本發(fā)明涉及一種含插入型梁柱節(jié)點(diǎn)的裝配式鋼框架結(jié)構(gòu)體系，屬于土木工程結(jié)構(gòu)新體系和智能制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工是一種新興技術(shù)，其質(zhì)量更優(yōu)、施工速度更快，且相比傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)施工方法產(chǎn)生的建筑廢棄物更少。裝配式鋼結(jié)構(gòu)核心在于將主體構(gòu)件在工廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)制，然后在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配。與傳統(tǒng)的混凝土澆筑不同，這種方法通過(guò)工廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件，極大提高了施工效率和建筑質(zhì)量。

2、傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)中的梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，往往基于成熟的力學(xué)理論與豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但在面對(duì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)這一新興形態(tài)時(shí)，其設(shè)計(jì)思路與構(gòu)造細(xì)節(jié)并不能直接套用。裝配式結(jié)構(gòu)的獨(dú)特之處在于其高度的預(yù)制性與裝配性，這要求節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不僅要滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性的基本要求，還需兼顧易于安裝、拆卸與維護(hù)的便捷性，以及適應(yīng)不同建筑功能需求的靈活性。

3、與常規(guī)施工技術(shù)相比，裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工尚屬于新興領(lǐng)域，裝配式鋼框架結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)和施工指南尚未完善。裝配式結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性能和荷載傳遞機(jī)制與傳統(tǒng)的鋼框架結(jié)構(gòu)存在顯著差異。因此，當(dāng)前針對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中并不適用。此外，現(xiàn)有的裝配式鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)在滿(mǎn)足不同建筑需求的同時(shí)會(huì)因本身的構(gòu)造做法而具有一定的局限性。

4、現(xiàn)有的裝配式鋼框架結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)盡管在一定程度上滿(mǎn)足了基本的結(jié)構(gòu)需求，但往往因構(gòu)造復(fù)雜、成本高昂或抗震性能不足等局限性，難以全面滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)高效、經(jīng)濟(jì)、安全的模塊化建筑解決方案的迫切需求。特別是在地震等自然災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)，如何設(shè)計(jì)一種既能有效傳遞荷載、又能顯著提升抗震性能的梁柱節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，成為模塊化鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域亟待攻克的技術(shù)難題。

5、目前普通的裝配式結(jié)構(gòu)仍需要焊接、螺栓連接，或使用復(fù)雜構(gòu)件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組裝。同時(shí)，在裝配式結(jié)構(gòu)中，預(yù)制件之間的連接是最為重要的部分，同時(shí)也是裝配式結(jié)構(gòu)中的薄弱點(diǎn)。從裝配式結(jié)構(gòu)震害調(diào)查結(jié)果可以看出，結(jié)構(gòu)中預(yù)制件的損壞相對(duì)輕微，主要的損傷集中在節(jié)點(diǎn)連接處。因此，需要發(fā)展一種更加成熟的既滿(mǎn)足抗震要求又滿(mǎn)足便捷裝配要求的節(jié)點(diǎn)連接及安裝模式，以適應(yīng)不同的裝配環(huán)境。

