控制塑性铰在框架梁端出现的抗震构造措施.pdf

控制塑性铰在框架梁端出现的抗震构造措施，其特征是在框架梁端部一定长度范围的侧面设置截震条，将框架梁端部与现浇钢筋混凝土楼板分隔开；截震条由预制钢丝混凝土块、苯板和薄钢板叠合而成，混凝土块内置防裂细钢丝；截震条可在工厂制作成预制构件；施工时，支好梁板模板后应先绑扎框架梁钢筋；然后在梁端侧面固定截震条；随后绑扎楼板钢筋并将细钢丝缠绕于板底钢筋；最后整体浇筑混凝土，形成截震框架结构体系。

1、  一种控制塑性铰在框架梁端出现的抗震构造措施，其特征在于：在框架梁端部侧面放置由预制钢丝混凝土块、苯板和薄钢板叠合而成的截震条；与传统的设置在竖向构件如柱、墙嵌固部位的隔震垫以及设置在斜撑上的阻尼器不同，截震条首先是设置在作为水平构件的梁和板之间的，其次截震条不能减小结构承受的地震作用；截震条独特功能是通过在梁端部侧面将梁、板分隔，使得水平地震作用下，梁与板在梁端(柱边)各自独立工作、而非协同受弯，从而使得塑性铰能出现在梁端而非柱端，达到保护柱端的抗震设防目的。

2、  根据权利要求1所述的抗震构造措施，其特征在于：截震条长400～1500mm，宽60～200mm，高度100～200mm。

3、  根据权利要求1所述的抗震构造措施，其特征在于：预制钢丝混凝土块的混凝土强度等级为C15～C25，厚20～30mm，宽度同截震条宽度，长度同截震条长度。

4、  根据权利要求1所述的抗震构造措施，其特征在于：预制钢丝混凝土块的细钢丝直径不大于6mm，水平间距200～300mm，保护层8～10mm。细钢丝外露60～100mm，伸入混凝土块长度同混凝土块宽度。

5、  根据权利要求1所述的抗震构造措施，其特征在于：苯板胶结于预制混凝土块上，宽度同截震条宽度，长度同截震条长度，高度为截震条高度减去预制钢丝混凝土块厚度。

6、  根据权利要求1所述的抗震构造措施，其特征在于：苯板上端胶结不大于2mm的等宽、等长薄钢板。

7、  根据权利要求1～6之一所述的抗震构造措施的施工工序，其特征在于：施工时，支好梁板模板后应先绑扎框架梁钢筋；然后在梁端侧面固定截震条；随后绑扎楼板钢筋，并将细钢丝缠绕于板底钢筋；最后整体浇注混凝土，形成截震框架结构体系。

