一种新型装配式框架结构体系及施工方法

技术领域

本公开一般涉及装配式建筑技术领域，具体涉及一种新型装配式框架结构体系及施工方法。

背景技术

目前，传统结构建造周期长达一年以上，且冬季施工受限，且受施工队伍技术水平等影响可能会造成工期延误；框架结构由于其抗震能力强、空间分散灵敏、重量轻、节约资源等优点成为未来建筑行业发展的重点；另一方面，传统的装配式混凝土结构，梁柱预制完成后节点仍需进行二次浇筑混凝土。施工现场仍要进行大量的混凝土湿作业，无法契合装配式建筑绿色环保、节能高效的发展理念；

将混凝土构件之间的连接通过加入钢套筒等方式转变为焊接或螺栓连接，使得施工现场无需湿作业，但该连接方式耗能较差，在反复地震作用下节点处容易发生焊缝脆性断裂破坏。因此，如何提高干连接节点耗能能力是需要研究的重点。为了克服以上缺点，通过对梁柱节点增加耗能装置可将塑性铰从节点域外移，提高节点的耗能能力。同时，现有的隔震技术大多采用的是内置耗能装置具有难以更换等缺点。因此，亟需提出一种高效装配、损伤可控和抗震性能好的新型带耗能的装配式框架结构体系。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种有效消耗地震力、减小结构的地震响应、装配简单、震后易更换的耗能装配式框架结构体系及施工方法。

第一方面，一种新型装配式框架结构体系，包括：混凝土上柱、混凝土下柱、混凝土梁、梁-柱连接装置、柱-柱拼接装置和柱-基础连接装置；所述混凝土上柱在楼层位置外设有钢套筒；所述混凝土下柱在柱脚处外设所述钢套筒；

所述梁-柱节点连接装置包括工字钢梁、耗能连接杆、第一钢端板和第二钢端板；所述第一钢端板与所述混凝土梁端部通过螺栓锚固，所述第二钢端板与所述混凝土上柱在楼层位置处所述钢套筒焊接。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述耗能连接杆包括耗能块和棱台耗能杆；所述耗能块焊接于所述棱台耗能杆的两端；所述耗能连接杆焊接于所述第一钢端板和所述第二钢端板上，且设置在所述工字钢梁腹板两侧。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述柱-柱拼接装置包括梯形连接装置、三角形连接板和三棱柱耗能杆；所述梯形连接装置包括第一梯形连接板、第二梯形连接板和矩形连接板；所述第一梯形连接板、所述第二梯形连接板和所述矩形连接板焊接；所述梯形连接装置焊接于所述混凝土上柱和所述混凝土下柱的正面和左侧面上；所述第二梯形连接板和所述三角形连接板上预留有三棱孔；所述三棱柱耗能杆穿过所述梯形连接装置和所述三角形连接板并焊接于所述梯形连接板内壁。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述柱-基础连接装置包括第一连接件、第二连接件和六边形外套筒；所述第一连接件焊接在所述混凝土下柱柱脚处所述钢套筒外壁；所述第二连接件焊接于所述六边形外套筒上；所述第一连接件与所述第二连接件栓接；所述第一连接件和所述第二连接件设置在柱脚的四面。

第二方面，一种新型装配式框架结构体系的施工方法，包括以下步骤：

S1：在工厂制作所述混凝土上柱、混凝土下柱、混凝土梁、梁-柱连接装置、柱-柱拼接装置和柱-基础连接装置；

S2：安装柱-基础连接装置，所述混凝土下柱通过所述柱-基础连接装置与基础连接；

S3：所述混凝土上柱和所述混凝土下柱通过所述柱-柱拼接装置连接；

S4：所述混凝土梁通过所述梁-柱连接装置与所述混凝土上柱栓接。

综上所述，本申请公开了一种新型装配式框架结构体系及施工方法，基于上述具体的技术方案，本申请的混凝土上柱、混凝土下柱、混凝土梁、梁-柱连接装置、柱-柱拼接装置和柱-基础连接装置在工厂预制模板制作，构件质量高、降低由人工制作造成的误差；现场装配时，通过所述梁-柱连接装置、所述柱-柱拼接装置和所述柱-基础连接装置可以有效实现该框架结构的快速装配，干连接施工速率较高，受环境和天气影响小，能够明显缩短建设周期。

本申请提出的梁-柱连接装置能够优化耗能机制，实现结构的分级耗能，可以增加结构阻尼，避免结构在遇到地震时损坏，提高减震效果，降低成本；小震作用下，节点发生转动时，所述混凝土上柱和所述混凝土梁发生相对转动，导致所述梁-柱连接装置变形，此时所述工字钢梁和所述耗能连接杆摩擦耗能；大震作用下，所述耗能连接杆克服摩擦后，将发展塑性变形而屈曲耗能；且由于所述耗能块由四个梯形板垂直焊接而成，使得在受到地震力作用时既可以提供弯曲屈服也可以提供抗剪强度；与传统梁柱耗能件相比，本申请提出的梁-柱连接装置耗能效率更高；此外，所述耗能连接杆可有效实现梁柱之间的拉结，提升结构在底层柱失效情况下的抗倒塌能力。

