[发明专利]空间桁架型梁柱连接结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间桁架型梁柱连接装置及其实现方法，尤其适用于框架结构中，真正形成“强柱弱梁”的延性耗能机制，在地震作用下框架梁端形成塑性铰，减小框架柱受到的地震作用。

背景技术

地震灾害危及人民生命财产，具有突发性和破坏性，而我国是世界上多地震国家之一。近年来，全球发生了许多次大地震，包括2008年中国汶川大地震(8.0级)、2009年印尼大地震(7.9级)、2010年中国青海玉树地震(7.1级)、2010年海地大地震(7.3级)、2010年智利大地震(8.8级)以及2011年东日本大地震(9.0级)等，给人类造成了非常惨重的生命财产损失。随着社会经济的高速发展和城市现代化程度的提高，由地震引起的人员、财产损失将越来越严重。而且至今也没有寻找到有效的地震预报手段，因此有必要提高结构的抗震性能，增强其耗能能力，以减小结构在强震作用下的破坏和倒塌，降低灾害损失。

钢筋混凝土框架结构以其较为良好的抗震性能和较大的建筑空间，成为了运用最广泛的建筑结构形式之一。在地震作用下，钢筋混凝土框架结构随着结构刚度的不同，在强烈地震作用下的最大响应加速度可能是地面最大加速度的好几倍；如果把结构设计成完全弹性的状态来抗震，那将是非常不经济的。为此，新西兰Canterbury大学的Park和Paulay教授于上世纪70年代开展了基于承载能力的结构抗震设计方法。这种方法要求对主要的抗侧力体系选择合理的耗能机制，并由此确定一定数量的耗能构件，通过这些构件在强震下的屈服来消耗作用在结构上的地震能量，从而使得结构体系的其余部分处在弹性或准弹性阶段(具备较高的安全储备)，通常所选择的耗能构件是相对次要的结构构件或者是专门设计的耗能装置(如阻尼器)。同时，在设计时通过严格的计算与构造措施来提高这些耗能构件的延性能力。

针对钢筋混凝土框架结构而言，最理想的延性设计是希望主要塑性铰最先全—1—

部出现在框架梁端部来消耗地震能量，然后才是框架柱端部出现塑性铰，即总体屈服机制，或称之为“强柱弱梁的”破坏形态；不希望出现楼层屈服机制，即“强梁弱柱”的破坏形态。

然而，汶川地震震害调查结果以及多次地震灾害表明，在地震地面运动强烈地区，多层框架结构中的柱子破坏严重，几乎没有看到通常抗震设计所预期的“强柱弱梁”屈服机制，很多情况下整个楼盖系统几乎没有损坏。特别是采用现浇楼板的钢筋混凝土框架，很难实现原抗震设计所期望的“强柱弱梁”延性屈服机制，绝大多数的裂缝损伤或塑性铰发生在框架柱的端部而非梁端。其主要原因之一是在早期的建筑抗震设计规范(如我国的GB50011-2001、美国的ACI318-83 )中，计算框架梁端部的负弯矩承载力时并没有考虑现浇楼板中钢筋的贡献，然而相关研究表明，由于楼板钢筋参与工作，支座负弯矩比无楼板时提高30％。因此，梁柱节点的实际弯矩比系数相对设计值偏低，严重时甚至出现小于1的不利情况。在2010年改版的《建筑抗震设计规范》(GB5011-2010)中，强调确定弯矩比系数(框架柱端弯矩增大系数)时应考虑现浇楼板中钢筋的贡献，但规范正文和条文说明里都没有给出明确的考虑依据和执行方法。现行的美国(ACI-318)、新西兰(NZS-3101 2006)、欧洲规范(Eurocode-8 2005)都明确给出考虑楼板中钢筋的贡献，但是都没有精确得从本质上解决问题。另外，RC框架在遭受水平地震作用时，地震方向可能是平行于结构的横向、纵向，或者任何斜向。当一个正交框架梁在沿着斜向45度方向承受地震荷载时，节点区梁端抗弯承载力之和会放大41%，而柱端力基本不变。

发明内容

技术问题：本发明的目的是创立一种空间桁架型梁柱连接结构，该连接用空间桁架代替传统的梁柱正交连接，不仅避免了楼板钢筋对梁端的加强，还将水平地震作用通过连梁传递给其他框架梁，将竖向地震作用通过斜撑传递给连梁和框架梁，达到分散能量和保护框架柱的目的，并且在应力集中区形成塑性铰耗能，真正实现“强柱弱梁”的延性耗能机制。

技术方案：本发明的空间桁架型梁柱连接结构包括水平连梁、框架梁、斜撑、框架柱、楼板；其中，每一根框架柱周围都有四根水平连梁和四根斜撑，形成一个倒四角锥，其中，四根水平连梁组成一个四方形的框架，四根斜撑的上部分别连接在四方形的框架的4个直角上，四根斜撑的下部分别连接在框架柱上；框架梁不直接与框架柱连接，而是与该倒四角锥顶面的四个顶点即水平连梁和斜撑的节点连接。

楼板不直接与框架柱连接，而是和框架梁浇筑在一起，且楼板和连水平连梁紧靠但并不浇筑成整体。