双人字型支撑耗能结构、装配式支撑框架体系及施工方法

技术领域

本发明属于装配式建筑领域，具体涉及一种双人字型支撑耗能结构、装配式支撑框架体系及施工方法。

背景技术

随着建筑量的级数增长，装配式建筑成为越来越普遍的建筑方式。装配式建造方式通过工厂预制构件，在施工现场进行构件的组装、连接、浇筑，最后形成最终建筑物。但是装配式建筑中的构件，如何实现更加稳定的连接、如何更好的抵抗地震等自然灾害，是关系建筑物安全性能的重要指标。

现有技术中，通常采用在装配式连接框架中增加支撑结构的方式，对地震等自然灾害的能量进行消耗，从而增加建筑物的安全性和稳定性。如何更好的对建筑物的破坏能量进行消耗，延长建筑物的寿命，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，本发明旨在提供一种双人字型支撑耗能结构及装配式支撑耗能框架体系，通过在框架结构中设置双人字型支撑结构，在两个成中心对称的双人字形顶点处再通过耗能杆连接，从建筑物内部更好的消耗破坏能量，从而提高框架抵抗地震的能力，延长建筑物寿命。

为了实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种双人字型支撑耗能结构，所述双人字型支撑耗能结构，包括：第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆、第四支撑杆、第一顶端连接铰、第二顶端连接铰、第一水平连接杆、第二水平连接杆及阻尼组件；其中，

第一支撑杆与第二支撑杆共同连接于第一顶端连接铰，构成倒人字形，倒人字形的两个底脚分别支撑于框架的两个上顶角；第三支撑杆与第四支撑杆共同连接于第二顶端连接铰，构成人字形，人字形的两个底脚分别支撑于框架的两个下底角；所述第一水平连接杆的一端铰接于所述第一顶端连接铰，另一端连接于阻尼组件一端；第二水平连接杆的一端铰接于所述第二顶端连接铰，另一端连接于阻尼组件的另一端。所述第一顶端连接铰、第一水平连接杆、阻尼组件、第二水平连接杆和第二顶端连接铰成一条直线，且直线与框架的上下梁平行。

作为本发明的一个优选实施例，所述第一支撑杆、第二支撑杆与框架顶角通过节点板连接，所述第三支撑杆、第四支撑杆通过节点板与框架底角连接。

作为本发明的一个优选实施例，所述水平连接杆与阻尼组件连接的端部具有一个垂直于杆的圆形活塞板。所述阻尼组件包括圆形钢管、阻尼橡胶和封堵钢板，所述圆形钢管水平放置；所述封堵钢板为圆形，且中心具有可让水平连接杆通过的通孔，与所述圆形钢管的直径相同，用于对圆形钢管两端进行封堵；所述阻尼橡胶充填在圆形钢管内部，且包覆住伸入圆形钢管内部的活塞板及连杆，其中两个活塞板之间具有预定距离。

作为本发明的一个优选实施例，所述第一支撑杆、第二支撑杆与第一顶端连接铰固定连接；所述第三支撑杆、第四支撑杆与第二顶端连接铰固定连接。

作为本发明的一个优选实施例，所述第一支撑杆、第二支撑杆与第一顶端连接铰共铰接；所述第三支撑杆、第四支撑杆与第二顶端连接铰共铰接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种装配式支撑框架体系，所述框架体系包括：预制柱、预制梁，连接板、高强螺栓、节点板和双人字型支撑结构；其中，