本申请的柱-基础连接装置，柱底基础与上部结构可现场装配，施工方便；所述六边形外套筒与所述连接件连接，具有较好的抗拔性；地震作用时，所述第一连接件和所述第二连接件之间的销栓摩擦孔洞耗能；该连接采用4个连接件可以有效分解了框架结构刚性柱脚的巨大内力；焊接加螺栓连接的连接方式与传统采用的外包式柱脚做法相比，不但可以有效地减少了基础底板厚度，而且连接构造简洁，便于施工操作，受力分布均匀。

本申请提出的所述柱-柱拼接装置，在受力不大的使用环境中，相对于整体式柱，采用分体式柱使得混凝土柱易于装配且不易弯曲。在受地震作用时，当混凝土柱承受弯曲作用力时，由于相邻两根柱体用所述柱-柱拼接装置拼装于一起，弯曲作用力由所述柱-柱拼接装置承受，不易将弯曲作用力传导至另一根柱体上，使得混凝土柱不易弯曲；所述三棱柱耗能杆受拉变形耗能，所述梯形连接装置和所述三角形连接板摩擦耗能；震后修复时，将所述梯形连接装置和所述三角形连接板卸下，更换破坏的所述三棱柱耗能杆，可实现结构功能的快速修复。在受到地震作用时所述柱-基础连接装置首先受到影响进行耗能，随着地震强度的增大所述混凝土下柱受力由所述-柱拼接装置分担耗散，当所述混凝土上柱受到地震力的扰动所述梁-柱连接装置开始发挥作用，以减小地震时对所述混凝土上柱和所述混凝土梁等构件的影响。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1所示的是一种新型装配式框架结构体系的结构示意图；

图2所示的是梁-柱连接装置的结构示意图；

图3所示的是柱-柱拼接装置的结构示意图；

图4所示的是柱-基础连接装置的结构示意图；

图5所示的是棱台耗能杆的结构示意图。

图中标号：10、混凝土上柱；11、钢套筒；20、混凝土下柱；30、混凝土梁；40、梁-柱连接装置；41、工字钢梁；42、耗能连接杆；421、耗能块；422、棱台耗能杆；43、第一钢端板；44、第二钢端板；50、柱-柱拼接装置；51、梯形连接装置；511、第一梯形连接板；512、第二梯形连接板；513、矩形连接板；52、三角形连接板；53、三棱柱耗能杆；60、柱-基础连接装置；61、第一连接件；62、第二连接件；62、六边形外套筒。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请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，本申请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申请。

请参考图1-5所示的本申请提供的一种耗能装配式框架结构体系的结构示意图。

图1中，一种新型装配式框架结构体系的结构示意图，包括：混凝土上柱10、混凝土下柱20、混凝土梁30、梁-柱连接装置40、柱一柱拼接装置50和柱-基础连接装置60；

所述混凝土上柱10在楼层位置外设有钢套筒11；所述混凝土下柱20在柱脚处外设所述钢套筒11；

所述梁-柱节点连接装置40包括工字钢梁41、耗能连接杆42、第一钢端板43和第二钢端板44；所述第一钢端板43与所述混凝土梁30端部通过螺检锚固，所述第二钢端板44与所述混凝土上柱10在楼层位置处所述钢套筒11焊接。

其中：

请参考图2、图5，所述耗能连接杆42包括耗能块421和棱台耗能杆422；所述耗能块421焊接于所述棱台耗能杆422的两端；所述耗能连接杆42焊接于所述第一钢端板43和所述第二钢端板44上，且设置在所述工字钢梁41腹板两侧。

本实施例中，所述梁-柱节点连接装置40能够优化耗能机制，实现结构的分级耗能，可以增加结构阻尼，避免结构在遇到地震时损坏，提高减震效果，降低成本；小震作用下，节点发生转动时，所述混凝土上柱10和所述混凝土梁30发生相对转动，导致所述梁-柱连接装置40变形，此时所述工字钢梁41和所述耗能连接杆42摩擦耗能；大震作用下，所述耗能连接杆42克服摩擦后，将发展塑性变形而屈曲耗能；且由于所述耗能块421由四个梯形板垂直焊接而成，使得在受到地震力作用时既可以提供弯曲屈服也可以提供抗剪强度；与传统梁柱耗能件相比，本申请提出的所述梁-柱节点连接装置40耗能效率更高；此外，所述耗能连接杆42可有效实现梁柱之间的拉结，提升结构在底层柱失效情况下的抗倒塌能力。

在一优选的实施方式中，请参考图3所示的柱-柱拼接装置的结构示意图，所述柱-柱拼接装置50包括梯形连接装置51、三角形连接板52和三棱柱耗能杆53；所述梯形连接装置51包括第一梯形连接板511、第二梯形连接板512和矩形连接板513；所述第一梯形连接板511、所述第二梯形连接板512和所述矩形连接板513焊接；所述梯形连接装置51焊接于所述混凝土上柱10和所述混凝土下柱20的正面和左侧面上；所述第二梯形连接板512和所述三角形连接板52上预留有三棱孔；所述三棱柱耗能杆53穿过所述梯形连接装置51和所述三角形连接板52并焊接于所述梯形连接板511内壁。

