一种用于自复位框架结构的楼盖系统及预制装配方法

技术领域

本发明涉及一种用于自复位框架结构的楼盖系统及预制装配方法，属于建筑工程结构技术领域。

背景技术

自复位框架结构采用预应力筋等自复位装置和耗能装置，将传统梁柱之间的刚性连接转变成既能保证梁端剪力和轴力有效传递又具有打开-关闭机制的连接形式，这种做法可将结构损伤集中于耗能装置，使框架结构在地震作用下处于低损伤状态或无损伤状态。

在框架结构中，楼板是必不可少的重要组成部分，发挥着传递竖向荷载、水平惯性力、保证结构整体变形等作用。与可恢复框架结构的整体刚度相比，楼板自身的整体刚度会限制框架节点的打开-关闭机制，进而影响整体结构的可恢复性能。对于现有的具有自复位功能的梁柱节点连接，当框架承受水平荷载时，梁柱连接部位的梁上翼缘处会出现开口，造成楼板开裂。

此外，自复位结构要求其内部构件或整体结构兼有可恢复功能和能量耗散的双重性，但从根本上二者互为矛盾。目前自复位框架结构主要采用预应力构件实现结构自复位，但是该方法不仅结构构造复杂，而且设计和施工麻烦，不利于结构的震后快速恢复，且设置于梁柱节点部位的耗能器存在不易更换或不美观等不足。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种用于自复位框架结构的楼盖系统，该楼盖系统具有打开-关闭机制，可放松楼盖对自复位框架结构中梁柱节点的约束作用，使梁柱节点与楼盖可以协调变形，可有效提高框架结构的震后可恢复性能。本发明的第二目的是提供一种简便的该自复位框架结构的楼盖系统的预制装配方法。

技术方案：本发明的一种用于自复位框架结构的楼盖系统，包括框架柱，还包括主梁、次梁、楼板和连接附件；所述连接附件包括高强拉杆和第二摩擦板，所述主梁包括第一主梁单元和第二主梁单元，第一主梁单元与第二主梁单元之间通过高强拉杆和摩擦板固定连接；所述楼板包括第一楼板单元、第二楼板单元和高强钢筋，所述第一楼板单元和第二楼板单元通过高强钢筋和第二摩擦板连接；所述主梁一端埋入框架柱内，所述第一楼板单元和第二楼板单元与次梁和主梁通过预埋件固定连接。其中，所述高强拉杆和摩擦板可使主梁形成与次梁相对应的打开-关闭机制，实现自复位功能；所述高强钢筋和第二摩擦板可使楼板形成与次梁相对应的打开-关闭机制，实现自复位功能。

进一步地，所述第一主梁单元包括第一H型钢梁，所述第一H型钢梁包括预埋段和外伸段，所述预埋段位于框架柱内部，所述预埋段的上下翼缘对称焊接有短梁，所述外伸段内部焊接有第一纵向加劲肋和第一横向加劲肋；这样做的目的是使第一主梁单元与框架柱形成暗牛腿，改善框架节点处的剪力传递机制；所述第二主梁单元包括第二H型钢梁，所述第二H型钢梁的一端焊接有第二纵向加劲肋和第二横向加劲肋。

进一步地，所述第一主梁单元和第二主梁单元均为焊接成型一体结构，所述第一主梁单元和第二主梁单元均设有螺栓孔，所述螺栓孔形状包括圆形、条形和弧形。

进一步地，所述第一主梁单元与第二主梁单元相接的位置设置为斜坡，这样做的目的一方面是为了提升主梁的抗剪能力，另一方面是使第二主梁单元可直接放置在第一主梁单元的外伸段上而不需要临时支撑，提高施工效率。

进一步地，所述次梁包括第一次梁单元和第二次梁单元，所述第一次梁单元和第二次梁单元成对布置于第一主梁单元和第二主梁单相接的位置上部，并通过连接附件固定连接成整体后与主梁固定连接。

