CN113235751A - 摩擦耗能支撑结构、装配式支撑框架体系及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了摩擦耗能支撑结构、装配式支撑框架体系及施工方法。包括:耗能齿轮组件和与所述耗能齿轮组件连接的第一支撑杆、第二支撑杆以及两个第三支撑杆;本申请利用啮合设置的第一齿轮和两个第二齿轮构成耗能齿轮组件,将第一支撑杆与一个第二齿轮连接,第二支撑杆与另一个第二齿轮连接,两个第三支撑杆与第一齿轮连接,使框架上下梁形成刚体;利用四个连接铰作为第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆与框架顶角的连接介质,将其分别与第一支撑杆、第二支撑杆以及第三支撑杆的端部铰接,且两个第三支撑杆在框架内对角设置;地震时,两个第三支撑杆将层间地震力转换为拉压力进行传递,且第一齿轮、第二齿轮之间也会产生摩擦,以消耗地震能量。

Description

摩擦耗能支撑结构、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,具体涉及摩擦耗能支撑结构、装配式支撑框架体系及施工方法。
背景技术
我国处在世界两大地震带之间,属于多地震的国家之一。地震具有突发性强,破坏性大的特点,当前建筑工程中对地震灾害的预防主要有三种方式,即抗震、隔震以及减震。抗震是通过增大建筑结构的材料用量,使结构自身具备足够的能力抵御地震的作用,目前我国主要采用抗震的方法是进行建筑结构抗震设计。隔震是通过在建筑物基础顶部与上部结构之间设置隔震层,使隔震层吸收地震能量,减少传递到上部结构的地震作用。减震是建筑物内部适当的位置设置耗能装置,让耗能装置吸收地震能量,增大结构的阻尼比,在总地震能量不变的情况下,减少结构所受损伤,当前日本等发达国家多采用减震隔震相结合的方法进行建筑结构的防震设计。
结合我国当前倡导的装配式建筑,预制装配框架结构施工高效,广泛的用于公用建筑、民用建筑等。地震中,框架结构在梁柱节点区破坏明显,并且考虑到梁柱均为结构受力构件,一旦失去承载能力,极有可能造成不可挽回的后果。因此,如何提高梁柱结构受力构件的承载能力,消耗地震能量,减小结构所受地震影响,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,期望提供一种有效消耗地震能量,减小结构所受地震影响,便于震后修复,结构简单且易于实现的摩擦耗能支撑结构、装配式支撑框架体系及施工方法。
第一方面,本申请提供一种摩擦耗能支撑结构,包括:耗能齿轮组件和与所述耗能齿轮组件连接的第一支撑杆、第二支撑杆以及两个第三支撑杆;
所述耗能齿轮组件包括:啮合设置的第一齿轮和两个第二齿轮;所述第一齿轮位于两个所述第二齿轮之间;所述第一齿轮与两个所述第三支撑杆连接,且两个所述第三支撑杆在框架内对角设置;一个所述第二齿轮与第一支撑杆连接,且另一个所述第二齿轮与第二支撑杆连接;
所述第一支撑杆、所述第二支撑杆以及所述第三支撑杆的自由端均铰接有连接铰,且其安装在所述框架的顶角处。
根据本申请实施例提供的技术方案,所述第一齿轮与所述第二齿轮上套设有耗能履带。
根据本申请实施例提供的技术方案,所述第三支撑杆通过焊接与所述第一齿轮连接。
根据本申请实施例提供的技术方案,所述第一支撑杆通过焊接与所述第二齿轮连接。
根据本申请实施例提供的技术方案,所述第二支撑杆通过焊接与所述第二齿轮连接。
根据本申请实施例提供的技术方案,两个所述第一槽钢之间还设置有竖板。
