一种装配式钢框架-防屈曲支撑体系

1.本发明涉及结构工程技术领域，尤其涉及一种装配式钢框架-防屈曲支撑体系。


背景技术：

2.未来一段时期，土木建筑工程建设将处于新建和改造并存的发展阶段。过去建造的一大批土木建筑工程，处于超服役期限或接近服役期限，其结构安全水平下降，基础设施老化，使用功能缺失等；同时由于先前建造的工程项目基于先前的结构设计规范，随着结构设计规范的发展，这些建筑已经不满足现规程的要求；基于这些考虑，这些建筑是改造加固的重点对象。
3.综合权衡拆除新建和改造加固两种方法的周期、成本及环保等因素，对于某些老旧建筑，不能简单对其进行拆除，而是通过加固改造后重新使用，践行绿色可持续发展的理念。该理念在地震耗能和建筑装配化两方面对建筑加固提出了要求。
4.传统局部抗震加固既有建筑结构的方法有外包混凝土法、外包型钢法、粘贴钢板法和粘贴碳纤维布法，存在以下缺点：
5.(1)截面尺寸增加大，造成材料浪费，制作成本高。
6.(2)需要混凝土湿作业，施工复杂，影响建筑的正常使用时间较长。
7.(3)依赖于建筑结构胶的方法，对建筑结构胶的力学性能、疲劳性能及施工工艺要求较高。
8.(4)在地震作用下耗能效果不太显著。
9.(5)传统中心支撑在受压屈曲后刚度和承载力显著退化。
10.(6)采用防屈曲支撑直接连接于钢筋混凝土框架而导致节点受力复杂、施工繁琐的问题。