6、近年來(lái)，插入式高強(qiáng)混凝土灌漿柱、冷彎薄壁型鋼梁、柔性連接墻以及各種阻尼器的發(fā)展為裝配式鋼結(jié)構(gòu)的快捷裝配及抗震耗能提供了新的設(shè)計(jì)思路。插入式高強(qiáng)混凝土灌漿柱在便捷裝配的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)柱間緊密連接與剛度增強(qiáng)，高強(qiáng)混凝土灌漿同樣能夠提升柱截面的承載能力和抗彎強(qiáng)度。相同規(guī)格的冷彎薄壁型c形鋼完全可以通過(guò)不同的裝配設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能區(qū)分，并提高生產(chǎn)效率且節(jié)約材料成本。構(gòu)造墻體與鋼結(jié)構(gòu)框架的柔性連接，則可以有效降低地震作用下梁柱板墻之間的相互作用。此外，合理的運(yùn)用阻尼器可有效減少結(jié)構(gòu)在地震時(shí)的振動(dòng)幅度和共振效應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)的能量耗散能力。因此，結(jié)合上述各項(xiàng)裝配及減震措施可針對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)發(fā)展一種便于裝配并具備較強(qiáng)抗震性能的含插入型梁柱節(jié)點(diǎn)的裝配式鋼框架結(jié)構(gòu)體系。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出了一種含插入型梁柱節(jié)點(diǎn)的裝配式鋼框架結(jié)構(gòu)體系，將插入式高強(qiáng)混凝土灌漿柱－易組裝冷彎薄壁型鋼組合抗震梁作為主體鋼框架結(jié)構(gòu)，便于預(yù)制及裝配。利用可更換式保險(xiǎn)片組、碟式彈簧阻尼器、自復(fù)位液撐桿組能夠有效降低地震作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)，同時(shí)可在結(jié)構(gòu)遭遇地震破壞時(shí)快速時(shí)間功能恢復(fù)。此外，將上層鋼筋混凝土樓板與上部地板梁澆筑在一起形成整體剛性連接，之后進(jìn)行下層吊頂，采用pvc結(jié)構(gòu)拉縫板連接現(xiàn)澆框架填充墻作為結(jié)構(gòu)體系墻體。通過(guò)高強(qiáng)混凝土灌漿可實(shí)現(xiàn)柱的緊密連接，同時(shí)增加空心鋼管柱的剛度、柱截面的承載能力和抗彎強(qiáng)度。板梁與天花板梁相同規(guī)格的冷彎薄壁型c形鋼預(yù)制構(gòu)件可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率、節(jié)約材料降低成本。同時(shí)也可以簡(jiǎn)化施工，確保裝配質(zhì)量。地板梁和天花板梁之間設(shè)置碟式彈簧阻尼器，同時(shí)雙梁連接可產(chǎn)生復(fù)合作用能夠有效地減少雙梁結(jié)構(gòu)在地震時(shí)的振動(dòng)幅度，有效地減少結(jié)構(gòu)的共振效應(yīng)，有效地提高了結(jié)構(gòu)的能量耗散能力，提升結(jié)構(gòu)的抗震性能?？筛鼡Q式保險(xiǎn)片和腹板連接的設(shè)計(jì)，可以有效實(shí)現(xiàn)塑性鉸外移，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞。充分利用局部塑性變形及界面間的摩擦作用耗散能量，減緩結(jié)構(gòu)響應(yīng)，便于震后修復(fù)。梁下設(shè)置自復(fù)位液撐桿可以有效地提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，通過(guò)能量耗散和控制結(jié)構(gòu)位移來(lái)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，同時(shí)也起到形成下部加強(qiáng)肋的作用。梁端插板和插槽的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件的快速組裝，同時(shí)也有助于提高節(jié)點(diǎn)的抗震性能，使其在地震中提供有效的結(jié)構(gòu)支撐。此外，pvc結(jié)構(gòu)拉縫板可將構(gòu)造墻體與鋼結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行柔性連接，避免因框架柱和梁變形導(dǎo)致墻體受壓開(kāi)裂。提升鋼框架結(jié)構(gòu)的抗震性能。同時(shí)，采用pvc拉縫板和空心pvc管的現(xiàn)澆筑空心混凝土墻可有效減少材料消耗、簡(jiǎn)化施工。將樓板與上部地板梁澆筑在一起，可充分考慮組合框架結(jié)構(gòu)彈性及彈塑性受力時(shí)的樓板空間組合效應(yīng)，增加整體結(jié)構(gòu)的剛度，對(duì)體系的抗側(cè)力性能和抗震性能具有較大的提升。

2、本發(fā)明專(zhuān)利采用如下技術(shù)方案：

3、一種含插入型梁柱節(jié)點(diǎn)的裝配式鋼框架結(jié)構(gòu)體系，所述鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)抗震結(jié)構(gòu)包括：插入式高強(qiáng)混凝土灌漿鋼管柱(1)、易裝配冷彎薄壁型鋼組合抗震梁(2)、鋼管柱連接板(3)、碟式彈簧阻尼器(4)、自復(fù)位液撐桿組(5)、拉縫板現(xiàn)澆框架填充墻(6)、上層鋼筋混凝土地板(7)、下層天花板吊頂(8)、鋼管柱(9)、插入管(10)、凸起剪力鍵(11)、灌漿孔(12)、下層柱(13)、上層柱(14)、冷彎薄壁型c形鋼主梁段(15)、變形保險(xiǎn)片(16)、摩擦保險(xiǎn)片(17)、冷彎薄壁型c形鋼梁端段(18)、梁端插板(19)、梁端插槽(20)、可更換式連接腹板(21)、連接墊板(22)、連接角鋼(23)、天花板梁冷彎薄壁型c形鋼(24)、橡膠摩擦墊(25)、鋼制墊片(26)、橡膠阻尼墊(27)、碟式彈簧(28)、定位銷(xiāo)(29)、自復(fù)位液撐(30)、橡膠連接塊(31)、銷(xiāo)軸連接件(32)、pvc空心管(33)、縱向拉結(jié)筋(34)、縱向pvc結(jié)構(gòu)拉縫板(35)、橫向pvc結(jié)構(gòu)拉縫板(36)、橫向拉結(jié)筋(37)、縱筋(38)、箍筋(39)、墻板(40)、保險(xiǎn)片上方蓋板(41)、預(yù)制鋼筋混凝土地板(42)、現(xiàn)澆柱混凝土地板(43)、填充泡沫(44)、鋼制蓋板(45)、石膏板(46)。

