CN115653373A - 一种双球铰支座梁柱抗震结构体系及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双球铰支座梁柱抗震结构体系及施工方法，该结构体系中：钢梁底部与钢梁支座固定连接；钢梁支座下表面中心位置设置有一个等大的碗状凸起；支撑顶板安装在钢柱的顶端；钢梁支座的碗状凸起设置于支撑顶板的碗状凹槽中；加劲板设置在钢柱的顶端与支撑顶板的下端交接的位置；钢柱的底部设置有钢垫板，通过钢垫板与混凝土支墩的上表面固定连接；混凝土支墩的下表面与抗震球铰的上表面固定连接；抗震球铰安装在混凝土承台上表面的凹槽内；抗震球铰与混凝土承台之间也设置有一个中间开孔的减震橡胶垫。本发明采用了双球铰支座进行连接，能够抵抗地震荷载引起的任意方向位移，同时采用减震橡胶垫也吸收部分地震荷载，降低结构位移。

Description

一种双球铰支座梁柱抗震结构体系及施工方法

技术领域

本发明涉及地震带区域房屋建筑抗震技术领域，尤其涉及一种双球铰支座梁柱抗震结构体系及施工方法。

背景技术

随着社会的发展，建筑行业的涵盖范围越来越广，各种建(构)筑物遍布各地。当建(构)筑物位于地震带区域上，为了保护使用者的安全，会采取各种减震隔震措施来降低地震发生时对建(构)筑物的破坏作用，常见的方式有采用高强材料增强结构的刚度强度、扩大承重构件的尺寸等。

本发明研究的是采用钢梁柱作为承重构件的建筑抗震方式，众所周知，钢结构构件连接最常用的是螺栓连接、焊接等方式，然而这种连接方式均属于刚性连接。以刚性连接来抵抗地震破坏已经属于较为传统落后的施工工艺，且无法保证建筑结构能否抵抗住地震作用。相比刚性连接，采用柔性连接来抵抗地震破坏越来越成为建筑施工的趋势，不过目前的施工工艺无法很好地应用这种连接方式。

为了解决上述问题，本发明通过研制出一种双球铰支座梁柱抗震结构体系及施工方法，改变了承重构件连接方式、采用了抗震隔震材料与构件，具有实际施工性，能够很好地应用在实际工程中去。降低了人工搬运操作难度，有效减少了材料、人力及机械的投入，节约了成本，保证了安全。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种双球铰支座梁柱抗震结构体系及其施工方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种双球铰支座梁柱抗震结构体系，该结构体系包括设置在顶部的钢梁和设置在底部的混凝土承台，以及设置在钢梁和混凝土承台之间的钢梁支座、减震橡胶垫、支撑顶板、加劲板、钢柱、钢垫板、混凝土支墩、抗震球铰；其中：

钢梁底部与钢梁支座固定连接；钢梁支座上表面中心设置有一个碗状凹陷，下表面中心对应位置设置有一个等大的碗状凸起；减震橡胶垫中心开孔；支撑顶板安装在钢柱的顶端，其上表面设置有一个碗状凹槽，大小大于钢梁支座下表面中心的碗状凸起；钢梁支座的碗状凸起穿过减震胶垫的中心开孔设置于支撑顶板的碗状凹槽中，使钢梁支座与支撑顶板相互连接；加劲板设置在钢柱的顶端与支撑顶板的下端交接的位置，通过加劲板对支撑顶板进行加固支撑；

钢柱的底部设置有钢垫板，通过钢垫板与混凝土支墩的上表面固定连接；混凝土支墩的下表面与抗震球铰的上表面固定连接；抗震球铰为金属材料制作而成，上部形状为一矩形平面，平面上设置有带弯头的钢筋，通过带弯头的钢筋伸入混凝土支墩内加强固定作用，下部位一半球形结构，安装在混凝土承台上表面的凹槽内；抗震球铰与混凝土承台之间也设置有一个中间开孔的减震橡胶垫。

