CN113123458B - 一种连柱式钢连接耗能支撑框架体系及施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种连柱式钢连接耗能支撑框架体系及施工方法，所述框架体系包括预制柱、预制梁和支撑耗能结构；预制柱的钢骨架包括第一竖板、第二竖板、第一横板、第二横板；第一横板和第二横板之间连接有竖向钢腹板；第一竖板和第二竖板之间还连接有水平螺栓杆；预制梁骨架为第一工字钢；外露的第一工字钢的上翼缘板与预制柱焊接，下翼缘板与预制柱螺栓连接；支撑耗能结构设置在预制柱和预制梁形成的框架内，包括支撑杆；支撑杆的一端与节点板相连接，另一端与耗能组件相连接；节点板和耗能组件分别设置在框架的一对对角处；耗能组件固定连接在预制梁的钢骨架上。本申请地震时可以有效消耗地震能量，减小地震对建筑物的破坏。

Description

一种连柱式钢连接耗能支撑框架体系及施工方法

技术领域

本申请涉及装配式建筑技术领域，尤其涉及一种连柱式钢连接耗能支撑框架体系及施工方法。

背景技术

随着建筑行业的发展，越来越多的建筑物采用装配式建筑主体，装配式建筑是指用预制的构件在工地现场装配、连接、浇筑而形成的建筑，此类建筑在应对地震波的时候抵抗力较弱。耗能减震是目前减少建筑主体结构在地震下的地震反应并防止其大震不倒的有效手段之一，如何更好地消耗地震能量，减小地震对建筑物带来的破坏，延长建筑物的寿命是人们一直研究的课题。

发明内容

本申请的目的是针对以上问题，提供一种连柱式钢连接耗能支撑框架体系及施工方法。

第一方面，本申请提供一种连柱式钢连接耗能支撑框架体系，包括预制柱、预制梁和支撑耗能结构；

所述预制柱的钢骨架伸入所述预制柱的上柱的长度为其伸入所述预制柱的下柱的长度的二倍；

所述预制柱的钢骨架包括平行设置的第一竖板和第二竖板；所述第一竖板和所述第二竖板之间由上至下垂直连接有相互平行的第一横板和第二横板；所述第一横板和所述第二横板之间连接有同时垂直于所述第一横板和第二横板的竖向钢腹板；所述第一竖板和所述第二竖板之间还连接有水平螺栓杆；所述水平螺栓杆位于所述第一横板之上；

所述预制梁骨架为第一工字钢；所述第一工字钢外露于所述预制梁的两端，且外露的第一工字钢的上翼缘板通过第一连接板与所述预制柱焊接，下翼缘板通过第二连接板与所述预制柱螺栓连接；所述第一工字钢的腹板通过第三连接板与所述预制柱螺栓连接。

所述支撑耗能结构设置在所述预制柱和所述预制梁形成的框架内，包括支撑杆、节点板和耗能组件；所述支撑杆的一端与所述节点板相连接，另一端与所述耗能组件相连接；所述节点板设置在所述框架的预设角处；所述耗能组件固定连接在所述节点板对角处的所述预制柱的钢骨架上。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述耗能组件包括第一耗能铰和第二耗能铰；所述第一耗能铰和所述第二耗能铰之间通过第二工字钢或方钢管相连接；

所述第一耗能铰和所述第二耗能铰的结构相同，包括平行设置的两个端板以及位于两个所述端板之间的铰接部件；所述铰接部件包括固定在其中一个所述端板中部的左铰片以及固定在另外一个所述端板中部的右铰片；所述左铰片和所述右铰片的自由端相互铰接；所述铰接部件的两侧对称设有U型槽钢；两个所述U型槽钢的U型开口相背设置；所述U型槽钢的侧壁与同侧的所述端板通过螺栓连接；

所述第一耗能铰远离所述第二耗能铰的所述端板与所述支撑杆相铰接；所述第二耗能铰远离所述第一耗能铰的所述端板通过第四连接板与所述预制柱的钢骨架固定连接。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述U型槽钢的底面开设有椭圆孔。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述支撑杆与所述节点板铰接或固定连接。

