CN113123456B - 一种连柱式支撑-装配式混凝土框架体系及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种连柱式支撑‑装配式混凝土框架体系及施工方法。包括：预制柱、与所述预制柱连接的预制梁和设置在所述预制柱与所述预制梁形成的框架内的连柱式支撑耗能结构；本申请利用方钢管、第一工字钢作为预制柱骨架，第二工字钢作为预制梁骨架，在第一工字钢与第二工字钢腹板分别连接两个角钢，形成端板结构，再将两个端板结构连接，将连接板与第一工字钢、第二工字钢翼缘连接，形成框架；通过在框架内对角设置斜杆与竖向阻尼器，将斜杆分别与竖向阻尼器、节点组件铰接；将竖向阻尼器与预制柱连接，地震时相邻预制梁产生相对位移，斜杆会产生相应轴向拉力或压力，使竖向阻尼器产生相对错动，也会使其使用的螺栓产生屈服，以消耗地震能量。

Description

一种连柱式支撑-装配式混凝土框架体系及施工方法
技术领域
本公开一般涉及装配式建筑技术领域，具体涉及一种连柱式支撑-装配式混凝土框架体系及施工方法。
背景技术
地震是目前为止对人类生存发展危害最大的自然灾害之一，其影响范围大，影响时间长。人们认识到地震中建筑物与构筑物损伤和倒塌破坏是造成人员伤亡和经济损失的最主要原因。对建筑结构进行抗震设防则是目前最为有效抵御地震的途径之一。
传统的建筑结构抗震体系是通过增强结构本身的性能来“抵抗”地震作用，即通过增强结构构件的抗力、增加延性等措施储存和耗散地震能量，但是这种方法存在着安全性难以保证、适应能力差、经济性欠佳的局限性。因此，如何更好地实现建筑结构消能减震成为目前发展成熟且应用较为广泛的振动控制技术。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种有效消耗水平地震力，减小结构振动反应，提高预制程度，结构简单且易于实现的连柱式支撑-装配式混凝土框架体系及施工方法。
第一方面，本申请提供一种连柱式支撑-装配式混凝土框架体系，包括：预制柱、与所述预制柱连接的预制梁和设置在所述预制柱与所述预制梁形成的框架内的连柱式支撑耗能结构；
所述预制柱骨架为方钢管和水平设置的第一工字钢，且所述第一工字钢的一端焊接在所述方钢管侧壁上；所述方钢管任一内壁设置有水平螺栓杆，且其端部水平贯穿所述方钢管；所述预制梁骨架为第二工字钢；所述第一工字钢的翼缘通过连接板与所述第二工字钢的翼缘连接；所述第一工字钢的腹板通过角钢与所述第二工字钢的腹板连接；
所述连柱式支撑耗能结构包括：对角设置在所述框架内的斜杆与竖向阻尼器；所述斜杆一端与所述竖向阻尼器的自由端铰接，且其另一端通过节点组件与所述预制柱、所述预制梁连接；所述竖向阻尼器的固定端通过螺栓与所述预制柱端部连接；所述竖向阻尼器内设置有高阻尼橡胶；
所述斜杆的拉伸与压缩均会使所述竖向阻尼器产生相对错动，会使所述竖向阻尼器的固定端与所述预制柱端部连接的螺栓产生屈服，以及所述竖向阻尼器内部填充的高阻尼橡胶产生相对错动，从而消耗地震能量；
所述节点组件包括：弧形角钢和与所述斜杆铰接的节点件；所述弧形角钢的两个安装段分别与所述预制柱、所述预制梁连接；所述节点件上设置有两个能够自由活动的连接部，且两个所述连接部的自由端分别与两个所述安装段连接；两个所述连接部、所述节点件以及所述斜杆形成Y型结构；
所述安装段上开设有安装槽，且所述安装槽的底部安装有弹性元件；所述弹性元件的自由端设置有转接部，且所述转接部与所述连接部铰接；
