CN113123460B - 一种连梁式钢连接耗能支撑框架体系及施工方法 - Google Patents

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CN113123460B CN202110247598.4A CN202110247598A CN113123460B CN 113123460 B CN113123460 B CN 113123460B CN 202110247598 A CN202110247598 A CN 202110247598A CN 113123460 B CN113123460 B CN 113123460B
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Abstract

本申请提供一种连梁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H型钢;第一H型钢的一对翼缘板之间设有横向加劲板;预制梁的钢骨架为第一工字钢;第一工字钢外露于预制梁的两端,下翼缘板通过第二连接板与预制柱螺栓连接;第一工字钢的腹板通过第三连接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、节点板和耗能组件;支撑杆的一端与节点板相连接,另一端与耗能组件相连接;节点板设置在框架的预设角处;耗能组件固定连接在节点板对角处的预制梁的钢骨架上。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

一种连梁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,尤其涉及一种连梁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,提供一种连梁式钢连接耗能支撑框架体系及施工方法。
第一方面,本申请提供一种连梁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包括第一H型钢;所述第一H型钢的一对翼缘板之间设有横向加劲板;所述横向加劲板上开设有柱纵筋孔;
所述预制梁的钢骨架为第一工字钢;所述第一工字钢外露于所述预制梁的两端,且外露的所述第一工字钢的上翼缘板通过第一连接板与所述预制柱螺栓连接,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梁的钢骨架上。
根据本申请某些实施例提供的技术方案,所述耗能组件包括与所述第一连接板螺栓连接的第四连接板;所述第四连接板远离所述第一连接板的一侧固定设有第二H型钢;所述第二H型钢靠近所述预制柱一侧的翼缘板上固定连接有第一加劲肋,且所述第一加劲肋与所述第四连接板螺栓连接;
所述耗能组件还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包括结构相同的铰接部件;所述铰接部件包括相互铰接的左铰片和右铰片;
所述第一耗能铰的左铰片的自由端固定在第一端板上,右铰片的自由端固定在第二端板上;所述支撑杆与所述第一端板相铰接;所述第一端板和所述第二端板平行设置,且二者之间螺栓连接有两个第一U型槽钢;两个所述第一U型槽钢对称设置在所述铰接部件的两侧,且二者的U型开口相背设置;
所述第二耗能铰的左铰片的自由端固定在第三端板上,右铰片的自由端固定在所述第二H型钢远离所述第一加劲肋一侧的翼缘板上;所述第三端板与所述第二端板相互平行,且二者之间通过第二工字钢或方钢管相连接;所述第三端板和所述第二H型钢的翼缘板平行设置,且二者之间螺栓连接有两个第二U型槽钢;两个所述第二U型槽钢对称设置在所述铰接部件的两侧,且二者的U型开口相背设置。
根据本申请某些实施例提供的技术方案,所述第一U型槽钢和所述第二U型槽钢的底面均开设有椭圆孔。
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梁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,在横向加劲板上打出两种类型的孔,包括若干浇筑孔和柱纵筋孔;将横向加劲板与第一H型钢焊接得到所述预制柱的钢骨架;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上翼缘板、下翼缘板以及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螺栓连接,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:该连梁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;将耗能组件与预制梁连接,可以直接把水平向地震力转换为两相邻预制柱之间的剪切力,更有利于预制柱的安全;可以通过控制第一耗能铰和第二耗能铰的受弯刚度来控制结构整体刚度,实现结构刚度可控。
附图说明
图1为本申请实施例提供的连梁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梁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梁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梁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。
图中所述文字标注表示为:
100、预制柱;101、第一H型钢;102、横向加劲板;103、柱纵筋孔;
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、第四连接板;305、第二H型钢;306、第一加劲肋;307、第一耗能铰;308、第二耗能铰;309、左铰片;310、右铰片;311、第一端板;312、第二端板;313、第一U型槽钢;314、第三端板;315、第二工字钢;316、方钢管;317、第二U型槽钢;318、椭圆孔;319、第二加劲肋。
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梁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。
请进一步参考图3和图4,所述预制柱100的钢骨架包括第一H型钢101;所述第一H型钢101的一对翼缘板之间设有横向加劲板102;所述横向加劲板102上开设有柱纵筋孔103。
所述预制梁200的钢骨架为第一工字钢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螺栓连接,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对角处的所述预制梁200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,即通过第一连接板202与第一工字钢201的上翼缘板相连接。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。
请进一步参考图5,所述耗能组件303包括与所述第一连接板202螺栓连接的第四连接板304;所述第四连接板304远离所述第一连接板202的一侧固定设有第二H型钢305;所述第二H型钢305靠近所述预制柱100一侧的翼缘板上固定连接有第一加劲肋306,所述第一加劲肋306的截面形状为直角梯形,且所述第一加劲肋306的底面与所述第四连接板304螺栓连接。
所述耗能组件303还包括第一耗能铰307和第二耗能铰308;所述第一耗能铰307和所述第二耗能铰308包括结构相同的铰接部件;所述铰接部件包括相互铰接的左铰片309和右铰片310;所述左铰片309和所述右铰片310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。
所述第一耗能铰307的左铰片309的自由端固定在第一端板311上,右铰片310的自由端固定在第二端板312上;所述支撑杆301与所述第一端板311相铰接;所述第一端板311和所述第二端板312平行设置,且二者之间螺栓连接有两个第一U型槽钢313;两个所述第一U型槽钢313对称设置在所述铰接部件的两侧,且二者的U型开口相背设置。
所述第二耗能铰308的左铰片309的自由端固定在第三端板314上,右铰片310的自由端固定在所述第二H型钢305远离所述第一加劲肋306一侧的翼缘板上;所述第三端板314与所述第二端板312相互平行,且二者之间通过第二工字钢315或方钢管316相连接;如图4所示,二者通过方钢管316相连接;如图2和图5所示,二者通过第二工字钢315相连接,且第二工字钢315的腹板两侧分别设有第二加劲肋319;所述第三端板314和所述第二H型钢305的翼缘板平行设置,且二者之间螺栓连接有两个第二U型槽钢317;两个所述第二U型槽钢317对称设置在所述铰接部件的两侧,且二者的U型开口相背设置。
请进一步参考图6,所述第一U型槽钢313和所述第二U型槽钢317的底面均开设有椭圆孔318,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梁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,所述外托板上相对远离所述内托板的侧壁上对称设有肋板406,所述肋板406的另一端与所述辅撑板侧壁固接。具体地,所述肋板呈三角形结构,其能够提升肋板的承载强度。
本实施例还提供一种上述连梁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,在横向加劲板上打出两种类型的孔,包括若干浇筑孔和柱纵筋孔;将横向加劲板与第一H型钢焊接得到所述预制柱的钢骨架;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上翼缘板、下翼缘板以及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;将预制梁外露的第一工字钢的上翼缘板与第一连接板螺栓连接,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第一H型钢的翼缘板固定连接,通过螺栓以及第二连接板与预制梁固定连接;所述耗能组件的第四连接板与与所述第一连接板螺栓螺纹连接;
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第一端板的中部相铰接。
通过上述步骤,完成所述装配式支撑耗能框架体系的施工。
本申请实施例所提供的连梁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,破坏塑性铰便于震后更换,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;将耗能组件与预制梁连接,可以直接把水平向地震力转换为两相邻预制柱之间的剪切力,更有利于预制柱的安全;可以通过控制第一耗能铰和第二耗能铰的受弯刚度来控制结构整体刚度,实现结构刚度可控。
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)

