CN108590306A - 钢框架支撑体系 - Google Patents

Abstract

本发明涉及消能减震建筑技术领域，尤其涉及一种钢框架支撑体系。上述钢框架支撑体系包括粘弹性阻尼器、软钢阻尼器、两根竖直设置的钢柱和至少两根水平设置的钢梁；其中，每根钢梁的两端均分别与两根钢柱固定连接，且两根钢柱和两根相邻的钢梁形成钢框架；粘弹性阻尼器和软钢阻尼器位于钢框架内，粘弹性阻尼器和软钢阻尼器分别与钢框架固定连接，且粘弹性阻尼器的刚度小于软钢阻尼器的刚度。本发明提供的钢框架支撑体系，实现了三水准消能减震，分级屈服，有效降低了建筑结构的振动反应，提高了建筑主体结构的安全性能。

Description

钢框架支撑体系

技术领域

本发明涉及消能减震建筑技术领域，尤其涉及一种钢框架支撑体系。

背景技术

为了防御大风或者地震，一般在工业建筑或民用建筑中都会设置钢框架支撑体系，来提高建筑的承载力和侧向刚度，控制建筑的变形和振动。

近年来，减震控制技术快速发展，通过在钢框架支撑体系的某些部位增设效能器或消能部件，为结构提供一定的附加刚度或附加阻尼，在风荷载或地震作用下主要通过消能部件来耗散输入结构的能量，以减轻结构的动力反应，从而更好地保护建筑主体的安全，提高整体结构的安全性和适用性。

然而，现有的钢框架支撑体系的消能减震效果较差，不能根据实际需求进行消能减震，使得钢框架支撑体系、建筑主体以及两者的连接部位处发生变形或塑性破坏的频率仍然较高。

综上，如何克服现有的钢框架支撑体系的上述缺陷是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢框架支撑体系，以缓解现有技术中的钢框架支撑体系存在的消能减震效果较差的技术问题。

本发明提供的钢框架支撑体系，包括粘弹性阻尼器、软钢阻尼器、两根竖直设置的钢柱和至少两根水平设置的钢梁。

其中，每根所述钢梁的两端均分别与两根所述钢柱固定连接，且两根所述钢柱和两根相邻的所述钢梁形成钢框架。

所述粘弹性阻尼器和所述软钢阻尼器位于所述钢框架内，所述粘弹性阻尼器和所述软钢阻尼器分别与所述钢框架固定连接，且所述粘弹性阻尼器的刚度小于所述软钢阻尼器的刚度。

优选的，作为一种可实施方式，所述软钢阻尼器的两端分别与所述钢框架的两个相对的角部固定连接。

优选的，作为一种可实施方式，所述粘弹性阻尼器的一端与所述钢框架的一个角部固定连接，另一端与两根连接杆固定连接，两根所述连接杆还分别与另外三个角部中的两个角部连接，且所述粘弹性阻尼器和两根所述连接杆均位于所述软钢阻尼器的同侧。

优选的，作为一种可实施方式，所述钢框架支撑体系还包括连接块，所述连接块位于所述粘弹性阻尼器和两根所述连接杆之间，且所述粘弹性阻尼器通过所述连接块与两根所述连接杆固定连接。

优选的，作为一种可实施方式，所述粘弹性阻尼器的一端与所述钢框架之间通过螺栓连接或焊接，另一端与所述连接块通过螺栓连接或焊接；两根所述连接杆与所述钢框架通过螺栓连接或焊接；所述软钢阻尼器的两端与所述钢框架之间通过螺栓连接或焊接。

优选的，作为一种可实施方式，所述粘弹性阻尼器的一端与所述钢框架之间通过螺栓连接或焊接，另一端与所述连接块通过螺栓连接或焊接；两根所述连接杆与所述钢框架通过螺栓连接或焊接；所述软钢阻尼器的两端与所述钢框架之间通过螺栓连接或焊接。

优选的，作为一种可实施方式，所述粘弹性阻尼器包括若干粘弹性阻尼单元和若干钢板，每相邻两块钢板之间均固定设置有一个所述粘弹性阻尼单元，且所述钢板与所述粘弹性阻尼单元依次层叠设置形成一体结构。

优选的，作为一种可实施方式，所述软钢阻尼器包括钢芯材、箱型钢套管和无粘结填充结构件，所述钢芯材位于所述箱型钢套管内，且所述无粘结填充结构件填充在所述箱型钢套管与所述钢芯材之间的空隙中。

