专利名称：框架-防屈曲支撑体系防倒塌加固方法
技术领域：
本发明涉及一种框架-防屈曲支撑体系加固方法，具体涉及一种针对全钢框架-防屈曲支撑体系的防倒塌加固方法。
背景技术：
全钢形式的框架-防屈曲支撑体系作为一种新型的结构形式，以其自身良好的耗能减震性能和较短的施工周期在建筑结构领域尤其是高层建筑中得到了越来越广泛的应用。依靠支撑内芯的屈服耗能，设计合理的框架-防屈曲支撑体系在多遇及罕遇地震作用下具有良好的抗震性能。但是在超越罕遇地震的极限情况下，框架柱作为主要的竖向受力构件难免会发生屈曲失稳破坏，尤其是在高层建筑中，这种失效模式极易导致整个结构体系的连续垮塌，引起重大的人员伤亡和财产损失。
发明内容
本发明为了解决全钢框架-防屈曲支撑体系在超越罕遇地震的极限情况下容易出现框架柱屈曲失稳并导致结构体系连续垮塌的问题，进而提供一种框架-防屈曲支撑体系防倒塌加固方法，以提高框架-防屈曲支撑体系的安全储备和抗倒塌能力。本发明为解决以上技术问题所采用的技术方案是本发明的一种框架-防屈曲支撑体系防倒塌加固方法，所述加固方法按以下步骤实现步骤一在待加固的全钢框架-防屈曲支撑体系中的相邻两个框架梁之间的H型钢框架柱的每个凹槽内增设两个纵向加劲肋，所述两个纵向加劲肋设置在所述H型钢框架柱的上下两端处，设置在H型钢框架柱上端的两个纵向加劲肋相对应设置，设置在H型钢框架柱下端的两个纵向加劲肋相对应设置，每个纵向加劲肋与H型钢框架柱的两个翼缘及与该纵向加劲肋相邻的梁柱节点横向加劲肋全熔焊透成为一体；步骤二 进行钢质约束构件加工；钢质约束构件由两块盖板、两个U形槽钢和四块垫板组成；首先对每个U形槽钢的两端进行切削和补强，具体操作是先在每个U形槽钢底端面的两端各切削加工一个直角形缺口，再将每个直角形缺口处的两个直角面用两个补强板进行封堵；之后在U形槽钢的每个侧壁上沿其长度方向钻出多个第一螺栓孔，在垫板上沿其长度方向钻出多个第二螺栓孔，在盖板上靠近盖板的两个长侧壁处分别钻出多个第三螺栓孔，并使得U形槽钢上的多个第一螺栓孔、垫板上的多个第二螺栓孔及盖板上的多个第三螺栓孔一一对应设置；步骤三在所述H型钢框架柱的外围组装及定位钢质约束构件；在所述H型钢框架柱的每个凹槽内安装有一个U形槽钢，且U形槽钢的槽口朝外设置，在所述H型钢框架柱的每个翼缘的外侧设置有一个盖板，该盖板与U形槽钢的相邻侧壁之间设有一个垫板，U形槽钢上的每个第一螺栓孔、垫板上与该第一螺栓孔相对应的第二螺栓孔及盖板上与该第一螺栓孔相对应的第三螺栓孔内装有一个高强螺栓连接件，每个U形槽钢的一侧壁通过多个高强螺栓连接件与垫板及盖板连接成为一体，所述钢质约束构件的长度L小于所述H型钢框架柱的高度h，所述钢质约束构件与H型钢框架柱之间留有间隙S。本发明的优点具体体现在以下几个方面第一，由于钢质约束构件采用装配式成型，因此整个加固过程极少涉及焊接作业， 这不仅降低了施工难度，同时还减少了焊接引起的残余变形对施工质量和精度的影响。第二，本发明中提出的加固方法并未对结构体系中的既有构件进行大规模改造， 因此原有框架-防屈曲支撑体系在多遇及罕遇地震作用下的力学性能和计算模型仍可以延用，有效降低了计算和分析成本。另外由于加固过程中对原结构改动较少，所以施工工期大大缩短，可以明显提高经济效益。第三，在超越罕遇地震的极限情况下，由于钢质约束构件的存在，可以有效防止框架柱的失稳破坏，在框架-防屈曲支撑体系中的H型钢框架柱外围组装及定位钢质约束构件，并且当H型钢框架柱达到变形极限状态时钢质约束构件还可以提供额外的轴向刚度 (这里所述轴向刚度也即为H型钢框架柱在纵向上的刚度)，进一步提高了框架-防屈曲支撑体系的安全储备和抗倒塌能力。
