CN105040817A - 可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑业钢结构技术领域，公开了一种可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架包括框架梁、两根框架柱、上中间柱、摩擦耗能装置及下中间柱；所述框架梁水平设置，两根框架柱竖直的设置在所述框架梁的两端，且所述框架柱与所述框架梁活动连接，所述上中间柱竖直的设置在所述框架梁下方，且所述上中间柱的顶部与所述框架梁固定连接，所述上中间柱、所述摩擦耗能装置及所述下中间柱从上到下顺次连接。本发明能够加强整个钢框架的刚度，且通过摩擦耗能装置加大钢框架的能量耗散，从而大大降低本发明整体变形程度，即降低层间位移角响应，提高整个建筑稳定性，不但满足设计要求，且可使得作业安全进行。

Description

可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架

技术领域

本发明涉及建筑业钢结构技术领域，特别是涉及一种可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架。

背景技术

在建筑业中，已有的可恢复功能预应力钢框架一般包括水平设置的横梁、竖直的固定在横梁两端的两根柱、摩擦耗能螺栓和预应力钢绞线，此种钢结构一旦处于高震区或结构跨度较大的区域时，在外力作用下，由于其结构及刚度的问题，容易导致整个钢结构产生较大变形，即层间位移角响应过大，从而使得整个建筑可靠性较差，难以满足设计要求，且易产生安全事故。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架，解决整个钢结构容易产生较大变形，即层间位移角响应过大，从而使得整个建筑可靠性较差的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架，所述可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架包括框架梁、两根框架柱、上中间柱、摩擦耗能装置及下中间柱；

所述框架梁水平设置，两根框架柱竖直的设置在所述框架梁的两端，且所述框架柱与所述框架梁活动连接，所述上中间柱竖直的设置在所述框架梁下方，且所述上中间柱的顶部与所述框架梁固定连接，所述上中间柱、所述摩擦耗能装置及所述下中间柱从上到下顺次连接。

其中，所述摩擦耗能装置包括T型板、两块L型板，所述T型板上部的水平板与所述上中间柱下端固定连接，两块L型板呈背靠背对称设置，且两块L型板下部的水平板均与所述下中间柱的上端固定连接，所述T型板下部的竖直板插入两块L型板上部的竖直板之间，且T型板的竖直板与两块L型板的竖直板均贴合且可相对往复摩擦运动。

其中，所述摩擦耗能装置还包括固定件，所述T型板下部的竖直板上横向设置有长孔，所述固定件贯穿两块L型板上部的竖直板及所述长孔，两块L型板可带动所述固定件在所述长孔内往复运动。

其中，所述上中间柱、所述下中间柱、所述框架梁均为工字型钢柱，所述上中间柱的翼缘、所述下中间柱的翼缘均与所述框架梁垂直。

其中，所述可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架还包括多个连接板和多个固定件，框架梁的腹板两端均设置有横向的长孔，每个长孔上均贴合设置有连接板，固定件贯穿所述连接板与对应的长孔，所述连接板可带动固定件在所述长孔内往复运动，所述连接板还与对应的框架柱固定连接。

其中，所述可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架还包括多个摩擦片，所述T型板下部的竖直板与两块L型板上部的竖直板之间、每个连接板与框架梁的腹板之间均设置有所述摩擦片。

其中，所述可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架还包括多个加强板，所述框架梁的翼缘的两端均设置有所述加强板。

其中，所述可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架还包括至少一个加固板和至少一个三角形板件，所述加固板一端与所述上中间柱固定连接，另一端与所述框架梁固定连接，所述三角形板件设置在所述加固板与框架梁、上中间柱围绕的空间内。

其中，所述可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架还包括设置在框架梁上的多个梁加劲肋与设置在框架柱上的多个柱加劲肋。

其中，所述可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架还包括设置在所述框架梁相对两侧的多根预应力钢绞线，且所述预应力钢绞线均沿所述框架梁的长度方向设置，每根预应力钢绞线两端分别与所述框架梁两端的框架柱固定连接。

(三)有益效果

本发明的目的是提供可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架，加强整个钢框架的刚度，且通过摩擦耗能装置加大钢框架的能量耗散，从而大大降低本发明整体变形程度，即降低层间位移角响应，提高整个建筑可靠性，不但满足设计要求，且可使得作业安全进行。

