專利名稱：鋼筋混凝土周期性減震結(jié)構(gòu)及施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種混凝土樓板或屋面板作為周期結(jié)構(gòu)元件和結(jié)構(gòu)其它構(gòu)件共同形成周期結(jié)構(gòu)減震的構(gòu)造和施工方法。
背景技術(shù)：
隨著對建筑結(jié)構(gòu)震害調(diào)查分析和研究的深入，建筑物的抗震及控振技術(shù)也蓬勃發(fā)展并取得階段性成果。在各類抗震技術(shù)中，基礎(chǔ)隔震技術(shù)是在建筑物基礎(chǔ)、底部或下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置由橡膠隔震支座和阻尼裝置等部件組成具有復位功能的隔震層，以延長整個結(jié)構(gòu)體系的自振周期，減少輸入上部結(jié)構(gòu)的水平地震作用，達到預(yù)期防震要求；消能減震技術(shù)則是在房屋中設(shè)置消能器，通過消能器的相對變形和相對加速度提供附加阻尼，以消耗輸入結(jié)構(gòu)的地震能量，達到預(yù)期防震減震要求?；A(chǔ)隔震方法在水平方向有適宜的剛度特性、阻尼水平和完善的連接構(gòu)造，因而在消除水平地震影響方面卓有成效，但當建筑物高度較高或高寬比較大時，水平地震或豎向地震引起的支座豎向拉拔力極易引起橡膠支座失效，同時橡膠支座豎向承載的受力特征，也使得其在豎向的耗能或?qū)ㄖ镏芷谡{(diào)節(jié)難以達到，因此橡膠隔震支座用于多層和高寬比較小的房屋比較多。再由于基礎(chǔ)豎向沉降差及支座間水平相對位移均對橡膠隔震支座的隔震性能有敏感影響，需要橡膠支座下基礎(chǔ)的整體性和穩(wěn)定性均達到較高水平，地基處理和基礎(chǔ)建設(shè)費用有顯著上升。消能減震技術(shù)中的消 能減震器需要通過較大的相對變形和相對加速度來耗散能量，當建筑物剛度較大、層間位移角等較小時，難以達到預(yù)期減震效果；同時，消能減震器元器件的制作加工成本較高，大量設(shè)置時成本較大，但局部設(shè)置時則由于實際結(jié)構(gòu)和計算分析模型的不完全匹配而造成減震效果的大幅降低。近幾年來逐漸興起的周期性結(jié)構(gòu)減震技術(shù)，是一種新的建筑物減震思想。該技術(shù)以電子能帶理論為基礎(chǔ)，將聲子晶體材料的物理特征移植到建筑結(jié)構(gòu)的減震隔震技術(shù)中來。周期結(jié)構(gòu)是具有不同彈性性質(zhì)的材料在空間按一定的周期排列，當波在周期結(jié)構(gòu)中傳播時，通過低損耗高反射，形成部分頻率波的消減和削弱，這部分頻率稱為“禁帶”。周期結(jié)構(gòu)的這種振動帶隙特性為減振技術(shù)的發(fā)展指出了一條新的道路?，F(xiàn)有的周期結(jié)構(gòu)隔震或減震技術(shù)，主要研究方向在建筑物基礎(chǔ)部位。通過設(shè)置理想化的周期性材料范圍和拓撲方式，來探討所能達到的頻率禁帶指標，當這些頻率與上部結(jié)構(gòu)頻率相近時，可為減小上部建筑的地震輸入服務(wù)；同時，通過設(shè)置不同維度的周期性結(jié)構(gòu)，來消減多方向的地震能量輸入。由于該技術(shù)的理論基礎(chǔ)需要周期材料的布置為理想的無限范圍，在研究過程中則取盡可能大的輪廓尺寸來做分析，由于基礎(chǔ)范圍有限，實際工程應(yīng)用時會存在一定誤差；另外，特有帶隙的頻率特征和場地的特征周期、建筑物的自振周期等在現(xiàn)階段還有一定距離，不能很好的達到減震效果。在基礎(chǔ)中采用周期結(jié)構(gòu)進行分析時，周期結(jié)構(gòu)未將上部結(jié)構(gòu)納入自身的一部分，而只將上部結(jié)構(gòu)作為服務(wù)的對象。如果將上部結(jié)構(gòu)的各種構(gòu)件通過某種構(gòu)造措施使其也具有周期結(jié)構(gòu)的特征，則會充分利用建筑物本身的波動功能，來消減來自地基基礎(chǔ)的地震輸入能量。尤其當上部建筑高度較高、體量較大時，周期性結(jié)構(gòu)更易形成，克服了與禁帶理論基本假定的過大出入。和其他減震技術(shù)相比，在成本控制可實踐操作方面也都有很好的發(fā)展前景。另外，傳統(tǒng)的現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，由于樓板與梁的整體澆筑，造成梁柱節(jié)點處梁的負彎矩承載力超過其設(shè)計能力，使得概念設(shè)計中的強柱弱梁失效模式難以形成，造成柱體或梁柱節(jié)點區(qū)先行破壞，從而造成建筑物倒塌。