CN112609823A - 一种内填耗能桁架的钢框架结构及其安装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢框架内填耗能桁架结构及其安装方法，属于建筑工程领域。内填耗能桁架布置灵活，既可用于不同抗震性能要求的钢框架结构设计，又可用于结构加固。内填耗能桁架在框架结构主体完成后再安装，不承受上部结构的重力，只承担横向荷载，在横向荷载或地震力作用下桁架整体以弯曲变形为主，将原来深梁受弯曲剪切变形转化为桁架中二力杆件受拉或压，受力更为合理，可以充分利用钢材性能。本发明的结构可以根据不同抗震要求实现刚度、承载力的渐变调整，同时克服了内填钢板塑性发展不平衡的缺陷，结构简单，施工方便。

Description

一种内填耗能桁架的钢框架结构及其安装方法
技术领域
本发明属于建筑工程领域，涉及一种内填耗能桁架的钢框架结构及其安装方法。
背景技术
钢框架、钢框架内填剪力墙反映了框架结构刚度变化的两个端点值，刚度增幅是突变性质的。为了研究刚度的渐变问题，本研究小组早期提出了钢框架内填钢—混凝土组合深梁结构。钢-混凝土组合深梁由钢板深梁和外侧预制钢筋混凝土板螺栓连接而成，外包混凝土在钢板避免产生局部面外屈曲方面发挥了重要的作用，通过改变深梁截面跨高比，可以得到不同的抗侧移刚度。但是，通过研究发现，在循环荷载作用下结构破坏时，钢-混凝土组合深梁中的钢板塑性发展不平衡，边缘钢板塑性发展充分，中部区域钢板塑性得不到充分发展。
基于此，需要发展一种新的钢框架内填耗能桁架结构，能够解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中，钢-混凝土组合深梁中的钢板塑性发展不平衡的缺点，提供一种钢框架内填耗能桁架结构及其安装方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种内填耗能桁架的钢框架结构，包括底梁、框架梁、框架柱及耗能桁架，框架柱的底部设有柱脚，柱脚与底梁的下翼缘连接，框架柱设有两个，框架梁的两端分别与两个框架柱的顶部连接，耗能桁架竖直设置在框架梁的跨中，并通过紧固装置分别与底梁和框架梁连接；耗能桁架包括弦杆和腹杆，弦杆和腹杆之间安装有支撑体。
优选地，框架梁顶部设有顶梁，顶梁与底梁平行。
优选地，紧固装置包括底板和螺栓；底板设置在柱脚的一侧，并通过螺栓与底梁的上翼缘连接。
优选地，腹杆与弦杆通过节点板焊接。
优选地，弦杆是利用两个等肢角钢组成的T型截面杆；腹杆采用BRB连接。
优选地，支撑体为斜撑或人字型撑。
优选地，框架梁下翼缘、底梁上翼缘及耗能桁架弦杆上均开设有用于连接螺栓的圆孔。
优选地，腹杆包括套管、芯杆和细石混凝土，芯杆位于套管的中心，芯杆上设有无粘结材料层，细石混凝土填充在套管内。
进一步优选地，芯杆的形状为一字型、十字型或工字型；芯杆采用低屈服点钢材制备而成。
一种内填耗能桁架的钢框架结构的安装方法，包括如下步骤：安装好底梁之后，通过高强螺栓将框架柱与底梁紧固连接，在框架柱底部的柱脚处加强，再将框架梁与框架柱焊接，根据工程的实际抗震设计要求，设计出需要的耗能桁架，腹杆和弦杆焊接，在弦杆指定位置预留圆孔，通过高强螺栓与框架梁和底梁连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种内填耗能桁架的钢框架结构，内填耗能桁架布置灵活，既可用于不同抗震性能要求的钢框架结构设计，又可用于结构加固。可以根据不同抗震要求实现刚度、承载力的渐变调整，同时克服了前述内填钢板塑性发展不平衡的缺陷。通过改变桁架的跨高比，可以大范围调节结构的刚度。结构简单，施工方便，实用性较强。