进一步地，所述第一次梁单元包括第一工字型钢梁，所述第一工字型钢梁的一端焊接有第三纵向加劲肋和第三横向加劲肋，所述第一工字型钢梁的腹板一侧按设计间距布置焊接有多个第四纵向加劲肋；所述第二次梁单元包括第二工字型钢梁，所述第二工字型钢梁的一端焊接有第五纵向加劲肋和第五横向加劲肋，所述第二工字型钢梁的腹板一侧按设计间距布置焊接有多个第六纵向加劲肋。

进一步地，所述第一次梁单元和第二次梁单元均为焊接成型一体结构，所述第一次梁单元和第二次梁单元均设有预留孔。

进一步地，所述第一楼板单元和第二楼板单元分别布置在第一次梁单元和第二次梁单元的正上方，第一楼板单元和第二楼板单元与次梁和主梁通过预埋件固定连接。

进一步地，所述预埋件包括第一类预埋件和第二类预埋件，所述第一类预埋件和第二类预埋件均为设置锚栓和预留孔的型钢构件，所述第一类预埋件位于第一楼板单元内部，并与第一次梁单元的上翼缘通过螺栓固定连接；所述第二类预埋件位于第二楼板单元内部，并与第二次梁单元的上翼缘通过螺栓固定连接；第一类预埋件的腹板与第二类预埋件的腹板相接，并通过高强钢筋和连接附件拉结。这样做的目的是使第一楼板单元与第二楼板单元形成与框架梁柱节点相对应的打开-关闭机制。

进一步地，所述连接附件还包连接板和垫板；所述摩擦板包括第一摩擦板、第二摩擦板和第三摩擦板，所述第一摩擦板设置在第一主梁单元和第二主梁单元的相接位置，所述第一摩擦板通过螺栓与第一主梁单元和第二主梁单元固定连接；所述第一摩擦板预留圆孔和弧形孔，这样做的目的是在第一主梁单元与框架柱形成的暗牛腿的传力基础上使节点的剪力可进一步通过主梁腹板摩擦进行传递，提升框架节点的抗剪性能，同时利用腹板摩擦耗能提高框架结构的耗能能力。

进一步地，所述第二摩擦板设置在第一楼板单元和第二楼板单元的相接位置，所述第二摩擦板通过锚栓将第一楼板单元和第二楼板单元固定连接；所述第二摩擦板设置条形孔，当第一楼板单元与第二楼板单元打开时可实现摩擦耗能。

进一步地，所述第三摩擦板设置在第一次梁单元和第二次梁单元的相接位置，所述第三摩擦板通过螺栓与第一次梁单元的第四纵向加劲肋和第二次梁单元的第六纵向加劲肋固定连接；所述第三摩擦板上设置圆孔、条形孔和预留槽，这样做的目的是使固定于第二次梁单元的第二楼板单元能够通过第三摩擦板上的条形孔与固定于第一次梁单元的第一楼板单元相对滑动，从而适应框架节点的打开-关闭机制，同时预留槽使第三摩擦板可以屈服耗能，发挥耗能器作用，可将结构的损伤由框架节点转移至易于更换的次梁处。

进一步地，所述连接板设置在第一主梁单元和第二主梁单元相接处的下翼缘，所述连接板通过螺栓将第一主梁单元和第二主梁单元的下翼缘固定连接。

进一步地，所述垫板为楔形钢板，设置在第一预埋件和第二预埋件的相接位置。

进一步地，所述第一摩擦板、第二摩擦板和第三摩擦板、连接板和垫板均设置预留孔，所述预留孔形状包括圆形、条形、和弧形。

本发明所述用于自复位框架结构的楼盖系统的预制装配方法，包括以下步骤：

A、预制主梁和框架柱：

A1、将第一H型钢梁、短梁、第一纵向加劲肋和第一横向加劲肋焊接形成第一主梁单元后，将第一主梁单元预埋于框架柱内，并绑扎钢筋和浇筑混凝土；

A2、将第二H型钢梁、第二纵向加劲肋和第二横向加劲肋焊接成第二主梁单元；

B、预制次梁和楼板：

B1、将第一工字型钢梁、第三纵向加劲肋、第四纵向加劲肋和第三横向加劲肋焊接成第一次梁单元，将第二工字型钢梁、第五纵向加劲肋、第六纵向加劲肋和第五横向加劲肋焊接成第二次梁单元；