图1为待加固的全钢框架-防屈曲支撑体系的主视图，图2为在待加固的全钢框架-防屈曲支撑体系中的H型钢框架柱的凹槽的上下两端加固纵向加劲肋的布置方式的主视图，图3是图2的E-E剖面图，图4为U形槽钢的立体图，图5是图4中的A-A剖面图，图 6是图4中的B-B剖面图，图7为钢质约束构件的组装示意图，图8为利用本发明的方法对框架-防屈曲支撑体系进行防倒塌加固的主视图，图9为图8的左视图，图10为图8的C-C 剖面图，图11为图8的D-D剖面图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图2 图11说明，本实施方式的一种框架-防屈曲支撑体系防倒塌加固方法，所述加固方法按以下步骤实现步骤一在待加固的全钢框架-防屈曲支撑体系中的相邻两个框架梁2之间的H 型钢框架柱1的每个凹槽1-1 (H型钢框架柱1中有两个凹槽1-1，两个凹槽1-1由腹板1-2 和两个翼缘1-3围成)内增设两个纵向加劲肋3 (以保证H型钢框架柱1端部不先于中间段破坏)，所述两个纵向加劲肋3设置在所述H型钢框架柱1的上下两端处，设置在H型钢框架柱1上端的两个纵向加劲肋3相对应设置，设置在H型钢框架柱1下端的两个纵向加劲肋3相对应设置，每个纵向加劲肋3与H型钢框架柱1的两个翼缘1-3及与该纵向加劲肋3相邻的梁柱节点横向加劲肋4全熔焊透成为一体；步骤二 进行钢质约束构件12加工；钢质约束构件12由两块盖板12-1、两个U形槽钢12-2和四块垫板12-3组成；首先对每个U形槽钢12-2的两端进行切削和补强，具体操作是先在每个U形槽钢12-2底端面的两端各切削加工一个直角形缺口 12-4，再将每个直角形缺口 12-4处的两个直角面用两个补强板12-5进行封堵；之后在U形槽钢12-2的每个侧壁上沿其长度方向钻出多个第一螺栓孔12-6，在垫板12-3上沿其长度方向钻出多个第二螺栓孔12-7，在盖板12-1上靠近盖板12-1的两个长侧壁处分别钻出多个第三螺栓孔12-8，并使得U形槽钢12-2上的多个第一螺栓孔12-6、垫板12_3上的多个第二螺栓孔12-7及盖板12-1上的多个第三螺栓孔12-8 —一对应设置；步骤三在所述H型钢框架柱1的外围组装及定位钢质约束构件12 ；在所述H型钢框架柱1的每个凹槽1-1内安装有一个U形槽钢12-2，且U形槽钢12-2的槽口朝外设置， 在所述H型钢框架柱1的每个翼缘1-3的外侧设置有一个盖板12-1，该盖板12-1与U形槽钢12-2的相邻侧壁之间设有一个垫板12-3，U形槽钢12-2上的每个第一螺栓孔12_6、垫板12-3上与该第一螺栓孔12-6相对应的第二螺栓孔12-7及盖板12_1上与该第一螺栓孔 12-6相对应的第三螺栓孔12-8内装有一个高强螺栓连接件11，每个U形槽钢12-2的一侧壁通过多个高强螺栓连接件11与垫板12-3及盖板12-1连接成为一体(组成最终的钢质约束构件12并完成结构体系的加固工作)，所述钢质约束构件12的长度L小于所述H型钢框架柱1的高度h(以便为H型钢框架柱1预留出足够的轴向变形空间，这里所述轴向变形即为H型钢框架柱1在纵向上的变形)，所述钢质约束构件12与H型钢框架柱1之间留有间隙s(以保证H型钢框架柱1在受压时因泊松效应产生的横向膨胀能够得到有效释放，钢质约束构件12组装完成后在自重作用下下落，位于H型钢框架柱1下端的纵向加劲肋3承担钢质约束构件12重量并对其限位)。本实施方式中，在待加固的全钢框架-防屈曲支撑体系中的H型钢框架柱1外围增设钢质约束构件12，以防止H型钢框架柱1在极限情况下发生失稳破坏并引起结构的连续倒塌。
具体实施方式