优选的，作为一种可实施方式，所述钢芯材为低屈服点钢材。

优选的，作为一种可实施方式，所述钢芯材的横截面为工字形。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明提供的钢框架支撑体系，分析其结构可知：上述钢框架支撑体系主要由粘弹性阻尼器、软钢阻尼器、两根竖直设置的钢柱和至少两根水平设置的钢梁组成。

在正常状态下，粘弹性阻尼器和软钢阻尼器不屈服不耗能，本发明提供的钢框架支撑体系用来提高结构的承载力和侧向刚度，控制结构的变形和震动。

在风荷载作用及多遇地震作用下，钢柱和钢梁会发生侧向位移，由于钢框架支撑体系侧向刚度大，上下层楼板会产生较明显的变形差，结构的速度效应比位移效应明显，此时，粘弹性阻尼器的刚性较小进入屈服状态而耗能，而软钢阻尼器刚性较大基本不屈服不耗能，钢框架支撑体系主要靠粘弹性阻尼器消耗能量，以缓解建筑的振动反应；在设防地震作用下，钢框架支撑体系变形继续增大，粘弹性阻尼器耗能接近饱和，软钢阻尼器逐步进入屈服状态而耗能，此时，钢框架支撑体系能同时依靠软钢阻尼器和粘弹性阻尼器消耗能量，以进一步缓解建筑的振动反应；在罕遇地震作用下，钢框架支撑体系变形接近峰值，结构的位移效应比速度效应明显，粘弹性阻尼器退出工作不再消耗地震能量，软钢阻尼器接近全截面屈服，此时，钢框架支撑体系主要依靠软钢阻尼器消耗能量，以进一步缓解建筑的振动反应。

因此，本发明提供的钢框架支撑体系，能根据外界作用力的变化而选择不同的工作状态，充分利用了粘弹性阻尼器在外力较小时的耗能功效，以补充软钢阻尼器在外力较小时不能耗能的缺陷；还充分利用了软钢阻尼器在外力较大时的耗能功效，以补充粘弹性阻尼器在外力较大时失去耗能功效的缺陷；在外力处于中间值时还能逐渐变换主要耗能构件，保持更换的稳定性，从而实现三水准消能减震，分级屈服，有效降低建筑结构的振动反应，提高建筑主体结构的安全性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1为本发明实施例提供的钢框架支撑体系的正视结构示意图；

图2为本发明实施例提供的粘弹性阻尼器的横截面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的软钢阻尼器的横街面结构示意图。

图标：1－粘弹性阻尼器；2－软钢阻尼器；3－钢柱；4－钢梁；5－连接杆；6－连接块；

11－粘弹性阻尼单元；12－钢板；

21－钢芯材；22－箱型钢套管；23－无粘结填充结构件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例一

参见图1，本实施例一提供了了一种钢框架支撑体系，包括粘弹性阻尼器1、软钢阻尼器2、两根竖直设置的钢柱3和至少两根水平设置的钢梁4。

其中，每根所述钢梁4的两端均分别与两根所述钢柱3固定连接，且两根所述钢柱3和两根相邻的所述钢梁4形成钢框架。

所述粘弹性阻尼器1和所述软钢阻尼器2位于所述钢框架内，所述粘弹性阻尼器1和所述软钢阻尼器2分别与所述钢框架固定连接，且所述粘弹性阻尼器1的刚度小于所述软钢阻尼器2的刚度。

分析上述结构的工作原理可知：在正常状态下，粘弹性阻尼器1和软钢阻尼器2不屈服不耗能，本实施例一提供的钢框架支撑体系仅用来提高结构的承载力和侧向刚度，控制结构的变形和震动。

在风荷载作用及多遇地震作用下，钢柱3和钢梁4会发生侧向位移，由于钢框架支撑体系侧向刚度大，上下层楼板会产生较明显的变形差，结构的速度效应比位移效应明显，此时，粘弹性阻尼器1的刚性较小进入屈服状态而耗能，而软钢阻尼器2刚性较大基本不屈服不耗能，钢框架支撑体系主要靠粘弹性阻尼器1消耗能量，以缓解建筑的振动反应；在设防地震作用下，钢框架支撑体系变形继续增大，粘弹性阻尼器1耗能接近饱和，软钢阻尼器2逐步进入屈服状态而耗能，此时，钢框架支撑体系能同时依靠软钢阻尼器2和粘弹性阻尼器1消耗能量，以进一步缓解建筑的振动反应；在罕遇地震作用下，钢框架支撑体系变形接近峰值，结构的位移效应比速度效应明显，粘弹性阻尼器1退出工作不再消耗地震能量，软钢阻尼器2接近全截面屈服，此时，钢框架支撑体系主要依靠软钢阻尼器2消耗能量，以进一步缓解建筑的振动反应。

