CN113323144B - 一种平面外可自由变形抗震支撑 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种平面外可自由变形抗震支撑，包括端部节点、斜撑和铅‑橡胶阻尼器，斜撑一端与端部节点连接，另一端与铅‑橡胶阻尼器连接，端部节点包括端部节点钢板，端部节点钢板嵌入于建筑主体中，所有端部节点定位于同一平面，铅‑橡胶阻尼器位于所有端部节点钢板所定位平面之外，支撑整体形状类似“X”形。在温度作用下，端部节点钢板产生弯曲变形，铅‑橡胶阻尼器产生平面外偏移，以释放温度应力，实现平面外自由变形的功能；在风载荷和小震作用下，铅‑橡胶阻尼器能为结构提供较大刚度，减小结构位移响应；在大震作用下，铅‑橡胶阻尼器首先屈服进入塑性耗能，消耗地震能量，以避免斜撑等重要构件屈服，同时能降低结构刚度，减少地震作用。

Description

一种平面外可自由变形抗震支撑
技术领域
本发明属于支撑设备相关领域，具体为一种平面外可自由变形抗震支撑。
背景技术
我国是多地震国家，抗震设计是高层建筑结构设计的重要组成部分，消能减震技术作为一种结构抗震手段，是指在结构的某些部位或构件上设置耗能阻尼器，利用阻尼器变形消耗地震能量，进而减少结构地震动反应。如今国内的大多数实际工程中，常采用设置耗能中心支撑或偏心支撑的方式，但是这些支撑由于斜撑构件两端被约束，没有伸张的余地，对温度变化等环境因素适应性差，在温度应力交替作用下可能产生应力集中现象，影响构件使用，同时会占用和分割室内使用空间，不可避免造成结构使用上的困难，对室内空间利用产生不利影响。
针对上述问题，需要对现有的设备进行改进。
发明内容
本发明目的在于提供一种平面外可自由变形抗震支撑，以解决上述背景技术中提出的现有的支撑的斜撑构件两端被约束，没有伸张的余地，对温度变化等环境因素适应性差，在温度应力交替作用下可能产生应力集中现象，以及会占用和分割室内使用空间，不可避免造成结构使用上的困难，对室内空间利用产生不利影响的问题。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种平面外可自由变形抗震支撑，包括端部节点、斜撑和铅-橡胶阻尼器，所述斜撑一端与所述端部节点连接，另一端与所述铅-橡胶阻尼器连接，所述端部节点中的端部节点钢板嵌入安装于建筑主体中，所有端部节点形成支撑面，所述铅-橡胶阻尼器位于支撑面之外。
进一步的技术方案是，所述端部节点包括端部节点钢板和两张端部节点翼缘板，两张所述端部节点翼缘板分别与所述端部节点钢板的两侧边连接，所述端部节点翼缘板与所述端部节点钢板互相垂直。
进一步的技术方案是，所述端部节点钢板为多边形钢板。
进一步的技术方案是，所述铅-橡胶阻尼器包括橡胶板、薄钢板、铅芯、保护套和阻尼器固定板，所述橡胶板和所述薄钢板互相交叠并套接于所述铅芯的轴线外侧以组成减震元件，所述减震元件设置于所述保护套内，所述阻尼器固定板共有两块，分别与所述铅芯两端连接。
进一步的技术方案是，所述斜撑包括斜撑腹板和两张斜撑翼缘板，两张所述斜撑翼缘板分别与所述斜撑腹板的两侧边连接，所述斜撑翼缘板与所述斜撑腹板互相垂直。
进一步的技术方案是，还包括连接板，还包括连接板，所述连接板包括连接板腹板和连接板翼缘板，所述连接板腹板的前端与所述斜撑腹板的后端连接，所述连接板腹板的后端与所述铅-橡胶阻尼器连接；所述连接板翼缘板的前端与所述斜撑翼缘板的后端连接，所述连接板翼缘板的后端与所述铅-橡胶阻尼器连接。
