CN109707041B - 一种大净空的自复位钢框架偏心支撑体系 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大净空的自复位钢框架偏心支撑体系，属于结构工程领域。该体系包括两个焊接组合异形柱、两个带斜支撑杆的工字梁段、两个Y型斜撑、一个耗能梁段、组合自复位装置及数个连接装置；通过增加由拉索、工装及梁柱节点连接装置组成的组合自复位装置，能有效提高节点的整体承载力且能避免组合自复位装置中拉索预张力过大对工字梁段的超应力负荷；引进耗能梁段及偏心支撑设计理念，能起到结构“保险丝”作用，同时改变支撑尺寸及形式，能在设置支撑的位置开设门洞口，节省了用钢量，提高了经济效益与适用性。

Description

一种大净空的自复位钢框架偏心支撑体系

技术领域

本发明涉及一种大净空的自复位钢框架偏心支撑体系，属于结构工程技术领域。

背景技术

装配式钢结构建筑体系已成为建筑钢结构发展的新方向和新趋势，具有设计标准化、生产工厂化、施工装配化、绿色建筑节能环保等优点。现有的多高层公共建筑及住宅建筑，一旦发生地震损伤，将导致建筑终止使用，对社会经济恢复和人民群众生活将造成严重影响，震后的修复工作更是费时费力。如何通过合理的框架设计，既能保证结构在地震中的抗倒塌能力，又可降低结构震后修复加固的经济成本和时间成本，实现建筑结构的震后功能可快速恢复，是结构抗震研究的重点问题。

为克服上述问题，本专利提出了一种大净空的自复位钢框架偏心支撑体系。通过增加由梁柱节点与钢索组成的组合自复位装置，可有效提高节点的整体承载力且可避免组合自复位装置中拉索预应力过大对工字梁段的超应力负荷；引进耗能梁段及偏心支撑设计理念，可起到结构“保险丝”作用，同时改变支撑尺寸及形式，可在设置支撑的位置开设门洞口，节省了用钢量，提高了经济效益与适用性。

发明内容

本发明提出一种大净空的自复位钢框架偏心支撑体系，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偏心支撑体系，其特征在于：该体系包括两个焊接组合异形柱、两个带斜支撑杆的工字梁段、两个Y型斜撑、一个耗能梁段、组合自复位装置及数个连接装置；该体系与钢桁架支撑和钢桁架筒体结构体系相比，在提高结构整体抗侧力性能的同时，能在设置支撑的位置开设门洞口；该体系具有震后自复位功能，所述的组合自复位装置包括两个工装、一条拉索及两个梁柱节点连接装置，为本专利的创新点之一，梁柱节点连接装置将焊接组合异形柱上悬臂梁段与工字梁段紧密连接，盖板和拉索的组合能提高节点的整体承载力且能避免组合自复位装置中拉索预应力过大对工字梁段的超应力负荷；焊接组合异形柱上悬臂梁段与工字梁段顶紧，安装后不留缝隙，能避免由于梁端转动位移引起的预应力损失，拉索的作用能控制塑性变形的发展和损伤的积累，从而提升结构的抗震性能和复位能力。

所述的焊接组合异形柱由一个上方钢管柱、两个中方钢管柱、两个悬臂梁段及第一斜撑杆和第三斜撑杆焊接而成，两个中方钢管柱焊接于上方钢管柱的上下两端，两个悬臂梁段焊接于两个中方钢管柱上，第一斜支撑杆焊接于下端悬臂梁与上方钢管柱连接处，第三斜支撑杆焊接于上端悬臂梁与上方钢管柱连接处；所述的带斜支撑杆的工字梁段由工字梁段和第二斜支撑杆以第一连接装置连接而成；所述的组合自复位装置包括两个工装、一条拉索及两个梁柱节点连接装置；该体系左右对称布置，两个焊接组合异形柱分别与两个带斜支撑杆的工字梁段通过梁柱节点连接装置连接，两个带斜支撑杆的工字梁段置于耗能梁段两端，分别与耗能梁段通过两组第二连接装置连接；所述的两个Y型斜撑分别通过六个第三连接装置与焊接组合异形柱及带斜支撑杆的工字梁段连接，Y型斜撑下端与焊接组合异形柱的第一斜支撑杆通过第三连接装置连接，Y型斜撑上端一边通过第三连接装置与带斜支撑杆的工字梁段中的第二斜支撑杆连接，另一边通过第三连接装置与焊接组合异形柱的第三斜支撑杆连接。

