一种斜支撑代替中柱提高框架式地下结构抗震性能的体系的制作方法

本发明涉及一种斜支撑代替中柱提高框架式地下结构抗震性能的体系,属于地下结构抗震技术领域。

背景技术：

框架式地下结构是目前最常用的地下结构形式，由于跨度大，结构一般在侧墙之间设置中柱，与侧墙共同承担结构上覆土体的竖向荷载。在地震作用过程中，由于上覆围岩土体的重力和竖向惯性力极大地增加了结构中柱的轴压比，导致其侧向变形能力不足，框架式地下结构在地震过程中易因中柱变形能力不足而发生塌毁破坏，中柱也就是地下结构的抗震薄弱环节。

框架式地下结构的侧墙既是主要的竖向承力构件，又是主要的水平抗剪切构件，其水平抗剪切强度和变形能力通常较强。由于侧墙一般较厚，通长布置，地震作用过程中，侧墙的轴压比没有明显变化，侧向变形能力处于较高的水平，因此，框架式地下结构整体的水平向变形能力受中柱的水平向变形能力控制。

中柱的主要功能是竖向支撑，即将作用于顶板上的竖向荷载传递给底板，但在顶底板发生水平向位移的过程中，侧墙与中柱间的承载力将发生分配转移和调整，中柱不可避免地承受水平向剪力，产生水平向变形，容易造成中柱在高轴压比下发生侧向变形能力不足的脆性破坏。

中柱的变形能力的主要影响因素包括轴压比、配箍率和剪跨比等。减小轴压需要增加中柱的截面积，导致中柱截面刚度过大，剪跨比较小，易发生剪切破坏，同时也易造成结构使用空间的减小。而提高配箍率对中柱水平向变形能力的提高也是有限的。

技术实现要素：

为解决现有技术的上述不足，本发明提出了一种斜支撑代替中柱提高框架式地下结构抗震性能的体系。用于解决框架式地下结构中柱因水平变形能力不足而成为抗震薄弱环节的问题，提高结构整体的水平向变形能力，保证大变形下结构不发生塌毁破坏。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种斜支撑代替中柱提高框架式地下结构抗震性能的体系，包括侧墙和顶板，所述斜支撑代替中柱提高框架式地下结构抗震性能的体系还包括顶板支座、预制斜支撑、侧墙支座、顶板铰和侧墙铰；所述侧墙、顶板内设置有预埋锚固钢筋，所述顶板支座和侧墙支座分别通过预埋锚固钢筋固定在所述顶板和侧墙上；所述预制斜支撑的两端分别通过顶板铰和侧墙铰与所述顶板和侧墙铰接在一起，进而保证预制斜支撑仅传递轴力，从而使得预制斜支撑代替中柱承载框架式地下结构的竖向荷载，从而减小顶板的弯矩。

进一步地，所述的预制斜支撑的倾斜角度与截面尺寸，根据框架式地下结构尺寸及顶板受弯大小进行设计和调整。

进一步地，所述预制斜支撑与顶板形成的夹角为30-40度；所述预制斜支撑与侧墙形成的夹角为60-70度。

进一步地，所述的预制斜支撑为钢柱或钢管混凝土柱。

进一步地，所述的预制斜支撑的截面形式为圆形、方形、矩形或环形；所述顶板支座和侧墙支座为立方体结构；所述顶板铰和侧墙铰横截面为半圆形。

进一步地，所述顶板铰和侧墙铰用于保证预制斜支撑能够自由转动，仅传递轴力，而不承担剪力。

进一步地，所述顶板支座和侧墙支座与预埋锚固钢筋焊接或螺栓连接。

进一步地，所述预制斜支撑为多根，其分成两组对称设置在框架式地下结构的左上拐角和右上拐角处，每组的多根预制斜支撑沿框架式地下结构的箱体纵向等间距平行设置。

进一步地，所述框架式地下结构的四个拐角处均设置有斜向加劲肋。

上述斜支撑代替中柱提高框架式地下结构抗震性能的体系的施工方法，如下：

步骤1：现浇混凝土侧墙和顶板，在设计位置预先设置预埋锚固钢筋；

步骤2：通过预埋锚固钢筋安装顶板支座和侧墙支座；

步骤3：在预制斜支撑两端分别设置顶板铰和侧墙铰，将预制斜支撑分别与顶板支座和侧墙支座铰接。

相对于现有技术，本发明具有如下技术效果：

1、本发明采用斜支撑代替框架式地下结构的中柱，解决了框架式地下结构中柱变形能力不足的问题。

2、斜支撑将作用于顶板上的竖向荷载传递给侧墙，斜支撑与两个支座之间采用铰接的联系方式，即斜支撑仅传递轴向荷载。同时斜支撑传递的轴向荷载与土体侧压力方向相反，可减小结构侧向水平向变形，确保结构侧墙保持直立。