所述弧形角钢的两个安装段之间还设置有缓冲件，所述缓冲件包括：缓冲本体和耗能环；所述缓冲本体为半球形形状，并且所述缓冲本体远离弧形角钢的一侧呈弧形结构；所述缓冲本体上设有多个卡槽，并且多个卡槽正交设置并相互连通，所有卡槽之间共同形成相互连通的“十”字型空间；
两两所述卡槽的连接处设置有弹簧，所述“十”字型空间的中部能够容纳所述耗能环且耗能环的中心与缓冲件的中心重合，四个弹簧的自由端均与耗能环侧壁连接；
在安装时，所述斜杆贯穿缓冲件的耗能环，再与节点件连接，一方面，地震时，所述斜杆产生轴向拉力或者压力，通过耗能环与弹簧的配合产生微小位移，能够分担部分地震能量，起到微缓冲的效果；另一方面，当地震能量较大时，所述斜杆冲破耗能环，所述斜杆就会进入任一卡槽内，斜杆被卡住，从而获得一定的刚性，防止所述斜杆变形。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述安装槽底部长度大于所述安装槽开口处的长度。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述方钢管内设置有正交板。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述方钢管外部设置有绑扎钢筋，且所述方钢管贯穿有与所述正交板平行的柱纵筋。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述连接板的材质为低屈服钢材。
第二方面，本申请提供一种上述的一种连柱式支撑-装配式混凝土框架体系，包括以下步骤：
步骤S1：预制柱、预制梁经工厂加工制作成形；
步骤S2：利用连接板、角钢现场拼装预制柱和预制梁；
步骤S3：将节点组件安装在预制柱与预制梁形成的框架内；
步骤S4：将竖向阻尼器安装在形成框架的预设的预制柱上，且其与节点组件形成对角设置形式；
步骤S5：利用斜杆的两端分别与节点组件、竖向阻尼器铰接。
综上所述，本技术方案具体地公开了一种连柱式支撑-装配式混凝土框架体系的具体结构。本申请具体地利用预制柱与预制梁形成框架结构，并在框架内安装连柱式支撑耗能结构，构成连柱式支撑-装配式混凝土框架体系，当地震时，相邻的预制梁之间会产生相对位移，利用连柱式支撑耗能结构形成相对错动，消耗地震能量，减小损伤的弥散；
本申请利用方钢管、第一工字钢作为预制柱骨架，第二工字钢作为预制梁骨架，第一工字钢焊接在方钢管的侧壁上，利用连接板、角钢作为第一工字钢与第二工字钢的连接介质，通过螺栓在第一工字钢腹板与第二工字钢腹板分别连接两个角钢，使得第一工字钢腹板端部与第二工字钢腹板端部分别形成端板结构，再利用螺栓将两个端板结构连接，通过螺栓将连接板与第一工字钢翼缘、第二工字钢翼缘连接，使得预制柱与预制梁形成框架结构；通过在框架内对角设置斜杆与竖向阻尼器，并将斜杆一端与竖向阻尼器连接，其另一端与节点组件铰接；将竖向阻尼器的固定端通过螺栓与预制柱端部连接，当地震时，相邻的预制梁之间会产生相对位移，斜杆也会产生相应的轴向拉力或者压力，而斜杆的拉伸与压缩均会使竖向阻尼器产生相对错动，并且也会使其使用的螺栓产生屈服，从而消耗地震能量。
本技术方案进一步地利用弧形角钢作为此节点组件的基座，其包括两个安装段以及连接两安装段的弧形连接段，利用两安装段将弧形角钢与预制柱、预制梁连接，将节点件通过两个连接部与弧形角钢形成铰接连接，使得连接部、节点件以及斜杆形成Y型结构，在地震时，相邻的预制梁之间会产生相对位移，使得节点组件受到一定程度的挤压，而采用弧形角钢这种结构，其弧形连接段能够消耗部分挤压力，避免节点组件被挤压变形；并且，Y型结构也能够承担部分地震能量，提高消耗地震能量的效果。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为一种连柱式支撑-装配式混凝土框架体系的结构示意图。