进一步地，本发明的钢梁采用工字钢水平放置，钢梁两端的下部翼缘上开孔，通过连接螺栓穿过开孔与钢梁支座连接。

进一步地，本发明的钢梁支座为矩形盖状金属构件，长边外侧设置有吊环，吊环上挂有弹性钢缆，钢缆支座上拖承钢梁，下安装在支撑顶板上。

进一步地，本发明的弹性钢缆为具有一定伸缩性的金属钢缆，上端沿钢梁支座长边中轴线对称设置在钢梁支座长边外侧位置，下端与加劲板上设置的连接环相连接。

进一步地，本发明的减震橡胶垫采用柔性橡胶材料制成。

进一步地，本发明的支撑顶板的上表面与钢梁支座下表面面积等大，采用加厚钢板制成。

进一步地，本发明的连接环位于加劲板外侧，为金属圆环。

进一步地，本发明的钢垫板上开有螺栓孔，连接螺栓穿过螺栓孔与混凝土支墩固定连接。

本发明提供一种双球铰支座梁柱抗震结构体系的施工方法，包括以下步骤：

下部结构成形：施工完成基础后，对基础顶部的混凝土承台进行钢筋绑扎、模板封闭；在混凝土承台的上表面沿对角线位置弹线确定中心位置，在中心位置预埋金属碗状构件后浇筑混凝土，待混凝土凝固后拆除模板，清理干净金属碗状构件内的混凝土；

安装减震橡胶垫：根据混凝土承台的上表面尺寸大小，切割出相应尺寸的橡胶垫材料，并在其中心位置用圆规画出同混凝土承台上表面金属碗状构件等大的圆形，再用热熔机加工出相应的碗状凸起，冷却后按对应位置将减震橡胶垫安装在混凝土承台上，确保减震橡胶垫的碗状凸起嵌入混凝土承台的上表面金属碗状构件中；

安装抗震球铰：抗震球铰上部采用钢板制成，长宽尺寸与混凝土承台的上表面尺寸大小相等，下部采用比混凝土承台上表面金属碗状构件小的半球状金属构件制成，上下部之间采用焊接连接保证稳固；将抗震球铰按照长短边同混凝土承台长短边相同方向安装在减震橡胶垫的上方，确保抗震球铰下部嵌入减震橡胶垫的凹槽中；

制作混凝土支墩：将抗震球铰的上部长短四边支起一定高度的模板，在抗震球铰上部金属板上焊接带弯钩的钢筋，并在内部绑扎钢筋笼，使弯钩钢筋与钢筋笼相嵌紧密；最后浇筑混凝土形成混凝土支墩，待混凝土凝固之后拆除模板，将上表面清理干净，保证水平平整；

安装钢柱：在浇筑完成混凝土支墩后，根据混凝土支墩上表面的螺栓套筒位置，在钢垫板上对应位置开孔，用钢丝绳吊住钢柱，再通过起重机械将钢柱吊起，将钢垫板的连接孔与混凝土支墩上表面的螺栓套通位置对准之后，先在连接孔上安装垫圈，后放置两个螺母，再插入连接螺栓，使用力矩扳手将连接螺栓拧紧，安装过程中使用全站仪、激光仪来校准钢柱的垂直度，待垂直度满足要求拧紧连接螺栓后，最后松开吊起钢柱的钢丝绳；

安装上部构件：安装完成钢柱之后，根据钢柱顶端支撑顶板的尺寸、构造按照相同原理剪切、加工出减震橡胶垫并安装到位；再将钢梁支座套装在减震橡胶垫上方，保证钢梁支座下表面中心的碗状凸起嵌入减震橡胶垫的碗状凹槽内，同时减震橡胶垫的碗状部分嵌入支撑顶板的碗状凹槽内，接着将弹性钢缆穿过加劲板上的连接环中并固定好；最后将钢梁下部翼缘的连接孔对准钢梁支座上表面的连接孔后，将连接螺栓穿入连接孔，用力矩扳手将连接螺栓拧紧，完成钢梁的连接。

