一种强震时整体转动式结构及其施工方法

本发明属于建筑工程施工，特别涉及一种强震时整体转动式结构及其施工方法。

背景技术：

1、传统的抗震系统依靠主要结构构件的非弹性变形来耗散地震能量，从而保护建筑物不倒塌。虽然目前的建筑规范要求通常被认为提供了足够的安全性，但其规范性要求侧重于横向强度和延性，并没有明确控制结构和非结构损坏的数量，也没有规定地震后继续使用的要求。地震对主要结构构件（包括支撑、墙壁、梁、柱和连接件）造成的破坏以及残余漂移可能导致建筑物在大地震后修复不经济或者难以修复。基础性能的地震工程突出了减少维修费用和避免建筑物失效的重要性，更高的性能可以通过最小化非弹性变形和对主要结构部件的损坏来实现。一般来说，加强传统的抗震系统以达到这一性能既不实际也不经济。相反，需要新的方法。

2、因此，设计一种易于建造及维护、建筑物全寿命成本效益高、防止大地震期间的重大结构损坏并最大限度地减少残余位移、稍加修复即可继续使用的结构体系，具有很大的研究价值。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种强震时整体转动式结构及其施工方法，要解决传统的抗震系统在大地震后修复不经济或者难以修复的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

3、一种强震时整体转动式结构，包括有框架结构、杯口基础和柱下独立基础；所述杯口基础设置在结构底部中心处；所述柱下独立基础有一组，沿环向间隔设置在杯口基础的四周，并且柱下独立基础的底面标高高于杯口基础的顶面标高；所述框架结构包括有中心柱、边柱和框架梁；还包括有转体耗能支座、弹性伸缩耗能件和抗拉压弹性耗能支座；所述中心柱设置在框架结构的中轴位置处，并且中心柱的下端设置有第一钢套筒；在第一钢套筒的底部设置有第一底板；所述转体耗能支座插接在杯口基础中，转体耗能支座的底部与杯口基础的插槽底固定连接；所述第一底板设置在转体耗能支座的顶部，且第一底板与转体耗能支座通过第一螺栓连接；在杯口基础插槽的四周侧壁上间隔设置有水平的弹性伸缩耗能件；所述弹性伸缩耗能件通过布置在插槽侧壁上的预埋螺栓进行固定，并且弹性伸缩耗能件的自由端与转体耗能支座之间留有间距；所述边柱有一组，一组边柱与一组柱下独立基础对应设置；所述边柱的下端设置有第二钢套筒，在第二钢套筒的底部设置有第二底板；所述抗拉压弹性耗能支座安装在柱下独立基础的顶部，所述第二底板设置在抗拉压弹性耗能支座的顶部，且第二底板与抗拉压弹性耗能支座通过第二螺栓连接；所述中心柱的下部与每根边柱的下部之间分别设置有斜撑；所述斜撑的下端连接在转体耗能支座上方的中心柱部位上，所述斜撑的上端连接在抗拉压弹性耗能支座上方的边柱部位上。

4、优选的，所述框架结构还包括有连梁；所述框架梁连接在相邻边柱之间，并且在每两根相邻边柱之间沿竖向间隔设置；所述连梁连接在中心柱与边柱之间，并且在中心柱与每根边柱之间沿竖向间隔设置。

5、优选的，所述第一底板顶部与第一钢套筒之间、沿环向间隔设置第一加劲板。

6、优选的，所述第二底板顶部与第二钢套筒之间、沿环向间隔设置第二加劲板。

7、优选的，所述杯口基础的插槽底部设置有柔性垫层；所述转体耗能支座支撑在柔性垫层上，且转体耗能支座与柔性垫层固定连接。

8、优选的，所述柱下独立基础中、位于抗拉压弹性耗能支座两侧的位置处分别设置有锚栓；所述抗拉压弹性耗能支座通过锚栓固定。

9、优选的，所述转体耗能支座包括橡胶垫层、钢垫层、第三钢套筒、第一弹性外包层、第三顶板和第三底板；所述钢垫层有一组，沿竖向间隔布置；在每个钢垫层的中心位置处均开设有穿孔；所述橡胶垫层设置在每相邻两层钢垫层之间；在每个橡胶垫层的中心位置处均开设有穿孔；所述第一弹性外包层包裹在钢垫层和橡胶垫层的竖向侧面上；所述第三顶板设置在最上层的钢垫层顶部；所述第三底板设置在最下层的钢垫层底部；所述第三钢套筒插设在钢垫层和橡胶垫层的穿孔中，且第三钢套筒的上端与第三顶板固定连接，第三钢套筒的下端与第三底板固定连接。

