CN109653358B - 一种大净空的自复位钢框架中心支撑体系 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大净空的自复位钢框架中心支撑体系，属于结构工程领域。该体系各构件都由工厂加工而成，且全由高强螺栓连接安装，易于实现构件加工精度、质量的高要求和快速装配，符合装配式绿色钢结构理念；本发明的斜撑体系为装配式防屈曲Y字形支撑，斜撑位置处设有耗能元件，提高了斜撑体系的整体稳定性和结构的整体抗侧力，同时能在设置支撑的位置开设门洞口，使设计形式更加灵活，能满足不同结构形式；通过增加新型组合自复位装置，能提高梁的整体承载力且能避免组合自复位装置中拉索预张力引起的对工字梁段的超应力负荷，通过施加预应力拉索预张力，使结构能够控制塑性变形的发展和损伤的积累，使结构具有良好的抗震性能和复位能力。

Description

一种大净空的自复位钢框架中心支撑体系

技术领域

本发明涉及一种大净空的自复位钢框架中心支撑体系，属于结构工程领域。

背景技术

随着城市化进程的加快，建筑领域的发展及技术水平不断提升，加之环境污染及资源浪费问题的影响，传统建筑体系存在的环保性差的缺陷逐渐暴露，绿色装配式钢结构，开始成为了建筑体系的主要类型。与传统体系相比，该体系在施工质量、施工效率等方面，均具有显著的优势。“搭积木”是一种具有代表性的施工方法，极大程度上加快了施工速度，节约了工程资金。将其应用到各类建筑体系的设计与开发中，是建筑领域未来发展的主要趋势。

传统框架支撑体系采用直线型斜撑，结构中心部位开洞处留有的空间较小，但在实际结构工程问题中，很多结构需要开窗、开门洞，需要较大的洞口，则传统框架支撑体系不能满足要求，且传统框架支撑体系斜撑无耗能段，易在结构某一部位发生屈曲破坏。传统框架支撑体系梁柱节点处设计不合理将导致“强构件弱节点”情况的发生，使结构在地震荷载作用下发生严重震害，威胁人民生命财产安全。现有研究表明，对梁柱节点进行针对性加强或对梁上特定区域采取削弱手段可达到塑性铰外移的目的，从而保护梁柱节点，满足“强节点弱构件”的设计要求；同时，楼板与梁段预组装后运至施工现场进行拼装可大大节省现场混凝土浇筑的时间；此外，地震后无需修复或稍加修复即可恢复使用功能的可恢复功能结构是近年来国际地震工程领域的研究热点，不仅能够在地震中保护人们的生命财产安全，而且在地震后也能尽快恢复其使用功能，因此亟需将可恢复功能结构的理念落实于新结构的研发设计工作中，以实现建筑从单一追求抗倒塌能力向兼顾震后可修复能力的转变。

为克服上述问题，本发明专利提出了一种大净空且带法兰盘的自复位钢框架中心支撑体系。通过增加新型组合自复位装置，能提高梁的整体承载力且能避免组合自复位装置中拉索预张力引起的对工字梁段的超应力负荷；通过斜撑处设置耗能元件，斜撑受力时耗能元件吸收能量，防止斜撑发生失稳破坏，结构整体抗侧力提高，在提高结构整体抗侧力、整体稳定性的同时，能在设置支撑的位置开设门洞口，使设计形式更加灵活，能满足不同结构形式。

发明内容

本发明提出一种大净空的自复位钢框架中心支撑体系，旨在解决框架体系的自复位问题；同时引入一种新型的支撑体系，旨在解决在框架内开门洞口的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术手段：

