[发明专利]底框混合结构建筑中增强抗震性能的缓冲设施

说明书

底框混合结构建筑中增强抗震性能的缓冲设施，属于土木工程技术领域，由缓冲柱(1)、底框结构(2)、砌体结构(3)、顶部横桥(4)、牵拉索滑轮(18)组成，其特征在于：所述的缓冲柱(1)位于底框混合结构建筑的长边两侧，顶部通过顶部横桥(4)相连，缓冲柱(1)由固着支柱(5)、单元间隔板(6)、缓冲单元(7)、牵拉索杆(8)、缓冲弹簧(9)和防脱钢架(10)组成；缓冲柱(1)下部为固着支柱(5)，内部设置有防脱钢架(10)；缓冲柱(1)上部包括多个缓冲单元(7)，相邻两个缓冲单元(7)之间为单元间隔板(6)，缓冲单元(7)内设置有牵拉索杆(8)，上下牵拉索杆(8)通过缓冲弹簧(9)勾连在一起。

技术领域

本发明涉及一种底框混合结构建筑中增强抗震性能的缓冲设施，属于水利与土木工程技术领域。

背景技术

地震灾害是一种突发性的自然灾害，它的成因是由于板块构造运动，造成地壳相互之间的挤压和碰撞，当地壳中的岩石长期累积的能量达到一定程度时瞬间释放，造成地表面产生剧烈波动。严重的地震会在短时间内造成巨大人员伤亡和大量的财产损失，地震会摧毁房屋、道路、桥梁和堤坝等生命线设施，引发火灾、海啸和泥石流等次生灾害，使一座现代化的城市在几十秒内遭到毁灭性地打击，对人类心理上造成的恐惧影响也是深远的。因此，地震灾害是对人类威胁最大，影响最深远的自然灾害之一。在我国的城市中，临街的住宅或办公楼建筑，常因为使用功能地需要，在底层或底部两层设置商店、餐厅和银行，这就需要底层或底部两层有足够的空间。底部框架-抗震墙砌体房屋满足了这种要求。底部框架-抗震墙砌体房屋是指底部或底部两层为框架-抗震墙，上部为多层砌体结构的混合承重体系房屋。该类结构的优点是底部空间较大，布置灵活，沿街的底部框架-抗震墙砌体房屋底层可以开设商场、餐厅，是城市旧城改造和避免商业过分集中的较好形式；上部砌体结构施工方便，砌筑材料造价低廉，与全框架结构相比能大大节约建筑成本，缩短施工周期。因此在我国，特别是中西部地区城镇的临街建筑中，底部框架-抗震墙砌体房屋得到了广泛地应用。但该类结构是由框架-剪力墙结构和砌体结构两种不同结构体系组成的混合结构，属于抗震性能不理想的一种结构形式，存在以下缺点：上部砌体主要由纵横墙承重，墙体自重和刚度都很大，底层框架-抗震墙结构刚度相对较小，结构竖向上刚度变化剧烈。两种结构体系所用材料差异很大，钢筋混凝土框架梁柱和抗震墙有良好的延性和耗能的能力，能够承受较大的层间变形；而砌体属于脆性材料，抗剪强度低，对位移敏感，在层间位移超过一定限值时墙体即开裂甚至严重破坏，砌筑所用的砂浆强度也很低，抗拉能力差，粘结强度低，在地震作用下也很容易破坏。因此，有文献指出，在高烈度区应尽量避免采用底部框架-抗震墙砌体房屋。我国仍是发展中国家，该结构形式在我国仍将长期大量存在。因此，完善和改进底部框架-抗震墙砌体房屋的抗震设计方法，提高其抗震性能具有十分重大的现实意义。历次震害表明建筑结构会因为扭转效应而产生破坏。造成结构扭转的原因，主要是结构刚心和质心之间存在着偏心距。在地震作用下，结构所受外界作用的合力作用在结构的质心并且绕结构刚心转动，造成结构扭转，加重了震害。造成结构存在偏心距的原因有两点：一是结构平面形状不规则。随着社会地发展和经济水平地提高，单一矩形的建筑平面已经难以满足人们对审美的要求，各种造型新颖奇特的建筑层出不穷。因此，平面的不规则造成了结构存在静力偏心距。二是即使建筑平面是规则的，但由于平面构件布置得不合理，刚度分布得不均匀，导致刚度很大的构件都集中在平面一侧，也会造成存在较大的偏心距，进而造成扭转。底部框架-抗震墙砌体房屋是在我国现阶段经济发展状况下所特有的一种建筑结构形式。由于这类结构形式能较好地满足不同使用功能的需求，又具有工程造价较低等优势，因此在我国中西部地区城市和乡镇的临街建筑中被广泛采用。底部框架-抗震墙砌体房屋的结构形式主要有以下几个特点：(1)建筑材料性质差异大。从材料上看，底层框架-剪力墙结构主要材料构成是钢筋混凝土，上部砌体层是砂浆和烧结普通砖或砌块，属于不同材料、且材料性质差别很大的混合式结构。(2)过渡层墙体受力复杂易成为薄弱楼层。砌体砖墙的自重和侧向刚度都很大，但抗剪强度和抗拉强度都很低，又因为砌体材料延性差，因此易发生脆性破坏。过渡层砌体处于结构竖向上刚度剧烈变化的部位，受力复杂，在地震作用下易成为薄弱楼层。(3)平面内刚度不均匀易产生扭转。设计时，结构刚心和质心应尽量重合，避免产生静力偏心距引起结构扭转耦联反应。但实际使用过程中，当底层作为商业店铺使用时，常出于增大使用空间的目的，使得临街面几乎无纵墙，而背街面的纵墙较完整，这会造成结构纵向上的偏心。其次，底层出于分隔空间的目的，常常会随意增拆填充墙或改变填充墙的位置，填充墙位置和数量上地变动常常会给底框结构整体带来不利影响。上部砌体结构住宅部分为了拓展使用空间，有时会形成局部的大开间，造成结构平面内刚度分布不均匀，同样会造成扭转反应加重震害。我国现有规范尚无限制底框结构平面内刚度不均匀性的具体规定。底部框架-抗震墙砌体房屋是我国经济发展现阶段所特有的一种结构形式，由于底框结构工程造价低、施工周期短、底层空间布置灵活，在我国中小城镇的临街建筑中有着广泛地应用。然而，底框结构是由底部的框架-抗震墙结构和上部砌体结构组成的混合结构体系，结构竖直向刚度变化大，过渡层受力复杂，抗震性能不够理想。因此如何克服底框结构混合结构建筑抗震性能不够理想成为急需解决的一大难题，所以利用在底框混合结构建筑的长边两侧对称设置缓冲柱，在砌体结构顶部通过顶部横桥将两个缓冲柱相连，在地震时，缓冲柱为砌体结构提供一种横向的牵引阻力，从而增加了底框混合结构建筑的减震性能，减小地震对底框混合结构建筑的破坏程度，最终达到克服底框结构混合结构建筑抗震性能不够理想的目的，发明一种底框混合结构建筑中增强抗震性能的缓冲设施是必要的。