控制塑性铰在框架梁端出现的抗震构造措施
技术领域
本发明是控制塑性铰在框架梁端出现的抗震构造措施，是一种突破传统的、新型的抗震构造措施，为框架结构建筑物的抗震减灾、防灾提供了基本的构造保障。
背景技术
我国有记录的地震可以追溯到数千年前，但是对地震动有数字记录的历史仅有几十年，由于研究时间较短，我国当前应用的统计意义上的基本烈度地震还具有很大不确定性。要减轻震害同时考虑当前经济发展现状，我国工程科技人员提出了三大对策：“设防标准对策、区别对待对策和技术立法对策”。由此衍生出“四设防分类，三设防水准，二阶段设计”的抗震设防理论体系。
多数发达国家的抗震设防设计，直接将较大的地震作用于结构物，相当于对整个建筑物进行加强；而我国则是将小震作用于结构物，通过抗震措施(包括内力调整、抗震构造措施等)局部加强关键部位，其优点是经济性较好，缺点是系数较多，计算复杂。
我国工程界当前对内力调整的原则为：强柱弱梁，强节点弱杆件，强剪弱弯。在框架结构设计中，按照杆系模型进行结构分析。结构设计时首先假定塑性铰在框架梁端产生，以此为依据加强柱端。遗憾的是，历次震害表明，按“强柱弱梁”原则设计的框架结构总是出现“强梁弱柱”的破坏特征，即框架结构主要在柱端产生破坏而非梁端，这与设计基本原则严重不符，致使抗震内力调整原则难以自圆其说。
传统设计中楼板被视为竖向受力构件，其作用是将竖向荷载传递梁、柱、墙。工程设计时，楼板厚度常常根据跨高比确定，其基本含义为：在常规使用荷载条件下，此跨高比可使楼板满足挠度和裂缝要求，从而避免了复杂的计算。一方面，我们在结构整体分析时假定楼板的剪切刚度为无限大，使得楼层中每点位移均能协调；另一方面，在抗震分析中，计算与楼板紧密相连的梁的刚度和承载力时，又忽略楼板的巨大作用，这种做法显然自相矛盾。
发明内容
技术问题：为控制塑性铰在框架梁端出现，本发明提出在框架梁端设置截震条的方法，使得现浇钢筋混凝土楼板对梁端的约束降至最低，并提出了截震条的完整制作方法以及相应的施工工序。震害调查结果表明，此发明可使塑性铰在框架梁端出现，是抗震设计必要的构造措施。这一方法概念清晰，工艺简单，具有明显的社会效益；对于震害修复具有极大的经济效益。
技术方案：
1、一种控制塑性铰在框架梁端出现的抗震构造措施，其特征在于：在框架梁端部侧面放置由预制钢丝混凝土块、苯板和薄钢板叠合而成的截震条；与传统的设置在竖向构件如柱、墙嵌固部位的隔震垫以及设置在斜撑上的阻尼器不同，截震条首先是设置在作为水平构件的梁和板之间的，其次截震条不能减小结构承受的地震作用；截震条独特功能是通过在梁端部侧面将梁、板分隔，使得水平地震作用下，梁与板在梁端(柱边)各自独立工作、而非协同受弯，从而使得塑性铰能出现在梁端而非柱端，达到保护柱端的抗震设防目的。
2、根据1所述的抗震构造措施，其特征在于：截震条长400～1500mm，宽60～200mm，高度100～200mm。
3、根据1所述的抗震构造措施，其特征在于：预制钢丝混凝土块的混凝土强度等级为C15～C25，厚20～30mm，宽度同截震条宽度，长度同截震条长度。
4、根据1所述的抗震构造措施，其特征在于：预制钢丝混凝土块的细钢丝直径不大于6mm，水平间距200～300mm，保护层8～10mm。细钢丝外露60～100mm，伸入混凝土块长度同混凝土块宽度。
5、根据1所述的抗震构造措施，其特征在于：苯板胶结于预制混凝土块上，宽度同截震条宽度，长度同截震条长度，高度为截震条高度减去预制钢丝混凝土块厚度。
6、根据1所述的抗震构造措施，其特征在于：苯板上端胶结不大于2mm的等宽、等长薄钢板。
7、根据1～6之一所述的抗震构造措施的施工工序，其特征在于：施工时，支好梁板模板后应先绑扎框架梁钢筋；然后在梁端侧面固定截震条；随后绑扎楼板钢筋，并将细钢丝缠绕于板底钢筋；最后整体浇注混凝土，形成截震框架结构体系。
技术效果：
设置截震条的有效性可以用实际震害调查统计结果来证明。
未设置截震条的框架结构，楼板对梁端部有极大约束，典型震害如图1～2，主要为柱头或柱脚破坏，震害调查统计结果表明，高于98％的破坏发生在竖向构件。由于柱、梁、板为一个整体，宜引发连锁破坏。如图13～14，当柱发生震害时，则引发梁破坏，继续引发板破坏；如图15，柱未破坏，主梁破坏也引发楼板破坏；如图16，在次梁端部，次梁破坏引发楼板破坏。