一种大净空的自复位钢框架中心支撑体系，其特征在于：该体系由两个焊接组合方钢管柱、一个带斜支撑杆的工字梁段、两个Y型斜撑、两个斜撑耗能段、一组组合自复位装置、两组第一连接装置、两组第二连接装置、两组第三连接装置、两组第四连接装置和两组第五连接装置组成；该体系与钢桁架支撑、钢桁架筒体结构体系相比，斜撑位置处设有耗能元件，斜撑受力时耗能元件通过自身内部屈曲变形吸收能量，提升斜撑体系承载力和稳定性，同时耗能元件通过连接装置能实现快速安装，实现装配式防屈曲支撑，结构整体抗侧力提高，在提高结构整体抗侧力、整体稳定性的同时，能在设置支撑的位置开设门洞口，使设计形式更加灵活，能满足不同结构形式；该体系具有震后自复位功能，预应力拉索通过工装固定，悬臂梁段与工字梁段通过第一连接装置紧密连接，上翼缘内 盖板、下翼缘盖板和预应力拉索的组合能提高梁的整体承载力且能避免组合自复位装置中预应力拉索预张力引起的对工字梁段的超应力负荷；悬臂梁段应与工字梁段顶紧，安装后不留缝隙，防止由于梁端转动引起的拉索预应力损失，如果结构震后产生残余变形，通过松开连接螺栓的方式使变形逐渐恢复，提升结构的抗震性能和复位能力；悬臂梁段和工字梁段采用盖板连接，上翼缘内 盖板采用内盖板式设计，便于与楼板的连接，下翼缘盖板采用外盖板式设计，目的在于先安装悬臂梁段下翼缘盖板，下翼缘盖板能作为工字梁段在安装过程中的支托，加快施工速度，提高施工质量，适应装配式钢结构的发展。

一种大净空的自复位钢框架中心支撑体系，其特征在于：由于悬臂梁段和工字梁段翼缘和梁肋厚度不同，通过在上翼缘内 盖板内侧添加工字梁段上翼缘垫板、在倒L型腹板剪切板内侧添加工字梁段腹板垫板，从而使连接位置处两梁段厚度相同，然后通过第一连接装置将悬臂梁段和工字梁段连接在一起。

一种大净空的自复位钢框架中心支撑体系，其特征在于：Y型斜撑与各主体构件通过连接装置连接，组成一种新型支撑体系，该支撑保证承载力的同时，又同时能在设置支撑的位置开设洞口，设计方式灵活，能满足不同结构形式的需要，且该支撑由各部件以螺栓连接而成，符合装配式钢结构施工的优点。

该装置各构件都由工厂加工而成，现场全由高强螺栓连接安装，易于实现构件加工精度、质量的高要求和快速装配，符合装配式钢结构施工特点。

本专利的优点主要表现在以下几个方面：

(1)斜撑为装配式防屈曲Y字形支撑。斜撑位置处设有耗能元件，斜撑受力时耗能元件通过自身内部屈曲变形吸收能量，使斜撑承载力提升，防止斜撑发生失稳破坏，提高斜撑体系稳定性，同时耗能元件通过连接装置能实现快速安装，实现装配式防屈曲支撑，结构整体抗侧力提高，在提高结构整体抗侧力、整体稳定性的同时，能在设置支撑的位置开设门洞口，使设计形式更加灵活，能满足不同结构形式。

(2)结构中存在组合自复位装置。组合自复位装置由第一连接装置、预应力拉索和工装组成，盖板和预应力拉索形成的组合自复位装置与传统拉索组合自复位装置相比，在预应力拉索预张力相同的情况下，采用组合自复位装置的梁的整体承载力会更高；在梁的承载力相同的情况下，组合自复位装置的拉索预张力需求会降低，避免了拉索预张力对工字梁段的超应力负荷；通过施加预应力拉索预张力，使结构控制塑性变形的发展和损伤的积累，使结构具有良好的抗震性能和复位能力。

(3)悬臂梁段和工字梁段采用盖板连接，上翼缘内 盖板采用内盖板式设计，便于与楼板的连接，下翼缘盖板采用外盖板式设计，目的在于先安装悬臂梁段下翼缘盖板，下翼缘盖板能作为工字梁段在安装过程中的支托，加快施工速度，提高施工质量，适应装配式钢结构的发展。

