CN217204741U - 一种带竖向可更换耗能连梁的偏心支撑形式 - Google Patents

Abstract

本发明主要介绍了在耗能减震结构体系的设计中，带有竖向可更换耗能连梁的偏心支撑组合结构框架体系，涉及一种带竖向可更换耗能连梁的偏心支撑形式，属于结构工程技术领域。该偏心支撑形式采用竖向可更换连梁与组合结构框架的梁下缘连接，适用于各类型跨度和高度的组合结构框架体系，各部分在工厂预制运输到现场，钢支撑与框架节点区焊接，耗能连梁的另一侧端板则与组合结构框架的组合梁下缘通过高强螺栓连接。在水平地震荷载作用下，偏心支撑为整个结构体系提供额外的刚度和承载力，耗能连梁将在其他构件之前发生屈服，通过自身的塑性变形和滞回耗散地震能量，以减弱地震对于其他构件的损伤，保护主体构件。

Description

一种带竖向可更换耗能连梁的偏心支撑形式

技术领域

本发明主要介绍了在耗能减震结构体系的设计中，带有竖向可更换耗能连梁的偏心支撑组合结构框架体系，涉及一种应用于组合结构框架体系中的偏心支撑形式以及施工方式，属于结构工程技术领域。

背景技术

如图1为传统的偏心支撑形式，在框架体系中，将钢支撑的一端偏移出框架梁柱节点区域一段距离，一方面可以为建筑设计预留更大的开间，另一方面，从抗震的角度来看，偏移段内的梁体在框架结构发生侧移时主要处于剪切状态，当地震力增加到一定程度时，偏移段内的钢梁(该钢梁通常被称为水平式耗能连梁)会由于剪切作用而提前与两端的构件而屈服，进入塑性阶段，消耗地震能量，在地震过后，该偏移段可以进行更换，从而使得结构能够恢复之前的状态。

上述的抗震耗能机制在某些情况下可以实现，但是实践和研究表明，该类偏心支撑形式在框架体系存在三大问题：

1.该偏心支撑体系的耗能连梁水平地安装在框架梁和框架柱之间，为主体承重体系的一部分，因此在安装和拆卸过程中，耗能连梁的安装和拆卸均会对结构整体的稳定性造成较大的影响。

2.在组合结构框架体系中，楼面板通过栓钉与框架梁形成组合作用共同工作，在耗能连梁段，楼面板无法和耗能连梁的上缘形成组合作用而导致组合体系的组合作用降低，也会造成在构造上采用更加复杂的施工措施以满足耗能连梁段与楼面板的分离，如图2。

3.由于空间的限制，在传统的偏心支撑框架体系中往往只能在框架梁与柱之间采用一根耗能连梁，受到构件尺寸大小和空间的限制，无法安装更多的耗能连梁以进一步增加结构刚度和耗散地震能量，因此，传统偏心支撑形式对于框架体系的抗震性能的提升程度有限。尤其是对于组合框架结构体系的情形，因为组合框架相比于传统钢框架刚度和承载力都更高，跨度更大，组合结构框架体系常见的框架体系中若还是只采用仅带有一根耗能连梁的偏心支撑形式，其抗侧刚度和耗能能力的提升将非常有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的带有竖向可更换耗能连梁的偏心支撑形式，将其应用与传统的框架体系中，尤其是组合结构框架体系中，采用装配式施工的理念，解决传统偏心支撑体系中耗能连梁安装与更换困难，在组合结构体系中耗能连梁段与楼面板之间的构造复杂的问题，通过将偏心支撑通过竖向的耗能连梁与框架连接，将耗能连梁段转移到主体框架之外，可以根据设计需求自由地调整耗能连梁的刚度和数量，从而最大限度的提升原框架结构体系的抗震性能。

本发明的技术方案如下：

本发明所涉及的偏心支撑形式，用于提升框架体系，尤其是组合结构框架体系的抗震性能，降低偏心支撑在安装和拆卸过程中的成本和时间，提升结构的震后可恢复性能，减低结构震后的修复成本。该偏心支撑形式主要由可更换耗能连梁、偏心支撑和高强螺栓三部分组成。

所述的偏心支撑形式由支撑1、可更换耗能连梁2和高强螺栓3组成。其中，支撑1由三段组成，分别为两端的斜撑段构件3，一般采用工字型截面，构件长细比小于60，以及中间的水平段连接构件4，同样采用工字型截面，并且在工字型截面的上翼缘均匀布置高强螺栓孔，用于与耗能连梁2的端板连接。耗能连梁2一般采用低屈服点钢材，名义屈服应力小于120MPa，或者采用Q235钢材，以降低构件成本。耗能连梁2主要由四部分组成，分别为连接端板5，腹板6，约束翼缘7和加劲肋8。其中，连接端板上布置与偏心支撑1水平段连接构件上缘一致的螺栓孔，用于与偏心支撑1连接，耗能连梁2的各组成部分可以由多块板件焊接而成，也可以铸造成型以提升构件的极限变形和耗能能力。其发生屈服时，其他所有的构件均处于弹性状态，当完全强化时，支撑1的各板件均没有发生均布屈曲，且各组成段均没发生整体失稳。从而实现耗散地震能量同时保护周围主体构件的功能。

