專利名稱：建筑框架無壓桿支撐抗震結(jié)構(gòu)及支撐方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是建筑框架無壓桿支撐抗震結(jié)構(gòu)及支撐方法。
背景技術(shù)：
在建筑結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域，框架-支撐結(jié)構(gòu)是一種有效的抗震體系，可以增大建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度，減小框架梁、柱的剪力和彎矩?？蚣?支撐結(jié)構(gòu)的支撐桿件一般由型鋼組成。型鋼桿件承受拉力是一種非常好的材料，但是在承受壓力時(shí)，其本身存在著曲屈失穩(wěn)的問題。由于地震力的往復(fù)作用，支撐桿件的內(nèi)力要經(jīng)歷拉力和壓力不斷變換的過程，在壓力作用下，支撐桿件一旦曲屈失穩(wěn)退出工作，支撐體系便會失效，危及建筑物的安全。因此框架-支撐結(jié)構(gòu)是一種有待改善的抗震體系。
目前已公知的框架-支撐結(jié)構(gòu)中的支撐桿件，在地震力作用下均是按既承擔(dān)拉力又承擔(dān)壓力設(shè)計(jì)的，在拉力作用下桿件的承載力不會有問題，為了提高桿件受壓承載力，將桿件的截面型式作一些改進(jìn)，以提高桿件在受壓時(shí)的防曲屈失穩(wěn)能力，如目前最新的無粘結(jié)防曲屈支撐。但支撐桿件總是既要承擔(dān)拉力又要承擔(dān)壓力，材料利用效率不高，造價(jià)不經(jīng)濟(jì)，而且也不可靠。
框架-支撐結(jié)構(gòu)中的支撐桿件在地震力的往復(fù)作用下如果只產(chǎn)生拉力而不產(chǎn)生壓力，便能充分發(fā)揮鋼材的受拉能力，避免壓屈失穩(wěn)。但是支撐桿件在地震力的往復(fù)作用下總是拉力和壓力交替出現(xiàn)的，這是一對難以解決的矛盾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述存在的問題和困難，提供一種能充分發(fā)揮鋼材的受拉承載力和耗能性能，減小框架梁、柱的剪力和彎矩，提高建筑結(jié)構(gòu)安全性的建筑框架無壓桿支撐抗震結(jié)構(gòu)及支撐方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案為建筑框架的無壓桿支撐抗震結(jié)構(gòu)是在每根支撐桿件中安裝一個(gè)拉力鎖定器。支撐方法是支撐桿件與上下層梁柱節(jié)點(diǎn)斜向鉸結(jié)連接，可以是交叉桿支撐，也可以是單斜桿支撐。
拉力鎖定器的結(jié)構(gòu)為
第一種形式主要由連接桿(5-1)、帶楔形塊的活塞桿(5-2)、楔形滑塊(5-3)、壓板(5-5)、彈簧(5-6)、密封圈(5-7)、螺栓(5-8)、上殼體(5-9)、下殼體(5-10)組成；下殼體內(nèi)部為楔形滑槽(5-4)，活塞桿(5-2)和楔形滑塊(5-3)置于楔形滑槽(5-4)內(nèi)并由壓板固定，彈簧置于壓板上，上下殼體用螺栓聯(lián)接，連接桿與上殼體連為一體，密封圈在下殼體底部。
建筑框架-支撐結(jié)構(gòu)的支撐桿件與拉力鎖定器的連接桿和活塞桿相連，支撐桿件的軸力通過連接桿和活塞桿傳遞給拉力鎖定器，當(dāng)支撐桿件承受拉力時(shí)，帶楔形塊的活塞桿(圖2中)有向下位移的趨勢，但此時(shí)楔形滑塊在楔形滑槽中處于“楔緊狀態(tài)”，活塞桿不能向下位移，此時(shí)拉力鎖定器傳遞支撐桿件的拉力；當(dāng)支撐桿件有壓力作用時(shí)，帶楔形塊的活塞桿向上移動，支撐桿件處于“滑動狀態(tài)”，桿件中沒有壓力，同時(shí)活塞桿向上移動時(shí)與楔形滑塊之間產(chǎn)生間隙，彈簧與壓板始終處于壓緊狀態(tài)，彈簧與壓板推動楔形滑塊順楔形滑槽向下運(yùn)動將此間隙填滿，活塞桿、楔形滑塊、下殼體三者之間始終處于“楔緊狀態(tài)”。當(dāng)?shù)卣鹆ν鶑?fù)作用，支撐桿件由受壓轉(zhuǎn)變?yōu)槭芾瓡r(shí)，拉力鎖定器依然傳遞支撐桿件的拉力。
