CN109797855A - 一种大净空的可恢复功能钢框架偏心支撑体系 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大净空的可恢复功能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、一个耗能梁段及数个连接装置；本发明体系各构件都由工厂加工而成，精度和质量更容易控制，现场全由高强螺栓连接安装，易于实现快速装配；通过梁柱连接节点处的特殊处理，既能使盖板屈曲耗能，又能限制盖板变形过大，可达到节点承载力更加稳定，耗能更多的目的；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，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

一种大净空的可恢复功能钢框架偏心支撑体系

技术领域

本发明涉及一种大净空的可恢复功能钢框架偏心支撑体系，属于结构工程技术领域。

背景技术

改革开放以来，我国在城市建设领域取得了举世瞩目的成就，与此同时，高能耗、高污染、低效率的传统粗放型建造模式仍然较为普遍，与新型城镇化、工业化、信息化的发展要求相距甚远。改变现有建筑业的生产方式，发展绿色建筑是引领经济发展新常态和实现可持续发展的重要战略。装配式钢结构建筑具有标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修，信息化管理等特点，是全寿命周期内的绿色建筑。大力推广装配式钢结构建筑，可以减少建筑垃圾和建筑扬尘污染、缩短建造工期、提升工程质量、消化钢铁过剩产能、形成钢材战略储备。

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，对大量的建筑震后破坏形态研究表明，结构的主要破坏形态为梁柱连接节点处的破坏，如何通过合理的设计，既能提高梁柱连接节点的耗能能力，又能实现结构构件的震后可更换，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可恢复功能钢框架偏心支撑体系。通过梁柱连接节点处的特殊处理，既能使盖板屈曲耗能，又能限制盖板变形过大，可达到节点承载力更加稳定，耗能更多的目的；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可恢复功能钢框架偏心支撑体系，旨在提高梁柱连接节点的耗能能力；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：

一种大净空的可恢复功能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；该体系梁柱节点连接装置具有震后可恢复功能，通过加厚焊接组合异形柱上悬臂梁段翼缘厚度实现梁端加强，通过盖板的连接方式及焊接组合异形柱上悬臂梁段与工字梁段之间的间隙设置，达到塑性铰外移及提高转动能力的目的，在地震荷载下塑性破坏只发生在拼接区，而在其余部分保持弹性，震后只需替换梁柱节点连接装置即可恢复主体结构的使用功能；倒L型腹板连接件的设计，能对上翼缘盖板的屈曲幅值进行有效控制；上翼缘盖板设置成内盖板式，当内盖板发生变形时，内盖板会与倒L型腹板连接件接触顶紧，倒L型腹板连接件能限制上翼缘盖板的屈曲变形，实现防屈曲的目的。

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；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；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不顶紧，两者之间留有5-20mm的缝隙，保证工字梁段具有转动能力，上翼缘盖板与倒L型腹板连接件之间的间隙为5-10mm，保证既能使盖板屈曲耗能，又能限制盖板变形，从而提升节点承载力的稳定性和耗能能力；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，目的在于先安装悬臂梁段下翼缘盖板，下翼缘盖板可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。

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、该体系中倒L型腹板连接件的设计，利用防屈曲的理念，当上翼缘盖板屈曲后通过与倒L型腹板连接件翼缘的接触顶紧可为翼缘盖板提够支撑力，对上翼缘盖板的屈曲幅值进行有效控制，同时能提高梁柱连接节点的耗能能力，使节点承载力更加稳定。

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，与钢桁架支撑结构体系、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，可在设置支撑的位置开设门洞口，使设计形式更加灵活，更具有适用性。

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，施工速度和施工质量大大提高，适应装配式钢结构的发展。

附图说明

图1为一种大净空的可恢复功能钢框架偏心支撑体系的三维图；

图2为一种大净空的可恢复功能钢框架偏心支撑体系的拆分图；

图3为一种大净空的可恢复功能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，一种大净空的可恢复功能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——梁柱节点连接装置；

6——第一连接装置；

7——第二连接装置；

8——第三连接装置；

9——上方钢管柱；

10——中方钢管柱；

11——悬臂梁段；

12——工字梁段；

13——第一斜支撑杆；

14——第二斜支撑杆；

15——第三斜支撑杆；

16——上翼缘盖板；

17——下翼缘盖板；

18——倒L型腹板连接件；

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)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(9)、两个中方钢管柱(10)、两个悬臂梁段(11)及一个第一斜支撑杆(13)焊接而成，所述的带斜支撑杆的工字梁段(2)由工字梁段(12)和第二斜支撑杆(14)以第一连接装置(6)连接而成。

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(5)连接，该梁柱节点连接装置(5)包括上翼缘盖板(16)、下翼缘盖板(17)、倒L型腹板连接件(18)及高强螺栓群，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(7)连接，所述的两个Y型斜撑(3)通过六个第三连接装置(8)与焊接组合异形柱(1)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(13)通过第三连接装置(8)连接，Y型斜撑(3)上端一边通过第三连接装置(8)与带斜支撑杆的工字梁段中的第二斜支撑杆(14)连接，另一边通过第三连接装置(8)与焊接组合异形柱的第三斜支撑杆(15)连接。

如图1所示，焊接组合异形柱悬臂梁段(11)与工字梁段(12)不顶紧，两者之间留有5-20mm的缝隙，上翼缘盖板(16)与倒L型腹板连接件(18)之间的间隙为5-10mm；所述的梁柱节点连接装置(5)，上翼缘盖板(16)设置为内盖板式，下翼缘盖板(17)采用外盖板式设计，焊接组合异形柱上悬臂梁段(11)和工字梁段(12)下翼缘处的螺栓不对称布置，目的在于先安装悬臂梁段下翼缘盖板(17)，下翼缘盖板(17)能作为工字梁段(12)在安装过程中的支托。

Claims (4)

1.一种大净空的可恢复功能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、一个耗能梁段及数个连接装置；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；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，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倒L型腹板连接件，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，有利于与楼板的连接，同时能避免盖板鼓曲对楼板的影响，两个倒L型腹板连接件分列于工字梁段腹板两侧对称布置，上翼缘盖板与倒L型腹板连接件之间的间隙为5-10mm，保证既能使盖板屈曲耗能，又能限制盖板变形，一个下翼缘盖板位于工字梁段下翼缘外侧，焊接组合异形柱上悬臂梁段与工字梁段不顶紧，两者之间留有5-20mm的缝隙，保证工字梁段具有转动能力；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，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可恢复功能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。

3.根据权利要求1所述的一种大净空的可恢复功能钢框架偏心支撑体系，其特征在于：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，将两个带斜支撑杆的工字梁段与耗能梁段连接。

4.根据权利要求1所述的一种大净空的可恢复功能钢框架偏心支撑体系，其特征在于：所述的第四连接装置共6个，每个第四连接装置包括两个翼缘盖板及两个腹板连接板，该第四连接装置用于两个Y型斜撑与6个斜撑杆之间的连接。