CN113123453B - 基于齿轮耗能的装配式双人字型支撑框架体系及施工方法 - Google Patents

基于齿轮耗能的装配式双人字型支撑框架体系及施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于齿轮耗能的装配式双人字型支撑框架体系及施工方法，属于装配式建筑施工领域。所述框架体系中，预制柱的钢骨架为内具有十字板的方钢管，十字板上绑扎预制柱纵筋；预制梁的两端具有延伸出的工字钢，且工字钢的腹板上开设有螺栓孔；连接板上开设有与工字钢腹板相对应的螺栓孔；装配时连接板的一侧边焊接于方钢管内壁上，整体与工字钢的腹板连接；在工字钢靠近方钢管的上下翼缘表面侧，各焊接有节点板；双人字型支撑结构设置于具有四个节点板的框架结构内。本发明和节点形式装配简单，无现场湿作业，方便混凝土框架体系中支撑的连接；支撑结构的刚度通过BRB防屈曲支撑和耗能铰控制，整体侧向刚度可控，提高了建筑物的抗震性能。

Description

基于齿轮耗能的装配式双人字型支撑框架体系及施工方法
技术领域
本发明属于装配式抗震建筑领域，具体涉及一种基于齿轮耗能的装配式双人字型支撑框架体系及施工方法。
背景技术
在现有建筑施工中，为了提高施工效率及灵活性，装配式构件必不可少。将楼板、墙板、楼梯、阳台等可单独作业的部分，在工厂预先制作出相应构件，再将预制好的构件运输至现场进行装配，工厂预制和装配分别独立进行，相互之间不会影响工程进度。
对装配式建筑，在进行现场施工时，构件细节对装配难易、建筑结构的稳定性、安全性具有重要作用。同时，为了提高装配式建筑物的安全性及抗震性能，一般需要增加耗能支撑。现有技术中，采用单向支撑杆及耗能铰的方式来增加抗震性能，但是所增加的抗震性能有限，无法更好的满足抗震需求。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本发明旨在提供一种基于齿轮耗能的装配式双人字型支撑框架体系及施工方法，通过在框架中设置基于齿轮耗能的双人字型支撑结构，提高装配式建筑物的结构稳定性、灵活性及抗震性能。
为了实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种基于齿轮耗能的装配式双人字型支撑框架体系，所述框架体系包括：预制柱、预制梁、连接板及连接螺栓、节点板及基于齿轮耗能的双人字型支撑结构；其中，
所述预制柱的钢骨架为方钢管，方钢管内具有十字板，所述十字板上绑扎预制柱纵筋，方钢管外部的纵筋绑扎箍筋，方钢管内部的纵筋无箍筋；
所述预制梁的两端具有延伸出的工字钢，且工字钢的腹板上开设有螺栓孔；
所述连接板上开设有与工字钢腹板相对应的螺栓孔；装配时连接板的一侧边焊接于所述方钢管内壁上，所述连接板通过螺栓与工字钢的腹板连接在一起；在工字钢靠近方钢管的上下翼缘表面侧，各焊接有一个节点板；
所述双人字型支撑结构设置于具有四个节点板的框架结构内，包括第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆、第四支撑杆、第一齿轮耗能铰、第二齿轮耗能铰及连接杆；其中，第一支撑杆、第二支撑杆的一端各自连接于框架左侧的上、下节点板上，另一端共同连接于第一齿轮耗能铰上，构成侧向放置的第一人字型；第三支撑杆、第四支撑杆的一端各自连接于框架右侧的上、下节点板上，另一端共同连接于第二齿轮耗能铰上，构成与第一人字型相向的侧向放置的第二人字型。第二人字型齿轮耗能铰与第一人字型齿轮耗能铰位于同一垂直线上，两个齿轮耗能铰间连接有连接杆；且，所述第一支撑杆和第四支撑杆采用BRB防屈曲支撑，所述第二支撑杆和第三支撑杆采用普通支撑。
