一种延性桁架抗弯框架的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及建筑结构抗震领域，特别是涉及一种延性桁架抗弯框架。
【背景技术】
[0002]普通桁架抗弯框架，桁架的抗弯承载力远高于柱，其强柱弱梁机制不能满足，等效阻尼比偏小，基地剪力较大，柱底容易出现塑性铰，抗震性能不是很好。
[0003]美国钢结构设计协会在AISC-341-10中对提高STMF的延性给出了一种方法:在桁架中部10%的区域设置屈服段，使塑性变形集中于此处从而保护其他杆件，增加框架延性。但是该方法涉及杆件较大，设计较复杂，同时很难保证所有杆件达到预期的效果。并且，在该方法建议的区域的屈服段，在水平地震作用下，由于轴力不是很大不容易进入屈服，且在地震作用下，如屈服段一旦屈服，将降低桁架承担竖向荷载的能力，容易造成结构安全上的隐患。
【发明内容】
[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种在竖向荷载与多遇地震作用下能够保证整体结构的安全，在设防及罕遇地震作用下屈服耗能杆先于其他杆件屈服的延性桁架抗弯框架。该延性桁架抗弯框架在设防及罕遇地震下的等效阻尼比明显增加并远大于普通桁架框架，基底剪力和层间位移角明显小于普通桁架框架，其消能减震作用明显；并且其框架柱比普通桁架框架更不容易出现塑性铰，从而更容易实现强柱弱梁屈服机制，提高结构延性并实现预定的抗震性能目标。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供一种延性桁架抗弯框架，主要包括垂直的框架柱和与所述框架柱连接的水平桁架，所述桁架包括上弦杆，下弦杆和腹杆，其特征在于:所述桁架在竖向荷载作用下的弯矩反弯点所在跨设置屈服耗能杆，所述屈服耗能杆的两端分别与相邻的所述下弦杆铰接，所述屈服耗能杆比所述下弦杆的承载力低，使所述屈服耗能杆在地震下比所述下弦杆先屈服；所述屈服耗能杆应在所述竖向荷载加载完成后安装。
[0006]本技术方案中:屈服耗能杆位于桁架在竖向荷载作用下的弯矩反弯点所在跨，一般反弯点出现在第二或第三跨。在竖向荷载作用下，该屈服耗能杆的内力较小或基本为零，多遇地震下可保持弹性，但在设防及罕遇地震下该屈服耗能杆的屈服甚至破坏基本不影响桁架的竖向承载能力。所述屈服耗能杆承载力比其余普通下弦杆小，并且水平地震作用下屈服耗能杆轴力较大，从而能够确保其先于下弦杆屈服，其消能减震作用明显。
[0007]基于上述技术特征，屈服耗能杆承载力相比桁架其余下弦杆小，可采用比下弦杆材料强度低的材料，比下弦杆截面小的截面，也可采用屈曲约束支撑、位移相关型、速度相关型或复合型消能器作为所述屈服耗能杆等措施来实现。
[0008]设防及罕遇地震作用下屈服耗能杆轴力较大，并且屈服耗能杆的截面承载力较小，从而能够确保其先于其他杆件屈服，其消能减震作用明显，从而更容易实现强柱弱梁屈服机制，提高结构延性并实现预定的抗震性能目标。
[0009]综上所述，本发明延性桁架抗弯框架在竖向荷载与多遇地震作用下能够保证整体结构的安全，在设防及罕遇地震作用下屈服耗能杆先于其他杆件屈服，从而更容易实现强柱弱梁屈服机制，提高结构延性并实现预定的抗震性能目标。
【附图说明】
[0010]图1显示为本发明延性桁架抗弯框架示意图。
[0011]图2显示为延性桁架抗弯框架的弯矩示意图。
【具体实施方式】
[0012]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0013]请参阅图1至图2。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0014]如图1所示，本发明为一种延性桁架抗弯框架，包括框架柱I和桁架，所述框架柱I和桁架相互垂直并连接，桁架包括上弦杆2，下弦杆3和腹杆4，所述桁架上设有屈服耗能杆5，屈服耗能杆5与旁边下弦杆3铰接。