在组合框架中，框架柱间距往往明显大于传统的钢框架，此时可以在框架梁下缘和偏心支撑1水平段上缘之间布置多个耗能连梁2，各耗能连梁均通过端板采用高强螺栓与主体结构相连。

当在框架体系中采用该偏心支撑形式时，其施工方法为：

a.在施工时先安装框架体系所有构件，待梁柱构件全部就位并且形成稳定的框架体系后，再开始偏心支撑的安装。

b.在工厂将支撑1和耗能连梁2预制好，并运输到现场，吊装到位。

c.在现场将支撑1的斜撑段3和梁柱连接处焊接，形成刚接节点。

d.在现场将耗能连梁2两端端板分别与支撑1的水平段上翼缘和框架梁的下翼缘采用高强螺栓连接

e.当地震来临后，耗能练练通过剪切屈服变形耗散地震能量，保护周围主体构件不受伤害，在地震后无需修复。只需将屈服后的耗能连梁两端端板的螺栓松下后，取出耗能连梁2，结构将在弹性变形产生的恢复力下回复原位，然后再采用同样的方式安装新的耗能连梁即可。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)由于采用竖向耗能连梁构件，耗能连梁不在被约束于框架体系的梁中，因此，偏心支撑不参与结构承重，在安装和拆卸中相比于传统的耗能连梁都方便很多。

(2)耗能连梁的安装和拆卸不再会对结构的整体性和稳定性造成任何影响。

(3)耗能连梁的工作不再受到混凝土楼板的约束，对于组合结构框架体系来说，楼板的空间组合作用也不会受到耗能连梁段的影响。在施工和安装上也更加方便。

(4)可以在框架之间安装多个并排的竖向耗能连梁，提升结构的刚度和抗震性能，且同时能为建筑预留同样大的开间。

附图说明

图1为传统的偏心支撑形式。

图2为传统的偏心支撑形式下楼面板在耗能连梁附近的构造。

图3为采用带竖向可更换耗能连梁偏心支撑形式的钢结构框架。

图4为耗能连梁的组成。

图5为钢结构框架采用带竖向可更换耗能连梁偏心支撑时的工作机制。

图6为采用带竖向可更换耗能连梁的偏心支撑形式的组合结构框架。

图7为带竖向可更换耗能连梁的偏心支撑的施工方法。

图中：1—支撑；2—耗能连梁；3—高强螺栓；4—支撑1斜撑段；5—支撑1的水平段；6—耗能连梁2的端板；7—耗能连梁2的腹板；8—耗能连梁2的约束翼缘；9—耗能连梁2的加劲肋；10—框架柱；11—框架梁；12—混凝土楼面板；13—栓钉。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的工作机制、施工方法作进一步描述如下。

如图4所示，对于传统的钢框架，由于抗侧刚度较小，柱间距一般在6～8m之间，因此偏心支撑仅采用单根耗能连梁即可提供较大的刚度。由于短连梁的耗能能力和稳定性相比于长连梁来说都更加优越，且在采用竖向耗能连梁的偏心支撑框架体系中，连梁长度越短，越有利于为框架结构提供更大的开间，因此，耗能连梁的腹板一般采用正方形的形状，这样当框架在地震力作用下发生如图5所示的侧移时，耗能连梁端主要承受两端板传来的剪力，处于纯剪状态，且所有材料均处于相同的应力状态，材料利用率更高。当框架的侧移随着地震力的增加而进一步增加时，耗能连梁将进入屈服状态，从而降低结构刚度而增强结构的阻尼，此时结构的抗震以耗散地震能量的输入为主，其他构件均处于弹性状态，主要的损伤均集中在耗能连梁上。

在地震过后，由于耗能连梁已进入塑性状态存在不可恢复的塑性变形，因此结构存在一定的残余变形，但该残余变形对于其他主体构件来说均属于弹性变形范畴，通过拆卸耗能连梁，各构件因弹性变形而导致的内力状态得到释放，结构也在各构件释放得到的内力下最终恢复到原来的状态，此时再安装新的耗能连梁，则能够完全恢复地震前的抗震性能。

如图6所示，对于组合结构框架，其抗侧刚度较大，柱间距一般在8～12m之间，因此可以在支撑与框架梁之间安装多个耗能连梁，以提供足够的抗侧刚度以控制小震下结构的变形，同时当大震来临时保证有足够的耗能构件充分耗散地震能量。相比于单个耗能连梁的形式，采用多个耗能连梁时，偏心支撑中支撑的水平段长度更长，能够为建筑上提供更大的开间，同时能够有效的减小斜撑的长度，防止斜撑的整体屈曲。