本实施例中，所述柱-柱拼接装置50在受力不大的使用环境中，相对于整体式柱，采用分体式柱使得混凝土柱易于装配且不易弯曲；在受地震作用时，当混凝土柱承受弯曲作用力时，由于相邻两根柱体用所述柱-柱拼接装置50拼装于一起，弯曲作用力由所述柱-柱拼接装置50承受，不易将弯曲作用力传导至另一根柱体上，使得混凝土柱不易弯曲；所述三棱柱耗能杆53受拉变形耗能，所述梯形连接装置51和所述三角形连接板52摩擦耗能；震后修复时，将所述梯形连接装置51和所述三角形连接板52卸下，更换破坏的所述三棱柱耗能杆53，可实现结构功能的快速修复。

可选的，请参考图4，所述柱-基础连接装置60包括第一连接件61、第二连接件62和六边形外套筒63；所述第一连接件61焊接在所述混凝土下柱20柱脚处所述钢套筒11外壁；所述第二连接件62焊接于所述六边形外套筒63上；所述第一连接件61与所述第二连接件62栓接；所述第一连接件61和所述第二连接件62设置在柱脚的四面。

本实施例中，柱底基础与上部结构可现场装配，施工方便；所述六边形外套筒63与连接件连接，具有较好的抗拔性；地震作用时，所述第一连接件61和所述第二连接件62之间的销栓摩擦孔洞耗能；该连接采用4个连接件可以有效分解了框架结构刚性柱脚的巨大内力；焊接加螺栓连接的连接方式与传统采用的外包式柱脚做法相比，不但可以有效地减少了基础底板厚度，而且连接构造简洁，便于施工操作，受力分布均匀。

本实施例中，在受到地震作用时所述柱-基础连接装置60首先受到影响进行耗能，随着地震强度的增大所述混凝土下柱20受力由所述-柱拼接装置50分担耗散，当所述混凝土上柱10受到地震力的扰动所述梁-柱连接装置40开始发挥作用，以减小地震时对所述混凝土上柱10和所述混凝土梁30等构件的影响。

为得到上述实施方式所述的一种耗能装配式框架结构体系，本申请还提供有一种耗能装配式框架结构体系的施工方法的具体实施步骤，即：包括以下步骤：

S1：在工厂制作所述混凝土上柱10、混凝土下柱20、混凝土梁30、梁-柱连接装置40、柱-柱拼接装置50和柱-基础连接装置60；

S2：安装所述柱-基础连接装置60，所述混凝土下柱20通过所述柱-基础连接装置60与基础连接；

S3：所述混凝土上柱10和所述混凝土下柱20通过所述柱-柱拼接装置50连接；

S4：所述混凝土梁30通过所述梁-柱连接装置40与所述混凝土上柱10栓接。

实施例1：本发明通过将所述混凝土上柱10和所述混凝土梁30与所述梁-柱连接装置40螺栓连接、所述混凝土上柱10与所述混凝土下柱20通过所述柱-柱拼接装置50焊接、所述混凝土下柱20与所述柱底基础通过所述柱-基础连接装置60连接，共同实现了新型装配式框架结构体系的装配式连接。所述第二钢端板44焊接于所述钢套筒11，所述第一钢端板43通过两个螺栓锚固在所述混凝土下柱20，该连接方式既保证了连接的稳定性又便于震后更换时只需取下螺栓即可更换耗能部分。所述耗能连接杆42采用三棱柱截面相较于传统的耗能柱截面该截面面积削弱，有利于地震时所述耗能连接杆42充分发挥先耗能的作用。

所述第一梯形连接板511和所述第二梯形连接板512为预留在所述混凝土上柱10和所述混凝土下柱20柱端的钢板；将所述第一梯形连接板511和所述三棱柱耗能杆53焊接，在将所述三棱柱耗能杆53穿过所述第二梯形连接板512和所述三角形连接板52所留孔洞，最后用所述矩形连接板513将三者焊接连接；所述梯形连接装置51整体设计为梯形，对称设置在柱相邻两侧面，保证了柱之间的可靠连接，且若地震发生两个所述梯形连接装置51之间并未直接接触，所述三角形连接板52的设置亦是为了所述混凝土上柱10和所述混凝土下柱20之间的所述梯形连接装置51之间不相互直接接触，可以一定程度上减少对另一方的“串联”影响，更换时也可有较大的施工空间便于更换。

所述第一连接件61、所述第二连接件62与所述六边形外套筒63和柱脚处所述钢套筒11之间形成了三角结构，在构建本身支撑的作用下，该三角稳定结构可以放大支撑稳定性，既可以承担弯矩也可以增加抗剪强度；所述第一连接件61和所述第二连接件62通过销栓连接，在地震时可摩擦耗能，震后更换便捷。以上描述仅为本申请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，本申请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。例如上述特征与本申请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。