[发明专利]小高层建筑宽肢异形柱结构体系

说明书

技术领域：

本申请涉及一种小高层宽肢异形柱结构体系。

背景技术：

目前常规异形柱(截面肢长宽比小于等于4)结构，一般多应用于多层框架结构(不高于7层)，而在10-15层的小高层异形柱结构中，由于结构高度增加，结构的层侧移刚度也必然增加，如果采用常规异形柱结构体系，则存在结构刚度差，不能满足结构多遇地震时的结构变形要求以及有关的抗震性能，因此在国内某些地方规范中采用斜撑的方法来解决该问题，但是该方法又存在结构抗震延性差、施工困难、较难实现可变性和灵活性等缺陷。

目前采用的混合铰机制的设计，通常情况下柱先于梁出现塑性铰，可能在结构中除了底层外出现结构薄弱层，大大降低了结构的延性，给整个结构的抗震性造成不利影响。混合铰机制的设计不能保证采用延性好的结构，因为承载力并不能保证结构的抗震安全，变形能力不足是结构倒塌的主要原因。

混合铰机制的设计无法解决轴压比和短柱之间在设计中的矛盾。

薄壁异形柱构件由于不对称截面导致延性严重不对称，当腹板受压时破坏为脆性破坏。满足不了控制轴压比所要达到的出现大偏心受压的延性破坏。

建立在结构混合铰机制基础之上的设计方法使异形柱框架设计中由于轴压比的限制，往往出现竖向构件配筋由构造配筋率控制的不合理后果，并且这种构造配筋结果导致结构延性性能是比较低的。

现行规范没有很好地控制柱、梁的刚度级差，导致柱、梁的节点很可能成为薄弱环节。

按混合铰机制的设计，弹塑性变形角θ_p的要求对于墙型薄壁柱延性构造的处理是不利的。

现行规范墙柱定值分界线(h/b＝4)，带来设计强度、刚度和构造突变，即h/b≤4为按框架要求，h/b＞4为按剪力墙要求，在现实中间我们发现，同样的竖向构件截面尺寸在不同的梁柱关系中也会呈现出不同的破坏形态，因为钢筋混凝土构件受力破坏形态在很大程度上与构件之间的组合关系是密不可分的。如果采用目前的混合铰机制的设计思路，上述构件(h/b在3～8之间)可能在受力、变形特征以及屈服机制等方面存在较大差异。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种结构延性好、抗震性强、施工简单、较易实现可变性和灵活性的宽肢异形柱结构体系，并且结构设计人员预先能够了解并控制结构的破坏形态，主动提高结构的延性，保证结构的抗震性。

本发明提出梁铰机制的设计方法，由于在保证梁先屈服产生塑性铰的条件下，宽肢异形柱呈现反弯点不断上升，剪跨比迅速增大，剪应力相应逐渐减少，而弯曲应力明显加大的动态过程中，宽肢异形柱最终弯曲破坏。采用梁铰机制可以让结构设计人员预先得知结构的破坏形式，因而在设计时预先采取必要的措施以保证结构具有较好的延性，从而大大提高结构的抗震性能。

本发明通过控制柱、梁刚度和强度二个级差即双控概念，用梁铰机制来设计小高层住宅中宽肢异形柱结构体系。

本发明是通过以下方法来实现的：1.刚度比∑i_c≥λ∑i_b

∑i_c，∑i_b分别为同一节点处柱和梁所计算出线刚度之和。计算i_c和i_b时分别采用层高和梁净跨。λ为柱梁刚度比，λ＞3.0

柱梁线刚度如果存在一定级差，可以控制梁先开裂，且较容易保证整体结构的破坏形态。2.控制柱、梁承载能力比即强度比∑M_c≥1.25∑M_b

∑M_c，∑M_b分别为同一节点处柱端和梁端实配钢筋所计算的极限受弯承载力之和。

保证节点处梁的屈服先于竖向构件的屈服，让水平构件耗散地震能量。3.控制梁跨高比及强剪弱弯系数η_b

梁跨高应满足L_b/h_b≥4强剪弱弯系数η_b≥1.2式中L_b为梁净跨，h_b为梁高。

该措施是为了提高梁的抗剪能力，保证梁的发生弯曲破坏而非剪切破坏，使得梁有较大的延性。

如电梯井处连梁L_b/h_b≤4时，可对连梁进行刚度折减，确保连梁破坏先于墙体。4.底层柱内力增大

a)弯距增大系数η_cmη_cm≥1.25