进一步的技术方案是，所述连接板翼缘板、斜撑翼缘板和端部节点翼缘板宽度一致；所述连接板腹板、斜撑腹板和端部节点钢板厚度一致。
进一步的技术方案是，还包括厚钢板、高强螺栓和两块端板，所述铅-橡胶阻尼器中的阻尼器固定板通过高强螺栓与所述厚钢板连接，所述端板套接于所述铅芯侧面，并分别位于所述减震元件两端面。
进一步的技术方案是，还包括水平板，所述水平板的侧面与所述连接板翼缘板连接，所述水平板的侧边与所述连接板腹板连接。
进一步的技术方案是，所述斜撑与端部节点形成的支撑面有一夹角α，该夹角α为5°～20°中的任一角度。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
1、本发明通过将铅-橡胶阻尼器设置于所有端部节点钢板所在平面外，即铅-橡胶阻尼器位于建筑主体平面外，端部节点钢板与建筑主体嵌入相连，在温度作用下端部节点钢板产生平面外弯曲变形，支撑中间的铅-橡胶阻尼器从而产生平面外偏移，以释放温度压力，实现平面外自由变形功能。
2、本发明在支撑中部使用铅-橡胶阻尼器，其初始强度高，弹性刚度较大；屈服后强度低，随位移增加刚度降低，可以满足不同载荷下的刚度需求。
3、本发明中的铅-橡胶阻尼器阻尼性能稳定，取材容易，造价低。
4、本发明中的斜撑和腹板可为建筑结构提供足够的抗侧刚度，减小风荷载作用下结构侧向位移以及提供抵抗小震的刚度，保持应力平衡。
5、本发明中的支撑设置于结构外侧，避免影响室内使用空间的利用和对幕墙设置产生影响。
附图说明
图1为本发明的平面外可自由变形抗震支撑的结构示意图；
图2为本发明的平面外可自由变形抗震支撑的铅-橡胶阻尼器局部放大图；
图3为本发明的平面外可自由变形抗震支撑的铅-橡胶阻尼器结构示意图；
图4为本发明的平面外可自由变形抗震支撑的上端端部节点局部放大图；
图5为本发明的平面外可自由变形抗震支撑的下端端部节点局部放大图；
图6为本发明的平面外可自由变形抗震支撑的侧视图；
图7为本发明的平面外可自由变形抗震支撑的俯视图；
附图标号：1-端部节点；101-端部节点钢板；102-端部节点翼缘板；2-斜撑；201-斜撑腹板；202斜撑翼缘板；3-连接板；301-连接板腹板；302-连接板翼缘板；4-铅-橡胶阻尼器；401-橡胶；402-薄钢板；403-铅芯；404-端板；405-阻尼器固定板；406-保护套；5-水平板；6-厚钢板；7-高强螺栓。
具体实施方式
为便于更好地理解本发明的目的、结构、特征以及功效等，现结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。应注意的是，图中示出的特征不是必须按照比例绘制。此外，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1-6所示，一种平面外可自由变形抗震支撑，包括端部节点1、斜撑2和铅-橡胶阻尼器4，斜撑2一端与端部节点1连接，另一端与铅-橡胶阻尼器4连接，支撑整体形状类似“X”形，端部节点1包括端部节点钢板101，端部节点钢板101嵌入于建筑主体结构中，所有端部节点钢板101形成支撑面，铅-橡胶阻尼器4位于支撑面之外，使得支撑中部的铅-橡胶阻尼器4在建筑主体结构所在的平面外。在温度作用下，端部节点钢板101产生弯曲变形，铅-橡胶阻尼器4从而产生平面外偏移，以释放温度应力，实现平面外自由变形功能，释放建筑主体内部的温度应力；在风载荷和小震的作用下，支撑中间的铅-橡胶阻尼器4能为结构提供较大刚度，减小结构位移响应；同时，支撑整体在建筑主体平面外，避免了占用室内使用空间及对幕墙的影响，提高空间利用率。
