CN108999338A - 一种内置芯柱可恢复功能的多肢l形异形柱及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱，包括呈L形分布的双向芯柱和两个单向芯柱，双向芯柱和两个单向边柱的外壁上均贴合设置有中心边柱和多个边柱，任两个相邻的边柱间连接有钢梁、斜腹杆和可更换构件；本发明还公开了该多肢L形异形柱的装配方法，包括安装双向芯柱、中心边柱和边柱、安装连接件、安装单向芯柱和边柱、安装连接件、安装可更换构件的步骤。本发明的多肢L形异形柱适用于建筑物转角处，能够在强烈地震作用后，快速更换耗能失效的可更换构件，即可快速恢复结构功能；本发明多肢L形异形柱的装配方法，装配简单，便于工业化批量使用。

Description

一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱及其装配方法

技术领域

本发明属于结构工程技术领域，涉及一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱，本发明还涉及该多肢L形异形柱的装配方法。

背景技术

柱子作为主要的承重构件，其承担着梁传来的力，并将力传至基础。但地震作用对于建筑结构的损害具有复杂性，强烈地震作用后柱产生的损伤难以修复，进而导致结构安全难以保证或结构功能难以恢复。因此，有必要提出新的框架柱设计理念，既方便施工又有安全保障，保证结构在多遇地震作用下不发生破坏，或在强烈地震作用后仅更换损伤构件即可快速恢复结构功能。

此外，在承受较大荷载建筑结构的转角处，传统矩形柱由于截面惯性矩较小，导致构件抵抗地震作用的扭转能力降低，而加大矩形柱的截面面积使得建筑内部出现凸角，影响建筑内部的使用面积和器械布置，而异形柱的提出为解决上述问题的有效途径。因此，在确保柱具有足够的承载力和良好的延性的同时，提升异形柱震后快速恢复功能是结构抗震技术的发展方向之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱，适用于建筑物转角处，能够在强烈地震作用后快速恢复结构功能，本发明还提供了一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱的装配方法，装配简单，便于工业批量使用。

本发明所采用的第一种技术方案是，一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱，包括呈长方体状的中心边柱，中心边柱的一个角处平行配设有双向芯柱，中心边柱的另外两个角均平行配设有单向芯柱，双向芯柱位于两个单向芯柱之间，且双向芯柱与两个单向芯柱均抵靠于中心边柱；

每个单向芯柱和双向芯柱的外壁上均平行贴合设置有边柱，且每个单向芯柱与双向芯柱均有一共用边柱；

任两个相邻边柱间均固接有钢梁和可更换构件；

与中心边柱相邻的边柱中，每个单向芯柱与双向芯柱共用的边柱与中心边柱间均固接有钢梁，其他与中心边柱相邻的边柱与中心边柱间固接有钢梁和可更换构件。

本发明采用的第一种技术方案的特点还在于：

每个单向芯柱一个顶端处均呈锥形向外扩张，每个单向芯柱另一个顶端处均呈锥形向内减小；每个单向芯柱两端倾斜的角度均不大于摩擦角；

双向芯柱的一个顶端处均呈锥形向外扩张，双向芯柱的另一个顶端处均呈锥形向内减小，双向芯柱两端倾斜的角度均不大于摩擦角。

双向芯柱与边柱间填充有素混凝土；每个单向芯柱与边柱间也填充有素混凝土。

双向芯柱与中心边柱间填充有素混凝土；每个单向芯柱与中心边柱间也填充有素混凝土。

双向芯柱一端的端面上开有呈L形的第一凹槽，第一凹槽的两端均延伸至双向芯柱的边缘处；每个单向芯柱一端的端面上均开有第二凹槽，每个第二凹槽的两端均延伸至单向芯柱的边缘处；一个第二凹槽与第一凹槽的一边相贯通且宽度相等，另一个第二凹槽与第一凹槽的另一边相贯通且宽度相等。