图2为预制柱与预制梁的结构示意图。
图3为角钢的结构示意图。
图4为连柱式支撑耗能结构的结构示意图。
图5为图4中A部分的结构示意图。
图6为缓冲件的结构示意图。
图中标号：1、预制柱；2、预制梁；3、方钢管；4、第一工字钢；5、第二工字钢；6、连接板；7、角钢；8、斜杆；9、竖向阻尼器；10、弧形角钢；11、节点件；12、连接部；13、安装槽；14、弹性元件；15、转接部；16、高阻尼橡胶；17、正交板；18、绑扎钢筋；19、水平螺栓杆；20、缓冲件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例一
请参考图1所示的本申请提供的一种连柱式支撑-装配式混凝土框架体系的第一种实施例的结构示意图，包括：预制柱1、与所述预制柱1连接的预制梁2和设置在所述预制柱1与所述预制梁2形成的框架内的连柱式支撑耗能结构；
所述预制柱1骨架为方钢管3和水平设置的第一工字钢4，且所述第一工字钢4的一端焊接在所述方钢管3侧壁上；所述方钢管3任一内壁设置有水平螺栓杆19，且其端部水平贯穿所述方钢管3；所述预制梁2骨架为第二工字钢5；所述第一工字钢4的翼缘通过连接板6与所述第二工字钢5的翼缘连接；所述第一工字钢4的腹板通过角钢7与所述第二工字钢5的腹板连接；
所述连柱式支撑耗能结构包括：对角设置在所述框架内的斜杆8与竖向阻尼器9；所述斜杆8一端与所述竖向阻尼器9的自由端铰接，且其另一端通过节点组件与所述预制柱1、所述预制梁2连接；所述竖向阻尼器9的固定端通过螺栓与所述预制柱1端部连接。
在本实施例中，如图2所示，预制柱1，将方钢管3、第一工字钢4作为其骨架，将第一工字钢4的一端焊接在方钢管3的侧壁上；预制梁2，水平设置，利用第二工字钢5作为其骨架；连接板6、角钢7作为第一工字钢4与第二工字钢5的连接介质，在第一工字钢4腹板、第二工字钢5腹板分别利用螺栓连接两个角钢7，使得第一工字钢4腹板端部与第二工字钢5腹板端部分别形成端板结构，再通过螺栓将两个端板结构连接，再利用螺栓将连接板6分别与第一工字钢4翼缘、第二工字钢5翼缘连接，以形成框架结构；
其中，连接板6的材质，例如为低屈服钢材；
如图3所示，水平螺栓杆19，设置在所述方钢管3任一内壁，且其端部水平贯穿所述方钢管3，用于连接高阻尼橡胶16；并且，其由方钢管3伸出的长度可根据高阻尼橡胶16所需长度进行预留；
如图4所示，斜杆8与竖向阻尼器9，对角设置在预制柱1与预制梁2形成的框架内，并且，斜杆8一端与竖向阻尼器9的自由端铰接连接，其另一端通过节点组件与所述预制柱1、所述预制梁2连接；竖向阻尼器9的固定端通过螺栓与预制柱1端部连接；其中，竖向阻尼器9内填充有高阻尼橡胶16；
其中，如图1所示，在整个连梁式支撑-装配式混凝土框架体系中，连柱式支撑耗能结构为隔跨设置形式；
在预制柱1与预制梁2形成的一框架中，斜杆8与竖向阻尼器9的安装方式有四种形式，例如，斜杆8设置在框架的左上顶角，将竖向阻尼器9安装在框架的右下顶角；斜杆8设置在框架的左下顶角，将竖向阻尼器9安装在框架的右上顶角；斜杆8设置在框架的右上顶角，将竖向阻尼器9安装在框架的左下顶角；斜杆8设置在框架的右下顶角，将竖向阻尼器9安装在框架的左上顶角；
