CN113123457B - 连梁式双耗能支撑结构、装配式支撑框架体系及施工方法 - Google Patents

连梁式双耗能支撑结构、装配式支撑框架体系及施工方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了连梁式双耗能支撑结构、装配式支撑框架体系及施工方法。包括：配合使用的两根斜杆、耗能连梁和水平阻尼器；本申请通过在框架内对角设置斜杆与水平阻尼器，并将两根斜杆任一端与耗能连梁铰接，将一根斜杆自由端与水平阻尼器自由端铰接，另一根斜杆自由端与节点转盘铰接，水平阻尼器固定端与预制梁连接；利用方钢管作为预制柱骨架，利用工字钢作为预制梁骨架，将连接板焊接在方钢管侧壁上，再通过螺栓将连接板与工字钢连接；当地震时，相邻预制梁之间产生相对位移，斜杆也产生相应轴向拉力或压力，此时耗能连梁也会参与耗能，而斜杆的拉伸与压缩也会使水平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。

Description

连梁式双耗能支撑结构、装配式支撑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，具体涉及连梁式双耗能支撑结构、装配式支撑框架体系及施工方法。
背景技术
地震灾害具有突发性和毁灭性，严重威胁着人类生命、财产的安全。地震中建筑物的大量破坏与倒塌，是造成地震灾害的直接原因。地震发生时，地面振动引起结构的地震反应。对于基础固接于地面的建筑结构物，其反应沿着高度从下到上逐层放大。由于结构物某部位的地震反应(加速度、速度或位移)过大，使主体承重结构严重破坏甚至倒塌；或虽然主体结构未破坏，但建筑饰面、装修或其它非结构配件等毁坏而导致严重损失；或室内昂贵仪器、设备破坏导致严重的损失或次生灾害。
为了避免上述灾害的发生，人们必须对结构体系的地震反应进行控制，并消除结构体系的“放大器”作用。结构消能减振技术是把结构的某些非承重构件(如剪力墙、连接件等)设计成消能杆件，或在结构的某些部位(层间空间、节点、连接缝等)安装消能装置。在小震时，这些消能杆件或消能装置和结构本身具有足够的侧向刚度以满足使用要求，结构处于弹性状态；当出现大震时，随着结构侧向变形的增大，消能杆件或消能装置率先开始工作，产生较大阻尼，大量消耗输入结构的地震，使结构的动能或弹性势能等能量转化成热能等形式耗散掉，迅速衰减结构的地震，使主体结构避免出现明显的非弹性状态，保护主体结构及构件在强震中免遭破坏。由于地震等原因传输给建筑结构的外部能量，是结构产生振动的根源，而如何更好地对建筑结构的水平地震力进行消耗，提高耗能性能和稳定性，是人们一直研究的课题。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种有效提高耗能性能，减少结构振动反应，延长结构使用寿命，结构简单且易于实现的连梁式双耗能支撑结构、装配式支撑框架体系及施工方法。
第一方面，本申请提供一种连梁式双耗能支撑结构，包括：配合使用的两根斜杆、耗能连梁和水平阻尼器；
两根所述斜杆分别与所述耗能连梁的两端铰接；所述水平阻尼器的自由端与任一所述斜杆的自由端铰接，且其固定端通过螺栓与框架的预设顶角连接；远离所述水平阻尼器的斜杆的自由端通过节点组件与所述框架的预设顶角铰接，且所述水平阻尼器与远离所述水平阻尼器的斜杆的自由端对角设置；所述水平阻尼器内设置有高阻尼橡胶；
当框架产生相对位移时，所述斜杆会产生拉伸或者压缩，此时的耗能连梁也会参与耗能，同时，斜杆的拉伸与压缩也会使得水平阻尼器产生相对错动，进而会使得水平阻尼器的螺栓产生屈服和高阻尼橡胶的相对错动；水平阻尼器的螺栓产生屈服、高阻尼橡胶的相对错动和耗能连梁的拉伸与压缩均会消耗大量地震能量，达到减小结构振动反应的目的；
所述节点组件包括：弧形角钢和与所述斜杆自由端铰接的节点转盘；所述弧形角钢的两安装段分别通过焊接或者螺栓与所述框架的顶角连接，且其与所述水平阻尼器对角设置；所述弧形角钢两安装段之间设置有两个平行设置的支撑板；两个所述支撑板之间设置有连杆，且所述节点转盘套设在所述连杆上；