第二方面，本申请提供一种如上所述连柱式钢连接耗能支撑框架体系的施工方法，所述方法包括如下步骤：

S1、工厂制作预制柱和预制梁；

S2、通过第一连接板、第二连接板和第三连接板现场拼装预制柱和预制梁；

S3、在所述预制柱和所述预制梁所形成的框架内安装支撑耗能结构。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，步骤S1中，所述预制柱制作时，在第一横板和第二横板上打出两种类型的孔，包括若干浇筑孔和柱纵筋孔；将竖向钢腹板的两端分别与第一竖板和第二竖板焊接；将第一竖板、第二竖板、第一横板、第二横板、竖向钢腹板以及水平螺栓杆装配得到所述预制柱的钢骨架，水平螺栓杆外露用于连接耗能组件；将柱纵筋穿过所述柱纵筋孔，并进行柱纵筋和箍筋的绑扎；绑扎完成后进行浇筑，使混凝土通过浇筑孔在柱内密实，养护后得到预制柱；

所述预制梁制作时，在第一工字钢腹板上设置抗剪栓钉，将梁纵筋焊接于第一工字钢翼缘上，并对梁纵筋和箍筋进行绑扎，同时第一工字钢在预制梁的两端都预留露出部分，且在露出的第一工字钢的下翼缘板和腹板部位开设螺栓孔；浇筑预制梁的混凝土，养护后得到预制梁。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，步骤S2具体包括：

在预制柱的两侧分别焊接第一连接板、第二连接板和第三连接板；将预制梁外露的第一工字钢的上翼缘板与第一连接板焊接，第一工字钢的下翼缘板通过螺栓与第二连接板螺栓连接，第一工字钢的腹板通过螺栓与第三连接板螺栓连接。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，步骤S3具体包括：

在所述预制柱和所述预制梁形成的框架内安装节点板和耗能组件；节点板和耗能组件分别设置在所述框架的一对对角处；将支撑杆的一端与耗能组件相连接，另一端与节点板相连接。

与现有技术相比，本申请的有益效果：该连柱式钢连接耗能支撑框架体系，在节点连接方面，装配简单，无现场湿作业，同时方便混凝土框架结构中支撑的连接；在支撑方面，支撑耗能结构的结构简单，造价低，将水平地震力在第一耗能铰和第二耗能铰处进行了竖向转换、放大，结构破坏更为集中；将耗能组件与预制柱连接，可以直接把水平向地震力转换为两相邻预制柱之间的纵向力，传力更直接；将耗能组件与预制柱连接，当该节点处于空间中节点时，四面都有梁，将形成方钢管，这样即保护了梁端又加强了节点核心区。

附图说明

图1为本申请实施例提供的连柱式钢连接耗能支撑框架体系的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的连柱式钢连接耗能支撑框架体系的支撑耗能结构的结构示意图；

图3为图2中连接节点板的梁柱连接节点的结构示意图；

图4为图2中连接耗能组件的梁柱连接节点的结构示意图；

图5为图2中耗能组件的结构示意图；

图6为图5中U型槽钢的结构示意图。

图7为本申请实施例提供的连柱式钢连接耗能支撑框架体系的支撑耗能结构的结构示意图。

图8为本申请实施例提供的连柱式钢连接耗能支撑框架体系的支撑耗能结构的结构示意图。

附图标记说明：

100、预制柱；101、第一竖板；102、第二竖板；103、第一横板；104、第二横板；105、竖向钢腹板；106、水平螺栓杆；

200、预制梁；201、第一工字钢；202、第一连接板；203、第二连接板；204、第三连接板；

300、支撑耗能结构；301、支撑杆；302、节点板；303、耗能组件；304、第一耗能铰；305、第二耗能铰；306、端板；307、左铰片；308、右铰片；309、U型槽钢；310、第四连接板；311、椭圆孔；312、第二工字钢；313、方钢管；314、加劲肋。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。

