一种震后自复位的偏心支撑钢框架组合楼板及其施工方法

摘要

本发明涉及一种震后自复位的偏心支撑钢框架组合楼板，包括柱、支撑、消能梁段、加劲肋、外伸端板和预制楼板、螺杆式连接件、预埋螺杆、混凝土板、压型钢板和分布钢筋；所述非消能梁段一端与支撑采用焊接连接、非消能梁段另一端与柱均采用焊接连接；所述消能梁段与非消能梁段通过端部外伸端板并采用高强螺栓连接；所述消能梁段上设置加劲肋；所述螺杆式连接件焊接在非消能梁段的翼缘上，并在非消能梁段上铺设压型钢板；所述压型钢板上布置预埋螺杆和分布钢筋，并浇筑混凝土板；所述预制楼板通过预埋螺杆与混凝土板连接。本发明具有受力合理、构造简单、施工方便和震后可快速修复等优点，适用于高层及超高层结构，应用前景广阔。

说明书

技术领域

本发明涉及一种震后自复位的偏心支撑钢框架的组合楼板，属于结构工程技术领域，适用于高层及超高层钢结构中。

背景技术

偏心支撑钢框架结构是一种比较理想的结构抗侧力体系，具有刚度大、抗震性能好、受力性能合理等优点，性能优于纯框架结构和中心支撑框架结构。偏心支撑钢框架结构主要由消能梁段、非消能梁段、支撑和柱等构件组成，如图1所示。其中，在支撑与柱、支撑与梁或支撑与支撑之间形成的一段短梁称为消能梁段。在使用功能上，消能梁段可作为普通梁，为结构提供刚度并支撑楼板；多遇地震下，偏心支撑钢框架具有较高的抗侧移能力，能简单地满足结构的抗侧移要求，并具有良好的变形能力；罕遇地震下，消能梁段相当于结构的“保险丝”，在主体结构进入非弹性状态前率先进入屈服并耗能，即结构通过消能梁段的剪切屈服或弯曲屈服来耗散大量的地震能量，最大限度地减小主体结构在地震中的损伤，并保证支撑在整个过程中不发生屈曲。

当消能梁段发生非弹性变形时，可能会引起其上部及与非消能梁段连接处的混凝土楼板开裂，且传统的消能梁段与非消能梁段为一根整梁，当消能梁段发生损伤或破坏时，对结构的使用功能及合理性造成一定影响，不利于震后及时有效的修复。另外，当消能梁段上也有现浇组合楼板，其承载能力较大，使结构很难保证构件的屈服仅出现在消能梁段上。

对于非消能梁段，沿全长均可能为负弯矩区，如图2所示。当负弯矩区的组合楼板在变形、温度效应或收缩徐变下，钢梁与混凝土的组合作用会使混凝土受拉。由于钢梁与混凝土主要通过螺杆式连接件和预埋螺杆连接，当连接件与混凝土间的相互约束得不到有效释放时，所产生的拉应力可能会使混凝土楼板开裂，对组合楼板的耐久性产生不利影响，同时也不利于震后修复。此外，连接件需能使非消能梁段与组合楼板能共同作用，提高其承载能力。

综上所述，对消能梁段组合楼板，宜保证不会发生混凝土楼板破坏，并在满足承载能力及可简单更换的要求时，尽量降低其承载能力，以达到预期的耗能目的；对非消能梁段上的组合楼板，宜考虑混凝土板可能发生的开裂。因此，偏心支撑钢框架结构目前缺少一种用于非消能梁段和可更换消能梁段上的新型组合楼板，从而制约了偏心支撑钢框架结构的推广和应用。在满足结构抗震能力及震后修复能力的同时，需保证混凝土在整个过程不被破坏。

发明内容

本发明主要提供一种震后自复位的偏心支撑钢框架组合楼板，其目的在于解决现有结构中消能梁段与非消能梁段变形过大时所引起的楼板破坏的技术问题，保证地震作用下混凝土楼板能自复位到初始状态且不发生损伤及破坏，并提高震后修复能力和快速恢复使用功能。本发明的消能梁段上方采用预制楼板与预埋螺杆相连，可使得消能梁段在发生非弹性变形时其上部楼板不发生破坏，且不会对周围楼板产生不利影响；消能梁段与非消能梁段采用高强螺栓连接，可在震后对损伤构件进行快速修复；螺杆式连接件能有效的减小非消能梁段上混凝土板的开裂，有利于提高非消能梁段与混凝土间的共同作用，并增大非消能梁段的承载能力。本发明具有受力合理、构造简单、施工方便和震后可快速修复等优点，应用前景广阔。

本发明采用的技术方案为：一种震后自复位的偏心支撑钢框架组合楼板，包括消能梁段组合楼板、非消能梁段组合楼板、支撑和柱；所述消能梁段组合楼板包括消能梁段、加劲肋、外伸端板和预制楼板；所述的非消能梁段组合楼板包括非消能梁段、螺杆式连接件、混凝土板、预埋螺杆、分布钢筋和压型钢板；所述非消能梁段一端与支撑采用焊接连接、非消能梁段另一端与柱均采用焊接连接；所述消能梁段与非消能梁段通过端部外伸端板并采用高强螺栓连接；所述消能梁段上设置加劲肋；所述螺杆式连接件焊接在非消能梁段的翼缘上，并在非消能梁段上铺设压型钢板；所述压型钢板上布置预埋螺杆和分布钢筋，并浇筑混凝土板；所述预制楼板通过预埋螺杆与混凝土板连接。

