析。比较例1：5层框架结构，每层长40.4m，宽24.4m，平面面积为986m2；首层层高为6m，二～五层层高为4.5m。三维计算模型如图9所示，没有加任何减震耗能构件。比较例2：在上述的5层框架结构的每层各布置4个brb，每一层的具体布置位置如图8所示；比较例3：在上述的5层框架结构的每层各布置4个阻尼墙，每一层的具体布置位置如图8所示，这些位置的位移角均小于1/550；本发明实施例2：在上述的5层框架结构的1～2层布置4个brb，在3～5层布置4个阻尼墙，每一层的具体布置位置如图8所示。上述方案在小震条件下的最大层间位移角模拟计算结果如表1所示；其在大震下的最大层间位移角模拟计算结果如表2所示表1上述各方案在小震条件下的最大层间位移角对比表表2上述各方案在大震下的最大层间位移角对比表由表1和表2可见，上述的比较例2～3和本发明实施例2均能够满足国家规范对框架结构位移角的最低限制要求，即在小震条件下，最大层间位移角不大于1/550；在大震条件下，最大层间位移角不大于1/50。比较例2～3和本发明实施例2在小震下所吸收的地震能量的计算结果如表3所示；其在中震中所吸收的地震能量的计算结果如表4所示；其在大震中所吸收的地震能量的计算结果如表5所示。表3上述各方案在小震下所吸收的地震能量对比表表4上述各方案在中震中所吸收的地震能量对比表表5上述各方案在大震中所吸收的地震能量对比表在上表3～5中：“模态能量”指钢筋混凝土结构在其本身自带的阻尼比(0.05)下所吸收的地震能量；“阻尼墙能量”指由粘滞阻尼墙所吸收的地震能量；“brb能量”指由屈曲约束支撑所吸收的地震能量；“附加阻尼比”指根据《建筑抗震设计规范》(gb50011-2010)消能部件附加给结构的有效阻尼比。由表3～5所列举的计算结果可见，在小震作用下，仅设置阻尼墙的比较例3的附加阻尼比最大，仅设置防屈曲约束支撑的比较例2的附加阻尼比最小，本发明实施例2的附加阻尼比介于以上两者之间；在中震作用下，比较例3的附加阻尼比最大，比较例2的附加阻尼比最小，本发明实施例的附加阻尼比介于以上两者之间；在大震作用下，比较例3的附加阻尼比最小，比较例2的附加阻尼比最大，本发明实施例2的附加阻尼比介于以上两者之间。综上所述，在小震、中震和大震的作用下，本发明的减震效果介于框架结构中单一设置阻尼墙或单一设置防屈曲约束支撑方案的减震效果之间。表6示出了上述各方案的建筑总造价计算结果：表6方案比较例1比较例2比较例3本发明实施例2钢筋混凝土造价(万元)159136134127阻尼墙造价(万元)----1012brb造价(万元)--24--4建筑总造价(万元)159160144143从上表的计算结果可见，与各比较例相比，本发明实施例2的建筑总造价的建筑总造价最低。综上所述，在小震、中震和大震的作用下，在设置的减震耗能器数量和位置相同的情况下，本发明综合考虑造价和减震效果后，具有最好的减震性价比。当前第1页12