CN108661196A - 一种装配式自复位摇摆钢-木组合结构及方法 - Google Patents
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Abstract
一种装配式自复位摇摆钢‑木组合结构，本申请加固用装配式钢框架由型钢柱和型钢梁相连构成，加固用装配式钢框架内有木格栅，加固用装配式钢框架的顶部的中部有限位装置，加固用装配式钢框架的底部框架的底部有摇摆节点，摇摆节点锚固于对应新建或既有框架、框架‑剪力墙结构的现浇基础或框架梁的顶部，自复位钢拉索上端锚固于型钢梁，自复位钢拉索下端锚固于现浇基础或框架梁，加固用装配式钢框架的顶部和底部通过耗能装置与新建或既有框架、框架‑剪力墙结构的框架柱相连。本申请利用木材与钢材的特点，充分发挥其优势，该结构体系实现了完全装配式安装，也方便拆卸，同时具有自复位能力和摇摆耗能能力，该结构体系能够明显提升建筑的抗震性能。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程抗震结构体系领域领域，特别是涉及一种装配式自复位摇摆钢-木组合结构及方法，是一种装配式自复位摇摆钢-木组合结构体系加固的方法，可用于单层、多层既有或新建框架结构或框架-剪力墙结构建筑的抗震加固。
背景技术
我国是一个地震多发国家，人们对地震的认识不断提高；同时，随着经济水平不断提高，人们对建筑的抗震性能要求也越来越高。近年来，结构减震及隔震技术日趋成熟，应用的工程实例原来越多，应用范围越来越广。
最近，自复位结构和摇摆结构受到了广泛关注，学者加强了这方面的研究。随着研究的深入，基于自复位结构和摇摆结构的概念，人们提出了各种结构体系，诸如：自复位梁-格栅式摩擦墙结构体系（CN 203583708 U）、一种可恢复功能的叠合板式剪力墙（CN203640084 U）、钢筋混凝土摇摆墙、摇摆墙组件及其制作方法（CN 101851965 B）、带可更换连梁的自复位剪力墙（CN 203626080 U）等；随着建筑工业化进程的推进，预制装配式结构应用越来越广泛，人们提出了预制装配式的摇摆结构体系，诸如：一种全预制框架钢支撑结构（CN 203334474 U）、一种装配式摇摆自复位钢支撑结构体系（CN 206189976 U）、一种装配式自复位摇摆钢板墙结构体系（CN 206267356 U）。
上述结构体系，或利用传统的混凝土材料，或使用钢材，或考虑了摇摆结构的减震形式，或仅考虑结构的支撑作用，而作为可再生材料的木材与钢材的组合使用研究较少。本文针对木材与钢材装配化程度高的特点，充分发挥木材与钢材的材料性能优势，结合自复位结构和摇摆结构的概念，提出了一种全新的装配式自复位摇摆钢-木组合结构体系，为结构加固提供了一种新的思路。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明提供一种装配式自复位摇摆钢-木组合结构及方法，利用木材与钢材的特点，充分发挥其优势，该结构体系实现了完全装配式安装，也方便拆卸，同时具有自复位能力和摇摆耗能能力，该结构体系能够明显提升建筑的抗震性能，可应用于新建、改扩建和加固改造项目，为达此目的，本发明提供一种装配式自复位摇摆钢-木组合结构，包括框架柱、木格栅、型钢柱、型钢梁、自复位钢拉索、耗能装置、摇摆节点和限位装置，所述装配式自复位摇摆钢-木组合结构配套加固新建或既有框架、框架-