本发明的一种平面外可自由变形抗震支撑中的端部节点1包括端部节点钢板101和两张端部节点翼缘板102，两张端部节点翼缘板102分别与端部节点钢板101的两侧边连接，端部节点翼缘板102与端部节点钢板101互相垂直。端部节点钢板101嵌入建筑主体结构，与建筑主体固接，在端部节点钢板101两侧面分别连接有与其垂直的端部节点翼缘板102，保证端部节点1整体刚度，防止端部节点钢板101受到温度应力时承受过大弯矩产生塑性形变从而导致支撑功能失效；同时端部节点翼缘板102末端连接到建筑主体以固定支撑整体稳定性。
本发明的一种平面外可自由变形抗震支撑中的端部节点钢板101为多边形钢板，多边形钢板固定连接于建筑主体结构上，在温度作用下，多边形钢板更精准地对结构内部的内力作出响应，产生平面外弯曲变形，从而带动支撑整体产生平面外偏移，以释放温度应力，避免温度对结构产生不利影响。其中多边形钢板可以是薄多边形钢板，便于受到内力时弯曲变形。
本发明的一种平面外可自由变形抗震支撑中，铅-橡胶阻尼器4包括橡胶板401、薄钢板402、铅芯403、保护套403和阻尼器固定板405，橡胶板401和薄钢板402互相交叠并套接于铅芯403的轴线外侧，组成减震元件。其中，橡胶板401和薄钢板402互相交叠具有较好的抗压、抗延伸、抗脆裂性，耐久性能良好。在大震作用下，铅-橡胶阻尼器4首先屈服进入塑性耗能，消耗地震能量，以避免斜撑2等重要构件屈服，同时能降低结构刚度，减少地震作用，该阻尼器阻尼性能稳定，取材方便，构造简单，造价低廉。减震元件位于保护套406内，保护套406可防止减震元件损耗过快，保证其工作寿命。阻尼器固定板405共有两块，分别与铅芯403两端面连接，用于固定阻尼器。
本发明的一种平面外可自由变形抗震支撑中的斜撑2包括斜撑腹板201和两张斜撑翼缘板202，两张斜撑翼缘板202分别与斜撑腹板201的两侧边连接，斜撑翼缘板202与斜撑腹板201互相垂直。其中，两张斜撑翼缘板202板面互相平行，斜撑腹板201的前端与端部节点钢板101连接，斜撑翼缘板202的前端与端部节点翼缘板102连接。斜撑整体为宽翼缘工字钢，宽翼缘工字钢斜撑有较好的平面外刚度和结构稳定性，侧向刚度以及抗弯能力，可以平衡应力，保证支撑功能的实现；同时与一般型钢相比，工字钢成本低，精度高，残余应力小。
本发明的一种平面外可自由变形抗震支撑还包括连接板3，连接板3包括连接板腹板301和连接板翼缘板302，连接板腹板301的前端与斜撑腹板201的后端连接，连接板腹板301的后端与铅-橡胶阻尼器4连接；连接板翼缘板302的前端与斜撑翼缘板202的后端连接，连接板翼缘板202的后端与4铅-橡胶阻尼器连接。连接板3将斜撑2整体与中部的铅-橡胶阻尼器4连接，将建筑主体内部所受到的的应力传递到支撑中部的铅-橡胶阻尼器4。
本发明的一种平面外可自由变形抗震支撑中，连接板翼缘板、斜撑翼缘板和端部节点翼缘板的宽度一致；连接板腹板、斜撑腹板和端部节点钢板的厚度一致。所有翼缘板宽度一致，便于钢结构焊接的施工，同时保证支撑整体的美观。