任两个相邻的边柱之间的距离不小于第二凹槽的最大宽度，每个单向芯柱和双向芯柱在未变径处的直径均不小于第二凹槽的最大宽度。

靠近每个第二凹槽端口处的两个相邻的边柱上端相对的侧面均向内倾斜。

每个单向芯柱与双向芯柱共用的边柱和中心边柱上端相对的侧面均向内倾斜。

固接有可更换构件的两个边柱间还固接有斜腹杆，斜腹杆位于两个相邻的钢梁间，且相邻斜腹杆首尾相近设置。

可更换构件为阻尼器或钢梁。

本发明采用的另一种技术方案是：

一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱的装配方法，其特征在于，具体按照下述步骤进行：

步骤1，将双向芯柱安装在预定位置处；

步骤2，在双向芯柱的外壁上均匀贴合设置有中心边柱和多个边柱；

步骤3，步骤2完成后，在每个双向芯柱与单向芯柱共用的边柱与中心边柱间固接钢梁；

步骤4，步骤3完成后，任两个相邻的边柱间固接钢梁和斜腹杆；

步骤5，步骤4完成后，向双向芯柱与第一边柱的间隙间填充素混凝土，向双向芯柱与每个边柱的间隙间填充素混凝土；

步骤6，步骤5完成后，将两个单向芯柱安装在预定位置；

步骤7，步骤6完成后，在两个单向边柱的外壁处均贴合设置多个边柱；

步骤8，步骤7完成后，在相邻的边柱间固接钢梁和斜腹杆，在中心边柱与与其相邻的边柱间固接钢梁和斜腹杆；

步骤9，步骤8完成后，在单向芯柱与相邻的边柱间填充混凝土，在单向芯柱与中心边柱间填充素混凝土；

步骤10，步骤9完成后，在固接有斜腹杆的两个边柱间固接可更换构件，在固接有斜腹杆的中心边柱与相邻边柱间固接可更换构件。

本发明另一个技术方案的特点还在于：

第一凹槽和第二凹槽在设置完梁后，在上端倾斜设置的边柱和梁的间隙间、中心边柱与梁的间隙间均填充棱台状橡胶垫块。

本发明的有益效果是：

(1)本发明一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱，适用于建筑物转角处，能够在强烈地震作用后，快速更换耗能失效的可更换构件，即可快速恢复结构功能；

(2)本发明一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱，能够合理利用自锁现象来使得边柱和芯柱协调变形，边柱和芯柱不需另设钢连接件，节约钢材；

(3)本发明一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱的装配方法，装配简单，便于工业化批量使用。

附图说明

图1是本发明一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱的结构示意图；

图2是本发明一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱中双向芯柱的结构示意图；

图3是本发明一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱中单向芯柱的结构示意图；

图4是本发明一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱的中心边柱和边柱的连接示意图；

图5是本发明一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱中棱台状橡胶垫块的结构示意图。

图中，1.中心边柱，2.双向芯柱，3.单向芯柱，4.边柱，5.钢梁，6.可更换构件，7.第一凹槽，8.第二凹槽，9.斜腹杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱，如图1所示，包括呈长方体状的中心边柱1，中心边柱1的一个角处平行配设有双向芯柱2，且双向芯柱2抵靠于中心边柱1上；如图2所示，双向芯柱2的一个顶端处均呈锥形向外扩张，双向芯柱2的另一个顶端处均呈锥形向内减小，双向芯柱2两端倾斜的角度均不大于摩擦角；双向芯柱2的上端面上开有呈L形的第一凹槽，第一凹槽的两端均延伸至双向芯柱的边缘处；

如图1和图3所示，中心边柱1的另外两个角均平行配设有单向芯柱3，且单向边柱3抵靠于中心边柱1上，双向芯柱2位于两个单向芯柱3之间；每个单向芯柱3一个顶端处均呈锥形向外扩张，每个单向芯柱3另一个顶端处均呈锥形向内减小，每个单向芯柱3两端倾斜的角度均不大于摩擦角；每个单向芯柱3的上端面均上开有第二凹槽8，每个第二凹槽8的两端均延伸至单向芯柱3的边缘处；一个第二凹槽8与第一凹槽7的一边相贯通且宽度相等，另一个第二凹槽8与第一凹槽7的另一边相贯通且宽度相等；每个单向芯柱3和双向芯柱2在未变径处的直径均不小于第二凹槽8的最大宽度。