針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鋼筋混凝土主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件——豎向支承構(gòu)件和樓板、屋蓋板形成周期性結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)減震的結(jié)構(gòu)以及該結(jié)構(gòu)的施工方法，既能保證各部位構(gòu)件原有的建筑和結(jié)構(gòu)使用功能，同時又賦予其獨特的減震和抗震使命。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:一種鋼筋混凝土周期性減震結(jié)構(gòu)，包括豎向支承結(jié)構(gòu)和水平傳力結(jié)構(gòu)，豎向支承結(jié)構(gòu)包括柱、墻、主梁和次梁，水平傳力結(jié)構(gòu)包括樓板和屋面板，所述的豎向支承結(jié)構(gòu)為整體澆筑而成，豎向支承結(jié)構(gòu)上安放有水平傳力結(jié)構(gòu)，水平傳力結(jié)構(gòu)的底面和豎向支撐結(jié)構(gòu)之間設(shè)置有彈性體元件；相鄰的水平傳力結(jié)構(gòu)的側(cè)表面之間或者水平傳力結(jié)構(gòu)與豎向支撐結(jié)構(gòu)的側(cè)表面之間設(shè)置有彈性體元件。所述的豎向支撐結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，所述的水平傳力結(jié)構(gòu)為樓板，豎向支撐結(jié)構(gòu)的主梁、次梁為花籃梁，樓板分塊放置在主梁和次梁分隔形成的區(qū)格內(nèi)，每個區(qū)格的樓板通過樓板底表面及樓板側(cè)表面的彈性元件和周邊豎向支撐結(jié)構(gòu)形成波動和動力傳導機制。所述的豎向支撐結(jié)構(gòu)為墻體構(gòu)件，所述的水平傳力結(jié)構(gòu)為樓板，墻體在樓板處做條帶狀挑耳，豎向支撐結(jié)構(gòu)的主梁、次梁為花籃梁，樓板分塊放置在主梁、次梁及墻體分隔成的區(qū)格內(nèi)，每個區(qū)格的樓板通過樓板底表面及側(cè)表面的彈性元件和周邊豎向支承結(jié)構(gòu)形成波動和動力傳導機制。所述的水平傳力結(jié)構(gòu)為樓板，樓板跨越豎向支承結(jié)構(gòu)的梁系做成連續(xù)板時，樓板通過樓板底表面與梁系之間的彈性元件的水平剪切剛度和水平變形，使樓板和主梁、次梁及柱、墻形成波動和動力傳導機制。利用樓板側(cè)表面彈性元件的拉壓剛度和拉壓彈性時，樓板底表面與豎向支承構(gòu)件間的彈性元件可用鋼輥軸或鋼滾珠傳遞豎向荷載。本發(fā)明還提供了鋼筋混凝土周期性減震結(jié)構(gòu)的施工方法，包括以下步驟，a)將混凝土結(jié)構(gòu)的主體豎向支承結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，包括柱、墻及樓面主梁、次梁先行采用整體澆筑施工完畢；b)在主梁或者次梁的梁上以及梁側(cè)或墻上的挑耳處安裝彈性元件，或設(shè)置鋼輥軸或鋼滾珠作為支承樓板豎向荷載的元器件；c)吊裝安放樓板、屋蓋或現(xiàn)澆樓板、屋蓋在設(shè)置好的彈性元件上，樓板通過這些彈性元件在正常使用時傳遞豎向荷載， 在地震作用時通過這些元件和柱、墻、梁形成波動和動力傳導機制。前述的彈性元件為橡膠墊或鋼彈簧
本發(fā)明的有益效果是:和其它隔震及減震技術(shù)相比，本發(fā)明的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主體設(shè)計成周期結(jié)構(gòu)來達到減震目的具有以下創(chuàng)新:1、將周期結(jié)構(gòu)在基礎(chǔ)隔震中的研究拓展到上部主體結(jié)構(gòu)中，極大地豐富了周期結(jié)構(gòu)減震技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，不但能克服周期結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔震的諸多技術(shù)困難，同時能有效利用上部主體豐富的構(gòu)件系統(tǒng)來形成有效的結(jié)構(gòu)的周期性特征，可通過分塊、分層設(shè)置等來達到最佳的減震目的；2、充實了結(jié)構(gòu)減震與控振技術(shù)的理論體系和實施方法，從傳統(tǒng)的基礎(chǔ)隔震、消能減震技術(shù)思想擴展到利用結(jié)構(gòu)周期性特征來達到波能反射和消減目的，減小結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)；3、周期結(jié)構(gòu)的節(jié)點構(gòu)造實施簡單、制作方便，對建筑物的正常使用沒有影響。高層結(jié)構(gòu)上設(shè)置時也不會因整體受彎引起的拉拔力而受到影響。在成本投入上也比傳統(tǒng)的消能減震技術(shù)容易控制；4、周期結(jié)構(gòu)的減震原理對結(jié)構(gòu)阻尼的要求較低，與其它減震結(jié)構(gòu)相比容易實施；5、梁柱節(jié)點與樓板非整澆連接的構(gòu)造措施明確了各自的功能劃分，能夠使強柱弱梁的延性結(jié)構(gòu)概念得以完全展現(xiàn)。


