CN104032832B - 一种后张法预应力竹木结构框架 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种后张法预应力竹木结构框架,包括通过节点连接的竹木结构横梁和立柱，所述节点包括套在立柱上的钢套筒和与钢套筒固接的L型钢，钢套筒通过设置在其四角的螺栓与立柱固定，L型钢另一边通过螺栓与横梁端部固定，所述立柱钢套筒位置设置有斜向的销钉，钢套筒上对应开有销钉孔，销钉孔内穿有预应力钢筋，预应力钢筋在两对角节点通过锚具拉紧固定。本发明预应力钢筋在结构遭遇地震和在风荷载作用时提供更大的侧向刚度，也在结构产生一定的侧向位移时提供一定的回复作用。本专利可以降低结构的造价，显著地提高结构的抗震性能，可以应用于竹木框架的结构设计中，也可以广泛地应用于竹木结构的加固。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构领域，特别涉及一种后张法预应力竹木结构框架。
背景技术
现代木结构的主要结构形式有梁柱结构体系和轻型木结构体系两种。轻型木结构由于结构本身的要求，虽然能够提供较大的结构刚度，但结构的空间比较小，需较大开放空间的建筑不太适合采用轻型木结构；梁柱式结构体系本身要求结构必须有足够的抗弯刚度和抗侧移刚度，因此在梁柱式结构框架设计中，结构抗侧移刚度和结构位移仍是设计需要解决的主要问题。因此很多研究者也开始提出各种新型的梁柱式木结构。
预应力木结构在木结构构件设计和古木建筑加固上得到了很好的运用。这种形式的木结构较好的运用钢材的性质，弥补了木结构刚度和强度的不足。但现阶段的预应力木结构的应用仅局限于木结构的构件性能的加强上，有提及钢筋支撑形式的也是应用于在轻型木结构的剪力墙构造形式中，在梁柱式结构中没有涉及。
中国传统木结构的节点连接弱，地震时节点不仅承受水平力，还要承受拉和扭的作用；结构抗侧能力差，抵抗水平荷载能力变差，侧移过大；节点延性小，强震作用下容易产生脆性破坏。构造梁柱式木结构的节点是关键构件。目前一般采用重型金属连接件进行梁柱的连接，包括螺栓、钢板、裂环、剪盘、植筋与胶合木铆钉等。这能提供很大的转动刚度，螺栓及铆钉处产生局部承压破坏，甚至使柱纵向劈裂，植入钢筋处产生滑移现象，且构造上的孔洞也会削弱梁柱截面。新型耗能节点的提出和应用也较为迫切。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种后张法预应力竹木结构框架，针对木结构框架结构的抗侧移刚度不足以及耗能能力较低等问题，提出了一种新型的框架结构类型。即在框架纵向后张法预应力提高木结构框架的抗侧移刚度，同时在预应力钢筋在设计正常使用状态下有一定的恢复力，是结构在出现一定的位移后能够提供回复作用。可以降低结构的侧向位移，且对已出现的结构位移有一定的控制作用。新型半刚性节点的使用可以为结构能更好的滞回耗能，更大的提高了结构的整体刚度。本框架形式能更好的提高稳定性和安全性。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种后张法预应力竹木结构框架,包括通过节点连接的竹木结构横梁和立柱，所述节点包括套在立柱上的钢套筒和与钢套筒固接的L型钢，钢套筒通过设置在其四角的螺栓与立柱固定，L型钢另一边通过螺栓与横梁端部固定，所述立柱钢套筒位置设置有斜向的销钉，钢套筒上对应开有销钉孔，销钉孔内穿有预应力钢筋，预应力钢筋在两对角节点通过锚具拉紧固定。
进一步的，所述节点根据实际需要选取丁字形或十字形节点。
进一步的，所述钢套筒与L型钢通连接为焊接，焊接形式为四边围焊。
进一步的，所述锚具包括开有对应钢筋孔的锚垫板，与锚垫板套接的喇叭形锚板，锚板内对应钢筋孔设有用于夹紧钢筋的夹具。
进一步的，所述锚具满足《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》(JGJ85-2002)要求。
进一步的，所述预应力钢筋张拉范围不超过预应力钢筋最大弹性位移的30％。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明将预应力钢筋作为交叉支撑附加到梁柱式木结构框架当中，通过销钉、锚具和连接器将预应力钢筋与左右两侧柱连接，每一跨框架使用两根预应力钢筋，交叉使用。当框架结构在产生侧向位移时，预应力钢筋相应的也会产生拉伸，位移越大，预应力钢筋内产生的拉力就越大，所提供的刚度也就随之越大，且钢筋的恢复力可以使结构位移迅速恢复，从而增加了这种框架的结构稳定性。与现有的木框架体系来说，本发明造价低，施工方便，解决了梁柱式框架抗侧刚度较小的问题，且提高了结构在地震和风荷载作用下的耗能效率，提高了结构的安全性能。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为丁字型节点结构示意图。
图3为十字型节点结构示意图。
图4为节点预应力钢筋穿孔处构造结构示意图。
图5本发明夹具示意图。
图6为锚垫板俯视图。
其中，1-节点，11-钢套筒，12-L型钢，13-螺栓，2-横梁，3-立柱，4-销钉，5-预应力钢筋，6-锚具，61-锚垫板，62-喇叭形锚板，63-夹具。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明方案做进一步详细说明：下面结合附图，对本发明的做详细的说明：