所述预制柱中钢骨架为方钢管，方钢管截面上具有横隔板，所述横隔板上开设有两种类型的孔，一种是设置于横隔板中间的浇筑孔，另一种是沿横隔板边缘内侧开设的若干柱纵筋孔；

所述预制梁骨架为工字钢，梁纵筋焊接于所述工字钢上，工字钢外露于预制梁的两端，且外露的工字钢的腹板上开设有螺栓孔；

所述连接板用于腹板连接，连接板上开设有与预制梁的工字钢上螺栓孔相对应的螺栓孔，连接板的一侧焊接于所述预制柱的方钢管外壁上；

所述高强螺栓同时穿过连接板的螺栓孔和工字钢的螺栓孔，将预制柱和预制梁的腹板进行连接；对于翼缘连接，预制梁中外露的工字钢翼缘与方钢管的外壁直接焊接；

所述节点板焊接于所述方钢管外壁和预制梁翼缘；

所述双人字型支撑结构通过节点板连接于预制柱和预制梁形成的框架内。

作为本发明的一个优选实施例，所述预制梁的工字钢腹板上设置有栓钉，增加浇筑后梁的强度和粘结性能。

第三方面，本发明实施例又提供了一种对上述装配式支撑框架体系的施工方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1，工厂制作预制柱，预制梁；

步骤S2，通过连接板和高强螺栓现场拼装预制柱、预制梁；

步骤S3，在所述预制柱和预制梁所形成的框架内安装节点板；

步骤S4，连接双人字型支撑结构；

步骤S5，连接耗能结构。

作为本发明的一个优选实施例，步骤S1中：

预制柱制作时，在横隔板上打出两种类型的孔，包括若干柱纵筋孔和浇筑孔；将所述横隔板设置于预制柱的钢骨架方钢管内；再将柱纵筋穿过所述柱纵筋孔，并进行柱纵筋和箍筋的绑扎；绑扎完成后进行浇筑，使混凝土通过浇筑孔在柱内密实，养护后得到预制柱；

所述预制梁制作时，在工字钢上设置栓钉，将梁纵筋通过栓钉焊接于工字钢上，并对纵筋和箍筋进行绑扎，绑扎完成后，同时工字钢在预制梁的两端都预留露出部分，且在露出的工字钢的腹板部位开设螺栓孔；浇筑预制梁的混凝土，养护后得到预制梁。

作为本发明的一个优选实施例，步骤S4中，将上述的第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆和第四支撑杆分别通过节点板连接于梁柱所形成的框架结构的两个上顶角和两个下底角；将第一支撑杆与第二支撑杆的顶端通过第一顶端连接铰相连，将第三支撑杆与第四支撑杆的顶端通过第二顶端连接铰相连；

步骤S5连接耗能结构时，首先在圆形钢管内注入高阻尼橡胶，在钢管两个端口处再插入连接杆和活塞板，伸入至高阻尼橡胶处；同时在两个活塞板外侧填充满高阻尼橡胶至钢管口；将具有中心孔的封堵钢板从外侧套入所述水平连接杆后，封堵住钢管口；将两个水平连杆的两个自由端分别铰接于所述第一顶端连接铰和第二顶端连接铰，完成双人字型支撑耗能结构的连接。

本发明实施例所提供的技术方案具有如下有益效果：

本发明实施例所提供的双人字型支撑耗能结构及装配式支撑耗能框架体系，在节点连接方面，装配简单，无现场湿作业，同时方便混凝土框架结构中支撑的连接；在支撑方面，层间地震力可以直接转换为水平连接杆轴力，传力和受力机理简单，地震时可以有效吸收地震能量，地震后更换水平连接杆和耗能部件方便；同时易于震后修复，震后可以通过去除破坏的水平连接杆和耗能件，以水平刚性杆替换，提升震后建筑的强度，方便震后建筑的加固。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本发明实施例所述双人字型支撑结构的示意图；

图2是图1所示支撑结构的阻尼组件结构示意图；

图3是本发明实施例所述装配式钢连接支撑框架体系的结构示意图；

图4是图3所示框架体系的梁柱连接节点结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明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，本发明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发明。

