一种交叉布置防屈曲支撑、具有该支撑的建筑物及应用

摘要

本发明涉及一种交叉布置防屈曲支撑、具有该支撑的建筑物及应用。交叉布置防屈曲支撑主要包括第一受力构件与第二受力构件；两受力构件均具有受力主管，受力主管的中段具有凸出部；受力主管凸出部的内侧与内约束套管固定连接，外侧与外约束套管固定连接；其中，两受力主管的凸出部固定连接并形成X状结构。本发明中受力主管凸出部的截面面积和长度可以调整，方便改变支撑构件的强度和刚度之比，实现结构优化。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑工程相关技术领域，具体的说，是涉及一种交叉布置防屈曲支撑、具 有该支撑的建筑物及应用。

背景技术

框架-支撑体系是多高层建筑中常见结构体系。通过设置支撑可提高框架结构的侧向刚 度和侧向承载力。对需要抗震设防的建筑结构，钢支撑可通过屈服耗散地震能量。但如果 确保钢支撑在地震作用下屈服，则需限制其截面尺寸。

在地震作用下往复荷载作用下，截面过小的钢支撑受压将发生屈曲，滞回性能较差。因 此，目前结构中广泛采用防屈曲支撑，其基本原理是一方面通过限制支撑芯材的截面面积， 确保钢支撑在地震作用下屈服；另一方面，采用外加套管，防止钢支撑在受压时屈服，从 而获得良好的滞回性能。

常见的防屈曲支撑包括芯材和外套筒，以及芯材与外套筒之间的填充材料。芯材部分是 构件中的主要受力元件，外套筒部分对芯材提供约束，以防止芯材部分受压时发生整体屈 曲。中国专利号CN201410129641.7公开的一种名称为“一种具有双屈服点的十字型耗能内 芯防屈曲支撑构件”；中国专利号CN201510187556.0公开的一种名称为“碳纤维增强箍筋 钢板套箍防屈曲耗能支撑”；中国专利号CN201210438787.0公开的一种名称为“组合约束 防屈曲耗能支撑”；中国专利号CN201410577476.1公开的一种名称为“一种填充粘弹性材 料的复合型防屈曲支撑”；中国专利号CN201410453248.3公开的一种名称为“一种复合式 防屈曲耗能支撑及其制作工艺”和中国专利号CN201310689653.0公开的一种名称为“一种 装配式粘弹性防屈曲支撑”等技术方案，都属于此类防屈曲支撑。此类防屈曲支撑有以下 缺陷：

1、钢材浪费。由于传统防屈曲支撑主要受力元件为芯材部分，处于核心位置的板件集 中，长细比较大，容易发生屈曲，为防止芯材屈曲势必要增加外套筒的厚度；而外套筒只 是负责约束芯材，并未参与轴向受力，未充分利用钢材，导致钢材浪费；

2、自重大。芯材与外套筒之间的混凝土类填充材料自重大，强度低，性能不稳定。

3、芯材与外套筒之间的约束混凝土容易被压碎而失去了约束与防屈曲作用，致使其 耗能能力大幅降低。

4、强度与刚度比固定。防屈曲支撑的强度与刚度比η＝(f_yA)/(EA/l)＝f_yl/E。A为支撑 芯材的截面面积；f_y为支撑芯材的屈服强度；E为支撑芯材的弹性模量；l为支撑的屈服段 长度。当支撑的长度和支撑芯材的钢材型号选定之后，支撑的强度与刚度之比η即固定， 限制了了设计人员的选择。

5、无法实现交叉布置。芯材完全被外套筒包围，无法实现如图1所示的交叉布置，只 能按照如图2所示的单向布置或如图3所示的与框架梁连接的“八”字形或倒“八”字形 布置。防屈曲支撑与框架梁相连接时，在水平地震作用下，在梁内产生较大轴力和附加弯 矩。

6、无法实现现场拼接。芯材必须在外套筒及填充材料内自由伸缩，支撑成型之前，不 能承担任何荷载，包括其自重及运输吊装荷载。因此防屈曲支撑只能工厂制造，现场安装， 无法实现超长超重支撑的现场拼接问题。