进一步地，腹杆采用BRB无粘结支撑，使平行弦桁架成为耗能桁架，提高结构的耗能能力；采用不同钢材的弦杆、腹杆，可以获得不同的承载力；可以根据不同抗震要求实现刚度、承载力的渐变调整，同时克服了前述内填钢板塑性发展不平衡的缺陷。
进一步地，桁架两端与框架梁螺栓连接，易于安装和拆卸，便于工作人员操作，适用范围更广。
本发明还公开了一种内填耗能桁架的钢框架结构的安装方法，内填耗能桁架在框架结构主体完成后再安装，不承受上部结构的重力，只承担横向荷载，在横向荷载或地震力作用下桁架整体以弯曲变形为主，将原来深梁受弯曲剪切变形转化为桁架中二力杆件受拉或压，受力更为合理，可以充分利用钢材性能。且桁架所有构件可以预制，便于制作安装或拆卸更换破损桁架，快速恢复结构抗侧力。施工方便，适用范围广。
附图说明
图1为桁架内为斜撑耗能结构时本发明内填耗能桁架的钢框架结构的主视图；
图2为桁架内为人字型撑耗能结构时本发明内填耗能桁架的钢框架结构的主视图；
图3为桁架弦杆BRB支撑腹杆横切面的截面图；
其中：1-框架梁，2-框架柱，3-耗能桁架；31-直腹杆；32-斜腹杆；33-节点板；34-弦杆；4-底梁；5-柱脚；6-套管；7-芯杆；8-无粘结材料层；9-细石混凝土。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例1
如图1所示，钢框架内填耗能桁架包括框架梁1、框架柱2、耗能桁架3、底梁4和柱脚5，其中，框架梁1与框架柱2垂直设置；框架柱2的底部设有柱脚5，柱脚5与底梁4的下翼缘连接，框架柱2设有两个，框架梁1的两端分别与两个框架柱2的顶部连接，耗能桁架3竖直设置在框架梁1的跨中，并通过紧固装置分别与底梁4和框架梁1连接；耗能桁架3包括直腹杆31、斜腹杆32、节点板33和弦杆34，弦杆34和腹杆之间安装有支撑体。支撑体为斜撑。腹杆的截面形状为工字型。
实施例2
除以下内容外，其余内容均与实施例1相同。
如图2所示，框架柱2的顶部横向设置两道加劲肋，加劲肋与框架梁1的翼缘平齐。支撑体为人字型撑。腹杆的截面形状为空心矩型。
实施例3
除以下内容外，其余内容均与实施例1相同。
框架梁1顶部设有顶梁，顶梁与底梁4平行。柱脚5由底板和锚栓组成，紧固装置包括底板和螺栓；底板设置在柱脚5的一侧，并通过螺栓与底梁4的上翼缘连接。即框架柱2通过高强螺栓将底板与底梁4的上翼缘紧固连接。框架梁1下翼缘、底梁4上翼缘及弦杆34上均开设有用于连接螺栓的圆孔。腹杆的截面形状为十字型。
实施例4
除以下内容外，其余内容均与实施例1相同。
如图3所示，腹杆与弦杆34通过节点板33焊接。弦杆34是利用两个等肢角钢组成的T型截面杆；直腹杆31和斜腹杆32均采用BRB连接。直腹杆31和斜腹杆32均使用套管6、芯杆7、无粘结材料层8和细石混凝土9制备而成，套管6为方钢管，芯杆7采用低屈服点钢材制备。腹杆的截面形状为一字型。
本发明装置安装过程的具体步骤如下：
安装好底梁4之后，通过高强螺栓将框架柱2与底梁4紧固连接，在框架柱2底部的柱脚5处加强，再将框架梁1与框架柱2焊接，根据工程的实际抗震设计要求，设计出需要的耗能桁架，腹杆和弦杆34焊接，在弦杆34指定位置预留圆孔，通过高强螺栓与框架梁1和底梁4连接。耗能桁架的腹杆采用BRB支撑，由内核，无粘结材料，外包钢管或者钢管混凝土组成，腹杆和弦杆34采用节点板33焊接。
需要说明的是，耗能桁架3由工厂预制而成，通过高强螺栓与底梁4的顶梁连接。上述实施例的连接方式均由高强螺栓现场拼接而成，实现装配设计施工。梁柱采用H型钢，弦杆34采用两个角钢拼成的T形截面弦杆，所用材料均可在钢结构加工厂中实现。实施例中的无粘结材料层8使用防腐防锈润滑油或其他无粘结的涂料均可，低屈服点钢材使用08F钢、LY100钢或LY225钢均可。
