本发明涉及钢框架支撑结构技术领域，特别涉及一种偏心支撑耗能梁结构。
背景技术：
偏心支撑耗能梁结构是一种耗能能力较强的结构体系，在钢结构建筑中设置偏心支撑耗能梁结构，可增强建筑的抗震性能。在地震时偏心支撑耗能梁结构可出现局部塑性形变，以耗散地震能量，避免建筑坍塌，是维护建筑安全必不可少的结构之一。
相关技术中提供了一种偏心支撑耗能梁结构，如图1所示，该偏心支撑耗能梁结构包括：非耗能梁1、耗能梁2、两个支撑梁3、以及两个框架柱4。其中，耗能梁2垂直于非耗能梁1的长度方向设置，其上端连接非耗能梁1的底面。支撑梁3为工字梁，且两个支撑梁3分别设置在耗能梁2的两侧，与耗能梁2的下端连接。并且，支撑梁3的腹板厚度方向平行于非耗能梁1的腹板厚度方向。两个框架柱4分别连接非耗能梁1的两端，且框架柱4还分别连接支撑梁3。遭遇地震时，非耗能梁1、支撑梁3、以及框架柱4处于弹性状态，耗能梁2受到地震力处于塑性状态并产生塑性形变耗散地震能量，进而保障建筑结构的安全。
在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术至少存在以下问题：
相关技术中提供的偏心支撑，不论耗能梁2设置在何处，必然存在一个支撑梁3位于整体偏心支撑的中部区域，使得偏心支撑存在结构布置不灵活的缺陷。此时采用相关技术中的偏心支撑易影响其他作业，例如工艺管道架设、人员检修等作业的顺利进行。举例来说，当在偏心支撑的下方布置工艺管道时，由于支撑梁3位于偏心支撑的中部区域，因此会阻碍工艺管道顺利穿过，因此必须使得管道绕开支撑梁3设置，进而增加了管道架设难度。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种偏心支撑耗能梁结构，为了解决相关技术中的相关问题。该技术方案具体如下：
一种偏心支撑耗能梁结构，所述偏心支撑耗能梁结构包括：非耗能梁、耗能梁、支撑梁、两个框架柱、以及辅助梁；
所述耗能梁垂直于所述非耗能梁的长度方向，上端连接所述非耗能梁的底面；
两个所述框架柱分别连接所述非耗能梁的两端；
所述支撑梁连接所述耗能梁和一个所述框架柱；
所述辅助梁的一端连接所述支撑梁，另一端连接所述非耗能梁，和/或，与所述支撑梁相连的所述框架柱。
可选地，所述支撑梁为工字梁，所述支撑梁的腹板厚度方向垂直于所述非耗能梁的腹板厚度方向。
可选地，所述辅助梁连接所述支撑梁的腹板。
可选地，所述偏心支撑耗能梁结构包括至少两个所述辅助梁。
可选地，其中一个所述辅助梁连接所述非耗能梁与所述框架柱的连接节点。
可选地，所述支撑梁与所述框架柱所成角度大于或者等于30°。
可选地，所述耗能梁的轴线与所述支撑梁的轴线交点到所述非耗能梁底面的距离满足以下公式：
l≤1.6(msn/vs)
式中，l-所述耗能梁的轴线与所述支撑梁的轴线交点到所述非耗能梁底面的距离；
msn-所述耗能梁的全塑性受弯承载力；
vs-所述耗能梁的全塑性受剪承载力。
可选地，所述非耗能梁、所述支撑梁、所述框架柱、以及所述辅助梁的设计内力，与所述耗能梁的全塑性受弯承载力或全塑性受剪承载力相匹配。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例所提供的偏心支撑耗能梁结构减少了支撑梁的数量，进而减小该偏心支撑耗能梁结构所占用的空间。并且由于仅设置一个支撑梁，因此通过移动耗能梁的位置即可改变支撑梁的位置，削弱了偏心支撑耗能梁结构对于空间的要求，使得整体偏心支撑耗能梁结构更为灵活，适用于不同的使用场景。同时，该偏心支撑耗能梁结构还包括连接支撑梁与非耗能梁或者框架柱的辅助梁，以避免因减少支撑梁的数量削弱该偏心支撑耗能梁结构的稳定性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是相关技术中所提供的偏心支撑耗能梁结构的主视图；