1.一种连梁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)的钢骨架包括第一H型钢(101);所述第一H型钢(101)的一对翼缘板之间设有横向加劲板(102);所述横向加劲板(102)上开设有柱纵筋孔(103);
所述预制梁(200)的钢骨架为第一工字钢(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)螺栓连接,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)对角处的所述预制梁(200)的钢骨架上;
所述耗能组件(303)包括与所述第一连接板(202)螺栓连接的第四连接板(304);所述第四连接板(304)远离所述第一连接板(202)的一侧固定设有第二H型钢(305);所述第二H型钢(305)靠近所述预制柱(100)一侧的翼缘板上固定连接有第一加劲肋(306),且所述第一加劲肋(306)与所述第四连接板(304)螺栓连接;
所述耗能组件(303)还包括第一耗能铰(307)和第二耗能铰(308);所述第一耗能铰(307)和所述第二耗能铰(308)包括结构相同的铰接部件;所述铰接部件包括相互铰接的左铰片(309)和右铰片(310);
所述第一耗能铰(307)的左铰片(309)的自由端固定在第一端板(311)上,右铰片(310)的自由端固定在第二端板(312)上;所述支撑杆(301)与所述第一端板(311)相铰接;所述第一端板(311)和所述第二端板(312)平行设置,且二者之间螺栓连接有两个第一U型槽钢(313);两个所述第一U型槽钢(313)对称设置在所述铰接部件的两侧,且二者的U型开口相背设置;
所述第二耗能铰(308)的左铰片(309)的自由端固定在第三端板(314)上,右铰片(310)的自由端固定在所述第二H型钢(305)远离所述第一加劲肋(306)一侧的翼缘板上;所述第三端板(314)与所述第二端板(312)相互平行,且二者之间通过第二工字钢(315)或方钢管(316)相连接;所述第三端板(314)和所述第二H型钢(305)的翼缘板平行设置,且二者之间螺栓连接有两个第二U型槽钢(317);两个所述第二U型槽钢(317)对称设置在所述铰接部件的两侧,且二者的U型开口相背设置;
所述预制柱(100)和所述预制梁(200)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(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(402)自由端的外托板(403)、和设于所述外托板(403)内并与所述外托板(403)底壁通过弹性元件(405)连接的内托板(404);
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所述的连梁式钢连接耗能支撑框架体系,其特征在于,所述第一U型槽钢(313)和所述第二U型槽钢(317)的底面均开设有椭圆孔(318)。
3.根据权利要求1所述的连梁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所述连梁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所述的连梁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,在横向加劲板上打出两种类型的孔,包括若干浇筑孔和柱纵筋孔;将横向加劲板与第一H型钢焊接得到所述预制柱的钢骨架;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上翼缘板、下翼缘板以及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所述的连梁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螺栓连接,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所述的连梁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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