所述弧形角钢的两个安装段之间还设置有缓冲件，缓冲件包括：缓冲本体和耗能环；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；
所述卡槽内壁设置有均匀排布的凸起；在两两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上的耗能环，再与节点转盘连接，一方面，地震时，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，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，斜杆冲破耗能环，斜杆进入任一卡槽内，再配合此卡槽内的凸起能够将斜杆的位置限制，使得斜杆被卡住，从而获得一定的刚性、防止斜杆变形。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述支撑板两端部与所述弧形角钢之间均设置有辅助支撑板。
第二方面，本申请提供一种装配式支撑框架体系，包括：预制柱、与所述预制柱水平连接的预制梁和安装在所述预制柱与所述预制梁形成的框架内的上述的一种连梁式双耗能支撑结构；
所述预制柱的骨架为方钢管；所述方钢管内设置有正交板；所述预制梁的骨架为水平设置的工字钢；所述方钢管的侧壁焊接有连接板；所述连接板通过螺栓与所述工字钢的翼缘、腹板连接。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述方钢管的外部设置有绑扎钢筋，且所述方钢管内设置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，所述工字钢上焊接有梁纵筋。
第三方面，本申请提供一种基于上述的一种装配式支撑框架体系的施工方法，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：将水平阻尼器安装在形成框架的预设的预制梁上；
步骤S5：利用两根斜杆分别与节点组件、耗能连梁以及水平阻尼器铰接。
综上所述，本技术方案具体地公开了一种连梁式双耗能支撑结构的具体结构。本申请具体地利用预制柱与预制梁形成框架结构，并在框架内安装连梁式双耗能支撑结构，构成装配式支撑框架体系的具体结构，当地震时，相邻的预制梁之间会产生相对位移，利用连梁式双耗能支撑结构形成相对错动，消耗地震能量，减小损伤的弥散；
本申请通过在预制柱与预制梁形成的框架内对角设置斜杆与水平阻尼器，并将两根斜杆的任一端与耗能连梁铰接，再将一根斜杆的自由端与水平阻尼器的自由端铰接，另一根斜杆的自由端与节点组件中的节点转盘铰接，水平阻尼器的固定端与预制梁连接；利用方钢管作为预制柱的骨架，利用工字钢作为预制梁的骨架，利用连接板作为方钢管与工字钢的连接介质，将连接板焊接在方钢管侧壁上，再通过螺栓将连接板与工字钢连接；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，此时的耗能连梁也会参与耗能，而斜杆的拉伸与压缩也会使水平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节点组件的基座，其包括两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、预制梁的连接；通过在所述弧形角钢两安装段之间设置两个平行设置的支撑板，在两支撑板之间安装连杆，并在连杆上套设能够自由转动的节点转盘，其与斜杆远离水平阻尼器的一端铰接，当地震时，斜杆也会产生相应的轴向拉力或者压力，节点转盘会随着斜杆的轴向拉力或者压力，发生一定角度的转动，从而承担斜杆的部分拉力或者压力，以分担、消耗一部分地震能量。
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为连梁式双耗能支撑结构的结构示意图。
图2为图1中A部分节点组件的结构示意图。
图3为装配式支撑框架体系的结构示意图。
图4为预制柱与预制梁的结构示意图。
图5为缓冲件的结构示意图。