图2是本发明实施例提供的偏心支撑耗能梁结构的主视图；
图3是本发明实施例提供的偏心支撑耗能梁结构中支撑梁垂直于长度方向的端面图。
附图中各个标记分别为：
1、非耗能梁；
2、耗能梁；
3、支撑梁；
4、框架柱；
5、辅助梁。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种偏心支撑耗能梁结构，如图2所示，该偏心支撑耗能梁结构包括：非耗能梁1、耗能梁2、一个支撑梁3、两个框架柱4、以及辅助梁5。
其中，耗能梁2垂直于非耗能梁1的长度方向，上端连接非耗能梁1的底面。两个框架柱4分别连接非耗能梁1的两端。支撑梁3连接耗能梁2和一个框架柱4；且支撑梁3的腹板厚度方向垂直于非耗能梁1的腹板厚度方向。辅助梁5的一端连接支撑梁3，另一端连接非耗能梁1，和/或，与支撑梁3相连的框架柱4。
本发明实施例所提供的偏心支撑耗能梁结构的原理如下：
该偏心支撑耗能梁结构减少了支撑梁3的数量，因此减小了整体结构所占用的空间。并且由于仅设置一个支撑梁3，因此通过移动耗能梁2的位置即可改变支撑梁3的位置，削弱了偏心支撑耗能梁结构对于空间的要求，使得整体结构更为灵活，适用于不同的使用场景。同时，该偏心支撑耗能梁结构还包括连接支撑梁3与非耗能梁1或者框架柱4的辅助梁5，以避免因减少支撑梁3的数量削弱整体结构的稳定性能。
本发明实施例提供的偏心支撑耗能梁结构，通过减少支撑梁3的数量增加了结构的灵活性，保证其他作业的顺利进行。通过增加辅助梁5来保证结构的稳定性。如此在有效满足耗散地震能量的前提下，扩大了偏心支撑耗能梁结构的应用范围，兼具良好的经济与技术效益。
进一步地，在本发明实施例中，支撑梁3为工字梁，且支撑梁3腹板的厚度方向垂直于非耗能梁1腹板的厚度方向。具体来说，当支撑梁3的腹板厚度方向垂直于非耗能梁1腹板的厚度方向时，支撑梁3的腹板朝向非耗能梁1的底面设置。如此可进一步通过辅助梁5提高偏心支撑耗能梁结构的稳定性，尤其是改善受压稳定承载能力，具体分析如下：
本发明实施例中支撑梁3为工字梁结构，因此该支撑梁3存在弱轴和强轴。如图3所示，支撑梁3的弱轴垂直于翼缘，强轴垂直于腹板。并且该偏心支持结构的受压稳定承载能力与支撑梁3受压时绕弱轴转动的稳定性能相关。在相关技术中，支撑梁3的腹板厚度方向平行于非耗能梁1的腹板厚度方向，即支撑梁3的腹板和非支撑梁1的腹板朝向同侧设置(如图1所示)。此时，辅助梁5加强了支撑梁3受压绕强轴转动的稳定性能，而对支撑梁3受压绕弱轴转动的稳定性能影响不大。不难理解，此时通过辅助梁5对偏心支撑耗能梁结构受压稳定承载能力的提高有限，因此在改善整体偏心支撑耗能梁结构的稳定性方面存在局限性。
而在本发明实施例中，将支撑梁3沿轴线进行了转置，使得支撑梁3腹板的厚度方向垂直于非耗能梁1腹板的厚度方向。这种情况下，支撑梁3的弱轴方向与相关技术中支撑梁3的强轴方向相同。故此时，辅助梁5可加强支撑梁3受压绕弱轴转动的稳定性能，进而提高偏心支撑耗能梁结构受压稳定承载能力，进一步增强了辅助梁5对整体偏心支撑耗能梁结构稳定性的提升。