因此，該拉力鎖定器可以達(dá)到可靠傳遞支撐桿件的拉力，而不傳遞壓力的目的。
第二種形式主要由連接桿(6-1)、帶齒鍵的活塞桿(6-2)、齒鍵(6-3)、帶齒鍵的滑塊(6-4)、上限位板(6-5)、下限位板(6-6)、彈簧(6-7)、密封圈(6-8)、連接螺栓(6-9)、殼體(6-10)、滑槽(6-11)、螺栓(6-12)組成；連接桿與上殼體連為一體，帶齒鍵的活塞桿與帶齒鍵的滑塊配合，帶齒鍵的滑塊由兩個(gè)對稱的半圓柱體組成，帶齒鍵的滑塊其上有上限位板、其下有限位板，并置于下殼體內(nèi)，彈簧通過螺栓壓緊在帶齒鍵的滑塊的兩側(cè)，每側(cè)四個(gè)彈簧，用螺栓連接上下殼體，密封圈在下殼體的底部，滑槽(6-11)在上限位板和下有限位板中。
建筑框架中的支撐桿件與拉力鎖定器的連接桿1和活塞桿2相連，帶齒鍵的滑塊可以在滑槽中徑向伸張和合攏，帶齒鍵的活塞桿與帶齒鍵的滑塊接觸處的齒鍵圓面與斜面相對(見圖10)，可以單向滑動，反向鎖定。支撐桿件的軸力通過連接桿和活塞桿傳遞給拉力鎖定器，當(dāng)支撐桿件承受拉力時(shí)，帶齒鍵的活塞桿與帶齒鍵的滑塊接觸處的齒鍵相互交錯(cuò)卡住，不能順徑向伸張，下限位板阻止活塞桿與帶齒鍵的滑塊沿軸向運(yùn)動，此時(shí)拉力鎖定器傳遞支撐桿件的拉力；當(dāng)支撐桿件有壓力作用時(shí)，帶齒鍵的活塞桿向上移動，由于限位板的阻礙，帶齒鍵的滑塊不能軸向移動，只能沿滑槽徑向張開，活塞桿可以沿軸向運(yùn)動，支撐桿件處于“滑動狀態(tài)”，桿件中沒有壓力。同時(shí)由螺栓壓緊的彈簧推動帶齒鍵的滑塊沿滑槽徑向收縮合攏，使活塞桿與滑塊接觸處的齒鍵重新相互交錯(cuò)卡住。當(dāng)?shù)卣鹆ν鶑?fù)作用，支撐桿件由受壓轉(zhuǎn)變?yōu)槭芾瓡r(shí)，拉力鎖定器依然傳遞支撐桿件的拉力。
因此，第二種拉力鎖定器同樣可以達(dá)到只傳遞桿件拉力，不傳遞壓力的目的。
上述所述的拉力鎖定器是實(shí)施建筑框架無壓桿支撐抗震結(jié)構(gòu)及支撐方法中的關(guān)鍵裝置。
如圖1所示，框架-支撐結(jié)構(gòu)在遭遇水平地震力F往復(fù)作用的情況下，當(dāng)?shù)卣鹆κ怯勺笙蛴易饔脮r(shí)，交叉的支撐桿件3和4中，由于它們與地震力作用方向的角度不同，支撐桿件3是承受拉力的，而支撐桿件4是承受壓力的；而當(dāng)?shù)卣鹆κ怯捎蚁蜃笞饔脮r(shí)，支撐桿件3和4的受力正好相反，支撐桿件3承受壓力，支撐桿件4承受拉力。如前所述，型鋼桿件承受壓力容易壓屈失穩(wěn)，承載力很低，但承受拉力的承載力是很高的。型鋼桿件受壓失穩(wěn)后，支撐體系便失去抵抗水平地震的效能，進(jìn)而引起建筑結(jié)構(gòu)的破壞。
運(yùn)用了本發(fā)明的技術(shù)，框架-支撐結(jié)構(gòu)在遭遇水平地震往復(fù)作用的情況下，當(dāng)?shù)卣鹆κ怯勺笙蛴易饔脮r(shí)，支撐桿件3和4中，原來支撐桿件3是承受拉力的，而支撐桿件4是承受壓力的，由于在支撐桿件3和4中連接了拉力鎖定器，支撐桿件4處于滑動狀態(tài)，實(shí)際是沒有壓力的，而支撐桿件3承受著拉力；當(dāng)?shù)卣鹆κ怯捎蚁蜃笞饔脮r(shí)，支撐桿件3和4的受力要反向，原來處于滑動狀態(tài)的支撐桿件4中的拉力鎖定器發(fā)揮作用，使支撐桿件4產(chǎn)生拉力，承擔(dān)地震作用；而原來承擔(dān)左向地震作用拉力的支撐桿件3將產(chǎn)生壓力，此時(shí)支撐桿件3中的拉力鎖定器發(fā)揮作用，支撐桿件3處于滑動狀態(tài)，不受壓力。也就是說，不論水平地震作用從左或是從右，支撐桿件3和4中必有一根是受拉桿，而另一根是不受力的，這樣一來，就可以避免支撐桿件的受壓失穩(wěn)的問題，在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，可以按單根受拉斜桿來計(jì)算地震作用。