二 结合图2、图3、图7及图10说明，本实施方式的步骤一中，所述纵向加劲肋3由钢板制成。其它方法步骤与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图3和图10说明，本实施方式的步骤一中，设置在H型钢框架柱1上端的两个纵向加劲肋3的横截面积之和为H型钢框架柱1横截面积的1. 0 1. 2 倍；设置在H型钢框架柱1下端的两个纵向加劲肋3的横截面积之和为H型钢框架柱1横截面积的1. 0 1. 2倍。通过设置纵向加劲肋可以使H型钢框架柱加强区在整个工作过程中处于弹性阶段，保证H型钢框架柱加强区不会先于H型钢框架柱中间段失效，有利于结构体系力学性能和耗能能力的充分发挥。其它方法步骤与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四结合图2说明，本实施方式的步骤一中，纵向加劲肋3开三面坡口并与所在的H型钢框架柱1的两个翼缘1-3及两个梁柱节点横向加劲肋4全熔焊透成为一体，以保证H型钢框架柱加强区的整体性和可靠性。其它方法步骤与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五结合图4说明，本实施方式的步骤二中，补强板12-5的厚度是U 形槽钢12-2侧壁厚度的1 1. 2倍。以便使经过加工的U形槽钢仍具有足够的刚度和整体性。其它方法步骤与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
六结合图1、图4和图8说明，本实施方式的步骤三中，所述钢质约束构件12的长度L是H型钢框架柱1的高度h的0. 98 0. 99倍。以便为H型钢框架柱受压时预留出足够的轴向变形空间，防止钢质约束构件12过早与梁柱节点横向加劲肋4及框架梁2接触，而影响结构的力学性能和耗能能力。其它方法步骤与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
七结合图10说明，本实施方式的步骤三中，所述钢质约束构件12 与H型钢框架柱1之间所留的间隙s = l-2mm,以保证框架柱受压时由于泊松效应产生的横向变形能够得到有效释放，避免钢质约束构件12与H型钢框架柱1过早接触，而影响钢质约束构件12约束作用的发挥。其它方法步骤与具体实施方式
一或六相同。
本实施方式中涉及到的待加固的全钢框架-防屈曲支撑体系(参见图1)为现有技术，图中1为H型钢框架柱；2为框架梁；4为梁柱节点横向加劲肋；5为梁端加劲肋；6为框架连接节点板加劲肋；7为防屈曲支撑。
权利要求
1.一种框架-防屈曲支撑体系防倒塌加固方法，其特征在于所述加固方法按以下步骤实现步骤一在待加固的全钢框架-防屈曲支撑体系中的相邻两个框架梁( 之间的H型钢框架柱⑴的每个凹槽(1-1)内增设两个纵向加劲肋(3)，所述两个纵向加劲肋(3)设置在所述H型钢框架柱⑴的上下两端处，设置在H型钢框架柱⑴上端的两个纵向加劲肋 (3)相对应设置，设置在H型钢框架柱(1)下端的两个纵向加劲肋C3)相对应设置，每个纵向加劲肋(3)与H型钢框架柱(1)的两个翼缘(1-3)及与该纵向加劲肋(3)相邻的梁柱节点横向加劲肋(4)全熔焊透成为一体；步骤二 进行钢质约束构件(12)加工；钢质约束构(12)由两块盖板(12-1)、两个U形槽钢(12-2)和四块垫板(12-3)组成；首先对每个U形槽钢(12-2)的两端进行切削和补强， 具体操作是先在每个U形槽钢(12- 底端面的两端各切削加工一个直角形缺口(12-4)， 再将每个直角形缺口(12-4)处的两个直角面用两个补强板(12- 进行封堵；之后在U形槽钢(12- 