附图说明

图1为本发明实施例的可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架结构示意图；

图2为本发明实施例的可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架的立体图；

图3为本发明实施例的框架梁和框架柱脱开状态的结构示意图；

图4为本发明实施例的框架梁的结构示意图；

图5为本发明实施例的摩擦耗能装置的结构示意图；

图6为本发明实施例的T型板的结构示意图；

图7为本发明实施例的L型板的结构示意图。

图中，1：框架梁；

2：框架柱；21：连接板；

3：上中间柱；

4：摩擦耗能装置；41：T型板；42：L型板；43：固定件；44：长孔；

5：下中间柱；

6：加强板；

71：加固板；72：三角形板件；

81：梁加劲肋；82：柱加劲肋；

9：预应力钢绞线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，也可参见图2，本发明实施例提供一种可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架，所述可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架包括框架梁1、两根框架柱2、上中间柱3、摩擦耗能装置4及下中间柱5；

所述框架梁1水平设置，两根框架柱2竖直的设置在所述框架梁1的两端，且所述框架柱2与所述框架梁1活动连接，所述上中间柱3竖直的设置在所述框架梁1下方，且所述上中间柱3的顶部与所述框架梁1固定连接，所述上中间柱3、所述摩擦耗能装置4及所述下中间柱5从上到下顺次连接。

其中，本发明实施例中，框架梁1可通过两端的两根框架柱2以及下方的上中间柱3进行支撑，从而加强整个钢框架的刚度，大大加强本发明的可靠性，上中间柱3优选设置在框架梁1的中部位置；而且，通过设置摩擦耗能装置4，由地震产生的外部能量会通过摩擦耗能装置4逐渐耗散，使得本发明的框架梁1所承受的外力大大降低，从而降低其变形的程度，即降低层间位移角响应，提高整个建筑稳定性，不但满足设计要求，且可使得作业安全进行。

如图5所示，优选的，所述摩擦耗能装置4包括T型板41、两块L型板42，所述T型板41上部的水平板与所述上中间柱3下端固定连接，两块L型板42呈背靠背对称设置，且两块L型板42下部的水平板均与所述下中间柱5的上端固定连接，所述T型板41下部的竖直板插入两块L型板42上部的竖直板之间，且T型板41的竖直板与两块L型板42的竖直板均贴合且可相对往复摩擦运动。

其中，摩擦耗能装置4的实现方式有多种，只要实现能量消耗即可，本发明实施例中，当地震产生的外部能量传输到本发明上时，通过T型板41下部的竖直板与两块L型板42的两块竖直板往复摩擦，对这些能量进行消耗，从而使得本发明整个框架所承受的外力大大降低。

如图5-7所示，优选的，所述摩擦耗能装置4还包括固定件43，所述T型板41下部的竖直板上横向设置有长孔44，所述固定件43贯穿两块L型板42上部的竖直板及所述长孔44，两块L型板42可带动所述固定件43在所述长孔44内往复运动。

其中，为了使T型板41与两块L型板42产生相对运动而耗散能量，在T型板41下部的竖直板上横向设置有长孔44，并通过固定件43依次穿过在其中一块L型板42上部的竖直板，通常在该竖直板上设置圆孔，固定件可以从该圆孔穿过，再从长孔44中穿过，最后穿设在另一块L型板42上部的竖直板中，两块L型板42可带动所述固定件43在所述长孔44内往复运动，从而实现T型板41与两块L型板42之间产生相对运动而耗散能量，使得本发明的框架所承受的外力大大降低，从而降低其变形的程度；另外，长孔44的设置也实现对T型板41与两块L型板42相对运动幅度的限制，使运动幅度只限制在长孔44之内，不至于运动幅度太大使得整个建筑可靠性受到影响，从而满足设计要求，本发明实际较为实用，且整体结构稳固可靠；固定件43优选为紧固螺栓，优选高强度紧固螺栓。

如图2所示，优选的，所述上中间柱3、所述下中间柱5、所述框架梁1均为工字型钢柱，所述上中间柱3的翼缘、所述下中间柱5的翼缘均与所述框架梁1垂直。其中，框架柱2、上中间柱3、下中间柱5、框架梁1优选采用工字型钢柱，如此结构牢固，且便于各部分连接，当然，也可采用箱型钢柱，或者截面为其他形状的钢柱。