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、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上述的一种摩擦耗能支撑结构;
所述预制柱的骨架为两个开口方向相对设置的第一槽钢,两个二者的翼缘分别通过连接板连接;所述预制梁的骨架为第二槽钢,且其腹板与所述第一槽钢的腹板相邻设置;所述第一槽钢与所述第二槽钢之间设置有T型钢,所述T型钢的翼缘分别与所述第一槽钢与所述第二槽钢同侧的翼缘连接,且所述T型钢的腹板与所述第一槽钢与所述第二槽钢的腹板连接;
所述预制柱设置有竖直设置的柱纵筋,且其贯穿所述第一槽钢和所述连接板;所述柱纵筋上绑扎有箍筋;所述预制梁设置有梁纵筋,且其与所述第二槽钢翼缘焊接。
根据本申请实施例提供的技术方案,所述T型钢的腹板可拆卸地与所述第一槽钢与所述第二槽钢的腹板连接。
根据本申请实施例提供的技术方案,所述T型钢翼缘可拆卸地与所述第一槽钢翼缘、所述第二槽钢翼缘连接。
根据本申请实施例提供的技术方案,两个所述第一槽钢之间以及所述第二槽钢均设置有竖板。
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:利用螺栓现场拼装预制柱和预制梁;
步骤S3:将连接铰安装在预制柱与预制梁形成的框架的顶角处;
步骤S4:将第一支撑杆、第二支撑杆分别与两个第二齿轮连接,两个第三支撑杆与第一齿轮连接;
步骤S5:将第一支撑杆、第二支撑杆以及两个第三支撑杆分别与四个连接铰铰接。
综上所述,本技术方案具体地公开了一种摩擦耗能支撑结构的具体结构。本申请具体地利用啮合设置的第一齿轮和两个第二齿轮,且第一齿轮位于两个第二齿轮之间,构成耗能齿轮组件;再将第一支撑杆与一个第二齿轮连接,第二支撑杆与另一个第二齿轮连接,两个第三支撑杆与第一齿轮连接,使得框架的上下梁形成刚体;利用安装在框架的四个顶角处的连接铰,作为第一支撑杆、第二支撑杆以及第三支撑杆与框架顶角的连接介质,将其分别与第一支撑杆、第二支撑杆以及第三支撑杆的端部铰接,并且两个第三支撑杆在框架内对角设置,第一支撑杆与第二支撑也是对角设置,使得第一支撑杆、第二支撑杆以及第三支撑杆与框架顶角建立连接、支撑关系;在地震时,两个第三支撑杆能够将层间地震力转换为拉压力进行传递,并且第一齿轮、第二齿轮之间也会产生摩擦,从而消耗地震能量,减小结构破坏;进一步地,通过在第一齿轮与第二齿轮上套设耗能履带,其与第一齿轮、第二齿轮也会产生摩擦,从而消耗地震能量,提高结构强度;并且齿轮部件间的摩擦以及耗能履带与齿轮部件间的摩擦,形成双重耗能,能够有效消耗地震能量。
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为摩擦耗能支撑结构的结构示意图。
图2为装配式支撑框架体系的结构示意图。
图3为预制柱与预制梁的结构示意图。
图4为辅助消耗部的结构示意图。
图中标号:1、第一支撑杆;2、第二支撑杆;3、第三支撑杆;4、第一齿轮;5、第二齿轮;6、连接铰;7、预制柱;8、预制梁;9、第一槽钢;10、连接板;11、第二槽钢;12、T型钢;13、耗能履带;14、竖板;15、辅助消耗部。
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摩擦耗能支撑结构的第一种实施例的结构示意图,包括:耗能齿轮组件和与所述耗能齿轮组件连接的第一支撑杆1、第二支撑杆2以及两个第三支撑杆3;