对于采用带竖向可更换耗能连梁的偏心支撑组合结构框架体系，其具体的施工方式如图7所示。

a.在施工时先安装框架体系所有构件，保证有框架体系的梁柱构件承受主要的重力荷载，因此，应保证所有的恒载和大部分活载均已布置好后，再开始偏心支撑的安装。

b.由于高层的施工和安装对于底层梁承受的重力的传递并不明显，对于柱子的竖向压缩变形也并不明显，因此在实际的施工过程中可以在施工上层框架结构时，安装下层的偏心支撑，以加速施工速度。

c.在现场安装的偏心支撑的支撑部分两端与梁柱连接屈服焊接，形成刚接节点，必要时配置补强板或者加劲肋，以增加节点刚度和承载力。

d.支撑安装到位后，将耗能连梁端的两端端板依次与框架梁下缘和支撑水平段的上缘采用高强螺栓连接，高强螺栓的数目和强度应进行详细的验算，保证在耗能连梁强化后也不会发生滑移现象。

e.当地震来临后，耗能练练通过剪切屈服变形耗散地震能量，保护周围主体构件不受伤害，在地震后无需修复。只需将屈服后的耗能连梁两端端板的螺栓松下后，取出耗能连梁，结构将在弹性变形产生的恢复力下回复原位，然后再采用同样的方式安装新的耗能连梁即可。

f.在拆卸连接端板的高强螺栓时，由于周围主体构件均处于弹性状态，因此随着高强螺栓的拆卸将导致较大的结构内部不平衡力的释放，可能会发生螺栓绷断的现象，在拆卸时应注意不要逐个拆卸高强螺栓，而应均匀地、同步地减小各个高强螺栓的预紧力，以逐步释放结构内部的补平衡力。

本发明提出了一种带竖向可更换耗能连梁的偏心支撑形式及施工方法，在框架体系汇总，采用该偏心支撑形式可有有效地提升结构的刚度，控制小震下结构的变形，在大震下，偏心支撑中的耗能连梁会先与其他构件进入屈服状态，以耗散地震能量从而保护其他的主体构件，在地震过后，该偏心支撑形式中的耗能连梁可以非常方便地进行更换，极大地降低了结构的修复成本和恢复时间。由于该偏心支撑中的耗能连梁竖向地分布在框架梁下缘和支撑水平段的上缘之间，因此不会对主体结构的稳定性和施工造成任何影响，不会对楼面板的施工造成影响，降低了施工难度，具有装配化的施工特点，在耗能减震结构体系中，具有很好的推广前景。

Claims (6)

1.一种带竖向可更换耗能连梁的偏心支撑形式，其特征在于，用于提升传统框架体系的抗震性能和震后可修复性能，所述的偏心支撑形式由支撑(1)、可更换耗能连梁(2)和高强螺栓(3)组成，所述支撑(1)两端与框架梁柱节点区焊接、耗能连梁(2)的下部端板与偏心支撑水平段上翼缘的高强螺栓对接、耗能连梁(2)上部端板与框架钢梁下翼缘的高强螺栓对接。

2.根据权利要求1所述的带竖向可更换耗能连梁的偏心支撑形式，其特征在于，所述支撑(1)由三段组成，分别为：

两端的斜撑段构件(4)，采用工字型截面，构件长细比小于60，

以及中间的水平段连接构件(5)，同样采用工字型截面，并且在工字型截面的上翼缘均匀布置高强螺栓孔，用于与耗能连梁(2)的端板连接。

3.根据权利要求1所述的带竖向可更换耗能连梁的偏心支撑形式，其特征在于，耗能连梁(2)采用低屈服点钢材，名义屈服应力小于120MPa，或者采用Q235钢材。

4.根据权利要求1所述的带竖向可更换耗能连梁的偏心支撑形式，其特征在于，耗能连梁(2)由四部分组成，分别为连接端板(6)，腹板(7)，约束翼缘(8)和加劲肋(9)，其中，连接端板上布置与偏心支撑(1)水平段连接构件上缘一致的螺栓孔，用于与偏心支撑(1)连接。

5.根据权利要求1所述的带竖向可更换耗能连梁的偏心支撑形式，其特征在于，耗能连梁(2)的组成部分有多块板件焊接而成，或铸造成型以提升构件的极限变形和耗能能力。

6.根据权利要求1所述的带竖向可更换耗能连梁的偏心支撑形式，其特征在于，在框架梁下缘和偏心支撑(1)水平段上缘之间布置有多个耗能连梁(2)，各耗能连梁均通过端板采用高强螺栓(3)与主体结构相连。

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