相邻框架结构倒塌碰撞的刚-柔结合的多防线控制方法及控制结构与流程

本发明属于建筑框架结构控制技术领域，尤其涉及一种相邻框架结构倒塌碰撞的刚-柔结合的多防线控制方法及控制结构。

背景技术：

由于城镇土地资源使用紧张以及建设节约型社会的要求，相邻建筑的间距往往较小，若发生地震等使建筑承受一定的外界荷载，一旦相邻建筑中的一幢由于柱子失效发生倒塌破坏，则很可能会撞击到周围的建筑，在撞击的瞬间相邻建筑的动力响应都会被显著放大，进而使其地震等外界的破坏概率随之增加，加之已有后震害表明相邻建筑发生碰撞后，碰撞位置的构件极易发生局部破坏，且结构整体响应被放大很多倍，极易造成相邻建筑碰撞后发生倒塌现象。为了减轻地震等造成的相邻建筑碰撞倒塌的灾害，提升城镇的防灾减灾能力，对相邻建筑进行倒塌碰撞控制具有重要的现实意义。虽然目前对相邻建筑的碰撞问题开展了一些研究，但仍然存在以下问题：

(1)相邻建筑的碰撞问题中未考虑倒塌；

(2)倒塌将对相邻建筑的动力响应会产生极不利的影响，但是缺少相邻建筑的倒塌控制研究。

(3)在相邻建筑的倒塌碰撞控制中缺少多防线的措施。

技术实现要素：

针对上述背景技术中指出的现有技术存在的不足，本发明提供了一种相邻框架结构倒塌碰撞的刚-柔结合的多防线控制方法及控制结构，通过竖向柔性钢索和水平向刚性阻尼器相结合，现实了相邻建筑抗倒塌防碰撞的多防线控制，大大减小了地震作用下相邻建筑结构碰撞的破坏概率。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种相邻框架结构倒塌碰撞的刚-柔结合的多防线控制方法，包括以下步骤：

(1)在框架结构梁柱节点设置预埋件；

(2)在相邻建筑框架结构的临近两榀框架中竖向布设只能轴心受力的钢索，所述钢索的容许拉力和横截面尺寸由下式计算得到，进而确定钢索的直径：

式中：t为钢索容许拉力；sμ为钢索的破断拉力；η为钢索的安全系数；k为某一指定结构钢索的最小破断拉力系数(简称最小破断拉力系数)，其值等于0.356；d为钢索公称直径，单位取mm；fμ为钢索公称抗拉强度，取1670mpa。

(3)将钢索与预埋件进行连接；

(4)由于相邻框架结构在地震作用的前期相对位移较小，随着地震强度增大等因素的影响，在地震作用的后续阶段会出现较大的相对位移，为了充分利用不同阻尼器的性能，在相邻框架结构之间沿高度方向交替布置水平软钢阻尼器和粘滞阻尼器，阻尼器的布置起到消耗地震作用目的的同时可减小相邻框架结构在地震作用下的碰撞概率。

优选地，所述预埋件采用开孔的钢制连接件，所述钢索与预埋件采用螺栓连接。

优选地，所述钢索与预埋件连接时进行紧固处理，以消除钢索松弛对抗倒塌的不利影响。

优选地，为了实现震后阻尼器的可更换性，在相邻框架结构之间布置的所述阻尼器的连接位置处预埋钢构件，采用螺栓将阻尼器和相邻框架结构进行连接。

实现上述相邻框架结构倒塌碰撞的刚-柔结合的多防线控制方法的控制结构，包括框架结构梁柱节点设置的预埋件、相邻建筑框架结构的临近两榀框架中竖向布设的只能轴心受力的钢索及相邻框架结构之间布置的阻尼器，所述钢索与预埋件连接，所述阻尼器包括水平软钢阻尼器和粘滞阻尼器，所述水平软钢阻尼器和粘滞阻尼器沿高度方向交替布置的。柱子发生破坏后，临近钢索会起到力的重分配作用，防止框架结构由于柱子的失效发生即刻的倒塌破坏，阻尼器的布置起到消耗地震作用目的的同时可减小相邻框架结构在地震作用下的碰撞概率。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：

