一种大跨摇摆自复位结构

技术领域

本发明涉及抗震结构技术领域，更具体地说，涉及一种大跨摇摆自复位结构。

背景技术

早期抗震工程研究主要侧重于减少大震下的建筑物倒塌和人员伤亡，即“大震不倒”，但多次震害表明地震作用下建筑物丧失正常使用功能造成的经济损失越来越突出，即建筑物内部装修、非结构部件及室内重要装置等设备费用往往超过建筑物的结构成本。

为了提高建筑结构的抗震性能、保障人们的生命财产安全，能够在强震后快速回复结构正常使用功能的可恢复功能结构成为近年来抗震工程研究的热点。

自复位结构能够减小结构在地震中的响应及地震后的残余变形，结构在往复载荷作用下的滞回曲线近似“旗帜”型，因此在外力撤销后结构的顶点侧向位移可逐渐恢复至零；同时，结构的摇摆可以降低地震作用并提高结构自身的延性设计需求，减少地震破坏、节约结构造价。

作为仅几十年来发展最快的建筑结构，大跨空间结构在抗震研究稍显不足，且随着经济发展的需要，很多重大工程需要修建在地震烈度较高或地震稳定性的场址上施工，如果工程上未充分考虑地震作用，会造成重大安全隐患。

综上所述，如何提供一种摇摆自复位的大跨空间结构，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种大跨摇摆自复位结构，降低大跨空间结构在强震下的损伤，并减小震后结构残余应变。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大跨摇摆自复位结构，包括混凝土基础、若干根与所述混凝土基础竖直布置的承重柱、水平布置于所述承重柱顶端的桁架屋盖、柱脚节点结构以及梁端节点结构；

所述混凝土基础上设有安装所述承重柱的限位凹槽，所述限位凹槽与所述承重柱之间填充用于包裹所述承重柱的底端的柱脚柔性垫层；

所述柱脚节点结构包括柱脚悬挑板、锚杆以及柱脚碟形弹簧组，所述柱脚悬挑板连接于所述承重柱靠近底部的侧壁面，若干根所述锚杆穿过所述柱脚悬挑板与所述混凝土基础固定连接，所述柱脚碟形弹簧组套接于所述柱脚悬挑板远离所述混凝土基础一侧的所述锚杆上。

优选的，所述桁架屋盖的下端设有安装所述承重柱的顶端限位凹槽，所述顶端限位凹槽与所述承重柱之间填充用于包裹所述承重柱的顶端的梁端柔性垫层；

所述梁端节点结构包括梁端悬挑板、拉杆以及梁端碟形弹簧组，所述梁端悬挑板连接于所述承重柱靠近顶端的侧壁面，若干根所述拉杆穿过所述梁端悬挑板和所述桁架屋盖的顶端并固定，所述梁端碟形弹簧组套接于所述桁架屋盖顶端远离所述混凝土基础一侧的所述拉杆上。

优选的，所述柱脚节点结构还包括柱脚支撑板，所述柱脚支撑板设置于所述混凝土基础与所述柱脚悬挑板之间，所述柱脚支撑板与所述柱脚悬挑板的底面、所述承重柱靠近底端的侧壁面垂直连接。

优选的，所述混凝土基础内设有预埋构件，所述锚杆与所述预埋构件固定连接。

优选的，所述梁端节点结构还包括梁端支撑板，所述梁端支撑板与所述梁端悬挑板的底面、所述承重柱的靠近顶端的侧壁面垂直连接。

优选的，所述承重柱为钢柱，所述限位凹槽的内侧面和底面均焊接钢板。

优选的，所述承重柱为混凝土柱，所述混凝土柱靠近底端的侧壁面上焊接钢板，所述限位凹槽的内侧面和底面均焊接钢板。

优选的，所述桁架屋盖包括钢桁架、网壳机构和钢筋混凝土结构。

本申请提供的大跨摇摆自复位结构在安装柱脚碟形弹簧组和梁端碟形弹簧组时，需对二者施加一定的预压力，使其在未发生振动时处于稳定状态。

柱脚节点处，混凝土基础的限位凹槽可对承重柱进行环向约束，填充于限位凹槽和承重柱之间的柱脚柔性垫层可在地震时起到传递剪力和缓冲的作用，避免了混凝土基础和承重柱因局部压力过大受到破坏，并起到一定的能量耗散作用；承重柱和混凝土基础仅接触、无连接关系，在发生强震时，由于柱脚悬挑板顶部设置柱脚碟形弹簧组，承重柱可在水平方向发生轻微晃动，有效避免了柱脚节点处塑性铰的形成，减轻了结构在强震下的损伤，实现了大震作用下节点结构无损伤或轻微损伤、震后无需修复投入使用。