如图3和图4所示，也可参见图2，优选的，所述可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架还包括多个连接板21和多个固定件43，框架梁1的腹板两端均设置有横向的长孔44，每个长孔44上均贴合设置有连接板21，固定件43贯穿所述连接板21与对应的长孔44，所述连接板21可带动固定件43在所述长孔44内往复运动，所述连接板21还与对应的框架柱2固定连接。

其中，在框架梁1与框架柱2之间通过连接板21实现连接，本发明实施例中，通常在框架梁1的腹板上的每一端的相对两侧各贴合设置一个连接板21，即包含4个连接板21，每个连接板21的一端与对应的框架柱2固定连接，而且，与连接板21对应的，在框架梁1的腹板的两端分别设置有横向的长孔44，并通过固定件43贯穿连接板21与对应的长孔44，当地震作用达到一定强度时，框架梁1与框架柱2之间的接触面脱开并存在相对运动时，连接板21与框架梁1之间也实现相对摩擦，从而进一步对地震产生的外部能量进行消耗，从而使得本发明整个框架所承受的外力大大降低，而长孔44的设置实现对该相对运动的幅度进行限制，即通过连接板21带动固定件43在长孔44范围内往复运动，不至于运动幅度太大使得整个建筑稳定性受到影响，不能满足设计要求。

优选的，所述可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架还包括多个摩擦片，所述T型板41下部的竖直板与两块L型板42上部的竖直板之间、每个连接板21与框架梁1的腹板之间均设置有所述摩擦片。其中，为保证各部件之间稳定的摩擦系数，从而保证本发明对对地震产生的外部能量进行稳定的消耗，本发明实施例中，在T型板41下部的竖直板与两块L型板42上部的竖直板之间、以及每个连接板21与框架梁1的腹板之间均设置有摩擦片，其优选采用黄铜片，从而使得各部件之间稳定摩擦。

如图2所示，优选的，所述可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架还包括多个加强板6，所述框架梁1的翼缘的两端均设置有所述加强板6。一般在框架梁1的翼缘的两端的表面上各设置一块加强板6，可采用钢板或其他金属板等，从而对框架梁1的强度进行加强，防止其在外力作用下发生过大的形变。

如图2所示，优选的，所述可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架还包括至少一个加固板71和至少一个三角形板件72，所述加固板71一端与所述上中间柱3固定连接，另一端与所述框架梁1固定连接，所述三角形板件72设置在所述加固板71与框架梁1、上中间柱3围绕的空间内。加固板71和三角形板件72均是为了加强各部件的连接强度所设置的，加固板71优选采用腋板或角撑等。

如图2所示，优选的，所述可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架还包括设置在框架梁1上的多个梁加劲肋81与设置在框架柱2上的多个柱加劲肋82。其中，梁加劲肋81与柱加劲肋82的设置，目的在于对框架梁1和框架柱2的强度进行加强，梁加劲肋81一般设置在框架梁1的两个翼缘之间，且与两个翼缘垂直设置，其中部分梁加劲肋81与上中间柱3的翼缘平齐，部分梁加劲肋81还与加固板71齐平，如此设置更为保证框架梁1的强度；同样道理，柱加劲肋82一般设置在框架柱2的两个翼缘之间，且与两个翼缘垂直设置，一般与框架梁1的两个翼缘平齐设置。

如图2所示，优选的，所述可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架还包括设置在所述框架梁1相对两侧的多根预应力钢绞线9，且所述预应力钢绞线9均沿所述框架梁1的长度方向设置，每根预应力钢绞线9两端分别与所述框架梁1两端的框架柱2固定连接。预应力钢绞线9的设置实现将框架柱2与框架梁1之间的连接实现进一步加强，在地震之后，本发明在预应力钢绞线9的作用下恢复到原先位置。

