一种带可更换空腹耗能段的多高层装配式钢框架结构制造技术

本发明专利技术公开了一种带可更换空腹耗能段的多高层装配式钢框架结构，该结构包括桁架梁以及用于支撑该桁架梁两端的框架柱；其中，桁架梁分为耗能段以及非耗能段；桁架梁耗能段不设腹杆为空腹式布置，实现耗能集中；桁架梁耗能段两端分别与一非耗能段一端以可拆卸方式对接，便于震后更换耗能段，桁架梁非耗能段另一端安装在框架柱上；桁架梁耗能段的弦杆以及桁架梁非耗能段腹杆采用普通钢构成；桁架梁非耗能段的弦杆、框架柱及节点连接套板采用高强钢构成。本发明专利技术框架结构采用高强钢和普通钢组合构成，即保留了普通钢材优良的耗能性能，又发挥了高强钢强度高、节省材料的优势，有效降低结构自重，减小地震作用。

【技术实现步骤摘要】
一种带可更换空腹耗能段的多高层装配式钢框架结构
本专利技术属于结构工程领域，尤其涉及一种带可更换空腹耗能段的多高层装配式高强钢组合钢框架结构。
技术介绍
装配式钢结构可实现工业化生产，有效加快施工进度、降低劳动强度，减少施工污染，是国内外未来建筑的发展趋势。装配式钢结构常见于低层住宅中，在多高层结构中的应用研究尚处于起步阶段。目前多高层装配式钢框架结构中广泛采用桁架梁，原因在于桁架梁可以有效增加结构设计跨度，并且切割、焊接方便，便于设备管线穿过，适合在多高层装配式钢结构中应用。目前，我国已有的使用桁架梁的多高层装配式钢结构体系中，框架柱在节点处断开，受力不佳，虽然通过加在节点处增设斜撑(其两端分别与桁架梁、框架柱相连)进行改善，但斜撑会增加框架柱受弯且影响墙体布置。较大水平地震荷载作用下，桁架梁端部弦杆及部分腹杆容易发生失稳，导致结构强度和刚度迅速退化，延性和耗能性能不佳，且杆件失稳位置不集中，震后修复加固的经济和时间成本显著。因此，如何合理有效改善桁架梁的抗震性能，是推广桁架梁在多高层装配式钢结构中应用的关键问题之一。我国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)对于抗侧力构件所用钢材有强制性条文明确规定(3.9.2条)：(1)屈服强度实测值与抗拉强度实测值之比不应大于0.85；(2)钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20％。该规定将用于抗侧力构件的钢材强度限制在345MPa范围内，限制了高强钢在我国建筑领域的应用。选择带耗能段的抗震结构体系，其中耗能段及变形大的构件采用变形好的普通钢材，而非耗能段等变形较小的部位采用高强度钢材，设计时要求在大震下非耗能构件仍处于弹性状态或发展部分塑性，而耗能段则完全进入弹塑性状态耗能，就可以保证达到抗震设防的目标，也就无需对非耗能构件的钢材提出过高的塑性变形要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种带可更换空腹耗能段的多高层装配式高强钢组合钢框架结构，旨在改善桁架梁的耗能能力、框架结构传力机理以及实现震后快速修复，该结构体系可以推广桁架梁和高强钢在多高层装配式抗震钢结构体系中的应用。本专利技术是这样实现的，一种带可更换空腹耗能段的多高层装配式钢框架结构，该结构包括桁架梁以及用于支撑该桁架梁两端的框架柱；其中，所述桁架梁分为耗能段以及非耗能段；所述桁架梁耗能段为空腹式布置；所述桁架梁耗能段两端分别与一非耗能段一端以可拆卸方式对接，所述桁架梁非耗能段另一端安装在框架柱上；所述桁架梁耗能段的弦杆以及桁架梁非耗能段腹杆采用普通钢构成；所述桁架梁非耗能段的弦杆、框架柱采用高强钢构成。优选地，所述桁架梁非耗能段与框架柱之间的梁柱节点采用ConXR节点连接。优选地，所述ConXR节点包括柱面内套板、梁端外套板，柱面内套板的插头与梁端外套板的插座随着桁架梁从上往下就位后锁定梁柱，再通过高强螺栓紧固。优选地，所述ConXR节点的内外套板采用高强钢构成。优选地，所述桁架梁耗能段与非耗能段采用外伸端板配合螺栓连接。优选地，所述框架柱为方钢管截面且在梁柱连接节点处保持截面贯通。优选地，所述桁架梁的弦杆为H型钢截面、腹杆为背靠背槽钢组合截面，弦杆和腹杆通过节点板焊接。本专利技术克服现有技术的不足，提供一种带可更换空腹耗能段的多高层装配式高强钢组合钢框架结构。本申请多高层装配式钢框架结构由方钢管柱、桁架梁组成，梁柱节点为美国规范推荐的ConXtechConX体系中ConXR连接，框架柱贯通节点，受力较好；桁架梁跨中设置耗能段，且去除腹杆采用空腹式布置，该区段杆件采用屈服点较低、变形能力较好的普通钢材，当桁架梁承受较大剪力时，耗能段首先产生塑性变形，耗散能量，最终弦杆两端形成塑性铰，实现集中耗能；桁架梁非耗能段弦杆和框架柱在较大的水平荷载作用下基本处于弹性状态或发展部分塑性可采用高强度钢材组成，节约钢材、降低结构自重，减小地震作用；耗能段与非耗能段桁架梁采用外伸端板-螺栓连接，实现震后快速修复。