剪力墙结构，加固用装配式钢框架由型钢柱和型钢梁相连构成，所述加固用装配式钢框架内有木格栅，加固用装配式钢框架的顶部的中部有限位装置，加固用装配式钢框架的底部框架的底部有摇摆节点，所述摇摆节点锚固于对应新建或既有框架、框架-剪力墙结构的现浇基础或框架梁的顶部，所述自复位钢拉索对称设置，所述自复位钢拉索上端锚固于型钢梁，所述自复位钢拉索下端锚固于现浇基础或框架梁，所述加固用装配式钢框架的顶部和底部通过耗能装置与新建或既有框架、框架-剪力墙结构的框架柱相连。
本发明结构的进一步改进，所述型钢柱和型钢梁为工字型截面，型钢柱、型钢梁可为工字型截面等钢构件截面型式以便于装配。
本发明结构的进一步改进，所述木格栅为纯木材结构或钢木组合结构，以上结构可以现场组装，具有一定的变形能力。地震来临时，木格栅可以破坏，破坏后钢框架刚度减小，继续发挥作用。
本发明结构的进一步改进，所述加固用装配式钢框架中型钢柱和型钢梁的连接处以及木格栅的端部和钢框架的连接板相接触的钢木连接节点通过螺栓进行连接，本发明钢木连接主要通过螺栓进行连接。
本发明结构的进一步改进，所述自复位钢拉索为一端张拉或两端张拉结构，本发明可以采用以上两种结构的自复位钢拉索。
本发明结构的进一步改进，所述摇摆节点包括连接钢梁、锚拴和连接型钢柱，所述连接钢梁顶部通过一对连接型钢柱固定在对应加固用装配式钢框架底部，所述连接钢梁下部通过锚拴与底部支座相连，本发明摇摆点主要采用以上结构的。
本发明结构的进一步改进，所述底部支座两侧设置有加劲肋，设置加劲肋可以提高整体强度。
本发明提供一种装配式自复位摇摆钢-木组合结构的施工方式，具体步骤如下；
（1）根据现有的框架结构或框架-剪力墙结构，获取其框架梁、框架柱及配件信息，设计合理的型钢柱、型钢梁、木格栅、自复位钢拉索和耗能装置；
（2）依据设计，在工程预制加工型钢柱、型钢梁、自复位钢拉索和耗能装置；
（3）在施工现场将地坪开挖后，浇筑现浇基础；
（4）安装摇摆节点与框架梁相连；
（5）吊装型钢柱和型钢梁，通过锚拴、加劲肋及配件与摇摆节点连接；
（6）在型钢柱和型钢梁内安装木格栅，木格栅与型钢柱和型钢梁采用锚栓铰接；
（7）随后将自复位拉索穿过预留孔洞，一端与型钢梁相连或一端框架梁相连；
（8）调整好型钢柱、型钢梁位置，并安装限位装置，限制体系在平面外的移动，同时安装耗能装置，此时整个体系安装完毕。
本发明施工方法的进一步改进，步骤四中安装摇摆节点与框架梁相连过程中对于新建结构采用预埋件连接，对于既有建筑采用后锚固连接，需要根据不同结构采用不同的方式。
本发明施工方法的进一步改进，步骤七中自复位拉索采用两端锚固中间张拉或一端锚固一端张拉，本发明施工方法可采用两端锚固中间张拉或一端锚固一端张拉。
本发明一种装配式自复位摇摆钢-木组合结构及方法，，本结构体系采用钢材、木材，充分发挥了两种材料的特点。构件在工厂预制而成，现场采用螺栓拼接，减少了现场作业时间。钢-木组合的结构体系具有一定刚度，地震作用下与框架产生相对位移，使耗能装置耗散地震能量，减小地震对主体框架的损坏。由于材料特性，地震作用较大时，木格栅首先破坏，破坏后降低体系刚度，整个型钢框架和摇摆结构体系没有破坏并继续发挥作用；同时，地震后自复位拉索使钢-木组合结构体系恢复原状态，避免了构件更换或拆除。该结构体系的优点主要是抗震、模块化、安装方便、工期短、使用范围广等。
附图说明
图1是本发明的立面结构示意图。
图2是本发明的剖面结构示意图。