(4)超长超重型构件分段化。本发明基于构件分段装配式设计理念，将结构整体分为若干段，通过螺栓连接为一体，该框架支撑开洞体系可有效克服传统长、重型构件在加工、运输、安装过程中的诸多不便，减少运输、吊装成本，降低造价。

附图说明

图1为一种大净空的自复位钢框架中心支撑体系的三维图；

图2为一种大净空的自复位钢框架中心支撑体系的拆分图；

图3为一种大净空的自复位钢框架中心支撑体系的正视图；

图4为一种大净空的自复位钢框架中心支撑体系的侧视图；

图5为一种大净空的自复位钢框架中心支撑体系的俯视图；

图6为一种大净空的自复位钢框架中心支撑体系的斜撑三维图；

图7为一种大净空的自复位钢框架中心支撑体系的斜撑拆分图。

具体实施方式

下面结合附图1～7，详细说明本专利的实施方式。

如图1～7所示，一种能开门洞口钢框架中心支撑体系包括以下部件：

1——焊接组合方钢管柱；

2——带斜支撑杆的工字梁段；

3——Y型斜撑；

4——斜撑耗能段；

5——组合自复位装置；

6——第一连接装置；

7——第二连接装置；

8——第三连接装置；

9——第四连接装置；

10——第五连接装置；

11——方钢管上柱；

12——方钢管中柱；

13——方钢管下柱；

14——上部悬臂梁段；

15——下部悬臂梁段；

16——工装；

17——预应力拉索；

18——上翼缘内盖板；

19——下翼缘盖板；

20——倒L型腹板剪切板；

21——工字梁段上翼缘垫板；

22——工字梁段腹板垫板。

如图1～7所示，所述的一种大净空的自复位钢框架中心支撑体系包括两个焊接组合方钢管柱1、一个带斜支撑杆的工字梁段2、两个Y型斜撑3、两个斜撑耗能段4、一组组合自复位装置5、两个第一连接装置6、两个第二连接装置7、两个第三连接装置8、两个第四连接装置9、两个第五连接装置10；所述的焊接组合方钢管柱1由一个方钢管上柱11、一个方钢管中柱12、一个方钢管下柱13、上部悬臂梁段14、下部悬臂梁段15及斜支撑段焊接而成，并在上部悬臂梁段起弧处设置了工装16，用于固定预应力拉索17和施加预紧力，带斜支撑杆的工字梁段2由斜支撑杆和工字梁段通过高强螺栓连接而成，组合自复位装置由预应力拉索17、工装16和第一连接装置6组成，第一连接装置由上翼缘内盖板18、下翼缘盖板19、倒L腹板剪切板20和高强螺栓群组成，且上翼缘内盖板内侧添加工字梁段上翼缘垫板21，在倒L型腹板剪切板内侧添加工字梁段腹板垫板22，第二连接装置7、第三连接装置8由盖板、一字型腹板剪切板和高强螺栓群组成，第四连接装置9、第五连接装置10为高强螺栓群，焊接组合方钢管柱与带斜支撑杆的工字梁段、Y型斜撑3、斜撑耗能段4分别通过第一连接装置、第二连接装置、第五连接装置进行连接，Y型斜撑与焊接组合方钢管柱、带斜支撑杆的工字梁段、斜撑耗能段分别通过连接装置第二连接装置、第三连接装置、第四连接装置进行连接，斜撑耗能段与Y型斜撑、焊接组合方钢管柱分别通过第四连接装置、第五连接装置进行连接。

Claims (2)