作为本发明的一个优选实施例，所述双人字型支撑结构，隔跨设置于所述框架体系的整跨内。
作为本发明的一个优选实施例，所述预制梁两端的工字钢骨架，延伸至梁内部的腹板上焊接有垂直于腹板的长螺栓，用于增加浇筑后梁的强度和与混凝土的粘结性能。
第二方面，本发明实施例提供了一种如上所述基于齿轮耗能的装配式双人字型支撑框架体系的施工方法，包括如下步骤：
步骤S1，工厂制作预制柱，预制梁；
步骤S2，通过连接板和高强螺栓现场拼装预制柱、预制梁；
步骤S3，在设置支撑的框架内，安装连接支撑的节点板；
步骤S4，连接基于齿轮耗能的双人字型支撑结。
作为本发明的一个优选实施例，所述步骤S1预制柱制作时，预制柱中钢骨架为方钢管，方钢管内含十字板，通过十字板绑扎预制柱纵筋，方钢管内的纵筋外没有箍筋；然后浇筑预制柱的混凝土，养护后得到预制柱。
作为本发明的一个优选实施例，所述预制梁制作时，在工字钢上设置栓钉，将梁纵筋焊接于工字钢上，并对纵筋和箍筋进行绑扎，绑扎完成后，同时工字钢在预制梁的两端都预留露出部分，且在露出的工字钢的腹板上开设螺栓孔；浇筑预制梁的混凝土，养护后得到预制梁。
作为本发明的一个优选实施例，步骤S2当现场拼装预制柱和预制梁时，将预制梁的上下翼缘焊接于所述方钢管的外壁上；在工字板腹板位置处的方钢管上，焊接连接板，使连接板上设置的螺栓孔正对工字钢腹板上的螺栓孔；通过高强螺栓将连接板与工字钢腹板进行固定，实现梁柱的装配。
作为本发明的一个优选实施例，所述步骤S4中，第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆和第四支撑杆分别通过节点板连接于梁柱所形成的框架体系的两个左侧角和两个右侧角；将第一支撑杆与第二支撑杆的顶端通过第一齿轮耗能铰相连，将第三支撑杆与第四支撑杆的顶端通过第二齿轮耗能铰相连；再将两个耗能铰通过竖向连接杆相连。
本发明实施例所提供的技术方案具有如下有益效果：
节点连接方面：采用该节点形式，装配简单，无现场湿作业，同时方便混凝土框架体系中支撑的连接；
支撑和耗能方面：所有安装部件独立，安装采用螺栓连接或焊接，预制程度高，劳动强度小；通过耗能铰和BRB防屈曲支撑耗能，适当增加耗能铰弯曲刚度和BRB防屈曲支撑轴向刚度可以有效承担水平地震力，保护节点核心区、柱端和梁端；整体支撑结构的刚度可以通过BRB防屈曲支撑和耗能铰控制，整体侧向刚度可控。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1是本发明实施例提供的基于齿轮耗能的装配式双人字型支撑框架体系结构示意图；
图2是图1所示梁柱连接处结构示意图；
图3是图1所示人字型支撑结构示意图；
图4是图1所示齿轮耗能铰的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明实施方式提供了一种基于齿轮耗能的装配式双人字型支撑框架体系。如图1和图2所示，所述框架体系包括：预制柱20、预制梁30、连接板50及连接螺栓、节点板40及基于齿轮耗能的双人字型支撑结构10；其中，所述预制柱20的钢骨架为方钢管21，方钢管内具有十字板22，所述十字板22上绑扎预制柱纵筋，方钢管21外部的纵筋绑扎箍筋，方钢管21内部的纵筋无箍筋；所述预制梁30的两端具有延伸出的工字钢31，且工字钢31的腹板上开设有螺栓孔，装配时所述工字钢31的上下翼缘焊接于所述方钢管21外壁上；所述连接板50为矩形板，矩形板中开设有与工字钢腹板相对应的螺栓孔；装配时连接板的一侧边焊接于所述方钢管21内壁上，通过螺栓将工字钢31的腹板连接于所述连接板50上，实现梁柱的连接。