图3是本发明的木格栅构造示意图。
图4是本发明的摇摆节点。
图5是本发明的钢木组合结构体系与混凝土梁连接大样示意图。
图6是本发明的木格栅与型钢梁或型钢柱连接节点。
以上图中有：框架梁1；框架柱2；木格栅3；型钢柱4；型钢梁5；自复位钢拉索6；现浇基础7；摇摆节点8；耗能装置9；钢木连接节点31；螺栓32；连接板33；连接钢梁81；锚拴82；加劲肋83；连接型钢柱84；限位装置10。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提供一种装配式自复位摇摆钢-木组合结构及方法，利用木材与钢材的特点，充分发挥其优势，该结构体系实现了完全装配式安装，也方便拆卸，同时具有自复位能力和摇摆耗能能力，该结构体系能够明显提升建筑的抗震性能，可应用于新建、改扩建和加固改造项目。
作为本发明结构一种实施例，本发明提供一种装配式自复位摇摆钢-木组合结构，包括框架柱2、木格栅3、型钢柱4、型钢梁5、自复位钢拉索6、耗能装置9、摇摆节点8和限位装置10，所述装配式自复位摇摆钢-木组合结构配套加固新建或既有框架、框架-剪力墙结构，加固用装配式钢框架由型钢柱4和型钢梁5相连构成，所述加固用装配式钢框架内有木格栅3，加固用装配式钢框架的顶部的中部有限位装置10，加固用装配式钢框架的底部框架的底部有摇摆节点8，所述摇摆节点8锚固于对应新建或既有框架、框架-剪力墙结构的现浇基础7或框架梁1的顶部，所述自复位钢拉索6对称设置，所述自复位钢拉索6上端锚固于型钢梁5，所述自复位钢拉索6下端锚固于现浇基础7或框架梁1，所述加固用装配式钢框架的顶部和底部通过耗能装置9与新建或既有框架、框架-剪力墙结构的框架柱2相连。
作为本发明结构一种具体实施例，本发明提供如图1-6所示的一种装配式自复位摇摆钢-木组合结构，包括框架柱2、木格栅3、型钢柱4、型钢梁5、自复位钢拉索6、耗能装置9、摇摆节点8和限位装置10，所述装配式自复位摇摆钢-木组合结构配套加固新建或既有框架、框架-剪力墙结构，加固用装配式钢框架由型钢柱4和型钢梁5相连构成，所述型钢柱4和型钢梁5为工字型截面，型钢柱、型钢梁可为工字型截面等钢构件截面型式以便于装配，所述加固用装配式钢框架内有木格栅3，所述木格栅3为纯木材结构或钢木组合结构，以上结构可以现场组装，具有一定的变形能力。地震来临时，木格栅可以破坏，破坏后钢框架刚度减小，继续发挥作用，所述加固用装配式钢框架中型钢柱4和型钢梁5的连接处以及木格栅3的端部和钢框架的连接板33相接触的钢木连接节点31通过螺栓32进行连接，本发明钢木连接主要通过螺栓进行连接，加固用装配式钢框架的顶部的中部有限位装置10，加固用装配式钢框架的底部框架的底部有摇摆节点8，所述摇摆节点8锚固于对应新建或既有框架、框架-剪力墙结构的现浇基础7或框架梁1的顶部，所述摇摆节点8包括连接钢梁81、锚拴82、加劲肋83和连接型钢柱84，所述连接钢梁81顶部通过一对连接型钢柱84固定在对应加固用装配式钢框架底部，所述连接钢梁81下部通过锚拴82与底部支座相连，本发明摇摆点主要采用以上结构的，所述底部支座两侧设置有加劲肋83，设置加劲肋可以提高整体强度，所述自复位钢拉索6对称设置，所述自复位钢拉索6上端锚固于型钢梁5，所述自复位钢拉索6下端锚固于现浇基础7或框架梁1，所述自复位钢拉索6为一端张拉或两端张拉结构，本发明可以采用以上两种结构的自复位钢拉索，所述加固用装配式钢框架的顶部和底部通过耗能装置9与新建或既有框架、框架-剪力墙结构的框架柱2相连。