如图1和图4所示，每个单向芯柱3和双向芯柱2的外壁上均平行贴合设置有边柱4，且每个单向芯柱3与双向芯柱2均有一共用边柱4；任两个相邻边柱4间均平行固接有钢梁5和可更换构件6，钢梁5的一端通过端板与一个边柱4上的预埋连接件连接，钢梁5的另一端也通过端板与另一个边柱4上的预埋连接件连接；可更换构件6的两端均通过预埋连接件与边柱固接；其中可更换构件6为阻尼器或钢梁；任两个相邻的边柱4间还固接有斜腹杆9，每个斜腹杆9均固接于两个相邻的钢梁5间，每个斜腹杆9的一端均与一个钢梁5通过同一端板与一个边柱4连接，每个斜腹杆9的另一端均与另一个钢梁5通过同一端板与另一个边柱4连接；任两个相邻的边柱4之间的距离不小于第二凹槽8的最大宽度，靠近每个第二凹槽8端口处的两个相邻的边柱4上端相对的侧面均向内倾斜，每个单向芯柱3与双向芯柱2共用的边柱4和中心边柱1上端相对的侧面均向内倾斜。

与中心边柱1相邻的边柱4中，每个单向芯柱3与双向芯柱2共用的边柱4与中心边柱1间均固接有钢梁5，其他与中心边柱1相邻的边柱4均与中心边柱1间固接有钢梁5、可更换构件6和斜腹杆9。

双向芯柱2与边柱4间填充有素混凝土；每个单向芯柱3与边柱4间也填充有素混凝土。

双向芯柱2与中心边柱1间填充有素混凝土；每个单向芯柱3与中心边柱1间也填充有素混凝土。

本发明一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱中，设置有双向芯柱2和两个单向边柱3呈L形排列，能够使得本发明的多肢L形异形柱适用于建筑物的拐角处；双向芯柱2的两端均在摩擦角内进行变径，而贴合着双向芯柱2的中心边柱1和每个边柱4的两端均在也相应的在摩擦角内进行尺寸进行改变，边柱4和中心边柱1能够对双向芯柱2产生很强的约束，使得双向芯柱2和边柱4、中心边柱1的两端能够合理的利用自锁现象，不需设置钢连接件就可实现双向芯柱2与边柱4、中心边柱1的协调变形；

单向芯柱3的两端均在摩擦角内进行变径，而贴合着单向芯柱3的中心边柱1和每个边柱4的两端均在也相应的在摩擦角内进行尺寸进行改变，使得边柱4和中心边柱1能够对单向芯柱3产生很强的约束，使得单向芯柱3和边柱4、中心边柱1的两端能够合理的利用自锁现象，不需设置钢连接件就可实现单向芯柱3与边柱4、中心边柱1的协调变形；

双向芯柱2与边柱4间填充有素混凝土；每个单向芯柱3与边柱4间也填充有素混凝土，能够保证每个单向芯柱3和双向芯柱2均与边柱4的紧密贴合，保证每个单向芯柱3和双向芯柱2与边柱4接触面全截面受力；

双向芯柱2与中心边柱1间填充有素混凝土；每个单向芯柱3与中心边柱1间也填充有素混凝土，能够保证每个单向芯柱3和双向芯柱2均与中心边柱1的紧密贴合，保证每个单向芯柱3和双向芯柱2与中心边柱1接触面全截面受力；

第一凹槽7和第二凹槽8在设置完梁后，在边柱4与梁或中心边柱1与梁的间隙间填充棱台状橡胶垫块，能够增加每个单向芯柱3和双向芯柱2与边柱4和中心边柱1的整体性，也可以增加本发明的肢L形异形柱的抗扭转刚度，也具有一定的地震耗能能力；