更进一步地，本申请在梁端节点处设置梁端节点结构，桁架屋盖的顶端限位凹槽可对承重柱进行环向约束，填充于顶端限位凹槽和承重柱之间的梁端柔性垫层可在地震时起到传递剪力和缓冲的作用，避免了桁架屋盖和承重柱因局部压力过大受到破坏，并起到一定的能量耗散作用；桁架屋盖和承重柱仅接触、无连接关系，在发生强震时，由于桁架屋盖顶部设置梁端碟形弹簧组，在发生强震时桁架屋盖可发生轻微晃动，有效避免了梁端节点处塑性铰的形成，减轻了结构在强震下的损伤，实现了大震作用下节点结构无损伤或轻微损伤、震后无需修复投入使用。

因此，本申请提供的大跨摇摆自复位结构在发生强震时可进行摇摆，避免了柱脚节点和梁端节点处塑性铰的形成，结构稳定性强、自复位能力强，在强震下结构损伤小且震后结构残余应变小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的大跨摇摆自复位结构的具体实施例的结构示意图；

图2为图1中的大跨摇摆自复位结构的俯视示意图。

图1-图2中：

1为混凝土基础、11为限位凹槽、2为柱脚节点结构、21为柱脚悬挑板、22为柱脚支撑板、23为锚杆、24为柱脚碟形弹簧组、3为承重柱、4为梁端节点结构、41为梁端悬挑板、42为梁端支撑板、43为拉杆、44为梁端碟形弹簧组、5为桁架屋盖、51为顶端限位凹槽、52为加强板、6为柔性垫层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种大跨摇摆自复位结构，降低大跨空间结构在强震下的损伤，并减小震后结构残余应变。

请参考图1-图2，图1为本发明所提供的大跨摇摆自复位结构的具体实施例的结构示意图；图2为图1中的大跨摇摆自复位结构的俯视示意图。

本发明提供的大跨摇摆自复位结构，包括混凝土基础1、若干根与混凝土基础1竖直布置的承重柱3、水平布置于承重柱3顶端的桁架屋盖5、柱脚节点结构2以及梁端节点结构4；混凝土基础1上设有安装承重柱3的限位凹槽11，限位凹槽11与承重柱3之间填充用于包裹承重柱3的底端的柱脚柔性垫层；柱脚节点结构2包括柱脚悬挑板21、锚杆23以及柱脚碟形弹簧组24，柱脚悬挑板21连接于承重柱3靠近底部的侧壁面，若干根锚杆23穿过柱脚悬挑板21与混凝土基础1固定连接，柱脚碟形弹簧组24套接于柱脚悬挑板21远离混凝土基础1一侧的锚杆23上。

限位凹槽11的尺寸大于承重柱3的外缘尺寸，以便在二者之间设置柱脚柔性垫层，承重柱3插入柱脚柔性垫层内。柱脚柔性垫层选择吸震材料制作，其具体的种类和尺寸请根据实际生产中的需要进行确定。

限位凹槽11的形状可以与承重柱3的形状相同，也可以与承重柱3不同，只要能够容纳承重柱3的底端即可。

优选的，承重柱3可以设置为钢柱，限位凹槽11的内侧面和底面均焊接钢板，以增强限位凹槽11对承重柱3的环向约束作用。

当然，也可以将钢柱替换为混凝土柱，优选的，承重柱3设置为混凝土柱，混凝土柱靠近底端的侧壁面上焊接有钢板，限位凹槽11的内侧面和底面均焊接钢板。通过在混凝土柱的侧壁面焊接钢板，方便混凝土柱和柱脚悬挑板21和柱脚支撑板22的连接，并增强连接处的连接强度。

柱脚悬挑板21连接于承重柱3靠近底部的侧壁面，可以是设置于承重柱3靠近底部的两侧，也可以是承重柱3靠近底部的四侧。

优选的，柱脚节点结构2还可以包括柱脚支撑板22，柱脚支撑板22设置于混凝土基础1与柱脚悬挑板21之间，柱脚支撑板22与柱脚悬挑板21的底面、承重柱3靠近底端的侧壁面垂直连接，以便对柱脚悬挑板21进行支撑，增强柱脚悬挑板21与承重柱3之间的连接稳定性，防止震中柱脚悬挑板21被破坏。

柱脚支撑板22可以设置为如图1所示的三角板，当然也可以设置为其他任何符合要求的形状。

锚杆23拉结柱脚悬挑板21与混凝土基础1，并在位于柱脚悬挑板21上方的部分套设柱脚碟形弹簧组24，柱脚碟形弹簧组24内弹簧的数量越多可承受的形变越大、自主恢复能力越强。柱脚碟形弹簧组24在安装时需要施加一定的预压力，以使其在未发生振动时处于稳定状态。