作为本发明结构一种具体实施例，本发明提供如图1-6所示的一种装配式自复位摇摆钢-木组合结构，包括框架柱2、木格栅3、型钢柱4、型钢梁5、自复位钢拉索6、耗能装置9、摇摆节点8和限位装置10，所述装配式自复位摇摆钢-木组合结构配套加固新建或既有框架、框架-剪力墙结构，加固用装配式钢框架由型钢柱4和型钢梁5相连构成，所述型钢柱4和型钢梁5为工字型截面，型钢柱、型钢梁可为工字型截面等钢构件截面型式以便于装配，所述加固用装配式钢框架内有木格栅3，所述木格栅3为纯木材结构或钢木组合结构，以上结构可以现场组装，具有一定的变形能力。地震来临时，木格栅可以破坏，破坏后钢框架刚度减小，继续发挥作用，所述加固用装配式钢框架中型钢柱4和型钢梁5的连接处以及木格栅3的端部和钢框架的连接板33相接触的钢木连接节点31通过螺栓32进行连接，本发明钢木连接主要通过螺栓进行连接，加固用装配式钢框架的顶部的中部有限位装置10，加固用装配式钢框架的底部框架的底部有摇摆节点8，所述摇摆节点8锚固于对应新建或既有框架、框架-剪力墙结构的现浇基础7或框架梁1的顶部，所述摇摆节点8包括连接钢梁81、锚拴82、加劲肋83和连接型钢柱84，所述连接钢梁81顶部通过一对连接型钢柱84固定在对应加固用装配式钢框架底部，所述连接钢梁81下部通过锚拴82与底部支座相连，本发明摇摆点主要采用以上结构的，所述底部支座两侧设置有加劲肋83，设置加劲肋可以提高整体强度，所述自复位钢拉索6对称设置，所述自复位钢拉索6上端锚固于型钢梁5，所述自复位钢拉索6下端锚固于现浇基础7或框架梁1，所述自复位钢拉索6为一端张拉或两端张拉结构，本发明可以采用以上两种结构的自复位钢拉索，所述加固用装配式钢框架的顶部和底部通过耗能装置9与新建或既有框架、框架-剪力墙结构的框架柱2相连。
作为本发明结构一种具体实施例，装配式自复位摇摆钢-木组合结构的施工方式，具体步骤如下；
（1）根据现有的框架结构或框架-剪力墙结构，获取其框架梁1、框架柱2及配件信息，设计合理的型钢柱4、型钢梁5、木格栅3、自复位钢拉索6和耗能装置9；
（2）依据设计，在工程预制加工型钢柱4、型钢梁5、自复位钢拉索6和耗能装置9；
（3）在施工现场将地坪开挖后，浇筑现浇基础7；
（4）安装摇摆节点8与框架梁1相连，,安装摇摆节点8与框架梁1相连过程中对于新建结构采用预埋件连接，对于既有建筑采用后锚固连接，需要根据不同结构采用不同的方式；
（5）吊装型钢柱4和型钢梁5，通过锚拴82、加劲肋83及配件与摇摆节点8连接；
（6）在型钢柱4和型钢梁5内安装木格栅3，木格栅3与型钢柱4和型钢梁5采用锚栓铰接；
（7）随后将自复位拉索6穿过预留孔洞，一端与型钢梁5相连或一端框架梁1相连，自复位拉索采用两端锚固中间张拉或一端锚固一端张拉，本发明施工方法可采用两端锚固中间张拉或一端锚固一端张拉；
（8）调整好型钢柱4、型钢梁5位置，并安装限位装置10，限制体系在平面外的移动，同时安装耗能装置9，此时整个体系安装完毕。