CN110206371B - 一种越层越跨控力防屈曲偏心支撑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种越层越跨控力防屈曲偏心支撑结构，包括田字形框架结构，其中，所述田字形框架结构的四个框格框格内均设置有内框架梁、内框架柱及撑杆，内框架柱的一端与内框架梁的一端及撑杆的一端相连接，内框架柱的另一端及内框架梁的另一端均固定于框格框格的内壁上，撑杆的另一端固定于用于形成框格的主框架梁上框格，其中，内框架柱、内框架梁及框格的内壁围成矩形内框架，其中，所述矩形内框架内固定有金属板，各框格内围成的矩形内框架均位于田字形框架结构内的十字形交叉位置处，该结构具有安全性高、抗震性能优良、结构简单、占用空间小、不影响门窗布置以及成本低的特点。

Description

一种越层越跨控力防屈曲偏心支撑结构
技术领域
本发明属于建筑结构领域，涉及一种越层越跨控力防屈曲偏心支撑结构。
背景技术
抗侧力结构是高层和超高层建筑中不可或缺的受力部件，起到抵抗风荷载和地震荷载等水平荷载的作用，是保证整个建筑安全可靠的关键。目前在高层和超高层钢结构建筑中使用的抗侧力结构主要有中心支撑、偏心支撑、屈曲约束支撑和钢板剪力墙等结构。
由于高层建筑所受的风荷载和地震荷载很强，支撑所需的截面通常很大，因此在一个主框架跨间通常只能单向布置，并且中心支撑、偏心支撑、屈曲约束支撑均存在较大的性能方面的问题。中心支撑的抗屈曲能力差，尤其在中震和大震作用下会不可避免地出现弹性或弹塑性屈曲导致支撑失效，造成结构刚度、承载力和耗能能力的下降，影响结构安全。偏心支撑通过支撑偏置形成耗能连梁进行耗能，可缓解撑杆的屈曲问题，但耗能梁段变形就意味着楼板会较早地发生破坏，并且为保证耗能梁段首先屈服，其余构件往往需要设计成过大的截面，甚至过分超强，增加建设成本，实际应用较为有限。屈曲约束支撑是通过在支撑芯材外包覆约束材料或构件从而达到限制芯材屈曲效果的一种支撑，属于“构造防屈曲”范畴，它的抗屈曲能力更强也具有更好的耗能能力。但该类支撑普遍截面比中心支撑和偏心支撑更大，需占用更多的建筑空间，这对建筑面积受到制约的高层和超高层建筑有非常不利的影响，并且由于构造较为复杂，这类支撑的工程造价交高，在实际工程应用中具有较大的局限性。
钢板剪力墙通过墙板形成的拉力场提供刚度和抵抗水平力，但拉力场对钢板墙的边柱具有很不利的斜向作用，并且由于墙板抗压能力弱，水平荷载所产生的倾覆力矩主要由边框柱轴力所形成的力偶抵抗，使得柱中内力极大，很容易导致边框柱的失稳或破坏，因此需要额外加大柱截面或者选用稳定性更好的组合结构柱来作为边缘约束构件，这也限制了钢板剪力墙在钢结构中的应用。另外，边框梁在上下层墙板所形成的拉力场作用下弯曲变形会在很大程度上受到抑制，类似受到“嵌固”，使得边框梁塑性发展困难，抗震设计中“强柱弱梁”的要求较难实现，降低了结构整体的抗震性能。此外，钢板剪力墙的墙板需在施工现场通过栓接或焊接与边框梁柱进行连接，工作量大且连接质量不易保证，妨碍了钢板剪力墙结构的装配化应用。
除了以上缺点外，目前的抗侧力结构还会影响建筑功能的实现。通过布置门窗进行采光、通风和满足人员出入需要是建筑物最基本的功能需求，但无论是支撑还是钢板剪力墙结构，均通常需要占据整个墙面，严重影响门窗洞口的布置使得在布置抗侧力结构的墙面上再难以开设门窗，造成“黑房间”影响建筑使用。这对多高层钢结构住宅建筑以及装配式住宅建筑的影响尤其突出，住宅建筑柱距小、户型多变，具有更高的采光、通风需要，不需要开门或窗的墙面很少，因此现有的抗侧力结构很难满足建筑布局的多样性需求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种越层越跨控力防屈曲偏心支撑结构，该结构具有安全性高、抗震性能优良、结构简单、占用空间小、不影响门窗布置以及成本低的特点。