并且，辅助梁5连接支撑梁3的腹板。由于转置了支撑梁3，因此可将辅助梁5直接连接支撑梁3的腹板，其支撑效果更佳，且便于施工。
进一步地，在本发明实施例中，偏心支撑耗能梁结构包括至少两个辅助梁5。具体数量根据整体整体结构的的尺寸进行选择，例如2个、3个、4个、5个等。当包括有多个辅助梁5时，优选其中一个辅助梁5连接非耗能梁1与框架柱4的连接节点，如图2所示。框架柱4与非耗能梁1的连接节点即二者连接处，通常连接节点处易出现应力集中，因此通过辅助梁5连接框架柱4与非耗能梁1的节点可对该节点处进行加强，避免应力集中造成的局部失稳。
支撑梁3与框架柱4所成角度大于或者等于30°。若支撑梁3与框架柱4之间的角度小于30°时，会削弱支撑梁3的支撑效果，引起局部失稳，影响建筑安全。在本发明实施例中，支撑梁3与相连的框架柱4之间的角度可以为40°、50°、60°等。
进一步地，耗能梁2的轴线与支撑梁3的轴线的交点到非耗能梁1底面的距离满足以下公式：
l≤1.6msn/vs
式中，l-耗能梁2的轴线与支撑梁3的轴线的交点到非耗能梁1底面的距离；
msn-耗能梁2的全塑性受弯承载力；
vs-耗能梁2的全塑性受剪承载力。
耗能梁2的轴线与支撑梁3的轴线的交点到非耗能梁1的距离即为耗能梁2的实际耗能长度，在地震中通过塑性变形耗散地震能量。满足上述限定的偏心支撑耗能梁结构为剪切型偏心支撑耗能梁结构(当l＞1.6msn/vs，该偏心支撑耗能梁结构为弯曲型偏心支撑耗能梁结构)。剪切型偏心支撑耗能梁结构在遭遇地震时，耗能梁2的腹板受剪切力作用出现塑性变形，具有形变范围大，耗能强，抗震性能佳。
其中，msn、vs通过以下公式计算：
msn＝(fy-δa)wpb
式中，fy-耗能梁2的钢材屈服强度，可在相应规范中查到；δa-轴向力引起的两端翼缘的平均正应力；wpb–耗能梁2的塑性截面模量。
vs＝0.6fytwhw
式中，tw-耗能梁腹板厚度；hw-耗能梁腹板高度。
并且，在本发明实施例中，非耗能梁1、支撑梁3、框架柱4、以及辅助梁5的设计内力，与耗能梁2的全塑性受弯承载力或全塑性受剪承载力相匹配。具体地，非耗能梁1、支撑梁3、框架柱4、以及辅助梁5的设计内力满足以下公式：
f＝min(fv，fm)
式中，f-非耗能梁1、支撑梁3、框架柱4、以及辅助梁5的设计内力；
fv-按耗能梁2剪切屈服计算的非耗能梁1、支撑梁3、框架柱4、以及辅助梁5的设计内力；
fm-按耗能梁2弯曲屈服计算的非耗能梁1、支撑梁3、框架柱4、以及辅助梁5的设计内力。
fv＝ω(vs/v)f1
式中，ω-常数放大系数，可在相应的规范中查到；
v-耗能梁2多遇地震组合时的荷载效应剪力，可模拟耗能梁2多遇地震组合时的受力情况，从有限元软件中读取；
f1-非耗能梁1、支撑梁3、框架柱4、以及辅助梁5多遇地震组合时的荷载效应内力，可根据非耗能梁1、支撑梁3、框架柱4、以及辅助梁5的物理参数，从有限元软件中读取；
fm＝ω(msn/m)f1
式中，m-耗能梁2多遇地震组合时的荷载效应弯矩，可模拟耗能梁2多遇地震组合时的受力情况，从有限元软件中读取。
本发明实施例提供的偏心支撑耗能梁结构，通过减少支撑梁3的数量增加了该偏心支撑耗能梁结构的灵活性，保证其他作业的顺利进行。通过增加辅助梁5保证偏心支撑耗能梁结构的稳定性。如此在有效满足耗散地震能量的前提下，扩大了偏心支撑耗能梁结构的应用范围，兼具良好的经济与技术效益。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。