包覆约束的防屈曲支撑结构的制作方法

本技术属于建筑结构抗震技术，涉及建筑结构在地震中的屈曲约束技术，具体为包覆约束的防屈曲支撑结构。

背景技术：

1、根据《建筑抗震设计规范》gb50011-2010(2016年版)的要求，建筑结构需要进行抗震设防，以减轻建筑结构的地震破坏，避免人员伤亡，同时减少经济损失。因此，在建筑结构中必须设置减震结构。

2、支撑框架结构具有抗震刚度大且抗震性能优良的特点，在实际建筑结构中广泛应用。支撑作为支撑框架结构的关键构件，其对抗震结构性能的发挥起到关键作用。因此，支撑也是目前技术人员研究的热点。参见申请号为cn202320849047.x的专利申请文献，其公开了一种抵抗倒塌的防屈曲支撑结构，包括支撑杆，所述支撑杆互相连接为x型结构；连接件，所述连接件用于连接所述支撑杆，通过所述连接件将所述支撑杆连接；抗压阻尼机构，设置于所述支撑杆内，用于消耗地震时支撑杆所承受的能量；连接加固机构，设置于所述连接件上，对所述连接件进行加固增加连接件的抗震能力。该专利文献是把传统单斜布置的防屈曲支撑改为x形布置，与传统的人字形或v字形布置的防屈曲支撑相比，x形布置的防屈曲支撑的水平夹角更小，具有刚度大、耗能效率高的优点。虽然该专利文献所记载的技术在一定程度上能够提高支撑的刚度，但是现有的支撑在水平载荷下会受压屈曲，发生局部失稳，导致支撑的受压承载力远低于其受拉承载力。支撑一旦受压屈曲，其刚度和承载力会急剧下降，可能会导致建筑结构发生倒塌。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中所描述的，现有的支撑在水平载荷下会受压屈曲，存在发生局部失稳的技术问题，导致支撑的受压承载力远低于其受拉承载力。针对该技术问题，本实用新型提出了包覆约束的防屈曲支撑结构。

2、本实用新型采用分段控制的思想，对传统的支撑进行优化，将整根包覆约束的防屈曲支撑结构分为耗能变形段和中间弹性段，中间弹性段保证支撑具有足够的刚度，能够在整个生命周期内始终保持弹性。在耗能变形段的耗能芯体外周设置包覆结构，增强耗能变形段的屈曲约束，确保耗能变形段不会发生局部失稳，使整个包覆约束的防屈曲支撑结构在多遇地震作用下保持弹性或屈服耗能，在中震作用下处于弹性或者屈服耗能状态，在大震作用下塑性耗能，充分发挥钢材良好的变形耗能能力。本实用新型充分结合了传统钢支撑刚度大且加工方便的优势，结合耗能变形段和中间弹性段能够有效增强支撑的变形能力和滞回性能，以提升防屈曲支撑结构的变形耗能能力。

3、为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：

4、本实用新型包覆约束的防屈曲支撑结构，包括中间弹性段以及设置在中间弹性段相对两端部的耗能变形段，所述耗能变形段包括耗能芯体以及包覆在耗能芯体外周的包覆结构，所述耗能芯体和包覆结构均延伸至中间弹性段，并与中间弹性段连接。

5、进一步限定，在耗能变形段中，所述耗能芯体与包覆结构之间呈接触；在过渡连接段中，所述耗能芯体与包覆结构之间固定连接，使耗能变形段在拉压作用下可沿轴向自由变形。

6、进一步限定，所述中间弹性段的横截面尺寸大于耗能变形段的横截面尺寸。

7、进一步限定，所述包覆约束的防屈曲支撑结构还包括设置在耗能变形段和中间弹性段之间的过渡连接段，所述过渡连接段是耗能芯体与包覆结构向中间弹性段延伸的过程中形成的。

8、进一步限定，在过渡连接段中，所述耗能芯体与包覆结构均呈渐变过渡结构，且所述耗能芯体的横截面尺寸是由小于包覆结构的横截面尺寸、到等于包覆结构的横截面尺寸、再到大于包覆结构的横截面尺寸进行变化；