所述耗能齿轮组件包括:啮合设置的第一齿轮4和两个第二齿轮5;所述第一齿轮4位于两个所述第二齿轮5之间;所述第一齿轮4与两个所述第三支撑杆3连接,且两个所述第三支撑杆3在框架内对角设置;一个所述第二齿轮5与第一支撑杆1连接,且另一个所述第二齿轮5与第二支撑杆2连接;
所述第一支撑杆1、所述第二支撑杆2以及所述第三支撑杆3的自由端均铰接有连接铰6,且其安装在所述框架的顶角处。
在本实施例中,第一齿轮4和两个第二齿轮5,啮合设置,且第一齿轮4位于两个第二齿轮5之间,构成耗能齿轮组件;
其中,第一齿轮4的直径大于第二齿轮5的直径;
第一支撑杆1与一个第二齿轮5连接,第二支撑杆2与另一个第二齿轮5连接,两个第三支撑杆3与第一齿轮4连接,并且两个第三支撑杆3在框架内对角设置,第一支撑杆1与第二支撑2也是对角设置,使得框架的上下梁形成刚体;
连接铰6,作为第一支撑杆1、第二支撑杆2以及第三支撑杆3与框架顶角的连接介质,其安装在框架的四个顶角处,再将其一一与第一支撑杆1、第二支撑杆2以及第三支撑杆3的端部铰接,使得第一支撑杆1、第二支撑杆2以及第三支撑杆3与框架顶角建立连接、支撑关系;
在地震时,两个第三支撑杆3能够将层间地震力转换为拉压力进行传递,并且第一齿轮4、第二齿轮5之间也会产生摩擦,从而消耗地震能量,减小结构破坏;
并且,耗能履带13,套设在所述第一齿轮4与所述第二齿轮5上,其与第一齿轮4、第二齿轮5也会产生摩擦,从而消耗地震能量,提高结构强度;并且齿轮部件间的摩擦以及耗能履带与齿轮部件间的摩擦,形成双重耗能,能够有效消耗地震能量;
如图4所示,两个第二齿轮5之间还设置有两个对称设置的辅助消耗部15,辅助消耗部15的两端分别与两个第二齿轮5的中心连接;辅助消耗部15具有弹性,且其呈弧形结构,在地震时,能够进一步地限制两个第二齿轮5的位置,还可以辅助第二齿轮5消耗地震能量,减小第二齿轮5被损坏的可能性。
其中,第一支撑杆1、第二支撑杆2以及第三支撑杆3的类型可以是普通支撑件,也可以是防屈曲支撑件;
并且,第三支撑杆3与第一齿轮4的连接方式,可选地,例如为焊接连接,具体连接方式:将第三支撑杆3的一个端部与第一齿轮4焊接,并且不会影响第一齿轮4的正常转动;
第一支撑杆1与第二齿轮5的连接方式,可选地,例如为焊接连接,具体连接方式:将第一支撑杆1的一个端部与第二齿轮5焊接,并且不会影响第二齿轮5的正常转动;
第二支撑杆2与第二齿轮5的连接方式,可选地,例如为焊接连接,具体连接方式:将第二支撑杆2的一个端部与第二齿轮5焊接,并且不会影响第二齿轮5的正常转动。
实施例二
如图2所示,一种装配式支撑框架体系,包括:预制柱7、预制梁8和设置在所述预制柱7与所述预制梁8形成的框架内的上述的一种摩擦耗能支撑结构;
所述预制柱7的骨架为两个开口方向相对设置的第一槽钢9,两个二者的翼缘分别通过连接板10连接;所述预制梁8的骨架为第二槽钢11,且其腹板与所述第一槽钢9的腹板相邻设置;所述第一槽钢9与所述第二槽钢11之间设置有T型钢12,所述T型钢12的翼缘分别与所述第一槽钢9与所述第二槽钢11同侧的翼缘连接,且所述T型钢12的腹板与所述第一槽钢9与所述第二槽钢11的腹板连接;
所述预制柱7设置有竖直设置的柱纵筋,且其贯穿所述第一槽钢9和所述连接板10;所述柱纵筋上绑扎有箍筋;所述预制梁8设置有梁纵筋,且其与所述第二槽钢11翼缘焊接。
在本实施例中,如图2所示,将实施例一种的摩擦耗能支撑结构安装在预制柱7与预制梁8所形成的框架内,并且摩擦耗能支撑结构采用隔跨设置的方式进行安装,以形成完整的装配式支撑框架体系,实现消耗地震能量的目的;
第一槽钢9,其数量为两个,并且二者的开口方向相对设置,作为预制柱7的骨架;
