[发明专利]一种基于节点分阶段锁定的延性结构设计方法

说明书

本发明提供了一种基于节点分阶段锁定的延性结构设计方法，结构设计基于结构连接节点的分阶段锁定，而连接节点的分阶段锁定指的是节点连接从铰接、半刚接到刚接的逐步锁定；在连接节点完全锁定形成完整的结构体系之前，楼盖自重或装修荷载将完成加载到框架梁上；所述半刚接为转动刚度小于阈值；采用本方案，相较于传统方法让梁端承担了大部分的自重弯矩，本方法相当程度上降低了梁端的自重弯矩，改善了梁端的受力性能，使其可以更好地承担地震下延性耗能的功能。

技术领域

本发明涉及建筑工程领域，具体涉及一种基于节点分阶段锁定的延性结构设计方法。

背景技术

现行结构设计基于的模式为：先将结构构件间的节点完成锁定或浇筑成型，节点成为刚接节点，结构形成完整的体系，然后再施加荷载。如钢框架结构是先将梁柱节点刚接形成结构体系后，再施工楼板加荷载；而混凝土结构是先搭设脚手架支模板，然后浇筑柱梁板，待结构达到设计强度才拆除模板支架，此时柱梁板成为一个完整的结构体系，然后再加荷载；以上这两种模式都是先形成刚接节点的结构体系后再加荷载的模式。

上述现行的刚接后再加载的设计模式，带来的问题之一，是节点刚接导致梁端分配的弯矩比跨中大较多，梁截面需要做得较大，梁端需做得较强才能满足需要，进而带来“强柱弱梁”的抗震理念难于实现，结构的延性低，在地震来临时结构的安全度低。对钢结构体系而言，现在的模式梁需要较大截面，而梁柱连接节点需要设计得比延性结构还要强，而由于节点太强也导致对柱的焊接损伤，历次地震灾害中钢柱受损较多的部位就是梁柱的节点部位，相应的是这些案例中钢梁没有良好发挥其延性耗能的作用。对混凝土结构而言，其梁端配筋较多较密，易导致节点域不密实而强度降低，影响节点的延性，梁端配筋多也是导致混凝土框架结构难于出现梁铰机制的主要原因，地震中往往是柱屈服破坏，我们设计期望的梁端屈服耗能的延性框架机制难于实现。

上述现行的节点刚接后再加载的设计模式，带来的问题之二，是梁端弯矩对相连柱的影响，而由于梁跨度不等、荷载不等、柱压缩变形不等等等，都会导致柱两侧梁端弯矩不平衡而附加在柱上，增加柱的弯矩，进而导致柱的工作不利，体系的经济性不优。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种基于节点分阶段锁定的延性结构设计方法，采用本方法将使得结构体系表现出更好的延性抗震性能，同时获得更好的建造经济性。通过分阶段锁定节点并分阶段施加荷载，使得梁端弯矩得到相当程度的降低，梁端负担的降低使其可以更好地承担延性耗能的任务，而梁截面的减小导致结构刚度降低进而结构的地震效应也会一定程度降低，梁端配筋减少，连接节点需要的强度降低，柱的工作状态更好，结构体系可以更好地实现“强柱弱梁、强剪弱弯”的抗震理念，在地震下表现出更好的结构延性，同时更多的弯矩分配到梁跨中，可更好地保证梁端屈服后的结构安全，使震后的修复工作更容易；再者结构构件受力更均匀，材料的利用率更高，使得建造费用降低获得更好的经济性；最后是本发明突破了传统的结构成体系后才能加载的模式，在节点未锁定即开始楼盖施工，分项工程间衔接更紧凑，可使施工周期获得一定程度的压缩。

本发明采用的技术方案为：一种基于节点分阶段锁定的延性结构设计方法,结构设计基于结构连接节点的分阶段锁定，而连接节点的分阶段锁定是节点连接从铰接、半刚接到刚接的逐步锁定；

在连接节点完全锁定形成完整的结构体系之前，楼盖自重或装修荷载将完成加载到框架梁上；

所述半刚接为转动刚度小于阈值；

本技术方案中，梁柱现场组装起来后，梁柱连接节点先不锁定，只是铰接或半刚接，在保证整体稳定的情况下，将楼盖体系完成，包括次梁和楼板，楼盖荷载完成施加到框架梁上，此时框架梁为简支梁或半刚接梁的模式，楼盖重量导致的弯矩主要为跨中弯矩，然后将节点锁定，节点属性从铰接或半刚接转变为刚接，然后再做后续施工完成其余荷载施加。以上方案可定义为二阶段锁定模式。