本发明产生的有益效果是：提供一种双球铰支座梁柱抗震结构体系及施工方法，在钢柱与基础承台连接处采用球铰支座进行连接，利用球铰支座的球形结构来抵抗地震荷载产生的任意方向的位移，球铰支座还用减震橡胶垫来进行保护，延长了使用寿命，同时橡胶材料还能够吸能，抵消部分地震荷载，减小钢柱位移。此外在钢柱与钢梁连接处再次使用球铰支座与减震橡胶垫，将抗震效果提升两倍以上，弹性钢缆又保证了钢梁即使承受较大的地震荷载也不会发生倾覆的情况。还具体以下优点：

(1)、本发明中采用的构件均可以通过图纸深化设计结合BIM模型提前在工厂预制加工，拉到现场进行组装，施工灵活方便，同比相同尺寸的混凝土构件施工要节省大量人工，降低成本，节约工期。

(2)、本发明采用双球铰支座连接方式应用在钢柱9基础和钢梁1与钢柱9连接部位，与传统的仅在梁柱节点或基础部位应用抗震方式的抗震效果提高了至少两倍以上。

(3)、本发明采用的双球铰支座属于一种柔性抗震方式，由于其本身球状结构受力均匀，能够抵抗地震荷载产生的方向不确定性位移，保证结构安全。

(4)、本发明采用的减震橡胶垫5不仅能够减少金属构件之间的摩擦，延长构件的使用寿命，还可通过橡胶材料本身的柔软性质消耗部门地震荷载，降低地震荷载对建筑结构产生的位于，提高结构安全性。

(5)、本发明采用的弹性钢缆4保证了钢梁支座3与下部钢柱9连接的稳固，确保即使承受较大的地震荷载也不会发生钢梁1倾覆的情况。

(7)、本发明中施工方法操作简便，施工效率高，设备及人员投入少，节约成本且安全性高。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的双球铰支座抗震梁柱结构剖面图；

图2是本发明实施例的双球铰支座抗震梁柱结构示意图1；

图3是本发明实施例的双球铰支座抗震梁柱结构示意图2。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-3所示，本发明实施例的双球铰支座梁柱抗震结构体系，包括：钢梁1、连接螺栓2、钢梁支座3、弹性钢缆4、减震橡胶垫5、支撑顶板6、连接环7、加劲板8、钢柱9、钢垫板10、混凝土支墩11、抗震球铰12、混凝土承台13；其中：

钢梁1为建筑结构承重构件之一，一般采用工字钢水平放置，两端下部翼缘上开孔，以供连接螺栓穿过；

连接螺栓2为高强螺栓，用来起连接固定钢梁与钢梁支座、钢垫板与混凝土支墩作用；

钢梁支座3为一矩形盖状金属构件，上表面中心有一碗状凹陷，下表面中心对应位置有一等大的碗状凸起，长边外侧有吊环，吊环上挂有弹性钢缆，钢梁支座上拖承钢梁，下安装在支撑顶板上；

弹性钢缆4为具有一定伸缩性的金属钢缆，上端沿钢梁支座长边中轴线对称设置在钢梁支座长边外侧位置，下端与加劲板上的连接环相连接，将上部结构与下部支撑连接更稳固；

减震橡胶垫5为一柔性橡胶材料制成，可按照安装部位加工成任意形状，一方面起到减小连接构件的摩擦作用，一方面起到降低荷载传递的作用，减轻地震荷载引发的位移；

支撑顶板6安装在钢柱顶端，其上表面与钢梁支座下表面面积等大，采用加厚钢板制成，上表面中心有有一碗状凹槽，大小略大于钢梁支座下表面中心的碗状凸起，主要起到拖承固定钢梁支座作用；