本发明实施方式提供了一种双人字型支撑耗能结构。如图1所示，所述双人字型支撑耗能结构10，包括：第一支撑杆11、第二支撑杆12、第三支撑杆13、第四支撑杆14、第一顶端连接铰15、第二顶端连接铰16、第一水平连接杆17、第二水平连接杆18及阻尼组件19；其中，第一支撑杆11与第二支撑杆12共同连接于第一顶端连接铰15，构成倒人字形，倒人字形的两个底脚分别支撑于框架的两个上顶角；第三支撑杆13与第四支撑杆14共同连接于第二顶端连接铰16，构成人字形，人字形的两个底脚分别支撑于框架的两个下底角；所述第一水平连接杆17的一端铰接于所述第一顶端连接铰15，另一端连接于阻尼组件19一端；第二水平连接杆18的一端铰接于所述第二顶端连接铰16，另一端连接于阻尼组件19的另一端。所述第一顶端连接铰15、第一水平连接杆17、阻尼组件19、第二水平连接杆18和第二顶端连接16铰成一条直线，且直线与框架的上下梁平行。

其中，所述第一支撑杆至第四支撑杆可以为普通支撑，也可以为防屈曲支撑。

所述第一支撑杆、第二支撑杆与框架顶角通过节点板连接。所述第三支撑杆、第四支撑杆通过节点板与框架底角连接。

在本发明的一个具体实施例中，所述第一支撑杆、第二支撑杆与第一顶端连接铰固定连接；所述第三支撑杆、第四支撑杆与第二顶端连接铰固定连接。

在本发明的另一个具体实施例中，所述第一支撑杆、第二支撑杆与第一顶端连接铰共铰接；所述第三支撑杆、第四支撑杆与第二顶端连接铰共铰接。

如图2所示，所述水平连接杆17、18与阻尼组件19连接的端部具有一个垂直于杆的圆形活塞板171/181。所述阻尼组件19包括圆形钢管191、阻尼橡胶192和封堵钢板193，所述圆形钢管191水平放置；所述封堵钢板193为圆形，且中心具有可让水平连接杆通过的通孔，与所述圆形钢管的直径相同，用于对圆形钢管191两端进行封堵；所述阻尼橡胶192充填在圆形钢管191内部，且包覆住伸入圆形钢管内部的活塞板171/181及连杆17/18，其中两个活塞板之间具有预定距离。

本发明实施方式提供的双人字型支撑结构，当地震发生时，框架上下梁产生水平向相对位移，在建筑物框架的节点连接处设置的双“人”字形支撑，与上下梁形成刚体，人字形支撑顶端与水平连接杆两端通过铰接，水平连接杆再穿过圆钢管两侧的钢板封堵钢板，上下梁的相对位移使水平连接杆产生拉伸或压缩，带动高阻尼橡胶拉伸压缩从而消耗能量，使得地震能量耗散掉，减小对建筑物的破坏，间接提高结构强度，延长建筑物寿命。

本发明实施例还提供了一种装配式钢连接支撑框架体系。如图3所述，所述框架体系包括：预制柱20、预制梁30、连接板40、高强螺栓50、节点板60和双人字型支撑结构10。

如图4所示，其中，所述预制柱20中钢骨架为方钢管21，方钢管21截面上具有横隔板22，所述横隔板22上开设有两种类型的孔，一种是设置于横隔板中间的浇筑孔，另一种是沿横隔板边缘内侧开设的若干柱纵筋孔。所述预制梁30骨架为工字钢31，梁纵筋焊接于所述工字钢31上，工字钢外露于预制梁的两端，且外露的工字钢的腹板上开设有螺栓孔。所述连接板40用于腹板连接，连接板40上开设有与预制梁的工字钢上螺栓孔相对应的螺栓孔，连接板的一侧焊接于所述预制柱的方钢管外壁上。所述高强螺栓50同时穿过连接板的螺栓孔和工字钢的螺栓孔，将预制柱20和预制梁30的腹板进行连接；对于翼缘连接，预制梁中外露的工字钢31翼缘与方钢管的外壁直接焊接。所述节点板焊接于所述方钢管外壁和预制梁翼缘。所述双人字型支撑结构10通过节点板60连接于预制柱和预制梁形成的框架内。