中国专利号CN201410560038.4公开的一种名称为“一种全钢四钢管多段可装配超长防 屈曲支撑”的全钢支撑，可以实现支撑的现场拼接，但支撑芯材仍包裹在外套筒内，无法 实现交叉布置。

中国专利号CN201310745068.8公开的一种名称为“一种槽钢开槽式一字形变截面钢芯 防屈曲限位耗能支撑构件”和中国专利号CN201310745098.9公开的一种名称为“一种内设 挡板式钢管十字形内缩式变截面钢芯防屈曲限位耗能支撑构件”。钢芯从两端到中间依次 为连接段、截面局部变大段以及屈服工作段，屈服工作段位于两截面局部变大段之间，截 面局部变大段分别靠近外约束套管的两端。但该截面变化，主要是为了限制外套管的位置， 无法主动调整支撑的强度和刚度之比；同时，支撑仍限制在套管之内，无法实现平面内的 相交问题。

中国专利号CN201510067612.7公开的一种名称为“一种三重圆钢管自复位防屈曲支 撑”和中国专利号CN201210438710.3公开的一种名称为“套筒约束防屈曲耗能支撑”。沿 芯材长度截面相同，无法主动调整支撑的强度和刚度之比；同时，支撑仍限制在套管之内， 无法实现平面内的相交问题。

因此，如何设计一种能够实现交叉支撑的防屈曲构件，是本领域技术人员所亟需解决的。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种交叉布置防屈曲支撑、具有该支 撑的建筑物及应用。本装置通过设计全新的结构，实现了交叉方向的支撑，并优化了整体 受力结构。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种交叉布置防屈曲支撑，包括：

第一受力构件与第二受力构件；

两受力构件均具有受力主管，受力主管的中段具有凸出部；

受力主管凸出部的内侧与内约束套管固定连接，外侧与外约束套管固定连接；

其中，两受力主管的凸出部固定连接并形成X状结构。

优选的，其中一个受力主管内部具有加劲隔板。

优选的，所述加劲隔板与承载该加劲隔板的受力主管的轴线垂直。

优选的，所述加劲隔板的厚度与不具有加劲隔板的受力主管的凸出部厚度相同。

优选的，两受力主管的端部均凸出于所述内约束套管和外约束套管，且两受力主管的端 部分别与端板固定连接。

优选的，所述内约束套管和外约束套管有且仅有一端与受力主管固定连接。

优选的，所述第二受力构件为两段，第二受力构件的凸出部分别与第一受力构件的凸出 部固定连接，且两段第二受力构件的轴线相重合。

优选的，所述受力主管为密闭结构。

在提供上述防屈曲支撑结构方案的同时，本发明还提供了一种建筑物，该建筑物内具有 上述的交叉布置防屈曲支撑。

上述任一项技术方案中所述的交叉布置防屈曲支撑用于建设建筑物的应用。

本发明相对于现有技术有以下优点：

(1)节省钢材。受力主管采用闭口空心的截面。截面扩展，回转半径大，本身即具有 较大的抗屈曲能力，受力合理，可减小外约束套管和内约束套管的材料用量。

(2)自重小。本发明横截面虽然为三层钢管，但组合后的截面仍然为空心截面。相对 于实心截面，构件重量大幅度降低。

(3)耐久性和滞回性能好。受力主管、外约束套管和内约束套管均匀钢材，强度高， 耐久性好，滞回性能好。

(4)强度与刚度比可调整。受力主管中段的壁厚和壁厚增厚段的长度均可调整，实现 防屈曲支撑的强度与刚度之比可调，方便结构优化。

(5)交叉布置。受力主管外径超过外套筒外径，方便与另一方向的防屈曲支撑受力主 管相连；受力主管内径小于内套筒内径，方便设置内隔板，提高受力主管的局部屈曲承载 力。