请参考图1和图2，本实施例提供一种连柱式钢连接耗能支撑框架体系，该框架体系包括预制柱100、预制梁200和支撑耗能结构300。

所述预制柱100的钢骨架伸入所述预制柱100的上柱的长度为其伸入所述预制柱100的下柱的长度的二倍；伸入所述预制柱100的上柱的钢骨架用于连接支撑耗能结构300。

请进一步参考图3和图4，所述预制柱100的钢骨架包括平行设置的第一竖板101和第二竖板102；所述第一竖板101和所述第二竖板102之间由上至下垂直连接有相互平行的第一横板103和第二横板104；所述第一横板103位于所述第二横板104的上方；所述第一横板103和所述第二横板104之间连接有同时垂直于所述第一横板103和第二横板104的竖向钢腹板105，竖向钢腹板105的两端分别与所述第一横板103的中部和所述第二横板104的中部固定连接；所述第一竖板101和所述第二竖板102之间还连接有水平螺栓杆106，所述水平螺栓杆106位于所述第一横板103的上方。在本实施例中，在一组第一竖板101和第二竖板102之间一共设有两排两列共4根水平螺栓杆106。

所述第一竖板101远离所述第二竖板102的一侧固定连接有第一连接板202和第二连接板203；所述第二竖板102远离所述第一竖板101的一侧相应的也固定连接有第一连接板202和第二连接板203；所述第一连接板202和所述第二连接板203均垂直于设置所述预制柱100。

所述预制梁200骨架为第一工字钢201；所述第一工字钢201外露于所述预制梁200的两端，且外露的所述第一工字钢201的上翼缘板通过第一连接板202与所述预制柱100焊接，下翼缘板通过第二连接板203与所述预制柱100螺栓连接；所述第一工字钢201的腹板通过第三连接板204与所述预制柱100螺栓连接。

请进一步参考图2和图5；所述支撑耗能结构300设置在所述预制柱100和所述预制梁200形成的框架内，包括支撑杆301、节点板302和耗能组件303；所述支撑杆301的一端与节点板302相连接，另一端与耗能组件303相连接；所述节点板302设置在所述框架的预设角处；所述耗能组件303固定连接在所述节点板302对角处的所述预制柱100的钢骨架上；在本实施例中，节点板302位于框架的左顶角处，耗能组件303位于框架的右底角处；所述耗能组件303固定连接在所述预制梁200的钢骨架上，即第一竖板102上。本实施例中所述支撑耗能结构300采用隔跨设置，在实际应用中，可以根据需要进行隔两跨设置或每跨设置；其对角方式也可以根据需要进行调整，如节点板302设置于框架的下角处，支撑耗能结构300设置于框架中与节点板302对应的上侧对角。

进一步的，所述耗能组件303包括第一耗能铰304和第二耗能铰305；所述第一耗能铰304和所述第二耗能铰305之间通过第二工字钢312或方钢管313相连接；如图2和图4所示，二者通过方钢管313相连接；如所5所示，二者通过第二工字钢312相连接，且第二工字钢312的腹板两侧分别设有加劲肋314。

所述第一耗能铰304和所述第二耗能铰305的结构相同，均包括平行设置的两个端板306以及位于两个所述端板306之间的铰接部件；所述铰接部件包括固定在其中一个所述端板306中部的左铰片307以及固定在另外一个所述端板306中部的右铰片308；所述左铰片307和所述右铰片308的自由端相互铰接；所述左铰片307和所述右铰片308的形状尺寸相同，二者均为半椭圆形，且二者的弧形端为铰接端；所述铰接部件的两侧对称设有U型槽钢309；两个所述U型槽钢309的U型开口相背设置；所述U型槽钢309的侧壁与同侧的所述端板306通过螺栓连接。

所述第一耗能铰304远离所述第二耗能铰305的所述端板306与所述支撑杆301相铰接；所述第二耗能铰305远离所述第一耗能铰304的所述端板306通过第四连接板310与所述预制柱100的第一竖板102固定连接。