當結(jié)合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點，但此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定，其中: 圖1是本發(fā)明的鋼筋混凝土周期結(jié)構(gòu)的施工步驟圖；圖2為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3發(fā)明的混凝土周期性結(jié)構(gòu)中豎向支承結(jié)構(gòu)、分塊樓屋蓋系統(tǒng)及彈性元件之間連接構(gòu)造示意圖；圖4是本發(fā)明的混凝土周期性結(jié)構(gòu)中豎向支承結(jié)構(gòu)、跨區(qū)域樓屋蓋系統(tǒng)及彈性元件之間連接構(gòu)造示意圖；圖5是梁柱節(jié)點處樓板與節(jié)點區(qū)域的脫離構(gòu)造。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)上部主體各構(gòu)件形成周期結(jié)構(gòu)的原理和實施方法可以適用于所有帶樓板的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)。參照圖1、圖2，圖1示出本發(fā)明的周期性結(jié)構(gòu)形成的施工順序方法實例，包括以下步驟:步驟101，將混凝土結(jié)構(gòu)的主體豎向支承結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，包括柱、墻及樓面主梁、次梁先行采用整體澆筑施工完畢；
步驟102，在主梁或者次梁的梁上以及梁側(cè)或墻上的挑耳處安裝彈性元件，或設(shè)置鋼輥軸或鋼滾珠作為支承樓板豎向荷載的元器件；這種設(shè)定可以是在每一層進行，也可以根據(jù)設(shè)計要求在指定樓層進行；步驟103，吊裝安放樓板、屋蓋或現(xiàn)澆樓板、屋蓋在設(shè)置好的彈性元件上，樓板通過這些彈性元件在正常使用時傳遞豎向荷載，在地震作用時通過這些元件和柱、墻、梁形成波動和動力傳導機制。參照圖3，示出本發(fā)明的樓、屋蓋構(gòu)件分塊布置的連接構(gòu)造措施。當樓板2在墻12或梁13形成的區(qū)格內(nèi)分塊布置時，樓板2和區(qū)格周邊的其他主體構(gòu)件I通過彈性體元件3相互作用形成周期性結(jié)構(gòu)。樓板2支承在梁耳131或墻耳121上可通過滑動輥軸或滾珠4，也可通過橡膠墊32傳遞豎向荷載。參照圖4，示出本發(fā)明的樓、屋蓋構(gòu)件區(qū)域布置的連接構(gòu)造措施。當樓板2跨越梁13連續(xù)布置在較大區(qū)域內(nèi)時，樓板2和區(qū)域邊緣的其他主體構(gòu)件I通過彈性體元件3相互作用形成周期性結(jié)構(gòu)；在跨越中間樓面梁時，在樓板2下設(shè)置彈性體元件3或滑動輥軸或滾珠4。當樓板2下設(shè)置彈性體元件3時，不但通過彈性體元件3傳遞豎向荷載，也通過其水平剪切剛度形成周期性結(jié)構(gòu)。參考圖5，示出本發(fā)明的周期性結(jié)構(gòu)在梁柱節(jié)點處的連接構(gòu)造，樓板2不與梁柱節(jié)點14整體連接，雖降低了樓板與梁柱的整體性，但可使梁端上部的塑性鉸按設(shè)計要求出現(xiàn)，達到大震下結(jié)構(gòu)主體的耗能。本發(fā)明的實施例所述的彈性元件3可以采用橡膠墊、橡膠塊或者鋼彈簧。以上對本發(fā)明所提供的混凝土結(jié)構(gòu)主 體形成周期結(jié)構(gòu)的原理和實施方法及連接構(gòu)造進行了詳細介紹，本文中應(yīng)用了具體案例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種鋼筋混凝土周期性減震結(jié)構(gòu)，包括豎向支承結(jié)構(gòu)和水平傳力結(jié)構(gòu)，豎向支承結(jié)構(gòu)包括柱、墻、主梁和次梁，水平傳力結(jié)構(gòu)包括樓板和屋面板，其特征在于，所述的豎向支承結(jié)構(gòu)為整體澆筑而成，豎向支承結(jié)構(gòu)上安放有水平傳力結(jié)構(gòu)，水平傳力結(jié)構(gòu)的底面和豎向支撐結(jié)構(gòu)之間設(shè)置有彈性體元件；相鄰的水平傳力結(jié)構(gòu)的側(cè)表面之間或者水平傳力結(jié)構(gòu)與豎向支撐結(jié)構(gòu)的側(cè)表面之間設(shè)置有彈性體元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼筋混凝土周期性減震結