本发明的一种震后自复位偏心支撑钢框架组合楼板的施工方法，具体步骤如下：

a.在工厂制作外伸端板式消能梁段、非消能梁段、支撑、柱和预制楼板，并将螺杆焊于非消能梁段上翼缘板；

b.非消能梁段与消能梁段通过外伸端板和高端螺栓现场连接；

c.非消能梁段现场安装就位且在上部铺设压型钢板后，焊接预埋螺杆，并在螺杆和预埋螺杆上套低弹模材料套筒，螺帽拧紧后再套低弹模材料套筒；

d.绑扎混凝土板钢筋；

e.浇注混凝土板；

f.将预制楼板盖在消能梁段上方；

g.现浇混凝土与预制楼板之间采用沥青麻丝填充。

本发明具有以下有益效果：

1.由于现浇混凝土板与非消能梁段间的连接件能发生自由滑动，可有效的释放混凝土中可能产生的拉应力，从而减小混凝土板的开裂；

2.该种连接件能提高非消能梁段与混凝土间的共同作用能力，由此增大非消能梁段的承载能力；

3.非消能梁段上的组合楼板可增大其抗弯承载力，而消能梁段上仅采用预制楼板且不与其相连，可进一步保证消能梁段在发生塑性变形时非消能梁段仍处于弹性，使偏心支撑钢框架的屈服仅发生在消能梁段；

4.当结构遭遇罕遇地震后，非消能梁段组合楼板及预制楼板在变形后能自复位到初始状态且不发生破坏，仅需更换损伤或破坏的消能梁段即可迅速恢复结构的使用功能及抗震能力，实现可观的经济效益。

附图说明

图1是偏心支撑钢框架结构示意图。

图2是消能梁段和非消能梁段可能发生的弯矩图。

图3是外伸端板式消能梁段。

图4是非消能梁段。

图5是本发明的偏心支撑钢框架组合楼板的剖面图。

图6是本发明的偏心支撑钢框架组合楼板的平面图。

图7是本发明的偏心支撑钢框架组合楼板的轴测图。

图8是本发明的预制楼板平面图。

图中：1—消能梁段；2—加劲肋；3—外伸端板；4—高强螺栓；5—非消能梁段；6—螺杆式连接件；7—混凝土板；8—预埋螺杆；9—预制楼板；10—沥青麻丝；11—分布钢筋；12—支撑；13—柱；14—螺杆；15—螺帽；16—低弹模材料套筒；17—压型钢板。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。

一种震后自复位的偏心支撑钢框架组合楼板，包括消能梁段组合楼板、非消能梁段组合楼板、支撑12和柱13；所述消能梁段组合楼板包括消能梁段1、加劲肋2、外伸端板3和预制楼板9；所述的非消能梁段组合楼板包括非消能梁段5、螺杆式连接件6、混凝土板7、预埋螺杆8、分布钢筋(11)和压型钢板17；所述非消能梁段5一端与支撑12采用焊接连接、非消能梁段5另一端与柱13均采用焊接连接；所述消能梁段1与非消能梁段5通过端部外伸端板3并采用高强螺栓4连接；所述消能梁段1上设置加劲肋2；所述螺杆式连接件6焊接在非消能梁段5的翼缘上，非消能梁段5上铺设压型钢板17，并在消能梁段上方预留预制楼板9的位置；所述压型钢板上布置预埋螺杆8和分布钢筋11，并浇筑混凝土板7；所述预制楼板9通过预埋螺杆8与混凝土板7连接。

如图3所示，外伸端板式消能梁段由消能梁段1、加劲肋2和外伸端板3组合，并通过高强螺栓4与的非消能梁段的外伸端板3连接（如图4中）。在结构遭遇地震作用后，可仅通过更换外伸端板式消能梁段即可快速恢复结构的功能。

如图4所示，将螺杆式连接件6焊接在非消能梁段5的翼缘上，螺杆式连接件6包括螺杆14和螺帽15。在螺杆上套低弹模材料套筒16，将螺帽拧紧并套低弹模材料套筒16。螺杆式连接件应具有足够的抗拔刚度，各套筒的厚度应综合考虑非消能梁段与混凝土板的变形等因素。

将柱、支撑、消能梁段和非消能梁段固定后，铺设压型钢板17，并在消能梁段上方预留预制楼板位置；压型钢板上布置预埋螺杆8和分布钢筋11，且在预埋螺杆上套低弹模材料套筒16，随后浇筑混凝土板7，如图6和图7。预埋楼板9上开有孔洞（如图8所示），并通过预埋螺杆与现浇混凝土相连。在现浇混凝土板与预制楼板中间预留间隙，用沥青麻丝10填充，有利于消能梁段变形时预制楼板的转动。

本发明的施工方法为：

本发明所述的震后自复位的偏心支撑组合楼板，其施工方法如下：由工厂制作的外伸端板式消能梁段、柱、支撑和预制楼板，以及焊有螺杆式连接件的非消能梁段，运至现场安装完毕。铺设压型钢板并焊接预埋螺杆后，在螺杆式连接件和预埋螺杆上，根据相对滑移需求套上不同厚度的低弹模套筒。绑扎混凝土板钢筋并浇筑混凝土板，从而形成如图6所示的非消能梁段组合楼板，并将预制楼板盖在现浇混凝土板上，最后用沥青麻丝填充现浇混凝土板与预制板间的间隙，即可形成如图5所示的震后自复位的偏心支撑钢框架组合楼板。