[發明專利]一種震后可更換裝配式鋼框架和鋼板剪力墻結構

有效

• 申請號: 201610353885.2
• 申請日: 2016-05-25
• 公開（公告）號: CN106049671B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 王萌;楊維國
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: E04B1/19
• 分類號: E04B1/19;E04B1/58;E04B2/58
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司11257
• 代理人: 高倩,張文祎

技術領域

本發明涉及抗側力結構技術領域，具體涉及一種震后可更換裝配式鋼框架和鋼板剪力墻結構。

背景技術

基于高層及超高層建筑結構建設的迫切需要以及強烈地震頻發的現狀，鋼框架和鋼板剪力墻結構作為一種抗側性能優異的結構體系近年來迅速發展。與傳統鋼框架體系相比，它具有較大的初始抗側剛度以及較高的屈曲后抗剪承載力；與傳統鋼框架和混凝土剪力墻體系相比，其材料一致，變形易協調，延性易匹配，連接易施工，并且能夠避免出現鋼筋混凝土剪力墻失效后，作為第二防線的鋼框架承載力急劇降低，導致結構發生脆性破壞。因此，鋼框架和鋼板剪力墻是一種具有廣泛應用前景的結構形式。

在強烈地震作用下，鋼框架和鋼板剪力墻結構的破壞模式為內嵌鋼板發生明顯平面外鼓屈變形，形成雙向拉力帶，框架梁端和框架柱腳出現塑性鉸，鋼柱及鋼梁其他部位保持彈性的整體變形破壞。傳統的墻板連接形式為墻板與魚尾板焊接連接，魚尾板焊接在框架梁和框架柱上，此焊接連接形式導致在強烈地震后，雖然鋼柱和主體鋼梁仍可保持彈性，但發生破壞的梁端節點部位、內嵌鋼板以及連接件無法更換，造成巨大的經濟損失，也無法滿足對于生命線工程快速修復的迫切需求，因此，提出震后破壞位置可更換的鋼框架和鋼板剪力墻結構體系十分必要。

為實現上述目標，鋼框架和鋼板剪力墻結構的可更換部件需要為預制構件，方便替換和施工。隨著我國工業自動化發展的需求，提高施工質量，縮短建設工期，降低現場勞動強度等問題迫在眉睫，預制裝配式結構受到廣泛關注。因此，將裝配式和震后可更換理念相結合，為震后可更換的鋼框架和鋼板剪力墻結構體系的實現提供了解決方案，實現充分發揮鋼框架和鋼板剪力墻結構抗震優勢的目標。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種震后可更換裝配式鋼框架和鋼板剪力墻結構，保證結構整體性及受力性能的充分發揮；且主動控制結構破壞和失效機制，保證主體結構保持彈性狀態，損傷發生在指定局部位置，并作為可更換構件，便于震后替換和修復。

為解決上述技術問題，本發明采用下述技術方案：

一種震后可更換裝配式鋼框架和鋼板剪力墻結構，包括框架鋼柱、主體鋼梁、震后可更換耗能節點和震后可更換內嵌鋼板，上述部件均為工廠預制，現場采用高強度螺栓拼接組裝。

所述框架鋼柱包括柱體、第一端板、蓋板和柱體角鋼，所述柱體的腹板通過第一端板連接，所述柱體的外側翼緣通過蓋板連接，所述柱體的內側翼緣通過柱體角鋼連接。所述框架鋼柱在彎矩較小位置進行拼接，柱體角鋼同時發揮蓋板以及震后可更換內嵌鋼板連接件雙重作用，上述連接方式能夠有效傳遞軸力和彎矩，保證結構整體性及受力性能的充分發揮。

所述主體鋼梁包括梁體、第二端板和梁體角鋼，所述第二端板固定設置在梁體的兩端。

所述震后可更換耗能節點包括梁段和第三端板，所述第三端板固定設置在梁段的兩端，所述梁段一端的第三端板與梁體的第二端板螺栓連接，所述梁段另一端的第三端板與柱體的內側翼緣螺栓連接。以上裝配式連接形式，能夠有效傳遞相應內力，保證結構整體性及受力性能的充分發揮。

所述震后可更換內嵌鋼板的左側和右側分別通過柱體角鋼與柱體的內側翼緣螺栓連接，所述震后可更換內嵌鋼板的上側和下側分別通過梁體角鋼與梁體螺栓連接，所述震后可更換內嵌鋼板的四個角部與震后可更換耗能節點接觸處開有長槽。震后可更換內嵌鋼板與框架鋼柱和主體鋼梁采用可更換的柱體角鋼和梁體角鋼與高強度螺栓連接。震后可更換內嵌鋼板在四個角部開長槽，不與震后可更換耗能節點連接，降低鋼板拉力帶對梁端塑性鉸形成位置的不利影響，有效提高結構延性。所述震后可更換內嵌鋼板與框架鋼柱和主體鋼梁采用可更換的角鋼連接件和高強度螺栓連接，在地震作用下，連接角鋼發生較大變形和破壞同樣可直接更換，同時雙角鋼連接能夠保證鋼板拉力帶更均勻地傳遞到框架構件上。

優選地，所述第一端板設置在柱體距離柱底的1/3～2/5高度處。該柱體高度為框架鋼柱的彎矩較小的位置。

優選地，所述柱體上固定設有節點域加勁肋。

優選地，所述第三端板上固定設有端板加勁肋。

優選地，所述震后可更換耗能節點的長度為梁體高度的1.5～2.0倍。

優選地，所述震后可更換耗能節點的梁段的削弱方式為狗骨型翼緣或腹板開孔或腹板為低屈服點鋼材。梁段的多種局部削弱形式，主動控制塑性耗能及損傷發生在指定局部位置，保證主體鋼梁在震后保持彈性，無需更換，實現承重構件和耗能元件相結合的設計理念，震后可更換耗能節點與框架鋼柱以及主體鋼梁采用端板和高強度螺栓連接。