10、优选的，所述抗拉压弹性耗能支座包括有第四顶板、夹层钢板、大刚度弹性件、第二弹性外包层、第四钢套筒、第五钢套筒、限位弹簧和第四底板；所述第四底板设置在柱下独立基础的顶部，且第四底板通过所述锚栓与柱下独立基础固定；所述第四钢套筒设置在第四底板与第四顶板之间；所述大刚度弹性件套在第四钢套筒上，在大刚度弹性件的顶部设置有夹层钢板；所述夹层钢板与第四顶板之间设置有缓冲弹簧，且缓冲弹簧和大刚度弹性件均呈压缩状态；所述第五钢套筒套设在大刚度弹性件和夹层钢板的外侧，且夹层钢板与第五钢套筒滑动连接；所述第五钢套筒的下端与第四底板固定连接，第五钢套筒的上端与第四顶板之间留有间距；所述第二弹性外包层包裹在第五钢套筒上，避免第四顶板与第五钢套筒直接产生撞击；所述限位弹簧有一组，沿环向设置在第五钢套筒的周围，且限位弹簧的上端与第四顶板可拆卸连接，限位弹簧的下端与第四底板固定连接；所述限位弹簧处于拉伸状态。

11、优选的，所述弹性伸缩耗能件包括有连接板、固定套筒、伸缩套筒和弹簧；所述连接板贴在杯口基础的侧壁上，且通过预埋螺栓进行固定；所述固定套筒水平焊接在连接板的板面中间，固定套筒靠近中心柱一端的侧壁向内翻折，形成第一挂边；所述伸缩套筒插接在固定套筒中，且伸缩套筒靠近固定套筒一端的侧壁向外翻，形成第二挂边；所述第一挂边与第二挂边挂接连接；所述伸缩套筒靠近中心柱一端设置有封板；所述弹簧压设在伸缩套筒与固定套筒中。

12、一种强震时整体转动式结构的施工方法，包括步骤如下。

13、步骤一，施工杯口基础和柱下独立基础。

14、步骤二，在杯口基础插槽的四周侧壁上间隔设置弹性伸缩耗能件。

15、步骤三，预制中心柱、边柱、连梁和框架梁。

16、步骤四，在中心柱的底部安装第一钢套筒和第一底板，并且在第一底板的底部安装转体耗能支座；同时，在边柱的底部安装第二钢套筒和第二底板，并且在第二底板的底部安装抗拉压弹性耗能支座。

17、步骤五，吊装中心柱，使转体耗能支座插入杯口基础中；同时，吊装边柱将抗拉压弹性耗能支座采用预埋在支柱下独立基础中的锚栓固定。

18、步骤六，施工斜撑：在中心柱的下部与每根边柱的下部之间分别连接斜撑。

19、步骤七，施工框架梁和连梁，至此强震时整体转动式结构施工结束。

20、与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。

21、1、本发明通过在结构中心设置的转体耗能支座以及在结构四周设置的竖向抗拉压弹性支座来实现结构的摇摆以及震后自复位的功能，可以有效地提高结构的抗震韧性；其中，四周设置的抗拉压弹性支座的有效的耗散了地震能量，极大的提高了结构的抗震性能，防止了大地震期间的重大结构损坏并最大限度地减少残余位移。

22、2、本发明的整体转动式结构中，其上部结构可按传统的施工方法进行相关作业，避免了原摇摆结构大量节点的施工复杂性，节约了大量的施工成本。本发明通过在边柱和中柱的底部设置抗拉压弹性耗能支座和转体耗能支座，从而使整个结构在中、大震中可成为可控摇摆结构，其可降低整体结构的摇摆幅度，进一步使摇摆结构更多的应用于实际工程中。

23、3、本发明的上部结构采用框架结构，避免了原摇摆结构大量节点的施工复杂性，降低施工成本，避免了在结构体系中大量预应力筋的设置，简化了施工流程，更有利于施工效率的提升，同时，更利于保障建筑结构的工程质量。

24、4、本发明改变了原摇摆结构沿建筑长度方向的摇摆模式，转变为转动式摇摆结构，降低整体上部结构的摇摆幅度。

25、5、本发明以中心柱为转动轴，以中心柱底部的转体耗能支座为转动点，当地震发生时，整体上部结构发生刚体转动摇摆，各边柱底部设置的抗拉压弹性耗能支座以及中心柱底部设置的转动耗能铰支座进行耗能，能有效减小结构地震加速度和位移响应，使上部结构处于弹性工作状态。