在工字钢31靠近方钢管21的上下翼缘表面侧，各焊接有一个节点板40。在所述预制柱和预制梁所组成的框架体系中，在一个框架内，四个角上各具有一个节点40板。在一个具有四个节点板的框架内，具有一个双人字型支撑结构10。这里的所述双人字型支撑结构，可以隔跨设置于所述框架体系的整跨内，也可以根据需要进行具体的设置，例如，在整跨内的单个框架中间隔设置双人字型支撑结构。
所述预制梁30两端的工字钢骨架31，延伸至梁内部的腹板上焊接有垂直于腹板的长螺栓，用于增加浇筑后梁的强度和粘结性能。
如图3所示，在每一个设置有双人字型支撑的框架内，所述双人字型支撑结构10包括第一支撑杆11、第二支撑杆12、第三支撑杆13、第四支撑杆14、第一齿轮耗能铰15、第二齿轮耗能铰16及连接杆17；其中，第一支撑杆11、第二支撑杆12的一端各自连接于框架左侧的上、下节点板上，另一端共同连接于第一齿轮耗能铰15上，构成侧向放置的第一人字型；第三支撑杆13、第四支撑杆14的一端各自连接于框架右侧的上、下节点板上，另一端共同连接于第二齿轮耗能铰16上，构成与第一人字型相向的侧向放置的第二人字型。第二人字型齿轮耗能铰16与第一人字型齿轮耗能铰15位于同一垂直线上，两个耗能铰间连接有连接杆17。所述第一支撑杆11和第四支撑杆14采用BRB防屈曲支撑，所述第二支撑杆12和第三支撑杆13采用普通支撑。
如图4所示，所述齿轮耗能铰15/16包括底板153/163、第一定位轴151/161、摩擦盘154/164、摩擦块157/167、小齿轮155/165、第二定位轴152/162及大齿轮156/166。所述人字型支撑的两个支撑杆12(13)、11(14)固接于所述底板上，第一定位轴和第二定位轴固定于所述底板上，大齿轮套接于第二定位轴上，与连接杆固定连接；小齿轮套接于第一定位轴上，且与大齿轮齿合，同时小齿轮与摩擦盘固定连接，摩擦盘在小齿轮的带动下转动。摩擦块一端固定于所述底盘上，另一自由端接触摩擦盘。当进行齿轮耗能时，连接杆的移动带动大齿轮发生转动，大齿轮的转动引起小齿轮的转动，小齿轮带动摩擦盘转动，固定于底板上的摩擦块与摩擦盘间发生摩擦，消耗能量。
所述基于齿轮耗能的装配式双人字型支撑框架体系，预制柱两侧各设置一个“人”字形支撑，其中右侧上支撑和左侧下支撑采用普通支撑形式，左侧上支撑和右侧下支撑采用BRB防屈曲支撑形式。地震来临时，BRB防屈曲支撑产生压缩或者拉伸变形耗散能量，普通支撑不产生轴向变形，竖向连接杆产生顺时针或逆时针转动，此时竖向连接杆两端齿轮耗能铰进行耗能。通过四个耗能部件(两个齿轮耗能铰和两个防屈曲支撑)，极大的耗散地震力，保证结构的强度。
本发明实施例还提供了一种基于齿轮耗能的装配式双人字型支撑框架体系的施工方法，包括如下步骤：
步骤S1，工厂制作预制柱，预制梁。
本步骤中，预制柱制作时，预制柱中钢骨架为方钢管，方钢管内含十字板，通过十字板绑扎预制柱纵筋，方钢管内的纵筋外没有箍筋；然后浇筑预制柱的混凝土，养护后得到预制柱。
所述预制梁制作时，在工字钢上设置栓钉，将梁纵筋焊接于工字钢上，并对纵筋和箍筋进行绑扎，绑扎完成后，同时工字钢在预制梁的两端都预留露出部分，且在露出的工字钢的腹板上开设螺栓孔；浇筑预制梁的混凝土，养护后得到预制梁。