3、该斜支撑结构形式简单，安装方便，符合建筑工业化生产和绿色建筑的理念。

附图说明

图1为本发明的预制斜支撑立体示意图；

图2为本发明的的预制斜支撑剖面图；

图3为本发明的预制斜支撑应用于典型框架式地下结构的剖面图；

图4为本发明的预制斜支撑应用于典型框架式地下结构的立体示意图。

图中，1-顶板支座；2-预制斜支撑；3-侧墙支座；4-顶板铰；5-侧墙铰；6-侧墙；7-顶板；8-底板；9-预埋锚固钢筋。

具体实施方式

下面结合附图1-4对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

实施例1

如图1-4所示，本发明的一种斜支撑代替中柱提高框架式地下结构抗震性能的体系，其使用的典型框架式地铁车站结构横断面图如图3所示，包括侧墙6和顶板7，还包括顶板支座1、预制斜支撑2、侧墙支座3、顶板铰4和侧墙铰5。侧墙6、顶板7内设置有预埋锚固钢筋9，顶板支座1和侧墙支座3分别通过预埋锚固钢筋9固定在顶板7和侧墙6上，其具体实施方式包括但不限于采用销钉连接。如图1-2所示，预制斜支撑2的两端分别通过顶板铰4和侧墙铰5与顶板7和侧墙6铰接在一起，进而保证预制斜支撑2仅传递轴力，从而使得预制斜支撑2代替中柱承载框架式地下结构的竖向荷载，从而减小顶板7的弯矩，即预制斜支撑2仅传递轴力，不承担剪力，防止其因侧向变形能力不足而发生破坏。其中，顶板7厚度0.8m，侧墙6厚度0.7m，底板8厚度0.85m，侧墙6、顶板7、底板8现浇形成的箱体抗侧强度很大。

预制斜支撑2承担轴向荷载能力强。具体实施方式包括但不限于：钢柱、钢筋混凝土柱、钢管混凝土柱，混凝土采用高强混凝土。

预制斜支撑2断面形式包括但不限于：圆形、方形、矩形、环形。顶板支座1和侧墙支座3可为立方体结构，顶板铰4和侧墙铰5横截面为半圆形，但不限于上述结构形式。

顶板铰4和侧墙铰5与预制斜支撑2铰接时，采用润滑油润滑，以减小摩擦力。顶板铰4和侧墙铰5用于保证预制斜支撑2能够自由转动，仅传递轴力，而不承担剪力。顶板支座1和侧墙支座3与预埋锚固钢筋9螺栓连接。

如图4所示，预制斜支撑2为多根，其分成两组对称设置在框架式地下结构的左上拐角和右上拐角处，每组的多根预制斜支撑2沿框架式地下结构的箱体纵向等间距平行设置。预制斜支撑2的倾斜角度与截面尺寸，根据框架式地下结构尺寸及顶板7受弯大小进行设计和调整。框架式地下结构保证侧墙6和顶板7亦不发生破坏，在进行预制斜支撑2倾角设计时，先根据顶板7的承载力求出顶板支座1的位置，再根据侧墙的承载能力计算侧墙支座3的位置，进而获得预制斜支撑2的倾角及断面尺寸。特别是通过计算后发现，当预制斜支撑2与顶板7形成的夹角为30-40度，预制斜支撑2与侧墙6形成的夹角为60-70度时，预制斜支撑2的竖向荷载传递效率最好，水平变形最小。

施工时，要严格控制斜撑的轴向承载能力，采用必要的临时加固措施。此外，框架式地下结构的四个拐角处还均设置有斜向加劲肋。

该斜支撑代替中柱提高框架式地下结构抗震性能的体系的施工方法为：

步骤1：现浇混凝土侧墙6和顶板7，在设计位置预先设置预埋锚固钢筋9。

步骤2：通过预埋锚固钢筋9安装顶板支座1和侧墙支座3。

步骤3：在预制斜支撑2两端分别设置顶板铰4和侧墙铰5，将预制斜支撑2分别与顶板支座1和侧墙支座3铰接。

上述实施例只是为了更清楚说明本发明的技术方案做出的列举，并非对本发明的限定，本领域的普通技术人员根据本领域的公知常识对本申请技术方案的变通亦均在本申请保护范围之内，总之，上述实施例仅为列举，本申请的保护范围以所附权利要求书范围为准。