图中标号：1、斜杆；2、耗能连梁；3、水平阻尼器；4、弧形角钢；5、节点转盘；6、支撑板；7、连杆；8、辅助支撑板；9、高阻尼橡胶；10、预制柱；11、预制梁；12、方钢管；13、正交板；14、工字钢；15、连接板；16、绑扎钢筋；17、梁纵筋；18、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梁式双耗能支撑结构的第一种实施例的结构示意图，包括：配合使用的两根斜杆1、耗能连梁2和水平阻尼器3；
两根所述斜杆1分别与所述耗能连梁2的两端铰接；所述水平阻尼器3的自由端与任一所述斜杆1的自由端铰接，且其固定端通过螺栓与框架的预设顶角连接；远离所述水平阻尼器3的斜杆1的自由端通过节点组件与所述框架的预设顶角铰接，且所述水平阻尼器3与远离所述水平阻尼器3的斜杆1的自由端对角设置。
在本实施例中，斜杆1，作为连接介质，其数量为两根，将两根斜杆1的任一端与耗能连梁2的两端铰接，远离水平阻尼器3的斜杆1的自由端通过节点组件与框架的预设顶角铰接；
水平阻尼器3，通过螺栓将其固定端连接在框架的预设顶角处，此时，水平阻尼器3与远离所述水平阻尼器3的斜杆1的自由端形成对角设置的形式；其中，高阻尼橡胶9填充在水平阻尼器3内；
当框架产生相对位移时，斜杆1会产生拉伸或者压缩，此时的耗能连梁2也会参与耗能，同时，斜杆1的拉伸与压缩也会使得水平阻尼器3产生相对错动，进而会使得水平阻尼器3的螺栓产生屈服和高阻尼橡胶9的相对错动；水平阻尼器3的螺栓产生屈服、高阻尼橡胶9的相对错动和耗能连梁2的拉伸与压缩均会消耗大量地震能量，达到减小结构振动反应的目的。
在任一优选的实施例中，所述节点组件包括：弧形角钢4和与所述斜杆1自由端铰接的节点转盘5；所述弧形角钢4的两安装段分别通过焊接或者螺栓与所述框架的顶角连接，且其与所述水平阻尼器3对角设置；所述弧形角钢4两安装段之间设置有两个平行设置的支撑板6；两个所述支撑板6之间设置有连杆7，且所述节点转盘5套设在所述连杆7上。
在本实施例中，如图2所示，弧形角钢4，作为节点组件的基座，其包括两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4与框架的顶角的连接，此处的连接方式可以是焊接连接也可以是螺栓连接；
在地震时，框架会产生相对位移，使得节点组件受到一定程度的挤压，而采用弧形角钢4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；
支撑板6，设置在所述弧形角钢4两安装段之间，其数量为两个且二者平行设置，对连杆7起到支撑作用；
连杆7，设置在两个所述支撑板6之间，用于安装节点转盘5；
节点转盘5，与斜杆1远离水平阻尼器3的一端铰接，当地震时，斜杆1也会产生相应的轴向拉力或者压力，节点转盘5会随着斜杆1的轴向拉力或者压力，发生一定角度的转动，从而承担斜杆1的部分拉力或者压力，以分担、消耗一部分地震能量；
其中，如图5所示，在弧形角钢4的两个安装段之间还设置了缓冲件18，缓冲件18包括：缓冲本体和耗能环；在缓冲本体上设计多个卡槽，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。
卡槽内壁设置了均匀排布的凸起；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。具体地，所述凸起的高度自靠近耗能环的一侧至远离耗能环的一侧逐步递减。优选地，所述凸起为弹性材质。
在安装时，斜杆1贯穿缓冲件18上的耗能环，再与节点转盘5连接，一方面，地震时，斜杆1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1有冲破耗能环的可能，那么斜杆1就会进入任一卡槽内，再配合此卡槽内的凸起能够将斜杆1的位置限制，使得斜杆1被卡住，从而获得一定的刚性、防止斜杆1变形。
在任一优选的实施例中，所述支撑板6两端部与所述弧形角钢4之间均设置有辅助支撑板8。
在本实施例中，如图2所示，辅助支撑板8，设置在所述支撑板6两端部与所述弧形角钢4之间，用于进一步辅助弧形角钢4的安装段与支撑板6的连接效果，降低地震时支撑板6被挤压变形的概率，以保证节点转盘5良好的消耗地震能量的目的。
实施例二
如图3、图4所示，一种装配式支撑框架体系，包括：预制柱10、与所述预制柱10水平连接的预制梁11和安装在所述预制柱10与所述预制梁11形成的框架内的权利要求1至4任一项所述的一种连梁式双耗能支撑结构；