优选的，混凝土基础1内可以设有预埋构件，锚杆23与预埋构件固定连接。预埋构件的种类和安装方式请参考现有技术，在此不再赘述。

优选的，可以设置锚杆23为高强锚杆，锚杆23远离混凝土基础1的一端设有垫片，柱脚碟形弹簧组24安装于垫片与柱脚悬挑板21之间。

在柱脚节点处，混凝土基础1的限位凹槽11可对承重柱3进行环向约束，填充于限位凹槽11和承重柱3之间的柱脚柔性垫层可在地震时起到传递剪力和缓冲的作用，避免混凝土基础1和承重柱3因局部压力过大受到破坏，并起到一定的能量耗散作用；承重柱3和混凝土基础1仅接触、无连接关系，在发生强震时，由于柱脚悬挑板21顶部设置柱脚碟形弹簧组24，承重柱3可在水平方向发生轻微晃动，有效避免了柱脚节点处塑性铰的形成，减轻了结构在强震下的损伤，实现了大震作用下节点结构无损伤或轻微损伤、震后无需修复投入使用。

在上述实施例的基础上，桁架屋盖5的下端可以设有安装承重柱3的顶端限位凹槽51，顶端限位凹槽51与承重柱3之间填充用于包裹承重柱3的顶端的梁端柔性垫层；梁端节点结构4包括梁端悬挑板41、拉杆43以及梁端碟形弹簧组44，梁端悬挑板41连接于承重柱3靠近顶端的侧壁面，若干根拉杆43穿过梁端悬挑板41和桁架屋盖5的顶端并固定，梁端碟形弹簧组44套接于桁架屋盖5顶端远离混凝土基础1一侧的拉杆43上。

顶端限位凹槽51设置于桁架屋盖5的下端面上，其尺寸大于承重柱3的外缘尺寸，在顶端限位凹槽51和承重柱3之间设有梁端柔性垫层，承重柱3的顶端插入梁端柔性垫层中。梁端柔性垫层选择吸震材料制作，其具体的种类和尺寸请根据实际生产中的需要进行确定。

优选的，可以设置梁端柔性垫层的材料与柱脚柔性垫层的材料相同，二者合称为柔性垫层6。

顶端限位凹槽51的形状可以与承重柱3的形状相同，也可以与承重柱3不同，只要能够容纳承重柱3的顶端即可。优选的，可以设置顶端限位凹槽51的形状和尺寸与限位凹槽11的形状和尺寸相同。

优选的，顶端限位凹槽51的内侧面和底面均焊接钢板，以增强顶端限位凹槽51对承重柱3的环向约束。

优选的，请参考图1，可以在顶端限位凹槽51和桁架屋盖5之间设置加强板52，加强板52与顶端限位凹槽51的外侧壁、桁架屋盖5的下端面垂直连接，以增强顶端限位凹槽51与桁架屋盖5之间的连接强度。

桁架屋盖5上设有供拉杆43通过的第一安装孔，梁端悬挑板41上设有供拉杆43通过的第二安装孔，拉杆43穿过第一安装孔与第二安装孔后两端通过紧固螺母等紧固件固定，并在桁架屋盖5上的部分套设梁端碟形弹簧组44。梁端碟形弹簧组44内弹簧的数量越多，可承受的变形越大，自恢复能力越强。

优选的，拉杆43可以为高强拉杆，其具体种类和型号请根据实际生产中的需要确定，在此不再赘述。

优选的，梁端节点结构4还可以包括梁端支撑板42，梁端支撑板42与梁端悬挑板41的底面、承重柱3的靠近顶端的侧壁面垂直连接，以便对梁端悬挑板41进行支撑，增强梁端悬挑板41与承重柱3之间的连接稳定性，防止震中梁端悬挑板41被破坏。

梁端支撑板42可以如图1所示为三角板，当然也可以设置为其他任意符合要求的形状。

在梁端节点处，桁架屋盖5的顶端限位凹槽51可对承重柱3进行环向约束，填充于顶端限位凹槽51和承重柱3之间的梁端柔性垫层可在地震时起到传递剪力和缓冲的作用，避免桁架屋盖5和承重柱3因局部压力过大受到破坏，并起到一定的能量耗散作用；桁架屋盖5和承重柱3仅接触、无连接关系，在发生强震时，由于桁架屋盖5顶部设置梁端碟形弹簧组44，在发生强震时桁架屋盖5可发生轻微晃动，有效避免了梁端节点处塑性铰的形成，减轻了结构在强震下的损伤，实现了大震作用下节点结构无损伤或轻微损伤、震后无需修复投入使用。

优选的，桁架屋盖5包括钢桁架、网壳结构和钢筋混凝土结构，具体根基实际生产中的需要选择。

在某一具体实施例中，如图1所示，大跨摇摆自复位结构在柱脚节点和梁端节点处均设有摇摆复位结构，在发生强震时大跨空间结构可进行摇摆，避免了柱脚节点和梁端节点处塑性铰的形成，结构稳定性强、自复位能力强，在强震下结构损伤小且震后结构残余应变小。

需要进行说明的是，本申请文件中提到第一安装孔和第二安装孔中的第一和第二仅用于区分位置的不同，而不含对顺序的限定。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的大跨摇摆自复位结构进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。