技术实现要素：

11.本发明实施例提供了一种装配式钢框架-防屈曲支撑体系，不仅解决了传统中心支撑在受压屈曲后刚度和承载力显著退化的问题，大幅增强结构的水平抗侧刚度和侧向承载能力，而且将结构耗能减震技术引入到既有建筑加固中，减轻主体结构构件的破坏或损伤，同时在地震发生破坏后，可通过更换耗能构件即防屈曲支撑构件进行二次加固，节约成本，具有良好的社会经济效益，而且可以采用装配式施工，避免混凝土湿作业，缩短工期，也解决了防屈曲支撑直接连接于钢筋混凝土框架而导致的节点受力复杂、施工繁琐的问题。
12.为解决上述发明目的，本发明实施例提供的技术方案如下：
13.一种装配式钢框架-防屈曲支撑体系，包括内嵌钢框架和防屈曲支撑构件，所述内嵌钢框架为由型钢焊接形成的封闭矩形，在所述内嵌钢框架内侧倾斜设置有防屈曲支撑构件，在所述内嵌钢框架内侧壁上连接有节点板，所述节点板与所述防屈曲支撑构件通过螺栓连接，在连接位置的所述内嵌钢框架上布置有加劲板；
14.所述内嵌钢框架外侧与原有框架结构梁与柱的内侧通过一字形连接钢板连接。
15.示例性的，所述内嵌钢框架尺寸与工程实际相适宜，采用四块h型钢焊接而成。
16.示例性的，所述节点板的数量与所述防屈曲支撑构件的数量相适配，所述节点板采用厚钢板并通过熔透焊焊接在所述内嵌钢框架内侧壁上，且通过所述螺栓与所述防屈曲支撑构件的内核外伸段连接。
17.示例性的，所述防屈曲支撑构件包括钢管-混凝土约束型、全钢整体约束型以及全钢装配式。
18.示例性的，所述原有框架与所述内嵌钢框架之间对应的四个边每个方向均布置两块所述一字形连接钢板，采用熔透焊分别垂直焊接于所述原有主体框架与所述内嵌钢框架外表面。
19.示例性的，两块所述一字形连接钢板之间采用焊接或栓接。
20.示例性的，所述内嵌钢框架高跨比约等于1，所述防屈曲支撑构件采用中心布置框架体系，沿所述内嵌钢框架的对角线方向布置一个所述防屈曲支撑构件。
21.示例性的，所述内嵌钢框架高跨比约等于0.5，所述防屈曲支撑构件采用人字形布置框架体系，在所述内嵌钢框架竖向轴线两侧对称斜向布置两个所述防屈曲支撑构件。
22.示例性的，所述防屈曲支撑构件为四角钢组合约束型防屈曲支撑或四槽钢组合约束型防屈曲支撑；所述四角钢组合约束型防屈曲支撑由四个角钢通过高强度螺栓拼装在一起，所述两两角钢之间使用垫块，内核构件采用十字形构件。
23.示例性的，所述四槽钢组合约束型防屈曲支撑由四个槽钢通过高强度螺栓拼装在一起，内核构件采用一字形板。
24.上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：
25.上述方案，装配式钢框架-防屈曲支撑体系，主要用于加固既有框架结构，包括混凝土框架以及钢框架结构，兼具“支撑”和“耗能”的优点。
26.1.能提高结构的抗侧刚度和侧向承载能力,解决了传统中心支撑在受压屈曲后刚度和承载力显著退化的问题。
27.2.将结构耗能减震技术引入到既有建筑加固中，增强建筑地震耗能能力，弥补了传统加固方式的缺陷，把本来主要由主体结构构件耗散的地震能量转移给耗能减震阻尼器，大幅减轻主体结构的破坏和损伤,保证主体结构的完整性。
28.3.加固结构在地震作用下发生破坏后，可通过更换耗能构件，即防屈曲支撑构件进行二次加固，节约成本，具有良好的社会经济效益。
29.4.采用装配化施工，可以在工厂预制模块进行安装，避免混凝土湿作业，节省工期，节约成本，便于进行高度工业化生产。
30.5.通过设置内嵌钢框架，解决了防屈曲支撑直接连接于钢筋混凝土框架而导致的节点受力复杂、施工繁琐的问题。
附图说明
31.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讲，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的附图。
32.图1为本发明装配式钢框架-防屈曲支撑体系人字形布置的正视图；
33.图2为本发明装配式钢框架-防屈曲支撑体系中心布置的正视图；
34.图3为图2中a-a截面图。
35.其中附图标记说明如下：
36.1、内嵌钢框架；2、防屈曲支撑构件；3、节点板；4、一字形连接钢板。
具体实施方式
37.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
39.需要说明的是，本发明中使用的“上”、“下”、“左”、“右”“前”“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
40.图1为本发明装配式钢框架-防屈曲支撑体系人字形布置的正视图；图2 为本发明装配式钢框架-防屈曲支撑体系中心布置的正视图；图3为图2中a-a 截面图。
41.本发明针对传统局部抗震加固既有建筑结构的方法存在的制作成本高、施工复杂工期长、施工工艺要求高和在地震作用下耗能效果不太显著等问题提供了一种不仅能大幅增强结构水平抗侧刚度和侧向承载能力，而且还能增强建筑地震耗能能力，可减轻主体结构构件的破坏或损伤，同时还能节约成本，避免混凝土湿作业，缩短工期，可解决防屈曲支撑直接连接于钢筋混凝土框架而导致的节点受力复杂、施工繁琐的问题的装配式钢框架-防屈曲支撑体系。
42.实施例一
43.如图1至3所示，本发明实施例提供了一种装配式钢框架-防屈曲支撑体系，包括内嵌钢框架1和防屈曲支撑构件2；所述内嵌钢框架1有1个，尺寸与工程实际相适宜，为由四块h型钢焊接而成的封闭矩形，通过设置内嵌钢框架，能够解决防屈曲支撑直接连接于钢筋混凝土框架而导致的节点受力复杂、施工繁琐的问题；所述防屈曲支撑构件2可以采用现有的成品构件，有多种形式，包括钢管-混凝土约束型、全钢整体约束型以及全钢装配式，所述全钢装配式方便更换内核构件。
44.在所述内嵌钢框架1内侧倾斜设置有防屈曲支撑构件2，所述内嵌钢框架 1和所述防屈曲支撑构件2通过螺栓和节点板3进行连接，在连接位置的所述内嵌钢框架1上布置有适量加劲板，以避免局部破坏，所述节点板3的数量与所述防屈曲支撑构件2的数量相适配，一般采用厚钢板并通过熔透焊焊接在所述内嵌钢框架1内侧壁上，且通过所述螺栓与所述
防屈曲支撑构件2的内核外伸段连接。
45.所述防屈曲支撑构件2为四角钢组合约束型防屈曲支撑或四槽钢组合约束型防屈曲支撑；所述四角钢组合约束型防屈曲支撑由四个角钢通过高强度螺栓拼装在一起，所述两两角钢之间使用垫块，内核构件采用十字形构件；所述四槽钢组合约束型防屈曲支撑由四个槽钢通过高强度螺栓拼装在一起，内核构件采用一字形板。
46.装配式钢框架-防屈曲支撑加固体系通过一字形连接钢板4与原有主体框架相连接，所述原有主体框架与所述内嵌钢框架1之间对应的四个边每个方向均设有两块相同的一字形连接钢板4，一块设在所述内嵌钢框架1外侧，一块设在原有框架结构梁与柱内侧，采用熔透焊分别垂直焊接于所述原有主体框架与所述内嵌钢框架1的外表面，且两块一字形连接钢板4通过角焊缝焊接或开螺栓孔通过螺栓栓接的方式连接在一起。
47.实施例二
48.当所述内嵌钢框架1高跨比约等于1时，所述防屈曲支撑构件2采用中心布置框架体系，即沿所述内嵌钢框架1对角线方向布置一个所述防屈曲支撑构件2。
49.实施例三
50.当所述内嵌钢框架1高跨比约等于0.5时，所述防屈曲支撑构件2采用人字形布置框架体系，即在所述内嵌钢框架1竖向轴线两侧对称斜向布置两个所述防屈曲支撑构件2。
51.通过设置防屈曲支撑构件2，提高了结构的抗侧刚度和侧向承载能力，解决了传统中心支撑在受压屈曲后刚度和承载力显著退化的问题；增强了建筑地震耗能能力，把本来主要由主体结构构件耗散的地震能量转移给耗能减震阻尼器，大幅减轻主体结构的破坏和损伤，当加固结构在地震作用下发生破坏后，可更换耗能构件，即防屈曲支撑构件进行二次加固，节约成本；本发明装配式钢框架-防屈曲支撑体系采用装配化施工，可以在工厂预制模块进行安装，避免混凝土湿作业，节省工期，节约成本，便于进行高度工业化生产，且施工程序相对简单。
52.有以下几点需要说明：
53.(1)本发明实施例附图只涉及到与本发明实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
54.(2)为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。
55.(3)在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
56.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。