请进一步参考图6，所述U型槽钢309的底面开设有椭圆孔311，有利于消耗地震能量。

进一步的，所述支撑杆301与所述节点板302铰接或固定连接。

本申请实施例提供的连柱式钢连接耗能支撑框架体系，当地震发生时，框架上下梁产生水平相对位移，使得第一耗能铰与第二耗能铰相对转动产生耗能，从而地震能量被消耗掉，减小了对建筑物的破坏，间接地提高了建筑物的结构强度，延长了建筑物的寿命。

在上述任一优选的实施方式中，两并行设置的预制梁和两并行的预制柱之间构成框架体系的单元结构，如图7所示，该单元结构中，包括有如上所示的支撑耗能结构300，更进一步地，图7中还提供有辅撑耗能结构，其包括：与所述节点板302对称设置的辅撑板401，与所述辅撑板401铰接的辅撑杆402，设于所述辅撑杆自由端的外托板403和设于所述外托板内并与所述外托板底壁通过弹性元件405连接的内托板404。

其中：

外托板，整体呈中空且沿轴向剖开的半圆柱状结构，其上下两端设有贯通，其自下包覆于所述支撑杆301的外壁，所述支撑杆能够贯穿其两端。

内托板，整体呈板式结构且其上沿其轴向延伸的两边沿向靠近其中心方向弯曲，形成曲型结构，具体地，所述内托板的弧度为120-150度且其内壁与所述耗能支撑杆相接触。

所述内托板设于所述外托板内，且延其轴向延伸，并且二者之间通过至少两组弹性元件连接。

具体应用中，在正常状态下，辅撑耗能结构与支撑耗能结构300形成T型耗能结构。辅撑杆起基础的支撑作用，弹性元件支撑内托板与所述支撑杆301外壁相接触，外托板将内托板和辅撑杆连接起来，使得辅撑耗能结构的整体位置得以限定，一定程度增大对支撑杆301的承载强度。

在地震发生时，框架单元会受到外部压力，若支撑杆301上靠近节点板的一端下移，则会挤压内托板的上端，若能量较小，弹性元件支撑的内托板能够耗散一定能量，起到一定程度的缓冲作用。此时，弹性元件会带动内托板的下端一定范围内上移，保持住一定的接触支撑力。即使能量较大时，辅撑结构会首先受到破坏，对支撑耗能结构起到一定程度的保护作用。

鉴于辅撑杆402与辅撑板401相铰接，其还能够产生一定旋转，能够实现更佳的能量耗散效果。

如图8所示，所述辅撑杆401上固接有与所述外托板轴线相平行的外撑板406且所述外撑板406的两端与外托板侧壁之间对应设有连接杆。基于外撑板和连接杆的设计，能够一定程度上提升外托板的承载强度。

本实施例还提供一种上述连柱式钢连接耗能支撑框架体系的施工方法，所述方法包括如下步骤：

S1、工厂制作预制柱和预制梁。

所述预制柱制作时，在第一横板和第二横板上打出两种类型的孔，包括若干浇筑孔和柱纵筋孔；将竖向钢腹板的两端分别与第一竖板和第二竖板焊接；将第一竖板、第二竖板、第一横板、第二横板、竖向钢腹板以及水平螺栓杆装配得到所述预制柱的钢骨架，水平螺栓杆外露用于连接耗能组件；将柱纵筋穿过所述柱纵筋孔，并进行柱纵筋和箍筋的绑扎；绑扎完成后进行浇筑，使混凝土通过浇筑孔在柱内密实，养护后得到预制柱；

所述预制梁制作时，在第一工字钢腹板上设置抗剪栓钉，将梁纵筋焊接于第一工字钢翼缘上，并对梁纵筋和箍筋进行绑扎，同时第一工字钢在预制梁的两端都预留露出部分，且在露出的第一工字钢的下翼缘板和腹板部位开设螺栓孔；浇筑预制梁的混凝土，养护后得到预制梁。