该体系焊接组合异形柱上悬臂梁段与工字梁段顶紧，安装后不留缝隙，能避免由于梁端转动位移引起的预应力损失，翼缘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，焊接组合异形柱上悬臂梁段和工字梁段下翼缘处的螺栓不对称布置，目的在于先安装焊接组合异形柱上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。

该体系同时引进耗能梁段设计理念，将抗侧装置设置为偏心支撑，耗能梁段起到结构“保险丝”的作用，在强烈地震荷载作用下，结构也通过耗能梁段进行能量耗散，梁、柱和支撑主要构件不会提前发生屈服。

本专利的优点主要表现在以下几个方面：

1、组合自复位装置包括两个工装、一条拉索及两个梁柱节点连接装置，与传统拉索自复位装置相比，在拉索预张力相同的情况下，采用组合自复位装置的梁柱节点的整体承载力会更高；在梁柱节点的承载力相同的情况下，组合自复位装置的拉索预应力需求会降低，能避免拉索预应力过大对工字梁段的超应力负荷；通过合理设计索力大小，使结构最大程度地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。

2、该体系由Y型斜撑与各主体构件及连接装置组成一种新的支撑体系，与钢桁架支撑和刚桁架筒体结构体系相比，在提高结构整体抗侧力性能的同时，可在设置支撑的位置开设门洞口。

3、该体系中上翼缘盖板设置成内盖板式，能使上翼缘外混凝土更加平整，而下翼缘盖板设置成外盖板式，可作为工字梁在安装过程中的支托，同时也便于节点在使用过程中对翼缘盖板屈曲变形进行观测，具有良好的性能可视性及更换可判性。

4、该体系各构件和节点连接装置焊接部分均在工厂内完成，其焊缝精度和质量更易控制，现场只采用高强螺栓对各构件进行装配，螺栓的紧固工作方便快捷，提高了施工速度和施工质量，适应装配式钢结构的发展。

附图说明

图1为一种大净空的自复位钢框架偏心支撑体系的三维图；

图2为一种大净空的自复位钢框架偏心支撑体系的拆分图；

图3为一种大净空的自复位钢框架偏心支撑体系的正视图。

具体实施方式

下面结合附图，详细说明本专利的实施方式。

如图1～3所示，一种大净空的自复位钢框架偏心支撑体系包括以下构件。

1——焊接组合异形柱；

2——带斜支撑杆的工字梁段；

3——Y型斜撑；

4——耗能梁段；

5——组合自复位装置；

6——梁柱节点连接装置；

7——第一连接装置；

8——第二连接装置；

9——第三连接装置；

10——上方钢管柱；

11——中方钢管柱；

12——悬臂梁段；

13——工字梁段；

14——第一斜支撑杆；

15——第二斜支撑杆；

16——第三斜支撑杆；

17——工装；

18——拉索；

19——上翼缘盖板；

20——下翼缘盖板；

21——腹板剪切板；

如图1～3所示，该体系包括两个焊接组合异形柱1、两个带斜支撑杆的工字梁段2、两个Y型斜撑3、一个耗能梁段4、组合自复位装置5及数个连接装置；所述的焊接组合异形柱1由一个上方钢管柱10、两个中方钢管柱11、两个悬臂梁段12及第一斜撑杆14和第三斜撑杆16焊接而成，所述的带斜支撑杆的工字梁段2由工字梁段13和第二斜支撑杆15以第一连接装置7连接而成；所述的组合自复位装置5包括两个工装17、一条拉索18及两个梁柱节点连接装置6，该梁柱节点连接装置6包括上翼缘盖板19、下翼缘盖板20、腹板剪切板21及高强螺栓群。

如图1、2所示，该体系左右对称布置，两个焊接组合异形柱1与两个带斜支撑杆的工字梁段2通过梁柱节点连接装置6连接，两个带斜支撑杆的工字梁段2置于耗能梁段4两端，与耗能梁段4通过两组第二连接装置8连接，所述的两个Y型斜撑3通过六个第三连接装置9与焊接组合异型1柱及带斜支撑杆的工字梁段2连接，Y型斜撑3下端与焊接组合异形柱的第一斜支撑杆14通过第三连接装置9连接，Y型斜撑3上端一边通过第三连接装置9与带斜支撑杆的工字梁段中的第二斜支撑杆15连接，另一边通过第三连接装置9与焊接组合异形柱的第三斜支撑杆16连接。