B2、将第三摩擦板设置在第一次梁单元和第二次梁单元的相接位置，并通过螺栓将第三摩擦板与第一次梁单元和第二次梁单元固定连接；

B3、利用螺栓分别将第一类预埋件与第一次梁单元的上翼缘固定连接，将第二类预埋件与第二次梁单元的上翼缘固定连接；

B4、将高强钢筋依次穿过第一类预埋件在腹板处的预留孔、垫板上的预留孔和第二类预埋件在腹板处的预留孔，并拉结；

B5、绑扎楼板钢筋并设置预留孔，然后浇筑混凝土，待混凝土达到养护要求后，将第二摩擦板设置在第一楼板单元和第二楼板单元相接位置的正上方，并通过锚栓将第一楼板单元和第二楼板单元固定连接；

C、装配主梁和框架柱：

C1、将框架柱吊装到设计位置后，将第一摩擦板对称布置于第一主梁单元和第二主梁单元的腹板两侧并通过螺栓固定连接；

C2、将高强拉杆依次穿过第一主梁单元的纵向加劲肋和第二主梁单元的第二纵向加劲肋，将第一主梁单元与第二主梁单元进一步固定连接；

C3、将连接板安装在第一主梁单元和第二主梁单元下翼缘，并采用螺栓将第一主梁单元第二主梁单元的下翼缘固定连接；

D、安装次梁和楼板。

D1、将步骤B中预制成整体的次梁和楼板吊装至主梁的正上方后，采用螺栓将主梁和次梁固定连接；

D2、将螺栓依次穿过主梁上翼缘的螺栓孔和楼板的预留孔，并固定连接。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

(1)本发明用于自复位框架结构的楼盖系统具有打开-关闭机制，可放松楼盖对自复位框架结构中梁柱节点的约束作用，使梁柱节点与楼盖可以协调变形，有效提高框架结构的震后可恢复性能；

(2)本发明采用高强拉杆和高强钢筋替代预应力筋降低了预应力筋张拉、锚固、运输等设计和施工难度，高强拉杆和高强钢筋协同工作使梁柱节点处的自复位力臂增加，避免高强拉杆和高强钢筋进入塑性，为框架结构的自复位性能提供双重保障，并可有效保证长期荷载作用下结构自复位能力不退化；

(3)本发明中的第二摩擦板不但可以使楼板形成与梁柱节点相对应的打开-关闭机制，还可发挥耗能器作用，将结构的损伤由框架节点转移至易于更换的次梁处；

(4)本发明用于自复位框架结构的楼盖系统中各部件均可工厂预制，现场装配简便。

附图说明

图1是本发明中一种用于自复位框架结构的楼盖系统的结构示意图；

图2是本发明中第一主梁单元的结构示意图；

图3是本发明中第二主梁单元的结构示意图；

图4是本发明中第一次梁单元的结构示意图；

图5是本发明中第二次梁单元的结构示意图；

图6是本发明中第一类预埋件的结构示意图；

图7是本发明中第二类预埋件的结构示意图；

图8是本发明中第一楼板单元与第二楼板单元的结构示意图；

图9是图8中A-A剖面图；

图10是本发明中第一摩擦板的结构示意图；

图11是本发明中第三摩擦板的结构示意图；

图12是本发明中第一楼板单元与第二楼板单元的预制示意图；

图13是本发明中一种用于自复位框架结构的楼盖系统的装配示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1