S2、通过第一连接板、第二连接板和第三连接板现场拼装预制柱和预制梁。

在预制柱的两侧分别焊接第一连接板、第二连接板和第三连接板，具体的焊接位置为第一竖板和第二竖板；将预制梁外露的第一工字钢插入第一连接板和第二连接板之间，且第一工字钢的上翼缘板与第一连接板焊接，第一工字钢的下翼缘板通过螺栓与第二连接板螺栓连接，第一工字钢的腹板通过螺栓与第三连接板螺栓连接。

S3、在所述预制柱和所述预制梁所形成的框架内安装支撑耗能结构。

在所述预制柱和所述预制梁形成的框架内安装节点板和耗能组件(耗能组件提前装配好)；节点板和耗能组件分别设置在所述框架的一对对角处；所述节点板同时与预制柱和预制梁固定连接，具体地通过焊接的方式与预制柱钢骨架的第二竖板固定连接，通过螺栓以及第二连接板与预制梁固定连接；所述耗能组件的右侧端板螺纹连接在第四连接板上，第四连接板与预制柱钢骨架的第一竖板螺纹连接；

将支撑杆的一端与耗能组件相连接，另一端与节点板相连接。具体地，支撑杆的第一端既可以采用销轴的方式与节点板铰接，也可以通过焊接的方式与节点板固定连接；支撑杆的第二端与耗能组件的最左侧端板的中部铰接。

通过上述步骤，完成所述装配式支撑耗能框架体系的施工。

由以上技术方案可以看出，本申请实施例所提供的连柱式钢连接耗能支撑框架体系，在节点连接方面，装配简单，无现场湿作业，同时方便混凝土框架结构中支撑的连接；在支撑方面，支撑耗能结构的结构简单，造价低，将水平地震力在第一耗能铰和第二耗能铰处进行了竖向转换、放大，结构破坏更为集中；将耗能组件与预制柱连接，可以直接把水平向地震力转换为两相邻预制柱之间的纵向力，传力更直接；将耗能组件与预制柱连接，当该节点处于空间中节点时，四面都有梁，将形成方钢管，这样即保护了梁端又加强了节点核心区。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均应视为本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种连柱式钢连接耗能支撑框架体系，其特征在于，包括预制柱（100）、预制梁（200）和支撑耗能结构（300）；

所述预制柱（100）的钢骨架伸入所述预制柱（100）的上柱的长度为其伸入所述预制柱（100）的下柱的长度的二倍；

所述预制柱（100）的钢骨架包括平行设置的第一竖板（101）和第二竖板（102）；所述第一竖板（101）和所述第二竖板（102）之间由上至下垂直连接有相互平行的第一横板（103）和第二横板（104）；所述第一横板（103）和所述第二横板（104）之间连接有同时垂直于所述第一横板（103）和第二横板（104）的竖向钢腹板（105）；所述第一竖板（101）和所述第二竖板（102）之间还连接有水平螺栓杆（106）；所述水平螺栓杆（106）位于所述第一横板（103）之上；

所述预制梁（200）骨架为第一工字钢（201）；所述第一工字钢（201）外露于所述预制梁（200）的两端，且外露的所述第一工字钢（201）的上翼缘板通过第一连接板（202）与所述预制柱（100）焊接，下翼缘板通过第二连接板（203）与所述预制柱（100）螺栓连接；所述第一工字钢（201）的腹板通过第三连接板（204）与所述预制柱（100）螺栓连接；

所述支撑耗能结构（300）设置在所述预制柱（100）和所述预制梁（200）形成的框架内，包括支撑杆（301）、节点板（302）和耗能组件（303）；所述支撑杆（301）的一端与所述节点板（302）相连接，另一端与所述耗能组件（303）相连接；所述节点板（302）设置在所述框架的预设角处；所述耗能组件（303）固定连接在所述节点板（302）对角处的所述预制柱（100）的钢骨架上；

所述耗能组件（303）包括第一耗能铰（304）和第二耗能铰（305）；所述第一耗能铰（304）和所述第二耗能铰（305）之间通过第二工字钢（312）或方钢管（313）相连接；

