[发明专利]建筑节能与结构一体化墙板式屈曲约束支撑

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑结构构件，特别涉及一种适用于高层小开间建筑的建筑节能与结构一体化墙板式屈曲约束支撑。

背景技术

1、屈曲约束支撑

现代的建筑结构都要考虑结构的抗震，尤其是建于地震区的建筑，此外结构的设计还需要考虑抗风性能，钢结构由于良好的材料性能，被广泛用于土木工程中。随着经济的发展和城市化进程的加快，高层建筑物的数量在不断地增加，而其中又以钢结构和钢与混凝土组合结构所占比例最大。现有建筑结构系统大多采用抗弯钢框架体系、支撑框架结构以及双重结构体系，而其中以抗弯框架体系最为常用。但是对于抗弯框架体系的高层建筑而言，由于建筑的高度而使其结构相对变柔，结构的变形往往超过规范规定的侧移限值，因此结构就需要提高整体的刚度。另外，在大地震的作用下，结构会产生过大的非线性变形，往往造成震后结构修复困难或者修复成本过高，因而不符合经济要求。支撑框架结构具有较好的经济性，但是由于传统的支撑钢结构体系在支撑受压时会产生屈曲，故往往需要加大支撑的断面以符合设计需求，从而又降低了其经济性，即便如此，仍然不能保证在强震动下避免屈曲的发生。有鉴于此，国外一些研究者开发出一种受压时没有屈曲发生的构件，称为屈曲约束支撑(Buckling-Restrained Braces)或者屈曲约束支撑，把它们作为阻尼器使用在高层建筑结构中。目前，屈曲约束支撑已在日本、美国、加拿大等国家得到了广泛应用。

普通的支撑在承受轴向压力达到一定极限的时候就会发生屈曲现象，当屈曲发生后，支撑就失去了承载能力，屈曲约束支撑能够在承受轴向压力时不发生屈曲，而是与受拉一样发生屈服，从而能够大量吸收输入整个体系的能量，因此可以用作为一个阻尼装置。

屈曲约束支撑一般由以下三个基本部分组成：轴力构件单元，屈曲约束单元和连接单元。轴力构件单元位于轴心，屈曲约束单元环包在它的周围，连接单元在轴力构件单元的二端。

当轴力构件单元受压时，由于受到外部的屈曲约束单元的约束，使轴力构件单元不会发生屈曲。当压力达到某极限时，轴力构件单元会发生屈服从而耗散输入体系的能量。屈曲约束支撑一般是以轴心支撑的形式连接在钢结构框架的梁柱节点上的，它主要用作为结构的抗水平力(风或地震)构件。在水平荷载作用下，只要支撑不发生屈曲，它就可以吸收输入系统的能量。

目前屈曲约束支撑有两种形式：管式屈曲约束支撑和墙板式屈曲约束支撑。

1.1管式屈曲约束支撑

1988年，日本建筑学会构造论文集第34B册上登载的论文《由屈曲约束混凝土和钢管约束包裹的无粘接支撑的研究》(A study on the unbonded brance encased in buckling-restraining concrete and steel tube)中提出了一种现今很常见的屈曲约束支撑，其结构和安装见图1。图中所示的屈曲约束支撑由钢板构成的轴力构件单元1、屈曲约束单元2、化学材料构成的脱粘接单元3和连接单元4组成，其中屈曲约束单元2由外包方钢管8和混凝土的填充单元9构成，屈曲约束支撑一端连接在钢结构的柱6和梁7的节点上，其另一端连接在该钢框架的另一节点上。钢板制成的轴力构件单元承受轴力荷载；方钢管8和混凝土填充单元9组成的屈曲约束单元2从周围对轴力构件单元1形成约束，以防止轴力构件单元1在承载到一定极限时发生屈曲；脱粘接单元3可以隔断轴力构件单元1和混凝土填充单元9，以便轴力构件单元1受压时能自由伸缩滑动并在屈服时发生变形；轴力构件单元1延伸出方钢管8的外部，并在其端部垂直地焊有直立的加劲钢板10，以防止没有外部约束而可能产生的屈曲。这样轴力构件单元1的延伸端部与加劲钢板10就形成了“+”字形的断面(A-A剖面)从而构成连接单元4，该连接单元4与钢结构节点上伸出的由钢板构成的二相互垂直的连接板通过连接缀板和螺栓连接起来。

1.2墙板式屈曲约束支撑

由于上述的管式屈曲约束支撑的截面一般比较大，大多数的截面高度大于350毫米，所以主要适用于钢结构的大开间建筑。但是对于高层的小开间建筑，特别是高层的旅馆酒店等，其结构梁柱的布置经常也同建筑要求一样为小开间，它们不仅需要框架支撑而且还需要大量的墙板来分隔空间，因此在这种场合下使用现有的屈曲约束支撑就显得既不经济也不合理了。

我国的谢强与赵亮获得了中国授权的使用新型专利《墙板式屈曲约束支撑》(专利号：ZL2005200402487)很好地解决了上述问题，这种支撑在承受水平荷载的同时，又利用外部的约束墙板有效地分隔了空间，结构既合理又经济，具有承受水平荷载和分隔空间的双重功能。