连接环7位于加劲板外侧，为金属圆环，作用是固定弹性钢缆下端，将上部结构与下部支撑连接更稳固；

加劲板8设置在钢柱顶端与支撑顶板下端交接位置，其作用是增强支撑顶板的支撑稳定性；

钢柱9为建筑结构承重构件之一，采用垂直于水平面设置的工字钢柱，具有支撑和传递荷载的作用；

钢垫板10设置在钢柱底端，结构类似于工字钢的翼缘，钢垫板上开有螺栓孔，以供连接螺栓穿过；

混凝土支墩11为钢筋混凝土结构，上端承载钢柱及上部构件，上表面开有螺栓孔，以供连接螺栓穿过，下表面与抗震球铰上表面相连固定；

抗震球铰12整体采用金属材料制作而成，上部形状为一矩形平面，平面上设置有带弯头的钢筋，可以伸入混凝土支墩内加强固定作用，下部位一半球形结构，可以安装在混凝土承台上表面的凹槽内，上部与下部相连构成整体；

混凝土承台13为钢筋混凝土结构，下端与(桩)基础相连，上表面中心位置有一碗状金属凹槽，大小略大于抗震球铰的下部，可以容纳抗震球铰下部安装；

本发明实施例的双球铰支座梁柱抗震结构体系的施工方法，包括以下步骤：

下部结构成形：施工完成(桩)基础后，对(桩)基础顶部的混凝土承台13进行钢筋绑扎、模板封闭。在混凝土承台13的上表面沿对角线位置弹线确定中心位置，在中心位置预埋金属碗状构件(凸面朝下，凹面朝上)后浇筑混凝土，待混凝土凝固后拆除模板，清理干净金属碗状构件内的混凝土，注意保持金属碗状构件表面的光滑，不得有破损污染。

安装减震橡胶垫5：根据混凝土承台13的上表面尺寸大小，切割出略大尺寸的橡胶垫材料，并在其中心位置用圆规画出同混凝土承台13上表面金属碗状构件等大的圆形，再用热熔机加工出相应的碗状凸起，冷却后按对应位置将减震橡胶垫5安装在混凝土承台13上，确保减震橡胶垫5的碗状凸起嵌入混凝土承台13的上表面金属碗状构件中。

安装抗震球铰12：抗震球铰12上部采用钢板制成，长宽尺寸与混凝土承台13的上表面尺寸大小相等，下部采用比混凝土承台13上表面金属碗状构件略小的半球状金属构件制成，上下部之间采用焊接连接保证稳固。将抗震球铰12按照长短边同混凝土承台13长短边相同方向安装在减震橡胶垫5的上方，确保抗震球铰12下部嵌入减震橡胶垫5的凹槽中。

制作混凝土支墩11：将抗震球铰12的上部长短四边支起高度约为50cm的模板，在抗震球铰12上部金属板上焊接带弯钩的钢筋，并在内部绑扎钢筋笼，使弯钩钢筋与钢筋笼相嵌紧密。最后浇筑混凝土形成混凝土支墩，待混凝土凝固之后拆除模板，将上表面清理干净，保证水平平整。注意在浇筑混凝土支墩11前，需要在上表面四周位置预埋螺栓套筒，用来连接螺栓，浇筑混凝土时可采用套PVC管保护螺栓套筒不被混凝土污染。

安装钢柱9：在浇筑完成混凝土支墩11后，根据混凝土支墩11上表面的螺栓套筒位置，在钢垫板10上对应位置开孔，注意应采用激光切割或者机械钻孔等冷加工方式，避免气割等热加工方式对钢垫板10的材料性能产生影响。用钢丝绳吊住钢柱9，再通过起重机械将钢柱9缓缓吊起，将钢垫板10的连接孔与混凝土支墩11上表面的螺栓套通位置对准之后，先在连接孔上安装垫圈，后放置两个螺母，再插入连接螺栓2，使用力矩扳手将连接螺栓2拧紧，安装过程中使用全站仪、激光仪来校准钢柱9的垂直度，待垂直度满足要求拧紧连接螺栓2后，最后松开吊起钢柱9的钢丝绳。