当地震时，相邻的预制梁2之间会产生相对位移，斜杆8也会产生相应的轴向拉力或者压力，而斜杆8的拉伸与压缩均会使竖向阻尼器9产生相对错动，并且也会使其使用的螺栓产生屈服，以及内部填充的高阻尼橡胶16产生相对错动，从而消耗地震能量。
在任一优选的实施例中，所述节点组件包括：弧形角钢10和与所述斜杆8铰接的节点件11；所述弧形角钢10的两个安装段分别与所述预制柱1、所述预制梁2连接；所述节点件11上设置有两个能够自由活动的连接部12，且两个所述连接部12的自由端分别与两个所述安装段连接。
在本实施例中，采用节点组件这种节点连接形式，将斜杆8与预制柱1、预制梁2连接，达到无现场湿作业，同时便于缓凝土框架结构中支撑连接的目的；
如图5所示，利用弧形角钢10，作为此节点组件的基座，其包括两个安装段以及连接两安装段的弧形连接段，利用两安装段将弧形角钢10与预制柱1、预制梁2连接，此处的连接方式可以是焊接连接也可以是螺栓连接；并且，在地震时，相邻的预制梁2之间会产生相对位移，使得节点组件受到一定程度的挤压，而采用弧形角钢8这种结构，其弧形连接段能够消耗部分挤压力，避免节点组件被挤压变形；
节点件11，与所述斜杆8铰接，在地震时，斜杆8会产生相应的轴向拉力或者压力，节点件11也会随着斜杆8的轴向拉力或者压力，发生一定角度的转动，从而承担斜杆8的部分拉力或者压力，以分担、承担部分地震能量，提高消耗地震能量的效果；
连接部12，其数量为两个，设置在所述节点件11上，连接处能够自由转动，且两个所述连接部12的自由端分别与两个所述安装段连接，对节点件11起到连接支撑的作用；并且，连接部12、节点件11以及斜杆8形成Y型结构，能够有效分散地震能量；
其中，如图5、图6所示，在弧形角钢10的两个安装段之间还设置了缓冲件20，缓冲件20包括：缓冲本体和耗能环；缓冲本体为半球形形状，并且缓冲本体远离弧形角钢的一侧呈弧形结构，且其上设计有多个卡槽，并且多个卡槽正交设置并相互连通，所有卡槽之间共同形成相互连通的空间，如图所示的“十”字型空间。
在两两卡槽的连接处设置有弹簧，如图所示，以四个卡槽为例，“十”字型空间的中部能够容纳耗能环且耗能环的中心与缓冲件的中心重合，四个弹簧的自由端均与耗能环侧壁连接。
在安装时，斜杆8贯穿缓冲件20的耗能环，再与节点件11连接，一方面，地震时，斜杆8产生轴向拉力或者压力，通过耗能环与弹簧的配合产生微小位移，也能够分担部分地震能量，起到微缓冲的效果；另一方面，当地震能量较大时，斜杆8有冲破耗能环的可能，那么斜杆8就会进入任一卡槽内，斜杆8被卡住，从而获得一定的刚性，防止斜杆8变形。
在任一优选的实施例中，所述安装段上开设有安装槽13，且所述安装槽13的底部安装有弹性元件14；所述弹性元件14的自由端设置有转接部15，且所述转接部15与所述连接部12铰接。
在本实施例中，安装槽13，开设在所述安装段上，用于安装弹性元件14；并且，所述安装槽13底部长度大于所述安装槽13开口处的长度，在容纳斜杆8与转接部15连接的同时，还能够限定二者的位置，而安装槽13与安装段的连接处倒圆角，便于斜杆的移动；
转接部15，设置在所述弹性元件14的自由端，且所述转接部15与所述连接部12铰接，实现安装段与连接部12的连接关系。
在任一优选的实施例中，所述方钢管3内设置有正交板17。
在本实施例中，正交板17，设置在所述方钢管3内，对方钢管3起到进一步地的支撑作用，增强方钢管3的支撑稳定性。
在任一优选的实施例中，所述方钢管3外部设置有绑扎钢筋18，且所述方钢管3贯穿有与所述正交板17平行的柱纵筋。
