CN101864846B - 抗震加固用内嵌式减震钢框架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗震加固用内嵌式减震钢框架，主要用于建筑抗震加固。在建筑物某些跨的各层均可布置该减震钢框架，该减震钢框架包括上钢框架和下钢框架、以及金属屈服型阻尼器。上下钢框架由左右两部分结构组成，两部分结构的相对位置能够调节。上钢框架和下钢框架之间的相对位置能够调节，位置调节好后上钢框架与下钢框架螺栓连接，构成一矩形框架。金属屈服型阻尼器的两端分别与上钢框架和下钢框架螺栓连接。本发明传力明确，各层内嵌减震钢框架之间、减震钢框架与主体结构之间协同工作可靠，改变了靠吃掉既有柱子及节点的抗震承载力进行抗震、减震的不良作法，可有效降低地震对既有主体结构的负荷。

Description

抗震加固用内嵌式减震钢框架

技术领域

本发明涉及一种抗震加固用内嵌式减震钢框架，主要用于建筑抗震加固，属于土木工程结构消能减震领域。

背景技术

目前，混凝土结构设计中最常用加固方法是加大截面加固法。但是，加大截面加固法有其不足之处，例如，现场施工的湿作业时间长，对生产和生活有一定的影响，且加固后建筑物内部空间有所减少，影响其使用功能。

发明内容

本发明的目的在于克服了加大截面加固法的上述缺陷，提出了一种抗震加固用内嵌式减震钢框架。该框架在混凝土框架结构体系中增设一定数量的带有金属屈服型阻尼器的内嵌式钢框架，解决了混凝土框架结构抗震加固中所遇到的诸多问题，同时可实现高效、快速加固混凝土框架结构，不需湿作业，仅对局部施工，绝大部分构件及配件由工厂预制，现场装配，可实现标准化生产。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。在建筑物某些跨的若干层均可布置该减震钢框架，该减震钢框架包括形状为“门”字形的上钢框架和下钢框架、金属屈服型阻尼器以及第一连接件和第二连接件。其中：本层的上钢框架通过第一连接件与上层的下钢框架固定连接，本层的下钢框架通过过第一连接件与下层的上钢框架固定连接。

所述的上钢框架1由左右两部分结构组成，两部分结构的相对位置能够调节，进而使上钢框架的长度能够沿左右方向调节，以适应结构中原框架的尺寸。上钢框架1左右两部分之间的连接形式为：在两部分的连接处均设置有圆孔，连接钢板上设置有椭圆形的通孔，安装时，将连接钢板上的通孔分别和上钢框架左右两部分的圆孔对上，调整好左右两部分位置后，用螺栓分别穿过两部分的圆孔和连接钢板上的通孔将上钢框架1的左右两部分固定。所述的下钢框架2由左右两部分结构组成，两部分结构的相对位置能够调节，进而使下钢框架的长度能够沿左右调节，以适应结构中原框架的尺寸；下钢框架2左右两部分之间的连接形式与上钢框架1左右两部分之间的连接形式相同。

在上钢框架的两个拐角的外侧分别布置有第一连接件，所述的第一连接件4由

或

形的底盖和覆盖于楼板上的盖板板组成，底盖的截面形状与上梁的截面形状相同，底盖覆盖在上梁的表面，盖板布置在楼板的上表面并与底盖位置相对应，螺栓穿过盖板、楼板和底盖将三者固定；

所述的上钢框架的上表面与上梁通过螺栓连接，左右两个外侧面分别与左柱和右柱通过螺栓连接，具体连接关系为：在上钢框架两个侧面的上部分别固定一钢板，钢板分别与左柱和右柱螺栓连接，上钢框架的左右两个外侧面只通过该钢板与左柱和右柱接触，没有钢板的部位不与左柱和右柱接触；在上钢框架上表面的左右两侧部位分别与本层的第一连接件的底盖固定连接，上钢框架只通过第一连接件的底盖与上梁接触；