9、所述包覆结构的横截面尺寸是由大于耗能芯体的横截面尺寸、到等于耗能芯体的横截面尺寸、再到小于耗能芯体的横截面尺寸进行变化；使得耗能芯体与包覆结构均为变截面结构。

10、进一步限定，所述过渡连接段长度是耗能变形段长度的1/3～1/2。

11、进一步限定，所述接触是指在耗能芯体与包覆结构之间设置变形间隙，或在耗能芯体与包覆结构之间设置弹性缓冲层；以减小耗能芯体与包覆结构之间的摩擦阻力。

12、进一步限定，所述包覆约束的防屈曲支撑结构还包括与耗能变形段连接的端部连接段，所述端部连接段是耗能芯体向外延伸形成的，所述端部连接段过渡连接段设置在耗能变形段相对的两端部。

13、进一步限定，在端部连接段，所述耗能芯体包括沿屈服方向依次连接的连接段、变形段和第一芯体过渡段，所述第一芯体过渡段延伸至耗能变形段，并与耗能变形段部分重合。

14、进一步限定，所述耗能芯体为工字型钢、十字型钢或一字型钢；当耗能芯体为工字型钢时，所述包覆结构为设置在工字型钢凹槽内的包覆槽钢以及分别设置在工字型钢上翼缘板上方和工字型钢下翼缘板下方的第一包覆板；当耗能芯体为十字型钢，所述包覆结构为靠近十字型钢腹板设置的l型包覆槽钢；当耗能芯体为一字型钢时，所述包覆结构为分别设置在一字型钢上方和一字型钢下方的第二包覆板。

15、与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

16、1、本实用新型包覆约束的防屈曲支撑结构，其包括中间弹性段以及设置在中间弹性段相对两端部的耗能变形段，其中，耗能变形段包括耗能芯体以及包覆在耗能芯体外周的包覆结构。本实用新型在耗能芯体外周设置包覆结构，增强耗能变形段的屈曲约束，确保耗能变形段不会发生局部失稳，使整个包覆约束的防屈曲支撑结构在多遇地震作用下保持弹性或屈服耗能，在中震作用下处于弹性或者屈服耗能状态，在大震作用下塑性耗能，充分发挥钢材良好的变形耗能能力。

17、2、本实用新型采用分段控制的思想，对传统的支撑进行优化，将整根包覆约束的防屈曲支撑结构分为耗能变形段和中间弹性段，中间弹性段保证支撑具有足够的刚度，能够在整个生命周期内始终保持弹性。本实用新型充分结合了传统钢支撑刚度大且加工方便的优势，结合耗能变形段和中间弹性段能够有效增强支撑的变形能力和滞回性能，以提升防屈曲支撑结构的刚度和变形耗能能力。

18、3、本实用新型在耗能变形段中，将耗能芯体与包覆结构之间呈接触，在中间弹性段中，将耗能芯体与包覆结构之间固定连接，以减小耗能芯体与包覆结构之间的摩擦阻力，使耗能变形段在拉压作用下可沿轴向自由变形。达到约束耗能变形段中耗能芯体不发生整体屈曲的目的。

19、4、本实用新型中间弹性段的横截面尺寸大于耗能变形段的横截面尺寸，通过横截面尺寸的限定，确保在中震和大震作用下耗能变形段能先进行塑性耗能，通过优化两端耗能变形段的构造措施，保证耗能变形段的屈曲不先于屈服发生，充分利用两端耗能变形段发生轴向变形耗散地震能量，具有良好的变形能力和耗能能力。

20、5、本实用新型在过渡连接段中，将耗能芯体和包覆结构均设置为渐变过渡结构，避免耗能变形段发生刚度突变。

21、6、本实用新型包覆约束的防屈曲支撑结构，其整个结构中所用的耗能芯体和包覆结构以及中间弹性段所用的箱型钢均可在工厂提前预制，在现场仅需要安装即可，有效减少施工周期。

技术特征：

1.包覆约束的防屈曲支撑结构，包括中间弹性段(4)以及设置在中间弹性段(4)相对两端部的耗能变形段(2)，其特征在于，所述耗能变形段(2)包括耗能芯体(201)以及包覆在耗能芯体(201)外周的包覆结构(202)，所述耗能芯体(201)和包覆结构(202)均延伸至中间弹性段(4)，并与中间弹性段(4)连接。