在本实施例中，绑扎钢筋18，设置在所述方钢管3外部，用于绑扎方钢管3；
柱纵筋，贯穿所述方钢管3，且其与所述正交板17平行设置，用于承受预制柱1侧面温度变化及混凝土收缩所引起的应力，并抑制混凝土裂缝的开展。
实施例二
如图3所示，一种基于上述实施例的一种连柱式支撑-装配式混凝土框架体系，包括以下步骤：
步骤S1：预制柱1、预制梁2经工厂加工制作成形；
步骤S2：利用连接板6、角钢7现场拼装预制柱1和预制梁2；
步骤S3：将节点组件安装在预制柱1与预制梁2形成的框架内；
步骤S4：将竖向阻尼器9安装在形成框架的预设的预制柱1上，且其与节点组件形成对角设置形式；
步骤S5：利用斜杆8的两端分别与节点组件、竖向阻尼器9铰接。
在本实施例中，在步骤S1中，预制柱1、预制梁2经工厂加工制作成形；
具体地，制作预制柱时，将正交板焊接在预制柱的骨架方钢管内，再将柱纵筋焊接在方钢管内，并且柱纵筋与正交板平行设置，利用若干绑扎钢筋在方钢管外壁进行绑扎，并在方钢管的侧壁预留露出部分，在此预留露出部分焊接第一工字钢，再进行浇筑，使得混凝土均匀分布在方钢管、柱纵筋与绑扎钢筋外部，养护后得到预制柱；
制作预制梁时，在其骨架第二工字钢的上下翼缘以及腹板对应的位置预留露出部分，再浇筑混凝土，养护后得到预制梁。
在步骤S2中，利用连接板6、角钢7现场拼装预制柱1和预制梁2；
具体地，当现场拼装预制柱和预制梁时，在第一工字钢的翼缘和腹板、第二工字钢的翼缘和腹板以及连接板、角钢上开设栓孔，将连接板与第一工字钢的翼缘、第二工字钢的翼缘连接，将两个角钢与第一工字钢腹板连接，两个角钢与第二工字钢腹板连接，使得第一工字钢腹板端部与第二工字钢腹板端部分别形成端板结构，再将两个端板结构利用螺栓连接起来。
在步骤S3中，将节点组件安装在预制柱1与预制梁2形成的框架内；
具体地，将节点组件的弧形角钢的两安装段焊接在预制柱、预制梁上，或者是，在节点组件的弧形角钢的两安装段打上栓孔，以并在预制柱、预制梁对应上述栓孔位置进行打孔，再通过螺栓将两安装段与预制柱、预制梁连接。
在步骤S4中，将竖向阻尼器9安装在形成框架的预设的预制柱1上，且其与节点组件形成对角设置形式；
具体地，将竖向阻尼器安装在预制柱与预制梁形成的框架的预设的预制梁上，可以将竖向阻尼器的固定端与上述的预制梁分别打上栓孔，再通过螺栓将竖向阻尼器与预制梁连接。
在步骤S5中，利用斜杆8的两端分别与节点组件、竖向阻尼器9铰接；
具体地，将斜杆的两端分别与节点组件中的节点件、竖向阻尼器的自由端铰接，形成完整的连柱式支撑耗能结构。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (6)

1.一种连柱式支撑-装配式混凝土框架体系，其特征在于，包括：预制柱（1）、与所述预制柱（1）连接的预制梁（2）和设置在所述预制柱（1）与所述预制梁（2）形成的框架内的连柱式支撑耗能结构；
所述预制柱（1）骨架为方钢管（3）和水平设置的第一工字钢（4），且所述第一工字钢（4）的一端焊接在所述方钢管（3）侧壁上；所述方钢管（3）任一内壁设置有水平螺栓杆（19），且其端部水平贯穿所述方钢管（3）；所述预制梁（2）骨架为第二工字钢（5）；所述第一工字钢（4）的翼缘通过连接板（6）与所述第二工字钢（5）的翼缘连接；所述第一工字钢（4）的腹板通过角钢（7）与所述第二工字钢（5）的腹板连接；