(6)现场拼接。受力主管部分外露，方便运输和现场拼接。

附图说明

图1是背景技术中提及的交叉布置支撑的结构示意图；

图2是背景技术中提及的单向布置支撑的结构示意图；

图3是背景技术中提及的“八”字形布置支撑的结构示意图；

图4是本装置的剖面结构示意图；

图5是本装置中贯通结构的剖面示意图；

图6是本装置中非贯通结构的剖面结构示意图；

图7为端板与内、外约束套管的间隙示意图；

图8为图5中受力主管为圆形时的A-A截面图；

图9为图5中受力主管为圆形时的B-B截面图；

图10为图5中受力主管为圆形时的C-C截面图；

图11为图5中受力主管为方形时的A-A截面图；

图12为图5中受力主管为方形时的B-B截面图；

图13为图5中受力主管为方形时的C-C截面图；

图中：1、受力主管，2、外约束套管，3、内约束套管，4、加劲隔板，5、端板，6、 焊缝，7、凸出部。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细说明。

实施例：一种交叉布置防屈曲支撑，包括第一受力构件与第二受力构件；两受力构件均 具有受力主管1，两受力主管1的中段均具有凸出部7；两受力主管1的凸出部7的内侧分 别与内约束套管3固定连接，外侧与外约束套管2固定连接；内外约束套管协同作用防止 受力主管1整体屈曲和/或局部屈曲。两受力主管1焊接连接，轴线形成X状结构。根据不 同的需要，两受力主管1可以同时选择为方形或圆形的封闭中空结构。

受力主管1的凸出部7的长度和增加后的截面面积，根据支撑的强度与刚度比确定。

内、外约束套管仅布置在受力主管1的除凸出部7之外的范围内，且仅有一端与受力主 管1焊接。以固定其位置。

作为更佳的结构，两受力主管1中，其中一个受力主管1内部具有加劲隔板4。

进一步的，加劲隔板4与承载该加劲隔板4的受力主管1的轴线垂直，且加劲隔板4 的厚度与不具有加劲隔板4的受力主管1的凸出部7的厚度相同。

同时，所有受力主管1的端部均凸出于所述内约束套管3和外约束套管2，且所有受力 主管1的端部分别与端板5固定连接，端板5与内、外约束套管之间为间隙。间隙大小根 据受力主管在设计承载力下的变形量确定。

因为受力主管1采用闭口空心的截面结构。因此受力主管1的截面扩展，回转半径大， 本身即具有较大的抗屈曲能力，受力合理。进而可减小外约束套管2和内约束套管3的材 料用量。

一个受力主管1具有凸出部7，外侧无外约束套管2，方便与另一方向的防屈曲支撑受 力主管1的凸出部7相连；内部无内约束套管3，方便设置加劲隔板4，提高受力主管1的 局部屈曲承载力。

受力主管1上的凸出部7的长度和钢管壁厚，均可调整，实现防屈曲支撑的强度与刚度 之比可调，给设计人员提供选择余地。

所述受力主管1的部分外露，方便运输和现场拼接。

所述端板5仅与受力主管1的端部焊接，且所述端板5与外约束套管2和内约束套管3 端部留有间隙，确保仅受力主管参与承受轴力。外约束套管2和内约束套管3端仅其防止 受力主管整体屈曲和局部屈曲的作用，且保证外约束套管2和内约束套管3在受力主管变 形后仍不受端板5影响。

当框架结构柱距为9m，层高6m，防屈曲支撑轴线长度10.8m，设计承载力3000kN时。 受力主管1的材质为Q235B，截面尺寸为方形管形截面250x14mm。外约束套管2采用方形 管截面266x8mm，内约束套管3截面采用方形管222x8。端板采用-270x270x30，加劲隔板4 采用-206x206x20mm。中段变截面采用方形管266x30mm，长度为600mm。现场组装时，通过 焊缝6焊接即可。

本实施例中提供了一种建筑物，该建筑物内具有上述的交叉布置防屈曲支撑。

作为另一个部分，本实施例还提供了上述任一种结构或尺寸的交叉布置防屈曲支撑用于 建设建筑物的应用。

本实施例中，将部分受力主管外露，一方面，通过改变受力主管外露部分的长度和截面 面积，调整支撑的强度和刚度之比，给设计人员提供调整余地；另一方面受力主管外露， 可方便芯材的交叉连接，实现防屈曲支撑的交叉布置，避免防屈曲支撑对框架梁受力状态 的影响，结构受力更合理。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些 实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理 可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被 限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的 范围。