CN104481027B - 特殊中心支撑钢框架结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种特殊中心支撑钢框架结构，包括由梁柱构成的框架，在框架柱之间设置中心支撑，所述特殊中心支撑包括：防屈曲支撑和连接在其两端的延性耗能标准连接件，所述延性耗能标准连接件与框架梁柱采用端板螺栓连接，所述延性耗能标准连接件的强度低于钢框架结构的强度。由于本发明在中心支撑的两段分别设置了延性耗能标准连接件，一方面，在发生地震时，延性耗能标准连接件屈服耗能并不容易发生脆性断裂，提高了框架抗震性能，另一方面，引入防屈曲支撑保证了延性连接件的非线性变形行为，同时在大震下能够补充耗能。

Description

特殊中心支撑钢框架结构

技术领域

本发明涉及钢框架结构技术领域，尤其涉及一种特殊中心支撑钢框架结构。

背景技术

在现有的特殊中心支撑钢框架设计中，框架梁柱与支撑是通过焊接在特殊中心支撑两端的节点板来实现的，在该框架结构中所述特殊中心支撑为普通杆系构件。目前这种连接在框架柱间支撑其设计的缺点在于：(1)特殊中心支撑通过节点板与梁柱焊接成一个整体，地震时所述节点板易发生脆性断裂；(2)震后对损坏的特殊中心支撑维修和更换困难、成本大。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种新的特殊中心支撑钢框架结构。

一种特殊中心支撑钢框架结构，包括由梁柱构成的框架，在框架柱间设置中心支撑，所述中心支撑包括：防屈曲支撑和连接在其两端的延性耗能标准连接件，所述延性耗能标准连接件与框架梁柱处采用端板螺栓连接，所述延性耗能标准连接件的强度低于钢框架结构的强度。

进一步地，如上所述的特殊中心支撑钢框架结构，所述延性耗能标准连接件包括依次设置的连接段、延性区域段、焊接段三部分，三者为一体结构；其中，连接段用于与框架梁柱端板螺栓连接，焊接段用于与防屈曲支撑焊接连接，所述延性区域段的截面为十字形截面，在十字形截面所在的侧边上沿延性区域段径向方向设置有凹槽。

进一步地，如上所述的特殊中心支撑钢框架结构，所述延性耗能标准连接件包括依次设置的连接段、延性区域段，连接段与延性区域段为一体结构，其中，连接段用于与框架梁柱端板螺栓连接，延性区域段与防屈曲支撑的端部采用法兰连接，所述延性区域段的截面为十字形截面，在十字形截面所在的侧边上沿延性区域段径向方向设置有凹槽。

进一步地，如上所述的特殊中心支撑钢框架结构，所述凹槽的削弱长度和深度分别为L₁和d，L₁＝8d-12d，所述焊接段的长度为L₃，L₃＝0.6L₁-1.5L₁。

进一步地，如上所述的特殊中心支撑钢框架结构，在延性区域段的两端设置有过度圆弧。

进一步地，如上所述的特殊中心支撑钢框架结构，所述过度圆弧的长度为L₂，L₂＝1/3d-1/2d。

进一步地，如上所述的特殊中心支撑钢框架结构，防屈曲支撑包括由钢材制成的内核管和外套管，所述内核管的两端以及中间的外圆周上分布有若干接触环，内核管套在所述外套管内，内核管与外套管之间的距离为所述接触环的厚度，在外套管的管壁上设置有定位孔，内核管与外套管之间通过定位销钉与定位孔连接。

进一步地，如上所述的特殊中心支撑钢框架结构，所述定位孔设置在外套管的中间。

进一步地，如上所述的特殊中心支撑钢框架结构，内核管外圆周上其的两端的接触环宽度大于中间接触环的宽度。

进一步地，如上所述的特殊中心支撑钢框架结构，所述内核管的强度等级不高于钢框架结构的强度等级，外套管的强度等级与钢框架结构的强度等级相同。

有益效果：

1、由于在梁柱与防屈曲支撑的连接方法上，以延性耗能标准连接件代替传统的节点板，此种改进从根本上避免了节点板脆性破坏的发生；

2、地震作用时，将非弹性变形集中于延性耗能标准连接件处，震后可以快速定位结构破坏的位置，且延性耗能标准连接件采用螺栓连接的方式，使其震后可以迅速地维修和替换损坏较大的带延性耗能标准连接件的中心支撑，降低了结构修复成本。