所述连柱式支撑耗能结构包括：对角设置在所述框架内的斜杆（8）与竖向阻尼器（9）；所述斜杆（8）一端与所述竖向阻尼器（9）的自由端铰接，且其另一端通过节点组件与所述预制柱（1）、所述预制梁（2）连接；所述竖向阻尼器（9）的固定端通过螺栓与所述预制柱（1）端部连接；所述竖向阻尼器（9）内设置有高阻尼橡胶（16）；
所述斜杆（8）的拉伸与压缩均会使所述竖向阻尼器（9）产生相对错动，会使所述竖向阻尼器（9）的固定端与所述预制柱（1）端部连接的螺栓产生屈服，以及所述竖向阻尼器（9）内部填充的高阻尼橡胶（16）产生相对错动，从而消耗地震能量；
所述节点组件包括：弧形角钢（10）和与所述斜杆（8）铰接的节点件（11）；所述弧形角钢（10）的两个安装段分别与所述预制柱（1）、所述预制梁（2）连接；所述节点件（11）上设置有两个能够自由活动的连接部（12），且两个所述连接部（12）的自由端分别与两个所述安装段连接；两个所述连接部（12）、所述节点件（11）以及所述斜杆（8）形成Y型结构；
所述安装段上开设有安装槽（13），且所述安装槽（13）的底部安装有弹性元件（14）；所述弹性元件（14）的自由端设置有转接部（15），且所述转接部（15）与所述连接部（12）铰接；
所述弧形角钢（10）的两个安装段之间还设置有缓冲件（20），所述缓冲件（20）包括：缓冲本体和耗能环；所述缓冲本体为半球形形状，并且所述缓冲本体远离弧形角钢（10）的一侧呈弧形结构；所述缓冲本体上设有多个卡槽，并且多个卡槽正交设置并相互连通，所有卡槽之间共同形成相互连通的“十”字型空间；
两两所述卡槽的连接处设置有弹簧，所述“十”字型空间的中部能够容纳所述耗能环且耗能环的中心与缓冲件（20）的中心重合，四个弹簧的自由端均与耗能环侧壁连接；
在安装时，所述斜杆（8）贯穿缓冲件（20）的耗能环，再与节点件（11）连接，一方面，地震时，所述斜杆（8）产生轴向拉力或者压力，通过耗能环与弹簧的配合产生微小位移，能够分担部分地震能量，起到微缓冲的效果；另一方面，当地震能量较大时，所述斜杆（8）冲破耗能环，所述斜杆（8）就会进入任一卡槽内，斜杆（8）被卡住，从而获得一定的刚性，防止所述斜杆（8）变形。
2.根据权利要求1所述的一种连柱式支撑-装配式混凝土框架体系，其特征在于，所述安装槽（13）底部长度大于所述安装槽（13）开口处的长度。
3.根据权利要求1所述的一种连柱式支撑-装配式混凝土框架体系，其特征在于，所述方钢管（3）内设置有正交板（17）。
4.根据权利要求3所述的一种连柱式支撑-装配式混凝土框架体系，其特征在于，所述方钢管（3）外部设置有绑扎钢筋（18），且所述方钢管（3）贯穿有与所述正交板（17）平行的柱纵筋。
5.根据权利要求1所述的一种连柱式支撑-装配式混凝土框架体系，其特征在于，所述连接板（6）的材质为低屈服钢材。
6.一种基于权利要求1至5任一项所述的一种连柱式支撑-装配式混凝土框架体系，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：预制柱（1）、预制梁（2）经工厂加工制作成形；
步骤S2：利用连接板（6）、角钢（7）现场拼装预制柱（1）和预制梁（2）；
步骤S3：将节点组件安装在预制柱（1）与预制梁（2）形成的框架内；
步骤S4：将竖向阻尼器（9）安装在形成框架的预设的预制柱（1）上，且其与节点组件形成对角设置形式；
步骤S5：利用斜杆（8）的两端分别与节点组件、竖向阻尼器（9）铰接。
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