进一步地，所述预制梁的工字钢腹板上设置有栓钉，增加浇筑后梁的强度和与混凝土的粘结性能。

当对所述装配式支撑耗能框架体系施工时，包括如下步骤：

步骤S1，工厂制作预制柱，预制梁。

本步骤中，预制柱制作时，在横隔板上打出两种类型的孔，包括若干柱纵筋孔和浇筑孔；将所述横隔板设置于预制柱的钢骨架方钢管内；再将柱纵筋穿过所述柱纵筋孔，并进行柱纵筋和箍筋的绑扎；绑扎完成后进行浇筑，使混凝土通过浇筑孔在柱内密实，养护后得到预制柱。

所述预制梁制作时，在工字钢上设置栓钉，将梁纵筋焊接于工字钢上，并对纵筋和箍筋进行绑扎，绑扎完成后，同时工字钢在预制梁的两端都预留露出部分，且在露出的工字钢腹板上开设螺栓孔；浇筑预制梁的混凝土，养护后得到预制梁。

步骤S2，通过连接板和高强螺栓现场拼装预制柱、预制梁。

本步骤中，当现场拼装预制柱和预制梁时，对于腹板连接，开有螺栓孔的连接板先焊接于方钢管的外壁上，然后通过高强螺栓连接板与预制梁外露的工字钢的腹板；对于翼缘连接，预制梁中外露的工字钢翼缘与方钢管的外壁焊接。

步骤S3，安装连接支撑的节点板。

本步骤中，所述节点板焊接于方钢管外壁和预制梁翼缘。其中，所述节点板的形式与支撑相匹配。当双人字型支撑结构通过铰接的方式连接于所述框架上时，节点板采用销轴的方式与支撑结构连接；当双人字型支撑结构通过固接于所述框架上时，节点板采用焊接的方式与支撑结构连接。由于装配式混凝土梁柱采用了预埋方钢管和工字钢的形式，可容易实现节点板的连接。

步骤S4，连接双人字型支撑结构。

本步骤中，所采用的双人字型支撑结构即为本实施例中所述的支撑结构。第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆和第四支撑杆分别通过节点板连接于梁柱所形成的框架结构的两个上顶角和两个下底角。将第一支撑杆与第二支撑杆的顶端通过第一顶端连接铰相连，将第三支撑杆与第四支撑杆的顶端通过第二顶端连接铰相连。

步骤S5，连接耗能结构。

本步骤中，首先在圆形钢管内注入高阻尼橡胶，在钢管两个端口处再插入连接杆和活塞板，伸入至高阻尼橡胶处；同时在两个活塞板外侧填充满高阻尼橡胶至钢管口；将具有中心孔的封堵钢板从外侧套入所述水平连接杆后，封堵住钢管口；将两个水平连杆的两个自由端分别铰接于所述第一顶端连接铰和第二顶端连接铰，完成双人字型支撑耗能结构的连接。

通过上述步骤，完成所述装配式支撑耗能框架体系的施工。

由以上技术方案可以看出，本发明实施例所提供的双人字型支撑耗能结构及装配式支撑耗能框架体系，在节点连接方面，装配简单，无现场湿作业，同时方便混凝土框架结构中支撑的连接；在支撑方面，层间地震力可以直接转换为水平连接杆轴力，传力和受力机理简单，地震时可以有效吸收地震能量，地震后更换水平连接杆和耗能部件方便；同时易于震后修复，震后可以通过去除破坏的水平连接杆和耗能件，以水平刚性杆替换，提升震后建筑的强度，方便震后建筑的加固。

以上描述仅为本发明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，本发明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。例如上述特征与本发明中公开的(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。