所述的下钢框架2的下部与下梁14通过螺栓连接，左右两个外侧面分别与左柱12和右柱13通过螺栓连接，具体连接关系为：在下钢框架2两个外侧面的下部分别固定一钢板，钢板分别与左柱和右柱通过螺栓连接，下钢框架2的左右两侧只通过该钢板与左柱和右柱接触，没有钢板的部位不与左柱和右柱接触，在下钢框架21的下表面的左右两侧部位和下层的第一连接件4的盖板固定连接，在下钢框架2的中部通过第二连接件5与下梁14固定连接，所述的第二连接件5与第一连接件4结构相同，包括一由

或形的底盖和盖板，本层的下钢框架2与第二连接件5中的盖板固定，第二连接件5的底盖板覆盖在下层的上梁上，螺栓穿过盖板、楼板和底盖将三者固定，本层的下钢框架2只通过第二连接件5的底盖与下梁14接触。

上钢框架1和下钢框架2之间的相对位置能够调节，位置调节好后上钢框架1与下钢框架2通过螺栓固定连接，构成一矩形框架；上钢框架1和下钢框架2之间的连接形式与上钢框架左右两部分之间的连接形式相同。

金属屈服型阻尼器3的两端分别与上钢框架1和下钢框架2通过螺栓连接。

所述的金属屈服型阻尼器3为防屈曲支撑。金属屈服型阻尼器3与上钢框架1和下钢框架2的连接方式为：在上钢框架1和下钢框架2上焊接一钢板，金属屈服型阻尼器3的两端通过连接钢板与该钢板固定连接。

在建筑物某些跨的若干层均可布置两个金属屈服型阻尼器3，每层的两个金属屈服型阻尼器呈V字形或者倒V字形布置。每相邻两层的四个金属屈服型阻尼器3呈X形或单V字形布置。

在建筑物某些跨的每层均可设置一个沿矩形框架对角线方向布置的金属屈服型阻尼器3。每相邻两层的两个金属屈服型阻尼器3呈(交叉)单斜式布置。

所述的上钢框架和下钢框架为热轧型钢，为角钢、槽钢、T型钢或H型钢。

与现有抗震、减震加固技术相比，本发明具有以下优点：

1、上钢框架、下钢框架、金属屈服型阻尼器以及第一连接件、第二连接件、第三连接件、第四连接件和第五连接件均可在工厂制造，加工工艺简单、标准化程度高、施工速度快，可在建筑物不停止使用的状态下进行加固施工。

2、传力明确，各层内嵌减震钢框架之间、减震钢框架与主体结构之间协同工作可靠，改变了靠吃掉既有柱子及节点的抗震承载力进行抗震、减震的不良作法，可有效降低地震对既有主体结构的负荷。可明显提高等效黏滞阻尼比，降低地震作用，降低地震对既有主体结构构件的抗震需求。

3、本发明结构简单、性能稳定，应用范围广泛，可适用于住宅、学校、医院，以及各类民用及工业用建筑的抗震减震加固。

附图说明

图1为本发明的构造及连接示意图

图2(a)为本发明上钢框架的结构示意图

图2(b)为本发明下钢框架的结构示意图

图3为金属屈服型阻尼器-防屈曲支撑的结构示意图

图4(a)为第一连接件的结构示意图

图4(b)为第一连接件的剖面图A-A

图4(c)为第一连接件的剖面图B-B

图5(a)为第二连接件的结构示意图

图5(b)为第二连接件的剖面图C-C

图6为第三连接件的结构示意图

图7为第四连接件的结构示意图

图8为第五连接件的结构示意图

图9(a)金属屈服型阻尼器(防屈曲支撑)交叉V字形布置

图9(b)金属屈服型阻尼器(防屈曲支撑)交叉单斜式布置

图9(c)金属屈服型阻尼器(防屈曲支撑)(倒)V字形布置

图9(d)金属屈服型阻尼器(防屈曲支撑)单斜式布置

图中：1、上钢框架，2、下钢框架，3、金属屈服型阻尼器防屈曲支撑，4、第一连接件，5、第二连接件，6、第三连接件，7、第四连接件，8、第五连接件，9、定位螺孔，10、可移动定位螺孔，11、上梁，12、左柱，13、右柱，14、下梁，15、底盖，16、盖板，17、连接钢板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，本实施例中的减震钢框架可以布置在建筑物某些跨的各个楼层，包括上钢框架1、下钢框架2、金属屈服型阻尼器3以及第一连接件4和第二连接件5。上钢框架1和下钢框架2的形状均为“门”字型，二者互相连接构成一矩形框架。在上钢框架和下钢框架的四个拐角处分别通过第一连接件4与梁固连，第一连接件4由