为达到上述目的，本发明所述的越层越跨控力防屈曲偏心支撑结构包括田字形框架结构，其中，所述田字形框架结构的四个框格内均设置有内框架梁、内框架柱及撑杆，内框架柱的一端与内框架梁的一端及撑杆的一端相连接，内框架柱的另一端及内框架梁的另一端均固定于框格的内壁上，撑杆的另一端固定于用于形成框格的主框架梁上，其中，内框架柱、内框架梁及框格的内壁围成矩形内框架，其中，所述矩形内框架内固定有金属板，各框格内围成的矩形内框架均位于田字形框架结构内的十字形交叉位置处。
所述田字形框架结构包括三根平行分布的主框架柱，其中，相邻两根主框架柱之间均固定有三根平行分布的主框架梁；
内框架梁的一端固定于中间的主框架柱上，内框架柱的一端固定于一根主框架梁上，撑杆的一端与内框架柱的另一端及内框架梁的另一端相连接，撑杆的另一端固定于另一根主框架梁的中部。
主框架梁的中部设置有用于连接撑杆的撑杆节点。
田字形框架结构内一侧的两个框格内均设置有门洞，田字形框架结构内另一侧的两个框格内均设置有窗洞，其中，窗洞及门洞均位于对应框格中的矩形内框架外。
金属板固定于矩形内框架内侧。
主框架梁为H型钢梁或者箱型钢梁。
主框架柱为H型钢柱、箱型钢柱、钢管混凝土柱、型钢混凝土柱或者钢管约束型钢混凝土柱。
内框架梁为H型钢梁或箱型钢梁；
内框架柱为H型钢柱或箱型钢柱。
撑杆为H型钢撑杆、箱型钢撑杆或圆管钢撑杆。
金属板为普通钢板、带加劲肋的钢板、开缝钢板、开洞钢板、铝合金板、低屈服点钢板、高强钢板或泡沫钢板。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的越层越跨控力防屈曲偏心支撑结构在具体操作时，通过矩形内框架及金属板组成耗能控力墙，当结构受到地震荷载及风荷载等水平荷载作用时，撑杆将水平荷载转化为拉力及压力，并作用于矩形内框架上，金属板、内框架梁以及内框架柱率先屈服进行耗能，当水平荷载更大时，主框架梁发生屈服进一步耗散地震能量，安全性较高，抗震性能优良，同时结构简单，需要说明的是，本发明基于控力防屈曲的概念，利用耗能控力墙来控制撑杆的最大内力并给其提供足够的变形空间，以实现结构在大震作用下屈服而不屈曲，防止屈曲效果更好，同时能够很大程度上简化结构、减少空间占用并降低成本，另外，撑杆实现防屈曲后，具有稳定的抗压能力，可参与抵抗水平荷载所产生的倾覆力矩，减轻主框架柱的受力负担，防止其提前破坏，从而提高结构的抗震能力，另外，各框格中围成的矩形内框架均位于田字形框架结构内的十字形交叉位置处，因此有充足的空间用于门洞及窗洞的布置，从而有效的提高建筑中抗侧力结构布置的灵活性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为主框架梁、2为主框架柱、3为内框架梁、4为内框架柱、5为金属板、6为撑杆、7为撑杆节点、8为门洞、9为窗洞。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的越层越跨控力防屈曲偏心支撑结构包括田字形框架结构，其中，所述田字形框架结构的四个框格内均设置有内框架梁3、内框架柱4及撑杆6，内框架柱4的一端与内框架梁3的一端及撑杆6的一端相连接，内框架柱4的另一端及内框架梁3的另一端均固定于框格的内壁上，撑杆6的另一端固定于框格侧面的中部位置处，其中，内框架柱4、内框架梁3及框格的内壁围成矩形内框架，其中，所述矩形内框架内固定有金属板5，各框格内围成的矩形内框架均位于田字形框架结构内的十字形交叉位置处。