本发明通过在相邻建筑框架结构的临近两榀框架分别沿竖向布设钢索，实现了地震作用下某些柱子破坏后进行力的重分配，进而大大减小框架结构发生倒塌的概率；另一方面，在相邻框架结构之间沿高度方向交替布置水平软钢阻尼器和粘滞阻尼器，既能起到支撑的作用，控制相邻结构中的某一幢建筑结构发生破坏后倒向另一幢建筑结构时发生撞击的危险，又可消耗一部分地震能量，直接减小结构的动力响应。本发明所采用的竖向柔性钢索-水平向刚性阻尼器抗倒塌防碰撞多防线控制结构取材容易、组件优势互补、施工简便、具有可更换性，利于工程应用，有助于减小地震作用下相邻建筑结构的破坏概率，进而提升城镇房屋建筑的防灾减灾能力，减弱地震灾害对人民生命安全的威胁。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种相邻框架结构倒塌碰撞的刚-柔结合的多防线控制结构的示意图。

图中：1-框架结构ⅰ；2-框架结构ⅱ；3-钢索；4-水平软钢阻尼器；5-粘滞阻尼器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，一种相邻框架结构倒塌碰撞的刚-柔结合的多防线控制方法，包括以下步骤：

(1)在框架结构梁柱节点设置预埋件，预埋件采用开孔的钢制连接件。

(2)为了使抗倒塌措施对框架结构抗侧刚度的影响较小，在相邻建筑框架结构ⅰ1和框架结构ⅱ2的临近两榀框架中竖向布设只能轴心受力的钢索3，柱子发生破坏后，临近钢索3会起到力的重分配作用，防止框架结构由于柱子的失效发生即刻的倒塌破坏。

为了确保钢索3的承载力能够满足要求，钢索3的容许拉力和横截面尺寸由下式计算得到，进而确定钢索3的直径：

式中：t为钢索容许拉力；sμ为钢索的破断拉力；η为钢索的安全系数；k为某一指定结构钢索的最小破断拉力系数(简称最小破断拉力系数)，其值等于0.356；d为钢索公称直径，单位取mm；fμ为钢索公称抗拉强度，取1670mpa。

(3)将钢索3与预埋件进行连接，钢索3与预埋件采用螺栓连接，钢索3连接过程中进行紧固处理，以消除钢索3松弛对抗倒塌的不利影响。

(4)由于相邻框架结构在地震作用的前期相对位移较小，随着地震强度增大等因素的影响，在地震作用的后续阶段会出现较大的相对位移，为了充分利用不同阻尼器的性能，在相邻框架结构ⅰ1和框架结构ⅱ2之间沿高度方向交替布置水平软钢阻尼器4和粘滞阻尼器5，阻尼器的布置起到消耗地震作用目的的同时可减小相邻框架结构在地震作用下的碰撞概率。

为了实现震后阻尼器的可更换性，在相邻框架结构ⅰ1和框架结构ⅱ2之间布置的阻尼器的连接位置处预埋钢构件，采用螺栓将阻尼器和相邻框架结构进行连接。

实现本发明相邻框架结构倒塌碰撞的刚-柔结合的多防线控制方法的控制结构如图1所示，该控制结构包括框架结构梁柱节点设置的预埋件、相邻建筑框架结构ⅰ1和框架结构ⅱ2的临近两榀框架中竖向布设的只能轴心受力的钢索3及相邻的框架结构ⅰ1和框架结构ⅱ2之间布置的阻尼器，钢索3与预埋件连接，阻尼器包括水平软钢阻尼器4和粘滞阻尼器5，水平软钢阻尼器4和粘滞阻尼器5沿高度方向交替布置的。

本发明多防线控制结构中，柱子发生破坏后，临近钢索3会起到力的重分配作用，防止框架结构由于柱子的失效发生即刻的倒塌破坏，阻尼器的布置起到消耗地震作用目的的同时可减小相邻框架结构在地震作用下的碰撞概率。

本发明的技术原理：地震作用下框架结构中薄弱柱子发生破坏的瞬间，由于钢索的存在会进行力的重分配，减弱力的突变不利影响，且可以承担一部分由原来柱子所受的力，进而可减小框架结构倒塌的发生概率或直接避免倒塌的发生。此外，相邻框架结构之间布置的水平阻尼器一方面可发挥支撑的作用，从而避免相邻框架结构的直接接触碰撞，另一方面阻尼器可消耗一部分地震能量，进一步减小结构的动力响应，减轻地震灾害。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。