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种装配式自复位摇摆钢-木组合结构，包括框架柱（2）、木格栅（3）、型钢柱（4）、型钢梁（5）、自复位钢拉索（6）、耗能装置（9）、摇摆节点（8）和限位装置（10），所述装配式自复位摇摆钢-木组合结构配套加固新建或既有框架、框架-剪力墙结构，其特征在于：加固用装配式钢框架由型钢柱（4）和型钢梁（5）相连构成，所述加固用装配式钢框架内有木格栅（3），加固用装配式钢框架的顶部的中部有限位装置（10），加固用装配式钢框架的底部框架的底部有摇摆节点（8），所述摇摆节点（8）锚固于对应新建或既有框架、框架-剪力墙结构的现浇基础（7）或框架梁（1）的顶部，所述自复位钢拉索（6）对称设置，所述自复位钢拉索（6）上端锚固于型钢梁（5），所述自复位钢拉索（6）下端锚固于现浇基础（7）或框架梁（1），所述加固用装配式钢框架的顶部和底部通过耗能装置（9）与新建或既有框架、框架-剪力墙结构的框架柱（2）相连。
2.根据权利要求1所述的一种装配式自复位摇摆钢-木组合结构，其特征在于：所述型钢柱（4）和型钢梁（5）为工字型截面。
3.根据权利要求1所述的一种装配式自复位摇摆钢-木组合结构，其特征在于：所述木格栅（3）为纯木材结构或钢木组合结构。
4.根据权利要求1所述的一种装配式自复位摇摆钢-木组合结构，其特征在于：所述加固用装配式钢框架中型钢柱（4）和型钢梁（5）的连接处以及木格栅（3）的端部和钢框架的连接板（33）相接触的钢木连接节点（31）通过螺栓（32）进行连接。
5.根据权利要求1所述的一种装配式自复位摇摆钢-木组合结构，其特征在于：所述自复位钢拉索（6）为一端张拉或两端张拉结构。
6.根据权利要求1所述的一种装配式自复位摇摆钢-木组合结构，其特征在于：所述摇摆节点（8）包括连接钢梁（81）、锚拴（82）和连接型钢柱（84），所述连接钢梁（81）顶部通过一对连接型钢柱（84）固定在对应加固用装配式钢框架底部，所述连接钢梁（81）下部通过锚拴（82）与底部支座相连。
7.根据权利要求6所述的一种装配式自复位摇摆钢-木组合结构，其特征在于：所述底部支座两侧设置有加劲肋（83）。
8.使用权利要求1-7任意一项装配式自复位摇摆钢-木组合结构的施工方式，具体步骤如下，其特征在于；
（1）根据现有的框架结构或框架-剪力墙结构，获取其框架梁（1）、框架柱（2）及配件信息，设计合理的型钢柱（4）、型钢梁（5）、木格栅（3）、自复位钢拉索（6）和耗能装置（9）；
（2）依据设计，在工程预制加工型钢柱（4）、型钢梁（5）、自复位钢拉索（6）和耗能装置（9）；
（3）在施工现场将地坪开挖后，浇筑现浇基础（7）；
（4）安装摇摆节点（8）与框架梁（1）相连；
（5）吊装型钢柱（4）和型钢梁（5），通过锚拴（82）、加劲肋（83）及配件与摇摆节点（8）连接；
（6）在型钢柱（4）和型钢梁（5）内安装木格栅（3），木格栅（3）与型钢柱（4）和型钢梁（5）采用锚栓铰接；
（7）随后将自复位拉索（6）穿过预留孔洞，一端与型钢梁（5）相连或一端框架梁（1）相连；
（8）调整好型钢柱（4）、型钢梁（5）位置，并安装限位装置（10），限制体系在平面外的移动，同时安装耗能装置（9），此时整个体系安装完毕。
9.根据权利要求8所述的一种装配式自复位摇摆钢-木组合结构的施工方式，其特征在于：步骤四中安装摇摆节点（8）与框架梁（1）相连过程中对于新建结构采用预埋件连接，对于既有建筑采用后锚固连接。
10.根据权利要求8所述的一种装配式自复位摇摆钢-木组合结构的施工方式，其特征在于：步骤七中自复位拉索（6）采用两端锚固中间张拉或一端锚固一端张拉。
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