2.根据权利要求1所述的包覆约束的防屈曲支撑结构，其特征在于，在耗能变形段(2)中，所述耗能芯体(201)与包覆结构(202)之间呈接触；在过渡连接段(3)中，所述耗能芯体(201)与包覆结构(202)之间固定连接，使耗能变形段(2)在拉压作用下可沿轴向自由变形。

3.根据权利要求2所述的包覆约束的防屈曲支撑结构，其特征在于，所述中间弹性段(4)的横截面尺寸大于耗能变形段(2)的横截面尺寸。

4.根据权利要求2所述的包覆约束的防屈曲支撑结构，其特征在于，所述包覆约束的防屈曲支撑结构还包括设置在耗能变形段(2)和中间弹性段(4)之间的过渡连接段(3)，所述过渡连接段(3)是耗能芯体(201)与包覆结构(202)向中间弹性段(4)延伸的过程中形成的。

5.根据权利要求4所述的包覆约束的防屈曲支撑结构，其特征在于，在过渡连接段(3)中，所述耗能芯体(201)与包覆结构(202)均呈渐变过渡结构，且所述耗能芯体(201)的横截面尺寸是由小于包覆结构(202)的横截面尺寸、到等于包覆结构(202)的横截面尺寸、再到大于包覆结构(202)的横截面尺寸进行变化；

6.根据权利要求4所述的包覆约束的防屈曲支撑结构，其特征在于，所述过渡连接段(3)长度是耗能变形段(2)长度的1/3～1/2。

7.根据权利要求2所述的包覆约束的防屈曲支撑结构，其特征在于，所述接触是指在耗能芯体(201)与包覆结构(202)之间设置变形间隙，或在耗能芯体(201)与包覆结构(202)之间设置弹性缓冲层；以减小耗能芯体(201)与包覆结构(202)之间的摩擦阻力。

8.根据权利要求4所述的包覆约束的防屈曲支撑结构，其特征在于，所述包覆约束的防屈曲支撑结构还包括与耗能变形段(2)连接的端部连接段(1)，所述端部连接段(1)是耗能芯体(201)向外延伸形成的，所述端部连接段(1)与过渡连接段(3)设置在耗能变形段(2)相对的两端部。

9.根据权利要求8所述的包覆约束的防屈曲支撑结构，其特征在于，在端部连接段(1)中，所述耗能芯体(201)包括沿屈服方向依次连接的连接段(101)、变形段(102)和第一芯体过渡段(103)，所述第一芯体过渡段(103)延伸至耗能变形段(2)，并与耗能变形段(2)部分重合。

10.根据权利要求1所述的包覆约束的防屈曲支撑结构，其特征在于，所述耗能芯体(201)为工字型钢、十字型钢或一字型钢；当耗能芯体(201)为工字型钢时，所述包覆结构(202)为设置在工字型钢凹槽内的包覆槽钢(2022)以及分别设置在工字型钢上翼缘板上方和工字型钢下翼缘板下方的第一包覆板(2021)；当耗能芯体(201)为十字型钢，所述包覆结构(202)为靠近十字型钢腹板设置的l型包覆槽钢(205)；当耗能芯体(201)为一字型钢时，所述包覆结构(202)为分别设置在一字型钢上方和一字型钢下方的第二包覆板(206)。

技术总结
本技术提出了包覆约束的防屈曲支撑结构，属于建筑结构抗震技术，包括中间弹性段以及设置在中间弹性段相对两端部的耗能变形段，耗能变形段包括耗能芯体以及包覆在耗能芯体外周的包覆结构，耗能芯体和包覆结构均延伸至中间弹性段，并与中间弹性段连接。本技术通过在耗能芯体外周设置包覆结构，增强耗能变形段的屈曲约束，确保耗能变形段不会发生局部失稳，使整个包覆约束的防屈曲支撑结构在多遇地震作用下保持弹性或屈服耗能，在中震作用下处于弹性或者屈服耗能状态，在大震作用下塑性耗能，充分发挥钢材良好的变形耗能能力。

技术研发人员：辛力,史生志,程倩倩
受保护的技术使用者：中国建筑西北设计研究院有限公司
技术研发日：20240414
技术公布日：2024/12/10