因此，本实施例一提供的钢框架支撑体系，能根据外界作用力的变化而选择不同的工作状态，充分利用了粘弹性阻尼器1在外力较小时的耗能功效，以补充软钢阻尼器2在外力较小时不能耗能的缺陷；还充分利用了软钢阻尼器2在外力较大时的耗能功效，以补充粘弹性阻尼器1在外力较大时失去耗能功效的缺陷；在外力处于中间值时还能逐渐变换主要耗能构件，保持更换的稳定性，从而实现三水准消能减震，分级屈服，有效降低建筑结构的振动反应，提高建筑主体结构的安全性能。

实施例二

参见图1，本实施例二提供了一种钢框架支撑体系，同时也采用了上述实施例一中的钢框架支撑体系的技术结构关系；例如：本实施例二提供了一种钢框架支撑体系，包括粘弹性阻尼器1、软钢阻尼器2、两根竖直设置的钢柱3和至少两根水平设置的钢梁4；其中，每根所述钢梁4的两端均分别与两根所述钢柱3固定连接，且两根所述钢柱3和两根相邻的所述钢梁4形成钢框架；所述粘弹性阻尼器1和所述软钢阻尼器2位于所述钢框架内，所述粘弹性阻尼器1和所述软钢阻尼器2分别与所述钢框架固定连接，且所述粘弹性阻尼器1的刚度小于所述软钢阻尼器2的刚度。

本实施例二提供的钢框架支撑体系，其与实施例一中的钢框架支撑体系的主要结构相同；但是本实施例二提供的钢框架支撑体系还涉及了具体的结构设计；例如：增加了一些技术特征，并对粘弹性阻尼器1和软钢阻尼器2的具体结构进行了进一步的限定。

有关本实施例二的技术方案的具体结构以及技术效果如下：

优选的，可将软钢阻尼器2的两端分别与钢框架的两个相对的角部固定连接，即将软钢阻尼器2是指在矩形钢框架的对角线上，从而，使得软钢阻尼器2的耗能效果能够被充分发挥出来。

进一步的，可将粘弹性阻尼器1的一端与钢框架的一个角部固定连接，另一端与两根连接杆5固定连接，并将两根连接杆5分别与另外三个角部中的两个角部连接，也就是说，粘弹性阻尼器1和两根连接杆5能够形成一个类似三脚架的结构，在此基础上，将粘弹性阻尼器1和两根连接杆5均设置在软钢阻尼器2的同侧，从而，防止粘弹性阻尼器1和两根连接杆5与软钢阻尼器2发生位置冲突，并在保证粘弹性阻尼器1的稳定性的前提下，使得粘弹性阻尼器1的耗能效果能够被充分发挥出来。

具体结构中，可在粘弹性阻尼器1和两根连接杆5之间设置连接块6，并将粘弹性阻尼器1通过连接块6与两根连接杆5固定连接，通过连接块6的过渡，使得弹性阻尼器和两根连接杆5之间的连接更加牢固。

优选的，将粘弹性阻尼器1的一端与钢框架之间通过螺栓连接或直接焊接，并将粘弹性阻尼器1的另一端与连接块6通过螺栓连接或直接焊接；同时，可将两根连接杆5与钢框架通过螺栓连接或直接焊接，并可将软钢阻尼器2的两端与钢框架通过螺栓连接或直接焊接。在具体使用时，可依据需要选择是通过螺栓连接还是通过焊接，比如在无法拆离的建筑中优选采用焊接，以使得结构的稳定性足够高；在可拆的建筑中，可采用螺栓连接，以便于在粘弹性阻尼器1或软钢阻尼器2发生损坏时对损坏的粘弹性阻尼器1或软钢阻尼器2进行更换。

特别的，可将粘弹性阻尼器1的两端通过辅助连接杆5分别与钢框架的角部和连接块6连接，以使得在粘弹性阻尼器1长度不够时，利用辅助连接杆5来补充所需的长度，提高粘弹性阻尼器1的适应能力。

参见图2，在粘弹性阻尼器1的具体结构中，可设置若干粘弹性阻尼单元11和若干钢板12，并每相连两块钢板12之间均固定设置一个粘弹性阻尼单元11，以使得钢板12能够与粘弹性阻尼单元11依次层叠形成一体结构，以确保粘弹性阻尼器1的保全性和有效性，而且易于更换；实际加工时，可采用硫化方法将钢板12和粘弹性阻尼单元11层叠在一起，易于实现。