或形的底盖15和覆盖于楼板上的盖板16组成，底盖的截面形状与上梁的截面形状相同，底盖覆盖在上梁的表面，盖板布置在楼板的上表面并与底盖位置相对应，螺栓穿过盖板、楼板和底盖将三者固定，如图4所示。

下钢框架的中部通过第二连接件5与下梁固连，所述的第二连接件5由

或

形的底盖15和覆盖于楼板上盖板16组成，底盖覆盖在下层的上梁的表面，盖板布置在本层楼板的上表面并与下层的底盖位置相对应，螺栓穿过盖板、楼板和底盖将三者固定，如图5所示。

上钢框架1由左右两部分结构组成，如图2(a)所示，上钢框架左右两部分之间的连接形式如图6所示，即第三连接件，在两部分的连接处均设置有圆孔，连接钢板上设置有椭圆形的通孔，安装时，将连接钢板上的通孔分别和上钢框架1左右两部分的圆孔对上，调整好左右两部分位置后，用螺栓穿过左右两部分的圆孔和连接钢板上的通孔，将上钢框架1两部分位置固定。由于两部分结构的相对位置能够调节，进而使上钢框架的长度沿左右方向能够调节，以适应原框架的尺寸。上钢框架1的上部与上梁11通过螺栓连接，左右两个外侧面分别与左柱12和右柱13通过螺栓连接，具体连接关系如图1所示，在上钢框架1的左右两个外侧面的靠上的部位均焊接一钢板，该钢板再与左柱和右柱螺栓连接，上钢框架1的两个侧面只通过焊接钢板与左柱和右柱接触，没有焊接钢板部位不和左柱和右柱接触。在上钢框架1的上表面的靠近左右两侧与和第一连接件4的底盖焊接或者螺栓连接，上钢框架1只通过第一连接件的盖板与上梁接触，没有盖板的部位不与上梁11接触。

下钢框架2也由左右两部分组成，如图2(b)所示，下钢框架2左右两部分之间连接形式如图8所示，其连接结构与上钢框架的左右两部分的链接结构基本相同，在两部分的连接处均设置有圆孔，连接钢板上设置有椭圆形的通孔，安装时，将连接钢板上的通孔和下钢框架2左右两部分的圆孔对上，调整好左右两部分位置后，用螺栓穿过两部分的通孔将下钢框架2位置固定。

下钢框架2的下部与下梁14通过螺栓连接，左右两侧也分别与左柱12和右柱13通过螺栓连接，具体连接关系如图1所示，在下钢2的左右两个外侧面靠下的部位分别焊接有一钢板，该钢板再与左柱和右柱螺栓连接，下钢框架2的左右两侧只通过焊接钢板与左柱和右柱接触，没有焊接钢板部位不和左柱和右柱接触。在下钢框架2的下表面的左右两侧边缘部位与和下层的第一连接件4的底盖焊接或者螺栓连接。在下钢框架2的中部与下梁14连接的中部和第二连接件5的底盖焊接或者螺栓连接，第二连接件5与第一连接件4结构相同，包括一底盖和盖板，本层的下钢框架2与第二连接件5中的盖板固定，第二连接件5的底盖板覆盖在下层的上梁上，螺栓穿过盖板、楼板和底盖将三者固定，本层的下钢框架2只通过第二连接件5的底盖与下梁14接触。

上钢框架1和下钢框架2之间的相对位置能够调节，位置调节好后上钢框架1与下钢框架2连接，构成一矩形框架，如图1所示，上钢框架1和下钢框架2之间的连接形式与上钢框架左右两部分之间的连接形式相同，如图6所示。

金属屈服型阻尼器3的两端分别与上钢框架1和下钢框架2通过螺栓连接。本实施例中的金属屈服型阻尼器选用的是防屈曲支撑，能有效消能减震。也可以选用其他金属屈服型阻尼器，如低屈服点钢耗能器铅阻尼器。金属屈服型阻尼器3的两端分别通过第四连接件7与上钢框架1和下钢框架2相连，第四连接件7实际为一连接钢板，与焊接在上钢框架1和下钢框架2的连接板通过螺栓连接。