4、所述插入式高強(qiáng)混凝土灌漿鋼管柱包含鋼管柱(9)、插入管(10)。各層所設(shè)插入式高強(qiáng)混凝土灌漿鋼管柱規(guī)格相同。將下層柱的插入管插入上層柱的下部進(jìn)行裝配。插入管上設(shè)置凸起剪力鍵(11)，提高鋼管柱與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度。鋼管柱上設(shè)置灌漿孔(12)，裝配后在空心鋼管柱(9)內(nèi)使用高強(qiáng)度混凝土灌漿。同節(jié)點(diǎn)中插入式高強(qiáng)混凝土灌漿鋼管柱由鋼管柱連接板(3)進(jìn)行固定。在下層柱(13)裝配完成后，使用鋼管柱連接板(3)對(duì)下層柱(13)進(jìn)行焊接固定，之后再進(jìn)行上層柱(14)的裝配。

5、所述易裝配冷彎薄壁型鋼組合抗震梁(2)由冷彎薄壁型c形鋼主梁段(15)、變形保險(xiǎn)片(16)、摩擦保險(xiǎn)片(17)、冷彎薄壁型c形鋼梁端段(18)、梁端插板(19)、梁端插槽(20)、可更換式連接腹板(21)、連接墊板(22)、連接角鋼(23)組成。其中冷彎薄壁型c形鋼主梁段(15)與端梁段(18)以可更換式連接腹板(21)、可更換式變形保險(xiǎn)片(16)及摩擦保險(xiǎn)片(17)連接，通過(guò)高強(qiáng)度螺栓固定。端梁段(18)與梁端插板(19)在預(yù)制過(guò)程中進(jìn)行焊接，并在裝配過(guò)程中以連接角鋼(23)加固通過(guò)高強(qiáng)度螺栓固定于空心鋼管柱(9)上。梁端插槽焊接于空心鋼管柱(9)上，梁端插板(19)在裝配過(guò)程中插入梁端插槽(20)，梁端插槽寬度應(yīng)與空心鋼管柱(9)寬度相同。

6、所述易裝配冷彎薄壁型鋼組合抗震梁包括上部地板梁與下部天花板梁兩個(gè)主要部分。地板梁采用兩塊冷彎薄壁型c形鋼(15)拼合而成，中間設(shè)置連接墊板(22)并以高強(qiáng)度螺栓固定，梁端段設(shè)置梁端插板，對(duì)應(yīng)的梁端插槽焊接于上部空心鋼管柱(14)上。地板梁作為主梁與預(yù)制鋼筋混凝土地板進(jìn)行澆筑連接。下部天花板梁采用規(guī)格相同的一塊冷彎薄壁型c形鋼(24)，主梁段與梁端段同樣采用腹板、變形保險(xiǎn)片(16)、摩擦保險(xiǎn)片(17)進(jìn)行連接，梁端段設(shè)置梁端插板，對(duì)應(yīng)的梁端插槽焊接于下部空心鋼管柱(13)上。地板梁與天花板梁之間采用碟式彈簧阻尼器(4)進(jìn)行連接。兩塊地板梁拼合后寬度與天花板梁寬度相同。

7、所述可更換式彎曲耗能保險(xiǎn)片(16)采用低屈服點(diǎn)鋼，設(shè)計(jì)彎曲角度范圍為20°ˉ30°。所述可更換式摩擦保險(xiǎn)片(17)使用噴砂機(jī)下對(duì)高強(qiáng)度鋼板噴砂處理制作，通過(guò)噴射粗糙度處理增強(qiáng)保險(xiǎn)片與梁之間的摩擦系數(shù)，且摩擦系數(shù)應(yīng)大于0.3。

8、所述碟式彈簧阻尼器(4)由橡膠摩擦墊(25)、鋼制墊片(26)、橡膠阻尼墊(27)、碟式彈簧(28)、定位銷(xiāo)(29)組成。碟式彈簧(28)置于上下兩層鋼制墊片(26)中，阻尼器上層設(shè)置橡膠阻尼墊(27)。阻尼器最外側(cè)設(shè)置粗糙橡膠摩擦墊(25)。阻尼器在裝配過(guò)程中與上部地板梁的下翼緣和下部天花板梁的上翼緣由高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接。