步骤S2，通过连接板和高强螺栓现场拼装预制柱、预制梁。
本步骤中，当现场拼装预制柱和预制梁时，将预制梁的上下翼缘焊接于所述方钢管的外壁上；在工字板腹板位置处的方钢管上，焊接连接板，使连接板上设置的螺栓孔正对工字钢腹板上的螺栓孔；通过高强螺栓将连接板与工字钢腹板进行固定，实现梁柱的装配。
步骤S3，在设置支撑的框架内，安装连接支撑的节点板。
本实施例中，在整个框架体系中，按隔跨的方式，整跨设置支撑。在设置支撑的整跨的每个框架中，框架四个角上的第一工字钢上翼缘或下翼缘处，安装节点板。所述节点板可以通过螺栓连接的方式安装，也可以通过焊接的方式安装。
本步骤中，所述节点板焊接于方钢管的第一工字钢靠近方钢管、且在上下翼缘连接板外预留出的上下翼缘外侧。其中，所述节点板的形式与支撑相匹配。
步骤S4，连接基于齿轮耗能的双人字型支撑结构。
本步骤中，所采用的双人字型支撑结构即为本实施例中所述的支撑结构。第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆和第四支撑杆分别通过节点板连接于梁柱所形成的框架体系的左侧上下两个角和右侧上下两个角。将第一支撑杆与第二支撑杆的顶端通过第一齿轮耗能铰相连，将第三支撑杆与第四支撑杆的顶端通过第二齿轮耗能铰相连；再将两个耗能铰通过竖向连接杆相连。
通过上述步骤，完成所述装配式双人字型支撑耗能框架体系的施工。
由以上技术方案可以看出，本发明实施例所提供的基于齿轮耗能的装配式双人字型支撑框架体系及施工方法，在节点连接方面：采用该节点形式，装配简单，无现场湿作业，同时方便混凝土框架体系中支撑的连接；在支撑及耗能方面：所有安装部件独立，安装采用螺栓连接或焊接，预制程度高，劳动强度小；通过耗能铰和BRB防屈曲支撑耗能，适当增加耗能铰弯曲刚度和BRB防屈曲支撑轴向刚度可以有效承担水平地震力，保护节点核心区、柱端和梁端；支撑结构的刚度通过BRB防屈曲支撑和耗能铰控制，整体侧向刚度可控，提高了建筑的抗震性能，延长了建筑物寿命。
以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (8)

1.一种基于齿轮耗能的装配式双人字型支撑框架体系，其特征在于，所述框架体系包括：预制柱、预制梁、连接板及连接螺栓、节点板及基于齿轮耗能的双人字型支撑结构；其中，
所述预制柱的钢骨架为方钢管，方钢管内具有十字板，所述十字板上绑扎预制柱纵筋，方钢管外部的纵筋绑扎箍筋，方钢管内部的纵筋无箍筋；
所述预制梁的两端具有延伸出的工字钢，且工字钢的腹板上开设有螺栓孔；
所述连接板上开设有与工字钢腹板相对应的螺栓孔；装配时连接板的一侧边焊接于所述方钢管内壁上，所述连接板通过螺栓与工字钢的腹板连接在一起；在工字钢靠近方钢管的上下翼缘表面侧，各焊接有一个节点板；
所述双人字型支撑结构设置于具有四个节点板的框架结构内，包括第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆、第四支撑杆、第一齿轮耗能铰、第二齿轮耗能铰及连接杆；其中，第一支撑杆、第二支撑杆的一端各自连接于框架左侧的上、下节点板上，另一端共同连接于第一齿轮耗能铰上，构成侧向放置的第一人字型；第三支撑杆、第四支撑杆的一端各自连接于框架右侧的上、下节点板上，另一端共同连接于第二齿轮耗能铰上，构成与第一人字型相向的侧向放置的第二人字型；第二齿轮耗能铰与第一齿轮耗能铰位于同一垂直线上，两个齿轮耗能铰间连接有连接杆；且，所述第一支撑杆和第四支撑杆采用BRB防屈曲支撑，所述第二支撑杆和第三支撑杆采用普通支撑；