如图1至13所示，本发明的一种用于自复位框架结构的楼盖系统，包括主梁1、次梁2、楼板3、连接附件4和框架柱5。主梁1一部分预埋如框架柱5内，主梁1上部通过连接附件4与次梁2连接，次梁2上部通过连接附件4与楼板3连接。主梁1包括第一主梁单元11和第二主梁单元12，次梁2包括第一次梁单元21和第二次梁单元22，楼板3包括第一楼板单元31、第二楼板单元32、高强钢筋33、普通钢筋34、混凝土35和预埋件36，连接附件4包括高强拉杆41、摩擦板42、连接板43和垫板44；第一主梁单元11预埋于框架柱5内，第一主梁单元11与第二主梁单元12之间通过高强拉杆41和第一摩擦板421固定连接；第一次梁单元21和第二次梁单元22成对布置于第一主梁单元11和第二主梁单元12相接的位置，并通过第三摩擦板423固定连接成整体后与主梁1固定连接；第一楼板单元31和第二楼板单元32分别布置在第一次梁单元21和第二次梁单元22的正上方，第一楼板单元31和第二楼板单元32通过高强钢筋33和第二摩擦板422连接，第一楼板单元31和第二楼板单元32与次梁2和主梁1通过预埋件36固定连接。

如图2-3所示，主梁1包括第一主梁单元11和第二主梁单元12，第一主梁单元11和第二主梁单元12均为焊接成型一体结构，第一主梁单元11包括第一H型钢梁111、短梁112、第一纵向加劲肋113和第一横向加劲肋114，第一H型钢梁111包括预埋段和外伸段，预埋段位于框架柱5内部，短梁112对称焊接在预埋段的上下翼缘，第一纵向加劲肋113和第一横向加劲肋114焊接于第一H型钢梁111的外伸段内部；第二主梁单元12包括第二H型钢梁121、第二纵向加劲肋122和第二横向加劲肋123，第二纵向加劲肋122和第二横向加劲肋123焊接于第二H型钢梁121的一端；第一主梁单元11和第二主梁单元12均设置螺栓孔，螺栓孔形状包括圆形、条形和弧形。第二主梁单元12通过连接附件4固定在第一主梁单元11的外伸段外侧。

如图4-5所示，次梁2包括第一次梁单元21和第二次梁单元22，第一次梁单元21和第二次梁单元22均为焊接成型一体结构，第一次梁单元21包括第一工字型钢梁211、第三纵向加劲肋212、第四纵向加劲肋213和第三横向加劲肋214，第三纵向加劲肋212和第三横向加劲肋214焊接于第一工字型钢梁211的一端，第四纵向加劲肋213按设计间距布置于第一工字型钢梁211的腹板一侧，并焊接成整体；第二次梁单元22包括第二工字型钢梁221、第五纵向加劲肋222、第六纵向加劲肋223和第五横向加劲肋224，第五纵向加劲肋222和第五横向加劲肋224焊接于第二工字型钢梁221的一端，第六纵向加劲肋223按设计间距布置于第二工字型钢梁221的腹板一侧，并焊接成整体；第一次梁单元21和第二次梁单元22均设置预留孔。第一次梁单元21和第二次梁单元22成对布置于第一主梁单元11和第二主梁单元12相接的位置上部，并通过连接附件4固定连接成整体后与主梁1固定连接；

如图6-9所示，楼板3包括第一楼板单元31、第二楼板单元32、高强钢筋33、普通钢筋34、混凝土35和预埋件36，预埋件36包括第一类预埋件361和第二类预埋件362，第一类预埋件361和第二类预埋件362均为设置锚栓363和预留孔的型钢构件，第一类预埋件361位于第一楼板单元31内部，并与第一次梁单元21的上翼缘通过螺栓固定连接；第二类预埋件362位于第二楼板单元32内部，并与第二次梁单元22的上翼缘通过螺栓固定连接；第一类预埋件361和第二类预埋件362在其腹板位置相接，并通过高强钢筋33和连接附件4拉结。第一楼板单元31和第二楼板单元32分别布置在第一次梁单元21和第二次梁单元22的正上方，第一楼板单元31和第二楼板单元32通过高强钢筋33和连接附件4连接，第一楼板单元31和第二楼板单元32与次梁2和主梁1通过预埋件36固定连接。