9、所述自復(fù)位液撐組(5)由4根自復(fù)位液撐(30)、橡膠連接塊(31)、銷(xiāo)軸連接件(32)組成，裝配于下部天花板梁下方，設(shè)計(jì)角度范圍為40°ˉ50°。

10、所述拉縫板澆筑混凝土填充墻(6)由pvc空心管(33)、縱向拉結(jié)筋(34)、縱向pvc結(jié)構(gòu)拉縫板(35)、橫向pvc結(jié)構(gòu)拉縫板(36)、橫向拉結(jié)筋(37)、縱筋(38)、箍筋(39)、墻板(40)、現(xiàn)澆筑混凝土、保險(xiǎn)片上方蓋板(41)組成。在上層兩根地板梁(2)中間位置上方設(shè)置橫向pvc結(jié)構(gòu)拉縫板(36)，兩側(cè)高強(qiáng)混凝土灌漿柱中間位置設(shè)置縱向pvc結(jié)構(gòu)拉縫板(35)，在pvc拉縫板上設(shè)置縱向拉結(jié)筋(34)及橫向拉結(jié)筋(37)。

11、所述地板由預(yù)制鋼筋混凝土地板(42)、現(xiàn)澆柱混凝土地板(43)、填充泡沫(44)和鋼制蓋板(45)組成。裝配過(guò)程中在鋼框架上鋪設(shè)模板，預(yù)制鋼筋混凝土地板(42)放置于模板上，之后對(duì)節(jié)點(diǎn)和梁部分現(xiàn)澆柱混凝土區(qū)地板進(jìn)行澆筑，澆筑時(shí)將樓板與上部地板梁澆筑在一起形成整體剛性連接。梁端設(shè)置保險(xiǎn)片的區(qū)域不進(jìn)行澆筑，采用耐火性較強(qiáng)的聚甲醛泡沫(44)進(jìn)行填充，后鋪設(shè)鋼制蓋板(45)。天花板(8)采用輕鋼龍骨和石膏板(46)吊裝于下部天花板梁上。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

13、1、高強(qiáng)度與高效裝配設(shè)計(jì)。本發(fā)明通過(guò)采用高強(qiáng)度混凝土灌漿鋼管柱設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了柱間緊密連接與剛度增強(qiáng)，同時(shí)提升了柱截面的承載能力和抗彎強(qiáng)度。此外，上部地板梁與下部天花板梁采用相同規(guī)格的冷彎薄壁型c形鋼，并通過(guò)不同的裝配設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了功能區(qū)分，提高了生產(chǎn)效率并節(jié)約了材料成本。這種設(shè)計(jì)不僅簡(jiǎn)化了施工過(guò)程，確保了裝配質(zhì)量，還通過(guò)高強(qiáng)度螺栓和碟式彈簧阻尼器的連接，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的彈塑性受力性能，有效避免了梁的嚴(yán)重破壞。

14、2、抗震性能優(yōu)化與能量耗散。本發(fā)明在結(jié)構(gòu)中設(shè)置了碟式彈簧阻尼器，有效減少了雙梁結(jié)構(gòu)在地震時(shí)的振動(dòng)幅度和共振效應(yīng)，提高了結(jié)構(gòu)的能量耗散能力，從而顯著提升了抗震性能。同時(shí)，通過(guò)采用可更換式保險(xiǎn)片和腹板連接的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了塑性鉸的外移，保護(hù)了主體結(jié)構(gòu)不受破壞。在地震過(guò)程中，保險(xiǎn)片組能夠利用局部塑性變形及界面間的摩擦作用耗散能量，減緩結(jié)構(gòu)響應(yīng)。此外，節(jié)點(diǎn)梁柱連接處的插板和插槽設(shè)計(jì)，不僅實(shí)現(xiàn)了快速組裝，還提高了節(jié)點(diǎn)的抗震性能。

15、3、柔性連接與整體結(jié)構(gòu)性能的提升。本發(fā)明采用pvc拉縫板連接的澆筑混凝土填充墻，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)造墻體與鋼結(jié)構(gòu)框架的柔性連接，有效降低了地震作用下梁柱板墻之間的相互作用，避免了墻體受壓開(kāi)裂，提升了鋼框架結(jié)構(gòu)的抗震性能。同時(shí)，通過(guò)將樓板與上部地板梁澆筑在一起，充分考慮了組合框架結(jié)構(gòu)在彈性及彈塑性受力時(shí)的樓板空間組合效應(yīng)，增加了整體結(jié)構(gòu)的剛度，對(duì)體系的抗側(cè)力性能和抗震性能具有顯著提升。此外，下部天花板梁主梁段和鋼管柱采用自復(fù)位液撐桿連接，進(jìn)一步增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的抗震性能，提高了節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度，并形成了下部加強(qiáng)肋的作用。