本發(fā)明建筑框架無壓桿支撐抗震結(jié)構(gòu)及支撐方法是一種全新的、革新性的建筑結(jié)構(gòu)抗震方法，由于支撐桿件中只有受拉桿件，沒有受壓桿件，因此可以充分發(fā)揮鋼材的受拉承載力和耗能性能，避免支撐桿件受壓失穩(wěn)，同時(shí)又保持了框架-支撐結(jié)構(gòu)體系的特性，增大了建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度和耗能性能，減小框架梁、柱的剪力和彎矩，降低工程造價(jià)，提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性。本發(fā)明的拉力鎖定器具有受力明確，機(jī)構(gòu)簡單，制造方便，易于安裝和維護(hù)，耐久性好的特點(diǎn)。
本發(fā)明的建筑框架無壓桿支撐抗震結(jié)構(gòu)及支撐方法可以用于多層、高層混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的建筑中，也可用于抗震加固改造工程中。


圖1-4是本發(fā)明在框架-支撐結(jié)構(gòu)中的4種布置方式示意圖；圖5是本發(fā)明中的第一種拉力鎖定器的剖面圖；圖6是圖5中的I-I剖面圖；圖7是本發(fā)明中的第一種拉力鎖定器的局部透視圖；圖8是本發(fā)明中的第二種拉力鎖定器的剖面圖；圖9是圖8中的I-I剖面圖；圖10是本發(fā)明中的第二種拉力鎖定器的活塞桿與滑塊齒鍵相對配合放大圖；圖11是本發(fā)明中的第二種拉力鎖定器的局部透視圖。
圖1-4中，1-框架柱，2-框架梁，3、4-支撐桿件，5-拉力鎖定器，F(xiàn)-往復(fù)作用的地震力。
圖5-7中，5-1-連接桿，5-2-帶楔形塊的活塞桿，5-3-楔形滑塊，5-4-楔形滑槽，5-5-壓板，5-6-彈簧，5-7-密封圈，5-8-螺栓，5-9-上殼體，5-10-下殼體。
圖8-11中，6-1-連接桿，6-2-帶齒鍵的活塞桿，6-3-齒鍵，6-4-帶齒鍵的滑塊，6-5-上限位板，6-6-下限位板，6-7-彈簧，6-8-密封圈，6-9-連接螺栓，6-10-殼體，6-11-滑槽，6-12-螺栓。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1本發(fā)明的建筑框架無壓桿支撐抗震結(jié)構(gòu)及支撐方法是在每根支撐桿件中安裝一個(gè)拉力鎖定器。支撐方法是支撐桿件與上下層梁柱節(jié)點(diǎn)斜向鉸結(jié)連接，可以是交叉桿支撐，也可以是單斜桿支撐，如圖1-4所示。其中的拉力鎖定器結(jié)構(gòu)主要由連接桿5-1、帶楔形塊的活塞桿5-2、楔形滑塊5-3、壓板5-5、彈簧5-6、密封圈5-7、螺栓5-8、上殼體5-9、下殼體5-10組成；下殼體內(nèi)部為楔形滑槽5-4，活塞桿5-2和楔形滑塊5-3置于楔形滑槽5-4內(nèi)并由壓板固定，彈簧置于壓板上，上下殼體用螺栓聯(lián)接，連接桿與上殼體連為一體，密封圈在下殼體底部。
制造拉力鎖定器選用的鋼材，GB/T700-1988碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235、Q345、Q420均可，通過機(jī)械加工制成。支撐桿件可以選用強(qiáng)度低、延性好的鋼材，如Q195、Q215、Q235，也可用鋼材連接其它強(qiáng)度低、延性好的金屬材料，如銅，提高支撐桿件的耗能能力。
實(shí)施例2建筑框架無壓桿支撐方法與實(shí)施例1相同。其中的拉力鎖定器由連接桿6-1、帶齒鍵的活塞桿6-2、齒鍵6-3、帶齒鍵的滑塊6-4、上限位板6-5、下限位板6-6、彈簧6-7、密封圈6-8、連接螺栓6-9、殼體6-10、滑槽6-11、螺栓6-12組成；連接桿與上殼體連為一體，帶齒鍵的活塞桿與帶齒鍵的滑塊配合，帶齒鍵的滑塊由兩個(gè)對稱的半圓柱體組成，帶齒鍵的滑塊上有上限位板、其下有限位板，并置于下殼體內(nèi)，彈簧通過螺栓壓緊在帶齒鍵的滑塊的兩側(cè)，每側(cè)四個(gè)彈簧，用螺栓連接上下殼體，密封圈在下殼體的底部，滑槽(6-11)在上限位板和下有限位板中。