本发明的一种平面外可自由变形抗震支撑中还包括厚钢板、高强螺栓和两块端板，铅-橡胶阻尼器中的阻尼器固定板通过高强螺栓与厚钢板连接；两块端板套接于铅芯侧面，并分别位于减震元件两端面。其中，厚钢板保证支撑整体刚度，并连接铅-橡胶阻尼器至连接板；端板使得橡胶板与薄钢板紧密结合，保证了薄钢板对于橡胶板的变形约束，使其具有较高的水平变形能力。
本发明的一种平面外可自由变形抗震支撑还包括水平板，水平板的侧面与连接板翼缘板连接，水平板的侧边与连接板腹板连接。通过水平板分别将左侧的连接板翼缘板和右侧的连接板翼缘板分割成两部分，以简化连接板翼缘板结构，降低连接板翼缘板生产难度，降低生产成本；同时加固支撑整体结构。
本发明的一种平面外可自由变形抗震支撑中，斜撑与端部节点形成的支撑面有一夹角α，该夹角α为5°～20°中的任一角度，该夹角α可以为10°。
以上详细说明仅为本发明之较佳实施例的说明，非因此局限本发明之专利范围，所以，凡运用本创作说明书及图示内容所为之等效技术变化，均包含于本创作之专利范围内。

Claims (10)

1.一种平面外可自由变形抗震支撑，其特征在于：包括端部节点、斜撑和铅-橡胶阻尼器，所述斜撑一端与所述端部节点连接，另一端与所述铅-橡胶阻尼器连接，所述端部节点中的端部节点钢板嵌入安装于建筑主体中，所有端部节点形成支撑面，所述铅-橡胶阻尼器位于支撑面之外。
2.根据权利要求1所述的平面外可自由变形抗震支撑，其特征在于：所述端部节点包括端部节点钢板和两张端部节点翼缘板，两张所述端部节点翼缘板分别与所述端部节点钢板的两侧边连接，所述端部节点翼缘板与所述端部节点钢板互相垂直。
3.根据权利要求1所述的平面外可自由变形抗震支撑，其特征在于：所述端部节点钢板为多边形钢板。
4.根据权利要求1所述的一种平面外可自由变形抗震支撑，其特征在于：所述铅-橡胶阻尼器包括橡胶板、薄钢板、铅芯、保护套和阻尼器固定板，所述橡胶板和所述薄钢板互相交叠并套接于所述铅芯的轴线外侧以组成减震元件，所述减震元件设置于所述保护套内，所述阻尼器固定板共有两块，分别与所述铅芯两端连接。
5.根据权利要求1所述的一种平面外可自由变形抗震支撑，其特征在于：所述斜撑包括斜撑腹板和两张斜撑翼缘板，两张所述斜撑翼缘板分别与所述斜撑腹板的两侧边连接，所述斜撑翼缘板与所述斜撑腹板互相垂直。
6.根据权利要求5所述的一种平面外可自由变形抗震支撑，其特征在于：还包括连接板，所述连接板包括连接板腹板和连接板翼缘板，所述连接板腹板的前端与所述斜撑腹板的后端连接，所述连接板腹板的后端与所述铅-橡胶阻尼器连接；所述连接板翼缘板的前端与所述斜撑翼缘板的后端连接，所述连接板翼缘板的后端与所述铅-橡胶阻尼器连接。
7.根据权利要求6所述的一种平面外可自由变形抗震支撑，其特征在于：所述连接板翼缘板、斜撑翼缘板和端部节点翼缘板宽度一致；所述连接板腹板、斜撑腹板和端部节点钢板厚度一致。
8.根据权利要求4所述的一种平面外可自由变形抗震支撑，其特征在于：还包括厚钢板、高强螺栓和两块端板，所述铅-橡胶阻尼器中的阻尼器固定板通过高强螺栓与所述厚钢板连接，所述端板套接于所述铅芯侧面，并分别位于所述减震元件两端面。
9.根据权利要求6所述的平面外可自由变形抗震支撑，其特征在于：还包括水平板，所述水平板的侧面与所述连接板翼缘板连接，所述水平板的侧边与所述连接板腹板连接。
10.根据权利要求1所述的平面外可自由变形抗震支撑，其特征在于：所述斜撑与端部节点形成的支撑面有一夹角α，该夹角α为5°～20°中的任一角度。
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