附图说明

图1为本发明中心支撑钢框架结构俯视图；

图2为图1中A的局部放大图；

图3a为本发明延性耗能标准连接件实施例一结构示意图；

图3b为本发明延性耗能标准连接件实施例二结构示意图；

图4为本发明延性耗能标准连接件截面结构图；

图5为本发明内核管结构示意图；

图6为本发明防屈曲支撑结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明特殊中心支撑钢框架结构俯视图，图2为图1中A的局部放大图，如图1及图2所示，本发明提供的特殊中心支撑钢框架结构，包括由梁柱2构成的框架，在框架柱之间设置中心支撑1，所述中心支撑包括：防屈曲支撑11和连接在其两端的延性耗能标准连接件12，所述延性耗能标准连接件12与框架梁柱采用焊接连接或端板螺栓连接，所述延性耗能标准连接件12的强度低于钢框架结构的强度。

由于本发明在中心支撑1的两段分别设置了延性耗能标准连接件12，一方面，在发生地震时，延性耗能标准连接件12不容易发生脆性断裂，从而提高了框架抗震性能；另一方面，本发明将非弹性变形集中于延性耗能标准连接件处，震后可以快速定位结构破坏的位置，且延性耗能标准连接件采用螺栓连接的方式，使其震后可以迅速地维修和替换损坏较大的带延性耗能标准连接件的中心支撑，降低了结构修复成本。

进一步地，如上所述的特殊中心支撑钢框架结构，图3a为本发明延性耗能标准连接件实施例一结构示意图，如图3a所示，如上所述的特殊中心支撑钢框架结构，所述延性耗能标准连接件12包括依次设置的连接段121、延性区域段122、焊接段123三部分，连接段121、延性区域段122、焊接段123三者为一体结构；其中，连接段121用于与框架梁柱端板螺栓连接，焊接段123用于与防屈曲支撑11焊接连接；图4为本发明延性耗能标准连接件截面结构图，如4所示，所述延性区域段的截面为十字形截面，在十字形截面所在的侧边上沿延性区域段径向方向设置有凹槽1221。

进一步地，图3b为本发明延性耗能标准连接件实施例二结构示意图，如图3b所示，如上所述的特殊中心支撑钢框架结构，所述延性耗能标准连接件包括依次设置的连接段121、延性区域段122，连接段与121延性区域122段为一体结构，其中，连接段121用于与框架梁柱端板螺栓连接，延性区域段122与防屈曲支撑11的端部采用法兰连接，所述延性区域段122的截面为十字形截面(如图4所示)，在十字形截面所在的侧边上沿延性区域段径向方向设置有凹槽1221。

本发明提供的特殊中心支撑钢框架结构，其延性耗能标准连接件设置在防屈曲支撑两端，为了防止延性耗能标准连接件屈曲，并保证充分发挥耗能性能，横截面设计为十字形截面，与防屈曲支撑采用焊接或法兰螺栓连接，与梁柱通过端板采用螺栓连接，避免了由于焊接而产生的不利影响。本发明在中心支撑的两段分别设置了延性耗能标准连接件，一方面，在发生地震时，延性耗能标准连接件屈服耗能并不容易发生脆性断裂，从而提高了框架抗震性能，降低了梁柱构件的成本，另一方面，引入防屈曲支撑保证了延性连接件的非线性变形行为，同时在大震下能够补充耗能。

进一步地，如上所述的特殊中心支撑钢框架结构，无论是图3a还是图3b所示的延性耗能标准连接件，为了进一步提高延性耗能标准连接件的抗震性能，并充分发挥耗能性能，所述凹槽1221的削弱长度和深度分别为L₁和d，L₁＝8d-12d，所述焊接段的长度为L₃，L₃＝0.6L₁-1.5L₁。

进一步地，如上所述的特殊中心支撑钢框架结构，在延性区域段122的两端设置有过度圆弧1222。

为保证震时耗能和非弹性变形集中，减小了延性段截面面积，从而使得延性段的承载力降低，震时延性段首先发生屈服，实现耗能作用，将非弹性变形集中在过度圆弧区域，同时设置过度圆弧可以避免焊接段与延性区、法兰连接段与延性区连接处产生应力集中现象。

进一步地，如上所述的特殊中心支撑钢框架结构，为了进一步避免焊接段与延性区、法兰连接段与延性区连接处应力集中现象，使所述过度圆弧1222的长度为L₂，L₂＝1/3d-1/2d。

进一步地，由于现有技术中的钢框架结构在地震时其特殊中心支撑容易发生屈曲，由于特殊中心支撑易发生屈曲，降低了支撑的耗能效果，无法有效地发挥“保险丝”的作用，震时无法很好地保护框架中梁柱主体部分，因此，设计时需要单独考虑梁柱构件的抗震性能，这就使得梁柱构件的成本增大；另外，现有的特殊中心支撑钢框架无精心设计的耗能构件，使得特殊中心支撑钢框架刚度增大，从而使得基础建造成本提高，因此，本发明在如上所述的特殊中心支撑钢框架结构中，对防屈曲支撑11做了进一步的改进，改进之处在于：图5为本发明内核管结构示意图，图6为本发明防屈曲支撑结构示意图，如图5及6所示，上所述的中心支撑钢框架结构，防屈曲支撑11包括由钢材制成的内核管111和外套管112，所述内核管111的两端以及中间的外圆周上分布有若干接触环1111，内核管111套在所述外套管112内，内核管111与外套管112之间的距离为所述接触环1111的厚度，在外套管112的管壁上设置有定位孔，内核管111与外套管112之间通过定位销钉113与定位孔连接。