所述第一齿轮耗能铰包括底板Ⅰ、第一定位轴Ⅰ、摩擦盘Ⅰ、摩擦块Ⅰ、小齿轮Ⅰ、第二定位轴Ⅰ及大齿轮Ⅰ；第一支撑杆和第二支撑杆固接于所述底板Ⅰ上，第一定位轴Ⅰ和第二定位轴Ⅰ固定于所述底板Ⅰ上，大齿轮Ⅰ套接于第二定位轴Ⅰ上，与连接杆固定连接；小齿轮Ⅰ套接于第一定位轴Ⅰ上，且与大齿轮Ⅰ齿合，同时小齿轮Ⅰ与摩擦盘Ⅰ固定连接，摩擦盘Ⅰ在小齿轮Ⅰ的带动下转动；摩擦块Ⅰ一端固定于所述底板Ⅰ上，另一自由端接触摩擦盘Ⅰ；
所述第二齿轮耗能铰包括底板Ⅱ、第一定位轴Ⅱ、摩擦盘Ⅱ、摩擦块Ⅱ、小齿轮Ⅱ、第二定位轴Ⅱ及大齿轮Ⅱ；第三支撑杆和第四支撑杆固接于所述底板Ⅱ上，第一定位轴Ⅱ和第二定位轴Ⅱ固定于所述底板Ⅱ上，大齿轮Ⅱ套接于第二定位轴Ⅱ上，与连接杆固定连接；小齿轮Ⅱ套接于第一定位轴Ⅱ上，且与大齿轮Ⅱ齿合，同时小齿轮Ⅱ与摩擦盘Ⅱ固定连接，摩擦盘Ⅱ在小齿轮Ⅱ的带动下转动；摩擦块Ⅱ一端固定于所述底板Ⅱ上，另一自由端接触摩擦盘Ⅱ。
2.根据权利要求1所述的基于齿轮耗能的装配式双人字型支撑框架体系，其特征在于，所述双人字型支撑结构，隔跨设置于所述框架体系的整跨内。
3.根据权利要求1所述的基于齿轮耗能的装配式双人字型支撑框架体系，其特征在于，所述预制梁两端的工字钢骨架，延伸至梁内部的腹板上焊接有垂直于腹板的长螺栓，用于增加浇筑后梁的强度和与混凝土的粘结性能。
4.一种如权利要求1至3任一项所述基于齿轮耗能的装配式双人字型支撑框架体系的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，工厂制作预制柱，预制梁；
步骤S2，通过连接板和高强螺栓现场拼装预制柱、预制梁；
步骤S3，在设置支撑的框架内，安装连接支撑的节点板；
步骤S4，连接基于齿轮耗能的双人字型支撑结。
5.根据权利要求4所述的装配式双人字型支撑框架体系的施工方法，其特征在于，所述步骤S1预制柱制作时，预制柱中钢骨架为方钢管，方钢管内含十字板，通过十字板绑扎预制柱纵筋，方钢管内的纵筋外没有箍筋；然后浇筑预制柱的混凝土，养护后得到预制柱。
6.根据权利要求4所述的装配式双人字型支撑框架体系的施工方法，其特征在于，所述预制梁制作时，在工字钢上设置栓钉，将梁纵筋焊接于工字钢上，并对纵筋和箍筋进行绑扎，绑扎完成后，同时工字钢在预制梁的两端都预留露出部分，且在露出的工字钢的腹板上开设螺栓孔；浇筑预制梁的混凝土，养护后得到预制梁。
7.根据权利要求4所述的装配式双人字型支撑框架体系的施工方法，其特征在于，步骤S2当现场拼装预制柱和预制梁时，将预制梁的上下翼缘焊接于所述方钢管的外壁上；在工字板腹板位置处的方钢管上，焊接连接板，使连接板上设置的螺栓孔正对工字钢腹板上的螺栓孔；通过高强螺栓将连接板与工字钢腹板进行固定，实现梁柱的装配。
8.根据权利要求4所述的装配式双人字型支撑框架体系的施工方法，其特征在于，所述步骤S4中，第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆和第四支撑杆分别通过节点板连接于梁柱所形成的框架体系的两个左侧角和两个右侧角；将第一支撑杆与第二支撑杆的顶端通过第一齿轮耗能铰相连，将第三支撑杆与第四支撑杆的顶端通过第二齿轮耗能铰相连；再将两个耗能铰通过竖向连接杆相连。
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