在建筑物的每层可以布置两个金属屈服型阻尼器，如图1、图9(a)、图9(c)所示，每层的两个金属屈服型阻尼器呈(倒)V字形布置。每相邻两层的四个金属屈服型阻尼器3呈X形或单(倒)V字形布置。

在建筑物的每层也可以布置一个金属屈服型阻尼器，如图9(b)、图9(d)所示，该阻尼器沿由上钢框架1和下钢框架2组成的矩形框架的对角线方向布置。而每相邻两层的两个金属屈服型阻尼器3可以呈交叉单斜式布置，如图9(b)所示，也可以呈单斜式布置，如图9(d)所示。

本实施例中的上钢框架1和下钢框架2为热轧型钢，为角钢、槽钢、T型钢或H型钢。

安装时，先在上梁和下梁两侧楼板的适当位置钻孔，在左柱、右柱、上梁和下梁的适当位置钻孔。如图4(a)、(b)，图5(a)、(b)所示，通过螺栓将第一连接件和第二连接件固定在梁和楼板上接，如图4、图5所示，安装上钢框架1，通过第三连接件6使上钢框架1处于可缩放调节状态，就位后用临时支撑顶紧，。在上钢框架1的左右两侧与左柱和右柱连接处的上角部焊接钢板并与左柱和右柱螺栓连接，上钢框架1与柱接触的左右两侧只通过焊接钢板与左柱和右柱接触。在上钢框架1的左右两侧与上梁11连接的角部和第一连接件4的底盖焊接或者螺栓连接，上钢框架1与梁接触的角部只通过盖板接触。如图1、图2(b)所示，安装下钢框架2，通过第五连接件8，如图8所示使下钢框架2处于可缩放调节状态，就位后用临时支撑顶紧，在下钢框架2的左右两侧与左柱和右柱连接处的下角部也焊接有钢板，下钢框架2与柱接触的左右两侧只通过焊接钢板与左柱和右柱接触。在下钢框架2的左右两侧与下梁14连接的角部和第一连接件4的底盖焊接或者螺栓连接，在下钢框架2的中部与下梁14连接的中部和第二连接件5的底盖焊接或者螺栓连接，下钢框架2只通过底盖与梁接触，其他部位不接触。上钢框架1与上梁、左柱和右柱通过后锚固螺栓连接，下钢框架2与下梁、左柱和右柱通过后锚固螺栓连接，上下钢框架之间位置调节好后固定连接为一体，组成矩形的内嵌钢框架。如图1、图3所示，安装防屈曲支撑，并通过第四连接件7用定位螺栓与上下钢框架固定。待全部结构胶和环氧砂浆结硬后，焊接第一连接件4、第二连接件5、第三连接件6、第四连接件7、第五连接件8，旋紧所有螺栓。焊接部位做防锈处理。内嵌式减震钢框架通过连接件实现可靠连接，传递所需要的伴生内力。其所承担的层间剪力及伴生内力不增加既有混凝土柱的负担，以楼板为主传递水平力，可实现内嵌钢框架与混凝土主体结构的协同工作，能实现防屈曲支撑屈服耗能，达到消能减震的目的。

本层的第一连接件与上层下框架通过穿过楼板的螺栓连接，第二连接件与上层下框架通过穿过楼板的螺栓连接。

本实施例中上钢框架、下钢框架水平长度可以左右伸缩，上钢框架与下钢框架的位置可以上下调整，以适应混凝土框架结构的实际尺寸变化。

本实施例中的上钢框架、下钢框架、金属屈服型阻尼器均可为工厂标准化制造。

本层下钢框架与下层上钢框架、本层上钢框架与上层下钢框架之间可靠连接。

Claims (8)

1.一种抗震加固用内嵌式减震钢框架，其特征在于：在建筑物上布置该减震钢框架，该减震钢框架包括形状为“门”字形的上钢框架和下钢框架、金属屈服型阻尼器以及第一连接件和第二连接件；其中：本层的上钢框架通过第一连接件与上层的下钢框架固定连接，本层的下钢框架通过第一连接件与下层的上钢框架固定连接；