安装上部构件：安装完成钢柱9之后，根据钢柱9顶端支撑顶板6的尺寸、构造按照相同原理剪切、加工出减震橡胶垫5并安装到位。再将钢梁支座3套装在减震橡胶垫5上方，保证钢梁支座3下表面中心的碗状凸起嵌入减震橡胶垫5的碗状凹槽内，同时减震橡胶垫5的碗状部分嵌入支撑顶板6的碗状凹槽内，接着将弹性钢缆4穿过加劲板8上的连接环7中并固定好。最后将钢梁1下部翼缘的连接孔对准钢梁支座3上表面的连接孔后，将连接螺栓2穿入连接孔，用力矩扳手将连接螺栓2拧紧，完成钢梁1一端的连接。按照相同的步骤再完成钢梁1另一端的连接。

本发明采用可在工厂预制加工的钢结构构件，在节约工期的同时又保证了构件的刚度强度。在钢柱与基础连接处和钢梁与钢柱连接处采用了双球铰支座进行连接，能够抵抗地震荷载引起的任意方向位移，同时采用减震橡胶垫也吸收部分地震荷载，降低结构位移。本发明采用的装置及其施工方法有效减少了材料、人力及机械的投入，缩短了工期，节约了成本。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种双球铰支座梁柱抗震结构体系，其特征在于，该结构体系包括设置在顶部的钢梁(1)和设置在底部的混凝土承台(13)，以及设置在钢梁(1)和混凝土承台(13)之间的钢梁支座(3)、减震橡胶垫(5)、支撑顶板(6)、加劲板(8)、钢柱(9)、钢垫板(10)、混凝土支墩(11)、抗震球铰(12)；其中：

钢梁(1)底部与钢梁支座(3)固定连接；钢梁支座(3)上表面中心设置有一个碗状凹陷，下表面中心对应位置设置有一个等大的碗状凸起；减震橡胶垫(5)中心开孔；支撑顶板(6)安装在钢柱(9)的顶端，其上表面设置有一个碗状凹槽，大小大于钢梁支座(3)下表面中心的碗状凸起；钢梁支座(3)的碗状凸起穿过减震胶垫(5)的中心开孔设置于支撑顶板(6)的碗状凹槽中，使钢梁支座(3)与支撑顶板(6)相互连接；加劲板(8)设置在钢柱(9)的顶端与支撑顶板(6)的下端交接的位置，通过加劲板(8)对支撑顶板(6)进行加固支撑；

钢柱(9)的底部设置有钢垫板(10)，通过钢垫板(10)与混凝土支墩(11)的上表面固定连接；混凝土支墩(11)的下表面与抗震球铰(12)的上表面固定连接；抗震球铰(12)为金属材料制作而成，上部形状为一矩形平面，平面上设置有带弯头的钢筋，通过带弯头的钢筋伸入混凝土支墩(11)内加强固定作用，下部位一半球形结构，安装在混凝土承台(13)上表面的凹槽内；抗震球铰(12)与混凝土承台(13)之间也设置有一个中间开孔的减震橡胶垫(5)。

2.根据权利要求1所述的双球铰支座梁柱抗震结构体系，其特征在于，钢梁(1)采用工字钢水平放置，钢梁(1)两端的下部翼缘上开孔，通过连接螺栓(2)穿过开孔与钢梁支座(3)连接。

3.根据权利要求1所述的双球铰支座梁柱抗震结构体系，其特征在于，钢梁支座(3)为矩形盖状金属构件，长边外侧设置有吊环，吊环上挂有弹性钢缆(4)，钢缆支座(3)上拖承钢梁(1)，下安装在支撑顶板(6)上。