跨高比为梁段上布置的桁架的长度与桁架高度的比值。根据各地不同的抗震设防烈度要求，通过布置合适的桁架即可实现抗震设计要求。桁架的跨度即为梁段上布置的长度，桁架高度为每一层楼的净高，高度无法改变，那么改变布置的长度就可以实现改变跨高比。刚度为结构抵抗水平变形的能力。而结构的抗侧位移构件(如支撑等)布置越多，抗侧刚度自然越大，通过实际需求来调整在梁跨上的布置长度，布置长度越长，刚度自然越大、因此，也就是说跨高比越大，刚度自然越大。同样也可以改变钢号，构件在同一梁段内单个布置还是多个布置来改变承载力和刚度。
综上所述，本发明装置中的内填耗能桁架布置灵活，既可用于不同抗震性能要求的钢框架结构设计，又可用于结构加固。内填耗能桁架在框架结构主体完成后再安装，不承受上部结构的重力，只承担横向荷载，在横向荷载或地震力作用下桁架整体以弯曲变形为主，将原来深梁受弯曲剪切变形转化为桁架中二力杆件受拉或压，受力更为合理，可以充分利用钢材性能。本发明的结构可以根据不同抗震要求实现刚度、承载力的渐变调整，同时克服了内填钢板塑性发展不平衡的缺陷。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种内填耗能桁架的钢框架结构，其特征在于，包括底梁(4)、框架梁(1)、框架柱(2)及耗能桁架(3)，框架柱(2)的底部设有柱脚(5)，柱脚(5)与底梁(4)的下翼缘连接，框架柱(2)设有两个，框架梁(1)的两端分别与两个框架柱(2)的顶部连接，耗能桁架(3)竖直设置在框架梁(1)的跨中，并通过紧固装置分别与底梁(4)和框架梁(1)连接；耗能桁架(3)包括弦杆(34)和腹杆，弦杆(34)和腹杆之间安装有支撑体。
2.根据权利要求1所述的内填耗能桁架的钢框架结构，其特征在于，框架梁(1)顶部设有顶梁，顶梁与底梁(4)平行。
3.根据权利要求1所述的内填耗能桁架的钢框架结构，其特征在于，紧固装置包括底板和螺栓；底板设置在柱脚(5)的一侧，并通过螺栓与底梁(4)的上翼缘连接。
4.根据权利要求1所述的内填耗能桁架的钢框架结构，其特征在于，腹杆与弦杆(34)通过节点板(33)焊接。
5.根据权利要求1所述的内填耗能桁架的钢框架结构，其特征在于，弦杆(34)是利用两个等肢角钢组成的T型截面杆；腹杆采用BRB连接。
6.根据权利要求1所述的内填耗能桁架的钢框架结构，其特征在于，支撑体为斜撑或人字型撑。
7.根据权利要求1所述的内填耗能桁架的钢框架结构，其特征在于，框架梁(1)下翼缘、底梁(4)上翼缘及弦杆(34)上均开设有用于连接螺栓的圆孔。
8.根据权利要求1所述的内填耗能桁架的钢框架结构，其特征在于，腹杆包括套管(6)、芯杆(7)和细石混凝土(9)，芯杆(7)位于套管(6)的中心，芯杆(7)上设有无粘结材料层(8)，细石混凝土(9)填充在套管(6)内。
9.根据权利要求8所述的内填耗能桁架的钢框架结构，其特征在于，芯杆(7)的形状为一字型、十字型或工字型；芯杆(7)采用低屈服点钢材制备而成。
10.一种内填耗能桁架的钢框架结构的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：安装好底梁(4)之后，通过高强螺栓将框架柱(2)与底梁(4)紧固连接，在框架柱(2)底部的柱脚(5)处加强，再将框架梁(1)与框架柱(2)焊接，根据工程的实际抗震设计要求，设计出需要的耗能桁架，腹杆和弦杆(34)焊接，在弦杆(34)指定位置预留圆孔，通过高强螺栓与框架梁(1)和底梁(4)连接。
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