所述的上钢框架由左右两部分结构组成，两部分结构的相对位置能够调节，进而使上钢框架的长度沿左右方向能够调节；所述的下钢框架由左右两部分结构组成，两部分结构的相对位置能够调节，进而使下钢框架的长度沿左右方向能够调节；

在上钢框架的两个拐角的外侧分别布置有第一连接件，所述的第一连接件由底盖和盖板组成，底盖的截面形状与上梁的截面形状相同，底盖覆盖在上梁的表面，盖板布置在楼板的上表面并与底盖位置相对应，螺栓穿过盖板、楼板和底盖将三者固定；

所述的上钢框架的上表面与上梁通过螺栓连接，左右两个外侧面分别与左柱和右柱通过螺栓连接，具体连接关系为：在上钢框架两个侧面的上部分别固定一钢板，钢板分别与左柱和右柱螺栓连接，上钢框架的左右两个外侧面只通过该钢板与左柱和右柱接触，没有钢板的部位不与左柱和右柱接触；在上钢框架上表面的左右两侧部位分别与本层的第一连接件的底盖固定连接，上钢框架只通过第一连接件的底盖与上梁接触；

所述的下钢框架的下部与下梁通过螺栓连接，左右两个外侧面分别与左柱和右柱通过螺栓连接，具体连接关系为：在下钢框架两个外侧面的下部分别固定一钢板，钢板分别与左柱和右柱通过螺栓连接，下钢框架的左右两侧只通过该钢板与左柱和右柱接触，没有钢板的部位不与左柱和右柱接触，在下钢框架的下表面的左右两侧部位和下层的第一连接件的盖板固定连接，在下钢框架的中部通过第二连接件与下梁固定连接，所述的第二连接件与第一连接件结构相同，包括一底盖和盖板，本层的下钢框架与第二连接件中的盖板固定，第二连接件的底盖覆盖在下层的上梁上，螺栓穿过盖板、楼板和底盖将三者固定，本层的下钢框架只通过第二连接件的底盖与下梁接触；

上钢框架和下钢框架之间的相对位置能够调节，位置调节好后上钢框架与下钢框架通过螺栓连接，构成一矩形框架；

金属屈服型阻尼器的两端分别与上钢框架和下钢框架固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种抗震加固用内嵌式减震钢框架，其特征在于：上钢框架左右两部分之间的连接形式为：两部分通过连接钢板固定，在两部分的连接处均设置有圆孔，连接钢板上设置有椭圆形的通孔，安装时，将连接钢板上的通孔分别与左右两部分上的圆孔位置对应，调整好两部分位置后，分别用螺栓穿过左右两部分的圆孔和连接钢板上的通孔将上钢框架位置固定。

3.根据权利要求1所述的一种抗震加固用内嵌式减震钢框架，其特征在于：所述下钢框架左右两部分连接形式与上钢框架左右两部分之间的连接形式相同。

4.根据权利要求1所述的一种抗震加固用内嵌式减震钢框架，其特征在于：所述上钢框架和下钢框架之间的连接形式与上钢框架左右两部分之间的连接形式相同。

5.根据权利要求1或权利要求2或权利要求3或权利要求4所述的一种抗震加固用内嵌式减震钢框架，其特征在于：所述的金属屈服型阻尼器为防屈曲支撑。

6.根据权利要求1或权利要求2或权利要求3或权利要求4所述的一种抗震加固用内嵌式减震钢框架，其特征在于：在建筑物某些跨的某些层均布置两个金属屈服型阻尼器(3)，两个金属屈服型阻尼器呈V字形或者倒V字形布置。

7.根据权利要求1或权利要求2或权利要求3或权利要求4所述的一种抗震加固用内嵌式减震钢框架，其特征在于：在建筑物某些跨的每层均设置一个沿矩形框架对角线方向布置的金属屈服型阻尼器。

8.根据权利要求1所述的一种抗震加固用内嵌式减震钢框架，其特征在于：所述的上钢框架和下钢框架为热轧型钢，为角钢、槽钢、T型钢或H型钢。

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