的每个侧壁上沿其长度方向钻出多个第一螺栓孔(12-6)，在垫板(12- 上沿其长度方向钻出多个第二螺栓孔(12-7)，在盖板(12-1)上靠近盖板(12-1)的两个长侧壁处分别钻出多个第三螺栓孔(12-8)，并使得U形槽钢(12- 上的多个第一螺栓孔(12-6)、 垫板(12- 上的多个第二螺栓孔(12-7)及盖板(12-1)上的多个第三螺栓孔(12-8) —一对应设置；步骤三在所述H型钢框架柱(1)的外围组装及定位钢质约束构件(12)；在所述H型钢框架柱(1)的每个凹槽(1-1)内安装有一个U形槽钢(12-2)，且U形槽钢(12-2)的槽口朝外设置，在所述H型钢框架柱(1)的每个翼缘(1-3)的外侧设置有一个盖板(12-1)， 该盖板(12-1)与U形槽钢(12-2)的相邻侧壁之间设有一个垫板(12-3)，U形槽钢(12_2) 上的每个第一螺栓孔(12-6)、垫板(12- 上与该第一螺栓孔(12-6)相对应的第二螺栓孔 (12-7)及盖板(12-1)上与该第一螺栓孔(12-6)相对应的第三螺栓孔(12_8)内装有一个高强螺栓连接件(11)，每个U形槽钢(12- 的一侧壁通过多个高强螺栓连接件(11)与垫板(12-3)及盖板(12-1)连接成为一体，所述钢质约束构件(12)的长度L小于所述H型钢框架柱⑴的高度h，所述钢质约束构件(12)与H型钢框架柱⑴之间留有间隙S。
2.根据权利要求1所述的框架-防屈曲支撑体系防倒塌加固方法，其特征在于步骤一中，所述纵向加劲肋(3)由钢板制成。
3.根据权利要求1或2所述的框架-防屈曲支撑体系防倒塌加固方法，其特征在于步骤一中，设置在H型钢框架柱(1)上端的两个纵向加劲肋(3)的横截面积之和为H型钢框架柱(1)横截面积的1. 0 1. 2倍；设置在H型钢框架柱(1)下端的两个纵向加劲肋(3) 的横截面积之和为H型钢框架柱(1)横截面积的1. 0 1. 2倍。
4.根据权利要求1所述的框架-防屈曲支撑体系防倒塌加固方法，其特征在于步骤一中，纵向加劲肋(3)开三面坡口并与所在的H型钢框架柱(1)的两个翼缘(1-3)及两个梁柱节点横向加劲肋(4)全熔焊透成为一体。
5.根据权利要求3所述的框架-防屈曲支撑体系防倒塌加固方法，其特征在于步骤二中，补强板(12-5)的厚度是U形槽钢(12-2)侧壁厚度的1 1.2倍。
6.根据权利要求1所述的框架-防屈曲支撑体系防倒塌加固方法，其特征在于步骤三中，所述钢质约束构件(12)的长度L是H型钢框架柱(1)的高度h的0.98 0.99倍。
7.根据权利要求1或6所述的框架-防屈曲支撑体系防倒塌加固方法，其特征在于 步骤三中，所述钢质约束构件(12)与H型钢框架柱⑴之间所留的间隙s = l_2mm。
全文摘要
框架-防屈曲支撑体系防倒塌加固方法，本发明涉及一种框架-防屈曲支撑体系加固方法，针对全钢框架-防屈曲支撑体系在超越罕遇地震的极限情况下易出现框架柱屈曲失稳并导致结构体系连续垮塌问题。方法一、在待加固的全钢框架-防屈曲支撑体系中的相邻两个框架梁之间的H型钢框架柱的凹槽内增设两个纵向加劲肋，纵向加劲肋与H型钢框架柱的翼缘及梁柱节点横向加劲肋全熔焊透成为一体；二、进行钢质约束构件加工；三、在H型钢框架柱的外围组装及定位钢质约束构件，钢质约束构件与H型钢框架柱之间留有间隙s。本发明能有效防止框架-防屈曲支撑体系在超越罕遇地震极限情况下失稳破坏，抗倒塌能力强。本发明用于框架-防屈曲支撑体系防倒塌加固。
文档编号E04B1/98GK102444292SQ20111032593
公开日2012年5月9日 申请日期2011年10月24日 优先权日2011年10月24日
发明者刘璐, 吴斌, 李伟, 赵俊贤 申请人:哈尔滨工业大学