并且,竖板14,设置在两个第一槽钢9之间以及第二槽钢11的上下翼缘之间,进一步地提高预制柱7、预制梁8的支撑效果;
如图3所示,连接板10,作为两个第一槽钢9的连接介质,将第一槽钢9的翼缘与连接板10焊接;
T型钢12,其数量为两个,且二者的腹板相对设置,作为预制梁8与预制柱7之间的连接介质;并通过螺栓将两个T型钢12同侧的翼缘分别与第一槽钢9、第二槽钢11同侧的翼缘连接,使得预制柱7与预制梁8建立连接关系,以形成框架体系;
柱纵筋,竖直设置且其贯穿所述第一槽钢9和所述连接板10,并利用箍筋进行绑扎,以提高预制柱7的支撑效果;
梁纵筋,与所述第二槽钢11翼缘焊接,以提高预制梁8的支撑效果。
在地震时,预制梁8梁端会产生弯矩和剪力,而弯矩由预制梁8上安装的梁纵筋承担,梁纵筋与T型钢12翼缘或者第一槽钢9的翼缘焊接,则弯矩能够通过T型钢12或者第一槽钢9传递至摩擦耗能支撑结构上进行消耗;而剪力则是由预制梁上的梁箍筋承担,并传递至T型钢12腹板或者第一槽钢9的腹板,再传递至摩擦耗能支撑结构上进行消耗。
实施例三
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7、预制梁8经工厂加工制作成形;
步骤S2:利用螺栓现场拼装预制柱7和预制梁8;
步骤S3:将连接铰6安装在预制柱7与预制梁8形成的框架的顶角处;
步骤S4:将第一支撑杆1、第二支撑杆2分别与两个第二齿轮5连接,两个第三支撑杆3与第一齿轮4连接;
步骤S5:将第一支撑杆1、第二支撑杆2以及两个第三支撑杆3分别与四个连接铰6铰接。
在本实施例中,在步骤S1中,预制柱7、预制梁8经工厂加工制作成形;
具体地,制作预制柱时,将两个第一槽钢的开口方向相对设置,在第一槽钢翼缘与连接板上分别开设栓孔,并利用螺栓将连接板与两个第一槽钢同侧的翼缘连接,再将竖板焊接在两个第一槽钢之间;将纵钢筋竖直贯穿第一槽钢、连接板,再利用箍筋进行绑扎,加强预制柱的支撑能力,在第一槽钢的翼缘和腹板预留露出部分,再进行浇筑,使得混凝土均匀分布在纵钢筋、箍筋、第一槽钢以及连接板的外部,养护后得到预制柱;
制作预制梁时,将第二槽钢背向预制柱放置,将梁纵筋焊接在第二槽钢的翼缘上,再利用箍筋进行绑扎,将第二槽钢的腹板、翼缘预留露出部分,再进行浇筑,使得混凝土均匀分布在纵钢筋、箍筋、第二槽钢的外部,养护后得到预制梁。
在步骤S2中,利用螺栓现场拼装预制柱7和预制梁8;
具体地,当现场拼装预制柱与预制梁时,第一槽钢的腹板、翼缘,第二槽钢的腹板、翼缘以及两个T型钢的翼缘、腹板上开设对应的栓孔,将两个T型钢的同侧两个翼缘通过螺栓与第一槽钢的两个翼缘连接,且另一侧的两个翼缘通过螺栓与第二槽钢的两个翼缘连接;两个T型钢的腹板通过螺栓与第一槽钢的腹板、第二槽钢的腹板连接,实现预制柱与预制梁的连接。
在步骤S3中,将连接铰6安装在预制柱7与预制梁8形成的框架的顶角处;
具体地,将四个连接铰分别焊接在预制柱与预制梁形成的框架内的四个顶角上,或者,利用螺栓将四个连接铰分别安装在预制柱与预制梁形成的框架内的四个顶角上。
在步骤S4中,将第一支撑杆1、第二支撑杆2分别与两个第二齿轮5连接,两个第三支撑杆3与第一齿轮4连接;
具体地,将第一支撑杆、第二支撑杆分别与两个第二齿轮焊接,两个第三支撑杆与第一齿轮焊接,构成摩擦耗能支撑结构。
在步骤S5中,将第一支撑杆1、第二支撑杆2以及两个第三支撑杆3分别与四个连接铰6铰接;
具体地,将第一支撑杆、第二支撑杆以及两个第三支撑杆分别与四个连接铰铰接,第一支撑杆与第二支撑杆在框架中对角设置,两个第三支撑杆在框架中对角设置,以形成完整的装配式支撑框架体系。