所述田字形框架结构包括三根平行分布的主框架柱2，其中，相邻两根主框架柱2之间均固定有三根平行分布的主框架梁1；内框架梁3的一端固定于中间的主框架柱2上，内框架柱4的一端固定于一根主框架梁1上，撑杆6的一端与内框架柱4的另一端及内框架梁3的另一端相连接，撑杆6的另一端固定于另一根主框架梁1的中部。
主框架梁1的中部设置有用于连接撑杆6的撑杆节点7；田字形框架结构内一侧的两个框格内均设置有门洞8，田字形框架结构内另一侧的两个框格内均设置有窗洞9，其中，窗洞9及门洞8均位于对应框格中的矩形内框架外；金属板5固定于矩形内框架内侧。
主框架梁1为H型钢梁或者箱型钢梁；主框架柱2为H型钢柱、箱型钢柱、钢管混凝土柱、型钢混凝土柱或者钢管约束型钢混凝土柱；内框架梁3为H型钢梁或箱型钢梁；内框架柱4为H型钢柱或箱型钢柱；撑杆6为H型钢撑杆、箱型钢撑杆或圆管钢撑杆；金属板5为低屈服点钢板、高强钢板或泡沫钢板；或金属板5为带加劲肋的钢板、开缝钢板或开洞钢板。
在具体使用时，当结构受到地震荷载及风荷载等水平荷载作用时，撑杆6将水平荷载转化为拉力及压力作用于矩形内框架上，金属板5、内框架梁3以及内框架柱4率先屈服进行耗能，当水平荷载更大时，主框架梁1发生屈服进一步耗散地震能量，安全性较高。

Claims (7)

1.一种越层越跨控力防屈曲偏心支撑结构，其特征在于，包括田字形框架结构，其中，所述田字形框架结构的四个框格内均设置有内框架梁(3)、内框架柱(4)及撑杆(6)，内框架柱(4)的一端与内框架梁(3)的一端及撑杆(6)的一端相连接，内框架柱(4)的另一端及内框架梁(3)的另一端均固定于框格的内壁上，撑杆(6)的另一端固定于框格用于形成框格的主框架梁上，其中，内框架柱(4)、内框架梁(3)及框格的内壁围成矩形内框架，其中，所述矩形内框架内固定有金属板(5)，各框格内围成的矩形内框架均位于田字形框架结构内的十字形交叉位置处；
所述田字形框架结构包括三根平行分布的主框架柱(2)，其中，相邻两根主框架柱(2)之间均固定有三根平行分布的主框架梁(1)；
内框架梁(3)的一端固定于中间的主框架柱(2)上，内框架柱(4)的一端固定于一根主框架梁(1)上，撑杆(6)的一端与内框架柱(4)的另一端及内框架梁(3)的另一端相连接，撑杆(6)的另一端固定于另一根主框架梁(1)的中部；
主框架梁(1)的中部处设置有用于连接撑杆(6)的撑杆节点(7)；
田字形框架结构内一侧的两个框格内均设置有门洞(8)，田字形框架结构内另一侧的两个框格内均设置有窗洞(9)，其中，窗洞(9)及门洞(8)均位于对应框格中的矩形内框架外。
2.根据权利要求1所述的越层越跨控力防屈曲偏心支撑结构，其特征在于，金属板(5)固定于矩形内框架内侧。
3.根据权利要求1所述的越层越跨控力防屈曲偏心支撑结构，其特征在于，主框架梁(1)为H型钢梁或者箱型钢梁。
4.根据权利要求1所述的越层越跨控力防屈曲偏心支撑结构，其特征在于，主框架柱(2)为H型钢柱、箱型钢柱、钢管混凝土柱、型钢混凝土柱或者钢管约束型钢混凝土柱。
5.根据权利要求1所述的越层越跨控力防屈曲偏心支撑结构，其特征在于，内框架梁(3)为H型钢梁或箱型钢梁；
内框架柱(4)为H型钢柱或箱型钢柱。
6.根据权利要求1所述的越层越跨控力防屈曲偏心支撑结构，其特征在于，撑杆(6)为H型钢撑杆、箱型钢撑杆或圆管钢撑杆。
7.根据权利要求1所述的越层越跨控力防屈曲偏心支撑结构，其特征在于，金属板(5)为低屈服点钢板、高强钢板或泡沫钢板；
或金属板(5)为带加劲肋的钢板、开缝钢板或开洞钢板。
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