所述预制柱10的骨架为方钢管12；所述方钢管12内设置有正交板13；所述预制梁11的骨架为水平设置的工字钢14；所述方钢管12的侧壁焊接有连接板15；所述连接板15通过螺栓与所述工字钢14的翼缘、腹板连接。
在本实施例中，预制柱10，利用方钢管12作为其骨架，预制梁11，利用工字钢14作为其骨架，将连接板15作为预制柱10与预制梁11的连接介质，先将连接板15焊接在方钢管12的外壁上，再在连接板11与工字钢14的翼缘、腹板上开设对应的栓孔，通过螺栓将连接板11与工字钢14连接，实现方钢管12与工字钢14的连接；
正交板13，设置在所述方钢管12内，对方钢管12起到进一步地的支撑作用，增强方钢管12的支撑稳定性；
在预制柱10与预制梁11形成的一框架中，远离水平阻尼器3的斜杆1与水平阻尼器3的安装方式有四种形式，例如，斜杆1设置在框架的左上顶角，将水平阻尼器3安装在框架的右下顶角；斜杆1设置在框架的左下顶角，将水平阻尼器3安装在框架的右上顶角；斜杆1设置在框架的右上顶角，将水平阻尼器3安装在框架的左下顶角；斜杆1设置在框架的右下顶角，将水平阻尼器3安装在框架的左上顶角；
当地震时，相邻的预制梁11之间会产生相对位移，斜杆1会产生相应的轴向拉力或者压力，此时的耗能连梁2也会参与耗能，而斜杆1的拉伸与压缩也会使水平阻尼器3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9产生相对错动，从而消耗地震能量。
在任一优选的实施例中，所述方钢管12的外部设置有绑扎钢筋16，且所述方钢管12内设置有与所述正交板13平行的柱纵筋。
在本实施例中，绑扎钢筋16，设置在所述方钢管12的外部，用于绑扎方钢管12；
柱纵筋，设置在所述方钢管12内，且其与所述正交板13平行设置，用于与绑扎钢筋16形成骨架，再置于方钢管12内。
在任一优选的实施例中，所述工字钢14上焊接有梁纵筋17。
在本实施例中，梁纵筋17，焊接在所述工字钢14上，用于承受预制梁11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。
实施例三
一种基于上述实施例的一种装配式支撑框架体系的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：预制柱10、预制梁11经工厂加工制作成形；
步骤S2：利用连接板15现场拼装预制柱10和预制梁11；
步骤S3：将节点组件安装在预制柱10与预制梁11形成的框架内；
步骤S4：将水平阻尼器3安装在形成框架的预设的预制梁11上；
步骤S5：利用两根斜杆1分别与节点组件、耗能连梁2以及水平阻尼器3铰接。
在本实施例中，在步骤S1中，预制柱10、预制梁11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，再将柱纵筋安装在方钢管内，并且柱纵筋与正交板平行设置，利用若干绑扎钢筋对柱纵筋进行绑扎，在方钢管内形成骨架，并在方钢管的侧壁预留露出部分，再进行浇筑，使得混凝土均匀分布在方钢管与绑扎钢筋外部，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15现场拼装预制柱10和预制梁11；
具体地，当现场拼装预制柱和预制梁时，在工字钢与连接板上分别打上对应的栓孔，将连接板焊接在方钢管预留露出部分，再利用螺栓将连接板与工字钢预留露出部分连接。
在步骤S3中，将节点组件安装在预制柱10与预制梁11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，将水平阻尼器3安装在形成框架的预设的预制梁11上；
具体地，将水平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，可以将水平阻尼器的固定端与上述的预制梁分别打上栓孔，再通过螺栓将水平阻尼器与预制梁连接。
在步骤S5中，利用两根斜杆1分别与节点组件、耗能连梁2以及水平阻尼器3铰接；