梁搭设在第一凹槽7和第二凹槽8内，先将力传至两个单向芯柱3和双向芯柱2上，用素混凝土填充两个单向芯柱3和双向芯柱2与边柱4之间的缝隙、两个单向芯柱3和双向芯柱2与中心边柱1之间的缝隙，在地震时依靠自锁现象，两个单向芯柱3和双向芯柱2将与边柱4和中心边柱1协调变形。每两个相邻边柱4依靠钢梁5、斜腹杆9和可更换构件6进行可靠连接，在地震时边柱4和中心边柱1将在水平面内向外发生弹性变形，钢梁5和可更换构件6耗散地震能量。在强烈地震作用下，边柱4依靠钢梁5和斜腹杆9的可靠连接，中心边柱1与边柱4依靠钢梁5的可靠连接，本发明一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱不会发生结构破坏，可更换构件6耗散大量地震能量直至发生过大变形或破坏，其余部分保持弹性。在强烈地震作用后，只需更换发生过大变形或破坏的可更换构件6，同时重新填充素混凝土，即可实现本发明一种内置芯柱可恢复功能的多肢方形柱在震后快速恢复结构功能的目的。

一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱的装配方法，具体按照下述步骤进行：

步骤1，将双向芯柱2安装在预定位置处；

步骤2，在双向芯柱2的外壁上均匀抵靠中心边柱1和三个边柱4；

步骤3，步骤2完成后，在每个双向芯柱2与单向芯柱3共用的边柱4与中心边柱1间固接钢梁5；

步骤4，步骤3完成后，任两个相邻的边柱4间固接钢梁5和斜腹杆9；

步骤5，步骤4完成后，向双向芯柱2与第一边柱1的间隙间填充素混凝土，向双向芯柱2与每个边柱4的间隙间填充素混凝土；

步骤6，步骤5完成后，将两个单向芯柱3安装在预定位置；

步骤7，步骤6完成后，在两个单向边柱3的外壁处均贴合设置多个边柱4；

步骤8，步骤7完成后，在相邻的边柱4间固接钢梁5和斜腹杆9，在中心边柱1与与其相邻的边柱4间固接钢梁5和斜腹杆9；

步骤9，步骤8完成后，在单向芯柱3与相邻的边柱4间填充混凝土，在单向芯柱3与中心边柱1间填充素混凝土；

步骤10，步骤9完成后，在固接有斜腹杆9的两个边柱4间固接可更换构件6，在固接有斜腹杆9的中心边柱1与相邻边柱4间固接可更换构件6。

第一凹槽7和第二凹槽8在设置完梁后，在上端倾斜设置的边柱4和梁的间隙间、中心边柱1与梁的间隙间填充如图5所示的棱台状橡胶垫块。

Claims (10)

1.一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱，其特征在于，包括呈长方体状的中心边柱(1)，所述中心边柱(1)的一个角处平行配设有双向芯柱(2)，所述中心边柱(1)的另外两个角均平行配设有单向芯柱(3)，且所述双向芯柱(2)位于两个单向芯柱(3)之间，且所述双向芯柱(2)与两个单向芯柱(3)均抵靠于中心边柱(1)；

每个所述单向芯柱(3)和双向芯柱(2)的外壁上均平行贴合设置有边柱(4)，且每个单向芯柱(3)与双向芯柱(2)均有一共用边柱(4)；

任两个相邻边柱(4)间均固接有钢梁(5)和可更换构件(6)；

与中心边柱(1)相邻的边柱(4)中，每个单向芯柱(3)与双向芯柱(2)共用的边柱(4)与中心边柱(1)间均固接有钢梁(5)，其他与中心边柱(1)相邻的边柱(4)与中心边柱(1)间固接有钢梁(5)和可更换构件(6)。