本发明实施例中，所采用的钢梁、钢柱材料为Q235、Q345普通强度等级钢材。

本发明实施例的安装工艺，步骤如下：

1)将连接板21与框架柱2翼缘焊好；上中间柱3腹板和上中间柱3翼缘、下中间柱5腹板和下中间柱5翼缘分别和相邻层的框架梁1翼缘在工厂焊接好；

2)框架梁1腹板与紧固螺栓对应位置设置长孔44，两连接板21与框架梁1腹板通过紧固螺栓穿过长孔44连接；

3)在两个框架柱2翼缘之间沿框架梁1腹板穿设预应力钢绞线9，对预应力钢绞线9施加预应力，将框架梁1与框架柱2连接在一起，形成预应力钢框架；

4)将摩擦耗能装置4中的T型板41与紧固螺栓对应位置设置长孔44，T型板41两侧的L型板42之间通过穿过T型板41的紧固螺栓连接；将摩擦耗能装置4中的T型板41与上中间柱3之间、L型板42与下中间柱5之间通过紧固螺栓连接。

当地震作用达到一定程度时，框架梁1与框架柱2的接触面脱开，紧固螺栓、连接板21及框架梁1的腹板之间摩擦耗能；摩擦耗能装置4中的T型板41和两块L型板42相对滑动，T型板41、两块L型板42及紧固螺栓之间摩擦耗能；从而避免了梁柱等主体构件的损坏。地震作用后，本发明的结构在预应力作用下恢复到原先的竖向位置，恢复了结构原有功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架，其特征在于，包括框架梁、两根框架柱、上中间柱、摩擦耗能装置及下中间柱；

所述框架梁水平设置，两根框架柱竖直的设置在所述框架梁的两端，且所述框架柱与所述框架梁活动连接，所述上中间柱竖直的设置在所述框架梁下方，且所述上中间柱的顶部与所述框架梁固定连接，所述上中间柱、所述摩擦耗能装置及所述下中间柱从上到下顺次连接。

2.如权利要求1所述的可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架，其特征在于，所述摩擦耗能装置包括T型板、两块L型板，所述T型板上部的水平板与所述上中间柱下端固定连接，两块L型板呈背靠背对称设置，且两块L型板下部的水平板均与所述下中间柱的上端固定连接，所述T型板下部的竖直板插入两块L型板上部的竖直板之间，且T型板的竖直板与两块L型板的竖直板均贴合且可相对往复摩擦运动。

3.如权利要求2所述的可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架，其特征在于，所述摩擦耗能装置还包括固定件，所述T型板下部的竖直板上横向设置有长孔，所述固定件贯穿两块L型板上部的竖直板及所述长孔，两块L型板可带动所述固定件在所述长孔内往复运动。

4.如权利要求3所述的可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架，其特征在于，所述上中间柱、所述下中间柱、所述框架梁均为工字型钢柱，所述上中间柱的翼缘、所述下中间柱的翼缘均与所述框架梁垂直。

5.如权利要求4所述的可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架，其特征在于，所述可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架还包括多个连接板和多个固定件，框架梁的腹板两端均设置有横向的长孔，每个长孔上均贴合设置有连接板，固定件贯穿所述连接板与对应的长孔，所述连接板可带动固定件在所述长孔内往复运动，所述连接板还与对应的框架柱固定连接。

6.如权利要求5所述的可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架，其特征在于，所述可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架还包括多个摩擦片，所述T型板下部的竖直板与两块L型板上部的竖直板之间、每个连接板与框架梁的腹板之间均设置有所述摩擦片。

7.如权利要求6所述的可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架，其特征在于，所述可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架还包括多个加强板，所述框架梁的翼缘的两端均设置有所述加强板。

8.如权利要求7所述的可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架，其特征在于，所述可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架还包括至少一个加固板和至少一个三角形板件，所述加固板一端与所述上中间柱固定连接，另一端与所述框架梁固定连接，所述三角形板件设置在所述加固板与框架梁、上中间柱围绕的空间内。

9.如权利要求8所述的可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架，其特征在于，所述可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架还包括设置在框架梁上的多个梁加劲肋与设置在框架柱上的多个柱加劲肋。

10.如权利要求1-9任一项所述的可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架，其特征在于，所述可恢复功能的预应力装配式中间柱钢框架还包括设置在所述框架梁相对两侧的多根预应力钢绞线，且所述预应力钢绞线均沿所述框架梁的长度方向设置，每根预应力钢绞线两端分别与所述框架梁两端的框架柱固定连接。