4.根据权利要求3所述的双球铰支座梁柱抗震结构体系，其特征在于，弹性钢缆(4)为具有一定伸缩性的金属钢缆，上端沿钢梁支座(3)长边中轴线对称设置在钢梁支座(3)长边外侧位置，下端与加劲板(8)上设置的连接环(7)相连接。

5.根据权利要求1所述的双球铰支座梁柱抗震结构体系，其特征在于，减震橡胶垫(5)采用柔性橡胶材料制成。

6.根据权利要求1所述的双球铰支座梁柱抗震结构体系，其特征在于，支撑顶板(6)的上表面与钢梁支座(3)下表面面积等大，采用加厚钢板制成。

7.根据权利要求4所述的双球铰支座梁柱抗震结构体系，其特征在于，连接环(7)位于加劲板(8)外侧，为金属圆环。

8.根据权利要求1所述的双球铰支座梁柱抗震结构体系，其特征在于，钢垫板(10)上开有螺栓孔，连接螺栓(2)穿过螺栓孔与混凝土支墩(11)固定连接。

9.一种双球铰支座梁柱抗震结构体系的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

下部结构成形：施工完成基础后，对基础顶部的混凝土承台进行钢筋绑扎、模板封闭；在混凝土承台的上表面沿对角线位置弹线确定中心位置，在中心位置预埋金属碗状构件后浇筑混凝土，待混凝土凝固后拆除模板，清理干净金属碗状构件内的混凝土；

安装减震橡胶垫：根据混凝土承台的上表面尺寸大小，切割出相应尺寸的橡胶垫材料，并在其中心位置用圆规画出同混凝土承台上表面金属碗状构件等大的圆形，再用热熔机加工出相应的碗状凸起，冷却后按对应位置将减震橡胶垫安装在混凝土承台上，确保减震橡胶垫的碗状凸起嵌入混凝土承台的上表面金属碗状构件中；

安装抗震球铰：抗震球铰上部采用钢板制成，长宽尺寸与混凝土承台的上表面尺寸大小相等，下部采用比混凝土承台上表面金属碗状构件小的半球状金属构件制成，上下部之间采用焊接连接保证稳固；将抗震球铰按照长短边同混凝土承台长短边相同方向安装在减震橡胶垫的上方，确保抗震球铰下部嵌入减震橡胶垫的凹槽中；

制作混凝土支墩：将抗震球铰的上部长短四边支起一定高度的模板，在抗震球铰上部金属板上焊接带弯钩的钢筋，并在内部绑扎钢筋笼，使弯钩钢筋与钢筋笼相嵌紧密；最后浇筑混凝土形成混凝土支墩，待混凝土凝固之后拆除模板，将上表面清理干净，保证水平平整；

安装钢柱：在浇筑完成混凝土支墩后，根据混凝土支墩上表面的螺栓套筒位置，在钢垫板上对应位置开孔，用钢丝绳吊住钢柱，再通过起重机械将钢柱吊起，将钢垫板的连接孔与混凝土支墩上表面的螺栓套通位置对准之后，先在连接孔上安装垫圈，后放置两个螺母，再插入连接螺栓，使用力矩扳手将连接螺栓拧紧，安装过程中使用全站仪、激光仪来校准钢柱的垂直度，待垂直度满足要求拧紧连接螺栓后，最后松开吊起钢柱的钢丝绳；

安装上部构件：安装完成钢柱之后，根据钢柱顶端支撑顶板的尺寸、构造按照相同原理剪切、加工出减震橡胶垫并安装到位；再将钢梁支座套装在减震橡胶垫上方，保证钢梁支座下表面中心的碗状凸起嵌入减震橡胶垫的碗状凹槽内，同时减震橡胶垫的碗状部分嵌入支撑顶板的碗状凹槽内，接着将弹性钢缆穿过加劲板上的连接环中并固定好；最后将钢梁下部翼缘的连接孔对准钢梁支座上表面的连接孔后，将连接螺栓穿入连接孔，用力矩扳手将连接螺栓拧紧，完成钢梁的连接。

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