所述第一耗能铰（304）和所述第二耗能铰（305）的结构相同，包括平行设置的两个端板（306）以及位于两个所述端板（306）之间的铰接部件；所述铰接部件包括固定在其中一个所述端板（306）中部的左铰片（307）以及固定在另外一个所述端板（306）中部的右铰片（308）；所述左铰片（307）和所述右铰片（308）的自由端相互铰接；所述铰接部件的两侧对称设有U型槽钢（309）；两个所述U型槽钢（309）的U型开口相背设置；所述U型槽钢（309）的侧壁与同侧的所述端板（306）通过螺栓连接；

所述第一耗能铰（304）远离所述第二耗能铰（305）的所述端板（306）与所述支撑杆（301）相铰接；所述第二耗能铰（305）远离所述第一耗能铰（304）的所述端板（306）通过第四连接板（310）与所述预制柱（100）的钢骨架固定连接；

所述预制柱和所述预制梁形成的框架内还设有辅撑耗能结构；所述辅撑耗能结构包括与所述节点板对称设置的辅撑板、与所述辅撑板铰接的辅撑杆、设于所述辅撑杆自由端的外托板、和设于所述外托板内并与所述外托板底壁通过弹性元件连接的内托板；

所述外托板整体呈中空且沿轴向剖开的半圆柱状结构，所述外托板包覆于所述支撑杆的外壁，所述支撑杆贯穿所述外托板两端；所述内托板的内壁与所述支撑杆相接触。

2.根据权利要求1所述的连柱式钢连接耗能支撑框架体系，其特征在于，所述U型槽钢（309）的底面开设有椭圆孔（311）。

3.根据权利要求1所述的连柱式钢连接耗能支撑框架体系，其特征在于，所述支撑杆（301）与所述节点板（302）铰接或固定连接。

4.一种对权利要求1所述连柱式钢连接耗能支撑框架体系的施工方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1、工厂制作预制柱和预制梁；

S2、通过第一连接板、第二连接板和第三连接板现场拼装预制柱和预制梁；

S3、在所述预制柱和所述预制梁所形成的框架内安装支撑耗能结构。

5.根据权利要求4所述的连柱式钢连接耗能支撑框架体系的施工方法，其特征在于，步骤S1中，所述预制柱制作时，在第一横板和第二横板上打出两种类型的孔，包括若干浇筑孔和柱纵筋孔；将竖向钢腹板的两端分别与第一竖板和第二竖板焊接；将第一竖板、第二竖板、第一横板、第二横板、竖向钢腹板以及水平螺栓杆装配得到所述预制柱的钢骨架，水平螺栓杆外露用于连接耗能组件；将柱纵筋穿过所述柱纵筋孔，并进行柱纵筋和箍筋的绑扎；绑扎完成后进行浇筑，使混凝土通过浇筑孔在柱内密实，养护后得到预制柱；

所述预制梁制作时，在第一工字钢腹板上设置抗剪栓钉，将梁纵筋焊接于第一工字钢翼缘上，并对梁纵筋和箍筋进行绑扎，同时第一工字钢在预制梁的两端都预留露出部分，且在露出的第一工字钢的下翼缘板和腹板部位开设螺栓孔；浇筑预制梁的混凝土，养护后得到预制梁。

6.根据权利要求4所述的连柱式钢连接耗能支撑框架体系的施工方法，其特征在于，步骤S2具体包括：

在预制柱的两侧分别焊接第一连接板、第二连接板和第三连接板；将预制梁外露的第一工字钢的上翼缘板与第一连接板焊接，第一工字钢的下翼缘板通过螺栓与第二连接板螺栓连接，第一工字钢的腹板通过螺栓与第三连接板螺栓连接。

7.根据权利要求4所述的连柱式钢连接耗能支撑框架体系的施工方法，其特征在于，步骤S3具体包括：

在所述预制柱和所述预制梁形成的框架内安装节点板和耗能组件；节点板和耗能组件分别设置在所述框架的一对对角处；将支撑杆的一端与耗能组件相连接，另一端与节点板相连接。

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