2.根据权利要求1所述的一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱，其特征在于，每个所述单向芯柱(3)一个顶端处均呈锥形向外扩张，每个所述单向芯柱(3)另一个顶端处均呈锥形向内减小；每个单向芯柱(3)两端倾斜的角度均不大于摩擦角；

双向芯柱(2)的一个顶端处均呈锥形向外扩张，双向芯柱(2)的另一个顶端处均呈锥形向内减小，双向芯柱(2)两端倾斜的角度均不大于摩擦角。

3.根据权利要求1所述的一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱，其特征在于，所述双向芯柱(2)与边柱(4)间填充有素混凝土；每个所述单向芯柱(3)与边柱(4)间也填充有素混凝土。

4.根据权利要求1所述的一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱，其特征在于，所述双向芯柱(2)一端的端面上开有呈L形的第一凹槽(7)，所述第一凹槽(7)的两端均延伸至双向芯柱(2)的边缘处；每个所述单向芯柱(3)一端的端面上均开有第二凹槽(8)，每个所述第二凹槽(8)的两端均延伸至单向芯柱(3)的边缘处；一个所述第二凹槽(8)与第一凹槽(7)的一边相贯通且宽度相等，另一个所述第二凹槽(8)与第一凹槽(7)的另一边相贯通且宽度相等。

5.根据权利要求4所述的一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱，其特征在于，任两个相邻的边柱(4)之间的距离不小于第二凹槽(8)的最大宽度，每个所述单向芯柱(3)和双向芯柱(2)在未变径处的直径均不小于第二凹槽(8)的最大宽度。

6.根据权利要求1所述的一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱，其特征在于，靠近每个所述第二凹槽(8)端口处的两个相邻的边柱(4)上端相对的侧面均向内倾斜。

7.根据权利要求1所述的一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱，其特征在于，固接有可更换构件(6)的两个边柱(4)间还固接有斜腹杆(9)，所述斜腹杆(9)位于两个相邻的钢梁(5)间。

8.根据权利要求1所述的一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱，其特征在于，所述可更换构件(6)为阻尼器或钢梁。

9.一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱的装配方法，其特征在于，具体按照下述步骤进行：

步骤1，将双向芯柱(2)安装在预定位置处；

步骤2，在双向芯柱(2)的外壁上均匀抵靠中心边柱(1)和多个边柱(4)；

步骤3，步骤2完成后，在每个双向芯柱(2)与单向芯柱(3)共用的边柱(4)与中心边柱(1)间固接钢梁(5)；

步骤4，步骤3完成后，任两个相邻的边柱(4)间固接钢梁(5)和斜腹杆(9)；

步骤5，步骤4完成后，向双向芯柱(2)与第一边柱(1)的间隙间填充素混凝土，向双向芯柱(2)与每个边柱(4)的间隙间填充素混凝土；

步骤6，步骤5完成后，将两个单向芯柱(3)安装在预定位置；

步骤7，步骤6完成后，在两个单向边柱(3)的外壁处均贴合设置多个边柱(4)；

步骤8，步骤7完成后，在相邻的边柱(4)间固接钢梁(5)和斜腹杆(9)，在中心边柱(1)与与其相邻的边柱(4)间固接钢梁(5)和斜腹杆(9)；

步骤9，步骤8完成后，在单向芯柱(3)与相邻的边柱(4)间填充混凝土，在单向芯柱(3)与中心边柱(1)间填充素混凝土；

步骤10，步骤9完成后，在固接有斜腹杆(9)的两个边柱(4)间固接可更换构件(6)，在固接有斜腹杆(9)的中心边柱(1)与相邻边柱(4)间固接可更换构件(6)。

10.根据权利要求9所述的一种内置芯柱可恢复功能的多肢L形异形柱的装配方法，其特征在于，第一凹槽(7)和第二凹槽(8)在设置完梁后，在上端倾斜设置的边柱(4)和梁的间隙间、中心边柱(1)与梁的间隙间均填充棱台状橡胶垫块。