1.一种大净空的自复位钢框架中心支撑体系，其特征在于：该体系由两个焊接组合方钢管柱、一个带斜支撑杆的工字梁段、两个Y型斜撑、两个斜撑耗能段、一组组合自复位装置、两组第一连接装置、两组第二连接装置、两组第三连接装置、两组第四连接装置和两组第五连接装置组成；所述的第一连接装置包括两个上翼缘内盖板、一个下翼缘盖板、两个倒L型腹板剪切板和高强螺栓群，两个上翼缘内盖板位于工字梁段上翼缘内侧，分列于工字梁段腹板两侧对称布置，上翼缘内盖板和下翼缘盖板用于连接悬臂梁段和工字梁段上下翼缘，倒L型腹板剪切板用于连接悬臂梁段腹板和工字梁段腹板，且其L型拐角位置靠近上翼缘，倒L型腹板剪切板顶紧上翼缘内盖板；该体系各构件都由工厂加工而成，现场全由高强螺栓连接安装；该体系通过组合自复位装置降低拉索预应力需求；该体系通过施加预应力拉索预张力，使结构控制塑性变形的发展和损伤的积累，使结构具有良好的抗震性能和复位能力；该体系悬臂梁段和工字梁段采用盖板连接，上翼缘内盖板采用内盖板式设计，便于与楼板的连接，下翼缘盖板采用外盖板式设计，目的在于先安装悬臂梁段下翼缘盖板，下翼缘盖板能作为工字梁段在安装过程中的支托，加快施工速度，提高施工质量，适应装配式钢结构的发展；该体系斜撑为装配式防屈曲Y字形支撑，斜撑位置处设有耗能元件，斜撑受力时耗能元件通过自身内部屈曲变形吸收能量，使斜撑承载力提升，防止斜撑发生失稳破坏，提高斜撑体系稳定性，同时耗能元件通过连接装置能实现快速安装，实现装配式防屈曲支撑，结构整体抗侧力提高，在提高结构整体抗侧力、整体稳定性的同时，能在设置支撑的位置开设门洞口，使设计形式更加灵活，能满足不同结构形式；所述的焊接组合方钢管柱包括一个与悬臂梁段高度相同的方钢管上柱、一个方钢管中柱、一个与悬臂梁段高度相同的方钢管下柱、两个悬臂梁段和两个斜撑件，其中方钢管上柱与悬臂梁段焊接在一起，方钢管下柱与另一悬臂梁焊接在一起，方钢管下柱上端与方钢管中柱下端焊接连接，方钢管上柱下端与方钢管中柱上端焊接连接，两个斜撑件焊接在方钢管中柱同一侧面的结构拐角位置处，中柱上部拐角位置处的斜撑件通过第二连接装置与Y型斜撑连接，中柱下部拐角位置处的斜撑件通过第五连接装置与斜撑耗能段下端连接；所述的带斜撑杆的工字梁段包括两个斜撑杆和一个工字梁段，两个斜撑杆通过高强螺栓群连接在工字梁段下翼缘中部，两斜撑杆形状呈八字形，两斜撑件下部通过第三连接装置与Y型斜撑连接；Y型斜撑下端与斜撑耗能段上端通过第五连接装置进行连接；所述的组合自复位装置由两组第一连接装置、四个工装和预应力拉索组成，其中工装焊接在悬臂梁段起弧处，预应力拉索通过工装固定；带方钢管上柱的悬臂梁段和工字梁段通过第一连接装置连接，中间不留空隙，由于悬臂梁段和工字梁段翼缘高度和梁肋厚度不同，通过在上翼缘内盖板内侧添加工字梁段上翼缘垫板，使两梁段连接位置处翼缘高度相同，在倒L型腹板剪切板内侧添加工字梁段腹板垫板，使两梁段连接位置处腹板厚度相同，工字梁段上翼缘垫板紧贴工字梁段上翼缘，上翼缘内盖板紧贴工字梁段上翼缘垫板和悬臂梁段上翼缘，下翼缘盖板紧贴工字梁段和悬臂梁段下翼缘，然后通过第一连接装置将悬臂梁段和工字梁段连接在一起。

2.根据权利要求1所述的一种大净空的自复位钢框架中心支撑体系，其特征在于：所述的第二连接装置、第三连接装置由两块翼缘盖板、两块一字型腹板剪切板和高强螺栓群组成；所述的第四连接装置、第五连接装置由高强螺栓群组成，螺栓沿板件四周呈环形布置。

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