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的豎向支撐結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，所述的水平傳力結(jié)構(gòu)為樓板，豎向支撐結(jié)構(gòu)的主梁、次梁為花籃梁，樓板分塊放置在主梁和次梁分隔形成的區(qū)格內(nèi)，每個區(qū)格的樓板通過樓板底表面及樓板側(cè)表面的彈性元件和周邊豎向支撐結(jié)構(gòu)形成波動和動力傳導機制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼筋混凝土周期性減震結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的豎向支撐結(jié)構(gòu)為墻體構(gòu)件，所述的水平傳力結(jié)構(gòu)為樓板，墻體在樓板處做條帶狀挑耳，豎向支撐結(jié)構(gòu)的主梁、次梁為花籃梁，樓板分塊放置在主梁、次梁及墻體分隔成的區(qū)格內(nèi)，每個區(qū)格的樓板通過樓板底表面及側(cè)表面的彈性元件和周邊豎向支承結(jié)構(gòu)形成波動和動力傳導機制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼筋混凝土周期性減震結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的水平傳力結(jié)構(gòu)為樓板，樓板跨越豎向支承結(jié)構(gòu)的梁系做成連續(xù)板時，樓板通過樓板底表面與梁系之間的彈性元件的水平剪切剛度和水平變形，使樓板和主梁、次梁及柱、墻形成波動和動力傳導機制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的一種鋼筋混凝土周期性減震結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的彈性元件為橡膠墊或鋼彈 簧。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的一種鋼筋混凝土周期性減震結(jié)構(gòu)，其特征在于:利用樓板側(cè)表面彈性元件的拉壓剛度和拉壓彈性時，樓板底表面與豎向支承構(gòu)件間的彈性元件可用鋼輥軸或鋼滾珠傳遞豎向荷載。
7.—種如權(quán)利要求1所述的鋼筋混凝土周期性減震結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于，包括以下步驟， a)將混凝土結(jié)構(gòu)的主體豎向支承結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，包括柱、墻及樓面主梁、次梁先行采用整體澆筑施工完畢； b)在主梁或者次梁的梁上以及梁側(cè)或墻上的挑耳處安裝彈性元件，或設(shè)置鋼輥軸或鋼滾珠作為支承樓板豎向荷載的元器件； c)吊裝安放樓板、屋蓋或現(xiàn)澆樓板、屋蓋在設(shè)置好的彈性元件上，樓板通過這些彈性元件在正常使用時傳遞豎向荷載，在地震作用時通過這些元件和柱、墻、梁形成波動和動力傳導機制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋼筋混凝土周期性減震結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于，所述步驟b)中的彈性元件為橡膠墊或鋼彈簧。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋼筋混凝土周期性減震結(jié)構(gòu)，包括豎向支承結(jié)構(gòu)和水平傳力結(jié)構(gòu)，豎向支承結(jié)構(gòu)包括柱、墻、主梁和次梁，水平傳力結(jié)構(gòu)包括樓板和屋面板，所述的豎向支承結(jié)構(gòu)為整體澆筑而成，水平傳力結(jié)構(gòu)安放在豎向支承結(jié)構(gòu)上，水平傳力結(jié)構(gòu)的底面和豎向支撐結(jié)構(gòu)之間設(shè)置有彈性體元件；相鄰的水平傳力結(jié)構(gòu)的側(cè)表面之間或者水平傳力結(jié)構(gòu)與豎向支撐結(jié)構(gòu)的側(cè)表面之間設(shè)置有彈性體元件。本發(fā)明的混凝土房屋結(jié)構(gòu)中樓面板或屋面板作為周期性減震元件的原理和方法，既能保證樓板和屋面板滿足應(yīng)有的正常使用功能，又可有效降低建筑物的地震反應(yīng)，同時還能保證主體豎向支承結(jié)構(gòu)按理想塑性模式形成耗能機構(gòu)的實現(xiàn)。
文檔編號E04G21/00GK103233607SQ20131012974
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者賈英杰, 石志飛, 向宏軍, 孫靜, 呂曉寅, 莫詒隆 申請人:北京交通大學