如图1、8-13所示，连接附件4包括高强拉杆41、摩擦板42、连接板43和垫板44。摩擦板42包括第一摩擦板421、第二摩擦板422和第三摩擦板423。高强拉杆41设置在第一主梁11和第二主梁12相交位置的腹板外侧，高强拉杆41依次穿过第一竖向加劲肋113和第二竖向加劲肋122的预留孔，将第一主梁11与第二主梁12拉结。第一摩擦板421设置在第一主梁单元11和第二主梁单元12的相接位置，第一摩擦板421通过螺栓与第一主梁单元11和第二主梁单元12固定连接；第二摩擦板422设置在第一楼板单元31和第二楼板单元32的相接位置，第二摩擦板422通过锚栓363与第一楼板单元31和第二楼板单元32固定连接；第三摩擦板423设置在第一次梁单元21和第二次梁单元22的相接位置，第三摩擦板423通过螺栓与第一次梁单元21和第二次梁单元22固定连接；连接板43设置在第一主梁单元11和第二主梁单元12相接处的下翼缘，连接板43通过螺栓将第一主梁单元11和第二主梁单元12的下翼缘固定连接；垫板44为楔形钢板，设置在第一预埋件361和第二预埋件362的相接位置；第一摩擦板421、第二摩擦板422和第三摩擦板423、连接板43和垫板44均设置预留孔，预留孔形状包括圆形、条形、和弧形。此外，第三摩擦板423还设置预留槽4231，预留槽4231可使第三摩擦板423提前屈服耗能，发挥耗能器作用。

本发明一种用于自复位框架结构的楼盖系统的预制装配方法，包括以下步骤：

A、预制主梁1和框架柱5：

A1、如图2所示，将第一H型钢梁111、短梁112、纵向加劲肋113和横向加劲肋114焊接形成第一主梁单元11后，将第一主梁单元11预埋于框架柱5内，并绑扎钢筋和浇筑混凝土；

A2、如图3所示，将第二H型钢梁121、纵向加劲肋122和横向加劲肋123焊接成第二主梁单元12；

B、预制次梁2和楼板3：

B1、如图4-5所示，将第一工字型钢梁211、第三纵向加劲肋212、第四纵向加劲肋213和第三横向加劲肋214焊接成第一次梁单元21，将第二工字型钢梁221、第五纵向加劲肋222、第六纵向加劲肋223和第五横向加劲肋224焊接成第二次梁单元22；

B2、如图8-9所示，将第三摩擦板423设置在第一次梁单元21和第二次梁单元22的相接位置，并通过螺栓与第一次梁单元21和第二次梁单元22固定连接；

B3、如图12所示，利用螺栓分别将第一预埋件361与第一次梁单元21的上翼缘固定连接，将第二预埋件362与第二次梁单元22的上翼缘固定连接；

B4、如图12所示，将高强钢筋33依次穿过第一预埋件361在腹板处的预留孔、垫板45上的预留孔和第二预埋件362在腹板处的预留孔，并拉结；

B5、如图12所示，绑扎楼板钢筋并设置预留孔，然后浇筑混凝土，待混凝土达到养护要求后，将第二摩擦板422设置在第一楼板单元31和第二楼板单元32相接位置的正上方，并通过锚栓363将第一楼板单元31和第二楼板单元32固定连接；

C、如图13所示，装配主梁1和框架柱5：

C1、将框架柱5吊装到设计位置后，将第一摩擦板421对称布置于第一主梁单元11和第二主梁单元12的腹板两侧并通过螺栓将第一主梁单元11与第二主梁单元12固定连接；

C2、将高强拉杆41依次穿过第一主梁单元11的纵向加劲肋113和第二主梁单元12的纵向加劲肋122，将第一主梁单元11与第二主梁单元12进一步固定连接；

C3、将连接板43安装在第一主梁单元11和第二主梁单元12下翼缘并采用螺栓固定连接；

D、如图13所示，安装次梁2和楼板3：

D1、将步骤B中预制成整体的次梁2和楼板3吊装至主梁1的正上方后，采用螺栓将主梁1和次梁2固固定连接；

D2、将螺栓依次穿过主梁1上翼缘的螺栓孔和楼板3的预留孔，并固定连接。