如图1所示，焊接组合异形柱悬臂梁段12与工字梁段13顶紧，安装完成后不留缝；在焊接组合异形柱悬臂梁段12焊接工装17，用于固定拉索18和辅助拉索施加预张力；所述的梁柱节点连接处，上翼缘盖板19设置为内盖板式，下翼缘盖板20采用外盖板式设计，焊接组合异形柱上悬臂梁段12和工字梁段13下翼缘处的螺栓不对称布置，目的在于先安装焊接组合异形柱上悬臂梁段下翼缘盖板20，下翼缘盖板20能作为工字梁段13在安装过程中的支托。

Claims (2)

1.一种大净空的自复位钢框架偏心支撑体系，其特征在于：该体系包括两个焊接组合异形柱、两个带斜支撑杆的工字梁段、两个Y型斜撑、一个耗能梁段、组合自复位装置及数个连接装置；该体系通过合理设计索力大小使得结构的塑性变形发展和损伤积累可以被最大程度地控制；该体系组合自复位装置中梁柱节点连接装置的上翼缘盖板设置成内盖板式，能使上翼缘外混凝土更加平整，而下翼缘盖板设置成外盖板式，可作为工字梁在安装过程中的支托，同时也便于节点在使用过程中对翼缘盖板屈曲变形进行观测，具有良好的性能可视性及更换可判性；该体系引进耗能梁段设计理念，将抗侧装置设置为偏心支撑，耗能梁段起到结构“保险丝”的作用，在强烈地震荷载作用下，结构也通过耗能梁段进行能量耗散，梁、柱和支撑主要构件不会提前发生屈服；该体系的Y型斜撑与各主体构件及连接装置组成一种支撑体系，与钢桁架支撑和刚桁架筒体结构体系相比，在提高结构整体抗侧力性能的同时，可在设置支撑的位置开设门洞口；所述的焊接组合异形柱由一个上方钢管柱、两个中方钢管柱、两个悬臂梁段及第一斜撑杆和第三斜撑杆焊接而成，两个中方钢管柱焊接于上方钢管柱的上下两端，两个悬臂梁段焊接于两个中方钢管柱上，第一斜支撑杆焊接于下端悬臂梁与上方钢管柱连接处，第三斜支撑杆焊接于上端悬臂梁与上方钢管柱连接处；所述的带斜支撑杆的工字梁段由工字梁段、第二斜支撑杆及第一连接装置连接而成；所述的组合自复位装置包括两个工装、一条拉索及两个梁柱节点连接装置，所述的梁柱节点连接装置共两个，每个梁柱节点连接装置包括两个上翼缘盖板，一个下翼缘盖板及两个腹板剪切板，两个上翼缘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，两个腹板剪切板分列于工字梁段腹板两侧对称布置，一个下翼缘盖板位于工字梁段下翼缘外侧；该体系左右对称布置，一个焊接组合异形柱与一个带斜支撑杆的工字梁段通过一个梁柱节点连接装置连接，另一个焊接组合异形柱与另一个带斜支撑杆的工字梁段通过另一个梁柱节点连接装置连接，焊接组合异形柱上悬臂梁段与工字梁段顶紧，安装完成后不留缝，在该悬臂梁段焊接工装，用于固定拉索和辅助拉索施加预张力；两个带斜支撑杆的工字梁段置于耗能梁段两端，与耗能梁段通过两组第二连接装置连接；所述的两个Y型斜撑通过六个第三连接装置与焊接组合异形柱及带斜支撑杆的工字梁段连接，Y型斜撑下端与焊接组合异形柱的第一斜支撑杆通过第三连接装置连接，Y型斜撑上端一边通过第三连接装置与带斜支撑杆的工字梁段中的第二斜支撑杆连接，Y型斜撑上端另一边通过第三连接装置与焊接组合异形柱的第三斜支撑杆连接。

2.根据权利要求1所述的一种大净空的自复位钢框架偏心支撑体系，其特征在于：所述的第一连接装置为工字梁段和第二斜支撑杆连接处的高强螺栓群，共两组；所述的第二连接装置为带斜撑杆的工字梁段和耗能梁段连接处的高强螺栓群，共两组，分列于耗能梁段两端；所述的第三连接装置包括两个翼缘盖板及两个腹板连接板，共6个，用于两个Y型斜撑与6个斜撑杆之间的连接。

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