本发明以改进型双钢管防屈曲支撑替代特殊中心支撑框架支撑，一方面，能够保证支撑非弹性变形发展顺利，增加结构的耗能，提高结构抗震能力；另一方面，在震时，防屈曲支撑可以发挥良好的耗能效果，提高了结构的抗震性能。设计时可以减少提高梁柱构件的抗震性能的考虑，减少了成本。同时，节点处设计的低强度延性耗能标准连接件和改进型双钢管防屈曲支撑降低了整个框架的刚度，降低了结构基础的建造成本。

进一步地，如上所述的特殊中心支撑钢框架结构，在保证防屈曲支撑性能的同时，还能够降低成本，所述定位孔设置在外套管112的中间。

进一步地，如上所述的特殊中心支撑钢框架结构，为了使防屈曲支撑11与延性耗能标准连接件12之间的连接牢固可靠，所述内核管111外圆周上其的两端的接触环111宽度大于中间接触环111的宽度。

进一步地，如上所述的特殊中心支撑钢框架结构，所述内核管111的强度等级不高于钢框架结构的强度等级，外套管112的强度等级与钢框架结构的强度等级相同。

具体地，防屈曲支撑内核采用低强度钢材，利于内核首先屈服，发挥耗能作用。而外套钢管采用高强度钢材有利于对内核钢管提供所需的侧向约束，使得震时内核钢管发生屈服而非屈曲，从而保证内核的耗能效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种特殊中心支撑钢框架结构，其特征在于，包括由梁柱构成的框架，在框架柱之间设置中心支撑，所述中心支撑包括：防屈曲支撑和连接在其两端的延性耗能标准连接件，所述延性耗能标准连接件与框架梁柱采用端板螺栓连接，所述延性耗能标准连接件的强度低于钢框架结构的强度；

所述延性耗能标准连接件采用如下任一种结构：

1)所述延性耗能标准连接件包括依次设置的连接段、延性区域段、焊接段三部分，三者为一体结构；其中，连接段用于与框架梁柱端板螺栓连接，焊接段用于与防屈曲支撑焊接连接，所述延性区域段的截面为十字形截面，在十字形截面所在的侧边上沿延性区域段径向方向设置有凹槽；

2)所述延性耗能标准连接件包括依次设置的连接段、延性区域段，连接段与延性区域段为一体结构，其中，连接段用于与框架梁柱端板螺栓连接，延性区域段与防屈曲支撑的端部采用法兰连接，所述延性区域段的截面为十字形截面，在十字形截面所在的侧边上沿延性区域段径向方向设置有凹槽；

上述任一种结构中，所述连接段的两侧相互垂直并交汇于一线，两侧分别用于与框架梁和框架柱采用端板螺栓连接。

2.根据权利要求1所述的特殊中心支撑钢框架结构，其特征在于，所述凹槽的削弱长度和深度分别为L1和d，L 1＝8d-12d，所述焊接段的长度为L 3，L3＝0.6L 1-1.5L1。

3.根据权利要求1所述的特殊中心支撑钢框架结构，其特征在于，在延性区域段的两端设置有过度圆弧。

4.根据权利要求3所述的特殊中心支撑钢框架结构，其特征在于，所述过度圆弧的长度为L2，L2＝1/3d-1/2d。

5.根据权利要求1所述的特殊中心支撑钢框架结构，其特征在于，防屈曲支撑包括由钢材制成的内核管和外套管，所述内核管的两端以及中间的外圆周上分布有若干接触环，内核管套在所述外套管内，内核管与外套管之间的距离为所述接触环的厚度，在外套管的管壁上设置有定位孔，内核管与外套管之间通过定位销钉与定位孔连接。

6.根据权利要求5所述的特殊中心支撑钢框架结构，其特征在于，所述定位孔设置在外套管的中间。

7.根据权利要求5所述的特殊中心支撑钢框架结构，其特征在于，内核管外圆周上其的两端的接触环宽度大于中间接触环的宽度。

8.根据权利要求5-7任一所述的特殊中心支撑钢框架结构，其特征在于，所述内核管的强度等级不高于钢框架结构的强度等级，外套管的强度等级与钢框架结构的强度等级相同。