一种防屈曲支撑伸臂桁架的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种防屈曲支撑伸臂桁架，属于结构工程技术领域，由伸臂桁架梁和斜向防屈曲支撑构件组成。防屈曲支撑伸臂桁架构件可用于框架-核心筒结构体系，用于体系核心筒和外框架的水平向连接；伸臂桁架梁为工字钢，与所述防屈曲支撑构件通过销轴连接。在正常使用和小震条件下，防屈曲支撑起到了类似于中心支撑的作用，为结构体系提供必要的承载能力和抗侧刚度；在大震作用下，防屈曲支撑可以通过内核的反复拉压屈服耗散地震输入能量，相当于为建筑提供附加阻尼，减小建筑结构上的地震作用，起到消能减震的目的。
【专利说明】
一种防屈曲支撑伸臂桁架
技术领域
[0001] 本发明涉及一种防屈曲支撑伸臂桁架，属于结构工程技术领域。
【背景技术】
[0002] 框架-核心筒结构是一类较为常用的高层建筑结构体系，由核心筒和外框架共同 组成。在风、地震等侧向荷载作用下，核心筒剪切刚度大，以弯曲变形模式为主；外框架剪 切刚度较小，以剪切变形模式为主。一般采用刚度较大的伸臂桁架构件联系核心筒和外框 架，以保证核心筒和外框架的变形协调和协同受力。当高层建筑结构主要承担水平地震作 用时，伸臂桁架整体上承担剪力作用，对应于人字形布置的斜腹杆分别为轴向拉力和轴向 压力作用。
[0003] 传统的伸臂桁架构件一般采用钢筋混凝土或型钢构件，常用的型钢腹杆在轴向压 力作用下易于发生屈曲，因而存在以下缺点：（1)人字形布置的型钢腹杆当受压杆件发生 屈曲时，会在伸臂桁架梁中部产生不平衡剪力和轴力，容易导致其破坏。（2)在地震荷载作 用下，当型钢腹杆发生屈曲时，其轴压刚度急剧下降，甚至出现负刚度，此时伸臂桁架将由 于刚度不足而失效，整体框架-核心筒二者的组合效应大大降低，进而降低结构的整体抗 侧刚度。（3)型钢腹杆受力过程中易于受压屈曲和拉压受力不对称的属性，致使其在反复荷 载作用下的滞回曲线不饱满且严重不对称，无法起到良好的消能减震作用。
[0004] 为解决上述问题，本发明提出一种防屈曲支撑伸臂桁架，通过将传统伸臂桁架中 的型钢腹杆或钢筋混凝土腹杆替换为防屈曲支撑，会产生以下优点：（1)由于防屈曲支撑 构件拉压同性的受力特点，使得人字形布置的防屈曲支撑构件可以保证伸臂桁架梁中部的 剪力平衡，对伸臂桁架梁起到了保护作用。（2)相比于传统伸臂桁架的型钢腹杆，防屈曲支 撑构件不会发生受压屈曲，而且即便内核发生屈服仍然存在轴向刚度和承载力，表明防屈 曲支撑可为伸臂桁架提供更为稳定的斜向支撑刚度。（3)在大震作用下，防屈曲支撑可以通 过内核的反复拉压屈服耗散地震输入能量，相当于为建筑提供附加阻尼，根据阻尼等效的 等能量原理，等效粘性阻尼比计算方法由式（i)给出；由于防屈曲支撑比传统伸臂桁架型 钢腹杆的滞回曲线要饱满的多，故采用防屈曲支撑的结构体系在反复荷载作用下能够消耗 更多的能量，根据式（i)可知采用了防屈曲支撑的结构体系对应着更大的阻尼比ζ ;我国 现行《建筑抗震规范》（GB50011-2010)给出的地震影响系数曲线[式（ii)~（iv)]显示， 当结构阻尼比ζ增大时，衰减指数γ和阻尼调整系数η均减小，进而地震影响系数α也 随之减小，这表明，采用防屈曲支撑可以有效减小建筑结构上的地震作用，起到消能减震的 目的。
[0006] 式中：为等效粘性阻尼比；ED为耗散能量，即滞回曲线包围面积；Es。为极限位 移下的弹性能，取决于结构的弹性刚度和极限位移。
[0010] 式中：α为地震影响系数；α _为地震影响系数最大值；Tg为特征周期；γ为衰减 指数；η为阻尼调整系数，ζ为结构的阻尼比。
【发明内容】