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 (10)

1.一种摩擦耗能支撑结构,其特征在于,包括:耗能齿轮组件和与所述耗能齿轮组件连接的第一支撑杆(1)、第二支撑杆(2)以及两个第三支撑杆(3);
所述耗能齿轮组件包括:啮合设置的第一齿轮(4)和两个第二齿轮(5);所述第一齿轮(4)位于两个所述第二齿轮(5)之间;所述第一齿轮(4)与两个所述第三支撑杆(3)连接,且两个所述第三支撑杆(3)在框架内对角设置;一个所述第二齿轮(5)与第一支撑杆(1)连接,且另一个所述第二齿轮(5)与第二支撑杆(2)连接;
所述第一支撑杆(1)、所述第二支撑杆(2)以及所述第三支撑杆(3)的自由端均铰接有连接铰(6),且其安装在所述框架的顶角处。
2.根据权利要求1所述的一种摩擦耗能支撑结构,其特征在于,所述第一齿轮(4)与所述第二齿轮(5)上套设有耗能履带(13)。
3.根据权利要求1所述的一种摩擦耗能支撑结构,其特征在于,所述第三支撑杆(3)通过焊接与所述第一齿轮(4)连接。
4.根据权利要求1所述的一种摩擦耗能支撑结构,其特征在于,所述第一支撑杆(1)通过焊接与所述第二齿轮(5)连接。
5.根据权利要求1所述的一种摩擦耗能支撑结构,其特征在于,所述第二支撑杆(2)通过焊接与所述第二齿轮(5)连接。
6.一种装配式支撑框架体系,其特征在于,包括:预制柱(7)、预制梁(8)和设置在所述预制柱(7)与所述预制梁(8)形成的框架内的权利要求1至5任一项所述的一种摩擦耗能支撑结构;
所述预制柱(7)的骨架为两个开口方向相对设置的第一槽钢(9),两个二者的翼缘分别通过连接板(10)连接;所述预制梁(8)的骨架为第二槽钢(11),且其腹板与所述第一槽钢(9)的腹板相邻设置;所述第一槽钢(9)与所述第二槽钢(11)之间设置有T型钢(12),所述T型钢(12)的翼缘分别与所述第一槽钢(9)与所述第二槽钢(11)同侧的翼缘连接,且所述T型钢(12)的腹板与所述第一槽钢(9)与所述第二槽钢(11)的腹板连接;
所述预制柱(7)设置有竖直设置的柱纵筋,且其贯穿所述第一槽钢(9)和所述连接板(10);所述柱纵筋上绑扎有箍筋;所述预制梁(8)设置有梁纵筋,且其与所述第二槽钢(11)翼缘焊接。
7.根据权利要求6所述的一种装配式支撑框架体系,其特征在于,所述T型钢(12)的腹板可拆卸地与所述第一槽钢(9)与所述第二槽钢(11)的腹板连接。
8.根据权利要求6所述的一种装配式支撑框架体系,其特征在于,所述T型钢(12)翼缘可拆卸地与所述第一槽钢(9)翼缘、所述第二槽钢(11)翼缘连接。
9.根据权利要求6所述的一种装配式支撑框架体系,其特征在于,两个所述第一槽钢(9)之间以及所述第二槽钢(11)均设置有竖板(14)。
10.一种基于权利要求6至9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(7)、预制梁(8)经工厂加工制作成形;
步骤S2:利用螺栓现场拼装预制柱(7)和预制梁(8);
步骤S3:将连接铰(6)安装在预制柱(7)与预制梁(8)形成的框架的顶角处;
步骤S4:将第一支撑杆(1)、第二支撑杆(2)分别与两个第二齿轮(5)连接,两个第三支撑杆(3)与第一齿轮(4)连接;
步骤S5:将第一支撑杆(1)、第二支撑杆(2)以及两个第三支撑杆(3)分别与四个连接铰(6)铰接。
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