参见图3，在软钢阻尼器2的具体结构中，可设置钢芯材21、箱型钢套管22和无粘结填充结构件23，将钢芯材21放置到箱型钢套管22内，并利用无粘结材料作为填充结构件填充到箱型钢套管22与钢芯材21之间的空隙中，以确保钢芯材21不会发生整体屈服失稳，而且在构造上容易实现，破坏后也易于更换。

进一步的，将钢芯材21采用低屈服点的钢材制造，以使得钢芯材21能够在风荷载和地震作用下尽快进入屈服状态而消耗地震能量，发挥其自身作用。

优选的，可将钢芯材21的横截面设置为工字形、T字形、十字形、一字形等形式，优选为工字形，以提高钢芯材21的结构强度。

需要说明的是，实际应用中，需根据工程需求进行计算，灵活地调整粘弹性阻尼器1和软钢阻尼器2的刚度和阻尼，从而有效降低建筑结构的振动反应，保护主体结构构件，实现结构体系的抗风和抗震性能目标。

综上所述，本发明实施例公开了一种钢框架支撑体系，其克服了传统的钢框架支撑体系的诸多技术缺陷。本发明实施例提供的钢框架支撑体系，能根据外界作用力的变化而选择不同的工作状态，充分利用了粘弹性阻尼器在外力较小时的耗能功效，以补充软钢阻尼器在外力较小时不能耗能的缺陷；还充分利用了软钢阻尼器在外力较大时的耗能功效，以补充粘弹性阻尼器在外力较大时失去耗能功效的缺陷；在外力处于中间值时还能逐渐变换主要耗能构件，保持更换的稳定性，从而实现三水准消能减震，分级屈服，有效降低建筑结构的振动反应，提高建筑主体结构的安全性能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (10)

1.一种钢框架支撑体系，其特征在于，包括粘弹性阻尼器、软钢阻尼器、两根竖直设置的钢柱和至少两根水平设置的钢梁；

其中，每根所述钢梁的两端均分别与两根所述钢柱固定连接，且两根所述钢柱和两根相邻的所述钢梁形成钢框架；

所述粘弹性阻尼器和所述软钢阻尼器位于所述钢框架内，所述粘弹性阻尼器和所述软钢阻尼器分别与所述钢框架固定连接，且所述粘弹性阻尼器的刚度小于所述软钢阻尼器的刚度。

2.根据权利要求1所述的钢框架支撑体系，其特征在于，所述软钢阻尼器的两端分别与所述钢框架的两个相对的角部固定连接。

3.根据权利要求2所述的钢框架支撑体系，其特征在于，所述粘弹性阻尼器的一端与所述钢框架的一个角部固定连接，另一端与两根连接杆固定连接，两根所述连接杆还分别与另外三个角部中的两个角部连接，且所述粘弹性阻尼器和两根所述连接杆均位于所述软钢阻尼器的同侧。

4.根据权利要求3所述的钢框架支撑体系，其特征在于，还包括连接块，所述连接块位于所述粘弹性阻尼器和两根所述连接杆之间，且所述粘弹性阻尼器通过所述连接块与两根所述连接杆固定连接。

5.根据权利要求4所述的钢框架支撑体系，其特征在于，所述粘弹性阻尼器的一端与所述钢框架之间通过螺栓连接或焊接，另一端与所述连接块通过螺栓连接或焊接；两根所述连接杆与所述钢框架通过螺栓连接或焊接；所述软钢阻尼器的两端与所述钢框架之间通过螺栓连接或焊接。

6.根据权利要求4所述的钢框架支撑体系，其特征在于，所述粘弹性阻尼器的两端均能通过辅助连接杆分别与所述钢框架的角部和所述连接块连接。

7.根据权利要求1－6任一项所述的钢框架支撑体系，其特征在于，所述粘弹性阻尼器包括若干粘弹性阻尼单元和若干钢板，每相邻两块钢板之间均固定设置有一个所述粘弹性阻尼单元，且所述钢板与所述粘弹性阻尼单元依次层叠设置形成一体结构。

8.根据权利要求1－6任一项所述的钢框架支撑体系，其特征在于，所述软钢阻尼器包括钢芯材、箱型钢套管和无粘结填充结构件，所述钢芯材位于所述箱型钢套管内，且所述无粘结填充结构件填充在所述箱型钢套管与所述钢芯材之间的空隙中。

9.根据权利要求8所述的钢框架支撑体系，其特征在于，所述钢芯材为低屈服点钢材。

10.根据权利要求8所述的钢框架支撑体系，其特征在于，所述钢芯材的横截面为工字形。