如图1所示，一种后张法预应力竹木结构框架,包括通过节点1连接的竹木结构横梁2和立柱3，所述节点1包括套在立柱3上的钢套筒11和与钢套筒11固接的L型钢12，钢套筒11通过设置在其四角的螺栓13与立柱3固定，L型钢12另一边通过螺栓13与横梁2端部固定，如图4所示，所述立柱钢套筒11位置设置有斜向的销钉4，钢套筒11上对应开有销钉孔，销钉孔内穿有预应力钢筋5，预应力钢筋5在两对角节点1通过锚具6拉紧固定。
进一步的，所述节点1根据实际需要选取如图2所示的丁字形或如图3所示的十字形节点。
进一步的，所述钢套筒11与L型钢12连接为焊接，焊接形式为四边围焊。
进一步的，如图5所示，所述锚具6包括如图6所示，开有对应钢筋孔的锚垫板61，与锚垫板61套接的喇叭形锚板62，锚板62内对应钢筋孔设有用于夹紧钢筋的夹具63。
进一步的，所述锚具满足《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》(JGJ85-2002)要求。
进一步的，所述预应力钢筋张拉范围不超过预应力钢筋最大弹性位移的30％。
本发明的工作原理为：
本发明通过对梁柱式木框架结构进行改造，通过在框架中附加预应力钢筋，增加框架整体的刚度，增加了结构的稳定性，解决了梁柱式木结构框架抗侧移刚度较小的缺点。框架构造形式如图1，框架节点形式如图2。柱和节点钢套筒预留穿预应力钢筋和销钉的孔洞(具体形式和角度按照框架尺寸确定)。
在实际结构中，首先将结构进行组装，设计半刚性节点；将安装好的结构的上下层框架节点中心交叉设置预应力钢筋，如图1中标识的形式。应提前在柱中预留穿预应力钢筋和销钉的孔洞，要求预应力钢筋应穿过节点的中心；运用后张法技术对预应力钢筋进行张拉；张拉到目标长度后用锚具和夹具进行固定最后完成安装。
结构在地震荷载和风荷载作用下产生的侧向位移，木结构设计规范要求大震下塑形阶段为层间位移角为1/30。假设框架的高度为H，跨度为L，则框架产生的侧移为H/30。计算得到预应力钢筋的最大设计拉伸长度为根据选用木结构的材料、大小和尺寸确定产生H/30时产生的内力大小，选择适当的预应力钢筋类型和钢筋面积；采用后张法对预应力钢筋进行张拉。
根据框架的层高H和跨度L，预先制定木结构梁、柱、L型钢和钢套筒，以及其上预留的螺栓孔和预应力钢筋孔的具体位置和大小，确定所需的预应力钢筋，销钉(；根据《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》(JGJ85-2002)中的锚具、夹具和螺栓。
本发明的节点处，L型板和钢套筒的链接为焊接，焊接形式为四边围焊，且焊接时严格按照规范要求进行焊接；本发明在实际使用中可将梁柱和节点按照图2和图3中节点形式进行组装，最终组装成图1的框架形式。组装好的框架运用后张法施加预应力，并锚固好。
本发明通过在一般的钢—木组合节点连接的一般竹木结构框架中布置施加预应力的预应力钢绞线支撑，提高了结构的抗侧移刚度。当结构在外部地震荷载或风荷载作用时，结构发生一定的侧向位移，使预应力钢筋在其弹性阶段产生一定的拉伸，使预应力增大产生一定大小的恢复力，是结构迅速的回复原状；且耗能节点的作用下，是结构耗能能力增加，外加恢复力的反复作用，提高了结构的耗能效率，使结构在地震或风荷载作用下能更好的发挥作用。
本发明公开了一种新型的梁柱式木结构框架形式，包括一种消能半刚性节点、木结构梁柱、预应力钢筋及其锚具和夹具。其特征是用设计梁柱节点形式，将所述的木结构梁柱进行链接；通过在木结构柱和所述节点的外包钢套筒穿孔，使预应力钢筋应用于所述框架中并固定，后张法对预应力钢筋施加一定大小的预应力，用所述的锚具和夹具对钢筋进行固定，整体安装后保证框架的稳定性。该形式的框架造价低、性能优越、施工方便，且解决了一般木结构框架抗侧力较小的问题，显著的增大了抗侧移刚度，同时也使框架产生一定的层间位移后在预应力的作用下能迅速恢复原装，增强结构的稳定性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种后张法预应力竹木结构框架,包括通过节点连接的竹木结构横梁和立柱，其特征在于，所述节点包括套在立柱上的钢套筒和与钢套筒固接的L型钢，钢套筒通过设置在其四角的螺栓与立柱固定，L型钢另一边通过螺栓与横梁端部固定，所述立柱钢套筒位置设置有斜向的销钉，钢套筒上对应开有销钉孔，销钉孔内穿有预应力钢筋，预应力钢筋在两对角节点通过锚具拉紧固定。
2.根据权利要求1所述的后张法预应力竹木结构框架，其特征在于，所述节点根据实际需要选取丁字形或十字形节点。
3.根据权利要求1所述的后张法预应力竹木结构框架，其特征在于，所述锚具包括开有对应钢筋孔的锚垫板，与锚垫板套接的喇叭形锚板，锚板内对应钢筋孔设有用于夹紧钢筋的夹具。
4.根据权利要求1所述的后张法预应力竹木结构框架，其特征在于，所述预应力钢筋张拉范围不超过预应力钢筋最大弹性位移的30％。
5.根据权利要求1所述的后张法预应力竹木结构框架，其特征在于，所述钢套筒与L型钢通连接为焊接，焊接形式为四边围焊。
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