具体地，将两根斜杆的任一端与耗能连梁铰接，再将一根斜杆的自由端与水平阻尼器的自由端铰接，另一根斜杆的自由端与节点组件中的节点转盘铰接，形成完整的连梁式支撑耗能结构。
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)

1.一种连梁式双耗能支撑结构，其特征在于，包括：配合使用的两根斜杆(1)、耗能连梁(2)和水平阻尼器(3)；
两根所述斜杆(1)分别与所述耗能连梁(2)的两端铰接；所述水平阻尼器(3)的自由端与任一所述斜杆(1)的自由端铰接，且其固定端通过螺栓与框架的预设顶角连接；远离所述水平阻尼器(3)的斜杆(1)的自由端通过节点组件与所述框架的预设顶角铰接，且所述水平阻尼器(3)与远离所述水平阻尼器(3)的斜杆(1)的自由端对角设置；所述水平阻尼器(3)内设置有高阻尼橡胶(9)；
当框架产生相对位移时，所述斜杆(1)会产生拉伸或者压缩，此时的耗能连梁(2)也会参与耗能，同时，斜杆(1)的拉伸与压缩也会使得水平阻尼器(3)产生相对错动，进而会使得水平阻尼器(3)的螺栓产生屈服和高阻尼橡胶(9)的相对错动；水平阻尼器(3)的螺栓产生屈服、高阻尼橡胶(9)的相对错动和耗能连梁(2)的拉伸与压缩均会消耗大量地震能量，达到减小结构振动反应的目的；
所述节点组件包括：弧形角钢(4)和与所述斜杆(1)自由端铰接的节点转盘(5)；所述弧形角钢(4)的两安装段分别通过焊接或者螺栓与所述框架的顶角连接，且其与所述水平阻尼器(3)对角设置；所述弧形角钢(4)两安装段之间设置有两个平行设置的支撑板(6)；两个所述支撑板(6)之间设置有连杆(7)，且所述节点转盘(5)套设在所述连杆(7)上；
所述弧形角钢(4)的两个安装段之间还设置有缓冲件(18)，缓冲件(18)包括：缓冲本体和耗能环；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；
所述卡槽内壁设置有均匀排布的凸起；在两两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(1)贯穿缓冲件(18)上的耗能环，再与节点转盘(5)连接，一方面，地震时，斜杆(1)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(1)冲破耗能环，斜杆(1)进入任一卡槽内，再配合此卡槽内的凸起能够将斜杆(1)的位置限制，使得斜杆(1)被卡住，从而获得一定的刚性、防止斜杆(1)变形。
2.根据权利要求1所述的一种连梁式双耗能支撑结构，其特征在于，所述支撑板(6)两端部与所述弧形角钢(4)之间均设置有辅助支撑板(8)。
3.一种装配式支撑框架体系，其特征在于，包括：预制柱(10)、与所述预制柱(10)水平连接的预制梁(11)和安装在所述预制柱(10)与所述预制梁(11)形成的框架内的权利要求1至2任一项所述的一种连梁式双耗能支撑结构；
所述预制柱(10)的骨架为方钢管(12)；所述方钢管(12)内设置有正交板(13)；所述预制梁(11)的骨架为水平设置的工字钢(14)；所述方钢管(12)的侧壁焊接有连接板(15)；所述连接板(15)通过螺栓与所述工字钢(14)的翼缘、腹板连接。
4.根据权利要求3所述的一种装配式支撑框架体系，其特征在于，所述方钢管(12)的外部设置有绑扎钢筋(16)，且所述方钢管(12)内设置有与所述正交板(13)平行的柱纵筋。
5.根据权利要求3所述的一种装配式支撑框架体系，其特征在于，所述工字钢(14)的翼缘上焊接有梁纵筋(17)。
6.一种基于权利要求3至5任一项所述的一种装配式支撑框架体系的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：预制柱(10)、预制梁(11)经工厂加工制作成形；
步骤S2：利用连接板(15)现场拼装预制柱(10)和预制梁(11)；
步骤S3：将节点组件安装在预制柱(10)与预制梁(11)形成的框架内；
步骤S4：将水平阻尼器(3)安装在形成框架的预设的预制梁(11)上；
步骤S5：利用两根斜杆(1)分别与节点组件、耗能连梁(2)以及水平阻尼器(3)铰接。
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