在框架梁端部侧面放置截震条，割裂了梁、板的整体性，使得楼板仅仅作为传递竖向荷载的构件，而不能对梁端有刚度贡献，因此地震下的框架梁等同于双侧无约束梁。
图3为边框架梁，为单侧约束，在地震下梁端发生剪切破坏；图4～12为网架结构框架梁、局部无板框架梁及楼梯间框架梁，为双侧无约束梁，在地震下梁端呈典型弯曲破坏特征，与此对应的，柱端鲜有破坏，表明塑性铰发生在梁端，确实能使柱得到保护，避免了连锁破坏，从而实现“中震可修，大震不到”的抗震设防目标。震害调查统计结果也表明，按照“强柱弱梁”原则设计的双侧无约束梁的框架结构，除角柱和错层柱外，当出现震害时，主要发生在梁端。
附图说明
图1为唐山地震开滦矿务局第三招待所底层半地下室框架结构柱头破坏情况。由图可见，柱头呈现典型的剪切破坏特征，究其原因，主要是上部结构为6层砖混，梁截面由于承载力需要而高度高达1m多，且在端部截面增高，使得抗弯刚度急剧增大，柱本身有效高度也减小，进而使得梁柱线刚度相差较大，致使柱头破坏。
图2为海城地震大石桥东风百货商店内框架柱头压碎照片，是历年震害中柱头极为典型的破坏模式。
图3为日本某次震害中边梁端部破坏实例，该破坏呈现剪切破坏特征，此外在该破坏中，同时也出现了少见的从底部上延的弯曲裂缝。可能的原因是，此梁在建筑物外围，重力荷载代表值荷载下需要的配筋较少，纵筋主要依据地震作用配置，这与实际地震作用比较相符；此外板对梁的约束为中部板约束的一半，且梁柱中心对齐，柱的刚度能充分发挥，在合适的地震作用下，在梁端造成破坏。
图4为唐山地震陡河电厂汽机房纵向预制框架梁、柱连接处开裂。由图可见，该框架无结构楼板，梁顶没有楼板约束，因此在地震作用下完全靠框架自身的抗侧刚度发挥作用，这与杆系模型完全一直，破坏模式与设计一致。
图5～6为唐山地震某厂房梁变截面处受弯破坏。由图可见，该框架梁侧无板约束，因此在梁端破坏，与设计一致。需要指出的是，变截面梁的梁端刚度及承载力增大，致使破坏向跨中方向转移。
图7为汶川地震中某建筑物梁端破坏。由图可见，该建筑物为预制楼板，地震作用下楼板已经与框架梁脱离(板下梁顶已脱开)。这样楼板对框架梁的约束极大的降低，使得框架抗侧性能的发挥与设计较为一致，故而产生预想的塑性铰。
图8～10为汶川地震框架梁端破坏。由图可见，该框架梁两侧均无板约束，因此在梁端破坏，得到与设计一致的理想结果，保护了框架柱。
图11～12为汶川地震楼梯间处框架梁端破坏。由图可见，该框架梁单侧或两侧无板约束，在梁端破坏，保护了框架柱，得到与设计目标一致的理想结果。
图13～14为唐山地震梁板破坏实例。由图14可见，破坏从柱端开始，引发梁端破坏，再引发楼板破坏。
图15～16为汶川地震梁板破坏实例。由图可见，双侧约束梁的破坏，必然引起楼板破坏，表明了梁板协同工作的必然性。
图17为截震条剖面详图，图中b为截震条宽度，l为钢丝网外伸长度，t为预制混凝土块厚度，h为截震条高度；编号1为苯板，编号2为薄钢板，编号3为预制钢丝混凝土块，编号4为细钢丝。
图18为截震框架结构的梁板施工工序示意图；图中序号①为梁板支模；序号②为绑扎梁钢筋；序号③为固定截震条；序号④为绑扎楼板钢筋，并将截震条的细钢丝缠绕于板底钢筋。
图19为截震框架结构的框架梁端施工完成后的剖面详图。
图20为截震条在梁侧的平面布置图，图中编号1所指对象即为截震条。
具体实施方式
下面以实施例来说明本发明的实施工程。
1.按现行规范、规程等进行结构建模分析，其中框架梁的中梁及边梁刚度不应乘以大于1的系数，并按计算结果配筋。
2.楼板板厚120mm，竖向受荷配筋时，由于角部约束释放为自由端，因此局部应按悬臂板计算配筋。
3.截震条制作：截震条长度为800mm，宽100mm，高度与结构楼板相同，取120mm。预制钢丝混凝土块，混凝土强度等级取C20；宽100mm，厚20mm，长度为800mm。为防止结构楼板在底部出现可见的较大裂缝，在混凝土中放置直径为3mm的细钢丝，间距300mm，钢丝保护层取8mm。钢丝伸入混凝土块长度同混凝土块宽度，外露80mm。将苯板胶结于预制混凝土块上。苯板宽100mm，高度为100mm，长度为800mm。为方便楼板垫层施工，加强苯板刚度，在苯板上端胶结厚度1mm的薄钢板，薄钢板宽100mm，长800mm。
4.施工工序为，在楼层竖向构件施工完成后：
①梁板支模；
②绑扎梁钢筋；
③在框架梁端固定截震条；
④绑扎楼板钢筋，并将截震条的细钢丝缠绕于板底钢筋；
⑤浇筑混凝土，形成截震框架结构体系。