[0011] 本发明提出一种防屈曲支撑伸臂桁架，通过将传统伸臂桁架中的斜向型钢腹杆替 换为防屈曲支撑构件，在正常使用和小震条件下，防屈曲支撑起到了类似于中心支撑的作 用，为结构体系提供必要的承载能力和抗侧刚度；在大震作用下，防屈曲支撑可以通过内核 的反复拉压屈服耗散地震输入能量，相当于为建筑提供附加阻尼，减小建筑结构上的地震 作用，起到消能减震的目的。
[0012] -种防屈曲支撑伸臂桁架，其特征在于，所述伸臂桁架由伸臂桁架梁和斜向防屈 曲支撑组成；所述伸臂桁架构件可用于框架-核心筒结构体系，用于体系核心筒和外框架 的水平向连接；所述伸臂桁架梁为工字钢，与所述防屈曲支撑构件通过销轴连接；所述防 屈曲支撑在端头通过法兰盘和高强螺栓与端头耳板进行连接；在防屈曲支撑伸臂桁架角部 的连接节点，节点板与外围框架柱和伸臂桁架梁通过焊接连接；所述节点板与端头耳板通 过销轴连接，形成铰接连接节点；在所述防屈曲支撑伸臂桁架中部的连接节点，节点板上部 焊接加劲肋，并与伸臂桁架梁通过焊接连接；所述节点板与两个端头耳板均通过销轴连接。
[0013] 试验证明，本发明提供的这种防屈曲支撑伸臂桁架，完全可以实现上述目的。
【附图说明】
[0014] 图1为含有防屈曲支撑伸臂桁架的框架-核心筒结构立面图；
[0015] 图2为图1中Α部分的三维图，即防屈曲支撑伸臂桁架的三维图；
[0016] 图3为防屈曲支撑伸臂桁架的立面图；
[0017] 图4为图3中B处的节点详图，即防屈曲支撑伸臂桁架角部的连接节点；
[0018] 图5为图3中C处的节点详图，即防屈曲支撑伸臂桁架中部的连接节点。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图1~5,详细说明本发明的实施方式。
[0020] 1-外围框架柱；
[0021] 2-外围框架梁；
[0022] 3-伸臂桁架梁；
[0023] 4-防屈曲支撑；
[0024] 5-核心筒；
[0025] 6-法兰盘；
[0026] 7-高强螺栓；
[0027] 8_ 销轴；
[0028] 9-节点板；
[0029] 10-端头耳板；
[0030] 11-加劲肋。
[0031] 如图1、图2所示，所述防屈曲支撑伸臂桁架由伸臂桁架梁3和防屈曲支撑4组成。
[0032] 如图3所示，所述伸臂桁架构件可用于框架-核心筒结构体系，用于体系核心筒5 和外框架的水平向连接。
[0033] 如图4所示，所述防屈曲支撑4在端头通过法兰盘6和高强螺栓7与端头耳板10 进行连接。在防屈曲支撑伸臂桁架角部的连接节点，节点板9与外围框架柱1和伸臂桁架梁 3通过焊接连接；与此同时，节点板9与端头耳板10通过销轴8连接，形成铰接连接节点。
[0034] 如图5所示，在防屈曲支撑伸臂桁架中部的连接节点，节点板9上部焊接加劲肋 11，并与伸臂桁架梁3通过焊接连接。节点板9与两个端头耳板10均通过销轴8连接。
【主权项】
1. 一种防屈曲支撑伸臂桁架，其特征在于，所述伸臂桁架由伸臂桁架梁和斜向防屈曲 支撑组成；所述伸臂桁架构件可用于框架-核心筒结构体系，用于体系核心筒和外框架的 水平向连接；所述伸臂桁架梁为工字钢，与所述防屈曲支撑构件通过销轴连接；所述防屈 曲支撑在端头通过法兰盘和高强螺栓与端头耳板进行连接；在防屈曲支撑伸臂桁架角部的 连接节点，节点板与外围框架柱和伸臂桁架梁通过焊接连接；所述节点板与端头耳板通过 销轴连接，形成铰接连接节点；在所述防屈曲支撑伸臂桁架中部的连接节点，节点板上部焊 接加劲肋，并与伸臂桁架梁通过焊接连接；所述节点板与两个端头耳板均通过销轴连接。
【文档编号】E04B1/98GK105986628SQ201510073089
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月11日
【发明人】郭彦林, 童精中
【申请人】清华大学