相比于现有技术的缺点和不足，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术将桁架梁应用于多高层装配式钢结构体系，有效增加设计跨度，且切割、焊接方便，便于设备管线穿过；(2)本专利技术在桁架梁中设置可更换耗能段，可以改善桁架梁的耗能能力及框架结构传力机理，实现结构的集中损伤，精准耗能，便于震后修复；(3)本专利技术采用高强钢和普通钢组合构成，即保留了普通钢材优良的耗能性能，又发挥了高强钢强度高、节省材料的优势，并且有效降低结构自重，减小地震作用；(4)本专利技术可推动高强钢以及桁架梁在多高层装配式钢结构中应用。附图说明图1是本专利技术多高层装配式钢框架结构的结构示意图；图2是本专利技术多高层装配式钢框架结构中耗能段与非耗能段桁架梁连接示意图；图3是本专利技术多高层装配式钢框架结构中ConXR节点连接示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1～3所示，其中，图1是本专利技术多高层装配式钢框架结构的示意图；图2是本专利技术多高层装配式钢框架结构中耗能段与非耗能段桁架梁连接示意图；图3是本专利技术多高层装配式钢框架结构中ConXR节点连接示意图。本专利技术公开了一种带可更换空腹耗能段的多高层装配式钢框架结构，该结构包括桁架梁以及用于支撑该桁架梁两端的框架柱1；其中，所述桁架梁分为耗能段3以及非耗能段2；所述桁架梁耗能段3为空腹式设置，即不设腹杆；所述桁架梁耗能段3两端分别与一非耗能段2一端以可拆卸方式对接，所述桁架梁非耗能段2另一端安装在框架柱1上；所述桁架梁耗能段3的弦杆以及桁架梁非耗能段2腹杆采用普通钢构成；所述桁架梁非耗能段2的弦杆、框架柱1、及节点4连接套板采用高强钢构成。在本专利技术实施例中，更具体的，所述桁架梁耗能段3不设置腹杆，采用空腹式布置，即在跨中部位弱化桁架梁，使得结构在地震过程中大部分的塑性变形产生在耗能段，实现耗能集中。耗能段3与非耗能段2桁架梁采用外伸端板6-螺栓连接，实现震后快速修复。在本专利技术实施例中，更具体的，所述框架柱1为方钢管截面且在梁柱连接节点处保持截面贯通。本专利技术采用桁架梁代替普通框架结构中的实腹式钢梁，能有效增加设计跨度，且切割、焊接方便，便于设备管线穿过。在本专利技术实施例中，所述桁架梁的弦杆为H型钢截面、腹杆为背靠背槽钢组合截面，弦杆和腹杆通过节点板5焊接。在本专利技术实施例中，更具体的，所述桁架梁非耗能段2与框架柱1之间的梁柱节点采用美国规范推荐的ConXtechConX体系中ConXR节点4连接。更具体的，所述ConXR节点4包括柱面内套板4-1、梁端外套板4-2，柱面内套板4-1的插头与梁端外套板4-2的插座随着桁架梁从上往下就位后锁定梁柱，再通过高强螺栓4-3紧固。本专利技术实施例中，梁柱节点为ConXR节点4连接，框架柱1截面贯通节点，受力较好。本专利技术最显著的创新点在于结构构件采用普通钢材与高强度钢材组合。水平力作用下，对于变形较大的耗能段3弦杆和非耗能段2腹杆采用普通钢构成，而变形较小的非耗能段2桁架梁弦杆、框架柱1、及节点4连接套板采用高强钢组成，可节约钢材、降低结构自重，减小地震作用。不同的钢材组合形式即可构成本专利技术的实施例，如组合一，高强度钢材为Q4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带可更换空腹耗能段的多高层装配式钢框架结构，其特征在于，该结构包括桁架梁以及用于支撑该桁架梁两端的框架柱；其中，所述桁架梁分为耗能段以及非耗能段；所述桁架梁耗能段为空腹式布置；所述桁架梁耗能段两端分别与一非耗能段一端以可拆卸方式对接，所述桁架梁非耗能段另一端安装在框架柱上；所述桁架梁耗能段的弦杆以及桁架梁非耗能段腹杆采用普通钢构成；所述桁架梁非耗能段的弦杆、框架柱采用高强钢构成。

【技术特征摘要】
1.一种带可更换空腹耗能段的多高层装配式钢框架结构，其特征在于，该结构包括桁架梁以及用于支撑该桁架梁两端的框架柱；其中，所述桁架梁分为耗能段以及非耗能段；所述桁架梁耗能段为空腹式布置；所述桁架梁耗能段两端分别与一非耗能段一端以可拆卸方式对接，所述桁架梁非耗能段另一端安装在框架柱上；所述桁架梁耗能段的弦杆以及桁架梁非耗能段腹杆采用普通钢构成；所述桁架梁非耗能段的弦杆、框架柱采用高强钢构成。2.如权利要求1所述的多高层装配式钢框架结构，其特征在于，所述桁架梁非耗能段与框架柱之间的梁柱节点采用ConXR节点连接。3.如权利要求2所述的多高层装配式钢框架结构，其特征在于，所述ConXR...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凤，顿佳丽，王义，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62