框架-支撐結(jié)構(gòu)體系中的支撐桿件與拉力鎖定器相連，通過拉力鎖定器只能一個(gè)方向鎖定受力而反方向滑動的特點(diǎn)，成對布置的支撐桿件中，無論地震作用的方向如何，只有一根承受拉力，另一根不受力，組成無壓桿支撐。從而避免支撐桿件受壓失穩(wěn)，充分利用鋼支撐桿件的力學(xué)性能，增大建筑支撐結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度和耗能性能，減小框架梁、柱的剪力和彎矩，提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性，降低工程造價(jià)。
權(quán)利要求
1.一種建筑框架無壓桿支撐抗震結(jié)構(gòu)，其特征在于在每根支撐桿件中安裝一個(gè)拉力鎖定器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑框架無壓桿支撐抗震結(jié)構(gòu)，其特征在于拉力鎖定器的結(jié)構(gòu)為主要由連接桿(5-1)、帶楔形塊的活塞桿(5-2)、楔形滑塊(5-3)、壓板(5-5)、彈簧(5-6)、密封圈(5-7)、螺栓(5-8)、上殼體(5-9)、下殼體(5-10)組成；下殼體內(nèi)部為楔形滑槽(5-4)，活塞桿(5-2)和楔形滑塊(5-3)置于楔形滑槽(5-4)內(nèi)并由壓板固定，彈簧置于壓板上，上下殼體用螺栓聯(lián)接，連接桿與上殼體連為一體，密封圈在下殼體底部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑框架無壓桿支撐抗震結(jié)構(gòu)，其特征在于拉力鎖定器的結(jié)構(gòu)為主要由連接桿(6-1)、帶齒鍵的活塞桿(6-2)、齒鍵(6-3)、帶齒鍵的滑塊(6-4)、上限位板(6-5)、下限位板(6-6)、彈簧(6-7)、密封圈(6-8)、連接螺栓(6-9)、殼體(6-10)、滑槽(6-11)、螺栓(6-12)組成；連接桿與上殼體連為一體，帶齒鍵的活塞桿與帶齒鍵的滑塊配合，帶齒鍵的滑塊由兩個(gè)對稱的半圓柱體組成，帶齒鍵的滑塊上有上限位板、其下有限位板，并置于下殼體內(nèi)，彈簧通過螺栓壓緊在帶齒鍵的滑塊的兩側(cè)，每側(cè)四個(gè)彈簧，用螺栓連接上下殼體，密封圈在下殼體的底部，滑槽(6-11)在上限位板和下有限位板中。
全文摘要
本發(fā)明是一種建筑框架無壓桿支撐抗震結(jié)構(gòu)。其特征在于在每根支撐桿件中安裝一個(gè)拉力鎖定器。該拉力鎖定器可以達(dá)到可靠傳遞支撐桿件的拉力，而不傳遞壓力的目的。本發(fā)明建筑框架無壓桿支撐抗震結(jié)構(gòu)及支撐方法是一種全新的、革新性的建筑結(jié)構(gòu)抗震方法，由于支撐桿件中只有受拉桿件，沒有受壓桿件，因此可以充分發(fā)揮鋼材的受拉承載力和耗能性能，避免支撐桿件受壓失穩(wěn)，同時(shí)又保持了框架－支撐結(jié)構(gòu)體系的特性，增大了建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度和耗能性能，減小框架梁、柱的剪力和彎矩，降低工程造價(jià)，提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性。本發(fā)明的拉力鎖定器具有受力明確，機(jī)構(gòu)簡單，制造方便，易于安裝和維護(hù)，耐久性好的特點(diǎn)。本發(fā)明的建筑框架無壓桿支撐抗震結(jié)構(gòu)及支撐方法可以用于多層、高層混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的建筑中，也可用于抗震加固改造工程中。
文檔編號E04B1/19GK1851188SQ200610010899
公開日2006年10月25日 申請日期2006年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月17日
發(fā)明者盧銳 申請人:盧銳