[0015]由于桁架线刚度与柱刚度之比的变化会影响弯矩反弯点的位置，使得屈服耗能杆不是真正意义上的零杆，故分析时屈服耗能杆构件在竖向荷载加载完成后安装，计算过程应采用现有技术中的施工模拟的方法。屈服耗能杆构件加载之前，楼面桁架受力模式为简支桁架，应分别验算该阶段桁架构件的承载力及屈服耗能杆构件安装之后的使用阶段构件承载力。
[0016]桁架在竖向荷载作用下的弯矩图如图2虚线7所示，弯矩反弯点6附近桁架下弦杆轴力较小，此处设置屈服耗能杆5，屈服耗能杆5屈服甚至失效对桁架的竖向承载能力影响较小，进而保证结构在竖向荷载作用下的安全。而在设防及罕遇地震作用下屈服耗能杆轴力较大，并且屈服耗能杆5的承载力比下弦杆3更低，从而能够确保其先于下弦杆屈服，提供更大的等效阻尼比，增强结构的抗震性能。
[0017]为实现屈服耗能杆先于其他下弦杆屈服发挥耗能的作用，可采用比下弦杆材料强度低的材料，比下弦杆截面小的截面，也可采用屈曲约束支撑，位移相关型、速度相关型或复合型消能器作为所述屈服耗能杆等措施来实现。
[0018]本发明延性桁架抗弯框架在设防及罕遇地震下的等效阻尼比明显增加并远大于普通桁架框架，基底剪力和层间位移角明显小于普通桁架框架，其消能减震作用明显，并且其框架柱比普通桁架框架更不容易出现塑性铰。
[0019]综上所述，本发明一种延性桁架抗弯框架容易实现强柱弱梁屈服机制，提高结构延性并实现预定的抗震性能目标。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0020]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种延性桁架抗弯框架，主要包括垂直的框架柱(I)和与所述框架柱(I)连接的水平桁架，所述桁架包括上弦杆(2)，下弦杆(3)和腹杆(4)，其特征在于:所述桁架在竖向荷载作用下的弯矩反弯点所在跨设置屈服耗能杆(5)，所述屈服耗能杆(5)的两端分别与相邻的所述下弦杆(3)铰接，所述屈服耗能杆(5)比所述下弦杆(3)的承载力低，使所述屈服耗能杆(5)在地震下比所述下弦杆(3)先屈服；所述屈服耗能杆(5)应在所述竖向荷载加载完成后安装。
2.根据权利要求1所述的一种延性桁架抗弯框架，其特征在于:所述屈服耗能杆(5)比所述下弦杆(3)的截面尺寸小。
3.根据权利要求1所述的一种延性桁架抗弯框架，其特征在于:所述屈服耗能杆(5)比所述下弦杆(3)的材料强度低。
4.根据权利要求1所述的一种延性桁架抗弯框架，其特征在于:采用屈曲约束支撑或位移相关型或速度相关型或复合型消能器作为所述屈服耗能杆(5)。
【专利摘要】本发明属于建筑结构抗震领域的一种延性桁架抗弯框架，技术方案为：桁架在竖向荷载作用下的弯矩反弯点所在跨设置屈服耗能杆，所述屈服耗能杆的两端分别与相邻的所述下弦杆铰接，所述屈服耗能杆比所述下弦杆的承载力低，使所述屈服耗能杆在地震下比所述下弦杆先屈服；所述屈服耗能杆应在所述竖向荷载加载完成后安装。延性桁架抗弯框架在设防及罕遇地震下的等效阻尼比明显增加并远大于普通桁架框架，基底剪力和层间位移角明显小于普通桁架框架，其消能减震作用明显；延性桁架抗弯框架的框架柱比普通桁架框架更不容易出现塑性铰，从而更容易实现强柱弱梁屈服机制，提高结构延性并实现预定的抗震性能目标。
【IPC分类】E04B1-98, E04B1-19
【公开号】CN104532950
【申请号】CN201410619602
【发明人】黄永强, 包联进, 施维
【申请人】华东建筑设计研究院有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年11月7日