一种可恢复功能的双筒式多肢l形异形柱及其装配方法
阅读说明：本技术 一种可恢复功能的双筒式多肢l形异形柱及其装配方法 (Double-cylinder multi-limb L-shaped special-shaped column capable of recovering function and assembling method thereof ) 是由 白恒宇 倪欣 梁润超 白国强 刘涛 董超 席嘉诚 朱涛 于 2021-10-14 设计创作，主要内容包括：本发明一种可恢复功能的双筒式多肢L形异形柱及其装配方法,三组内筒框架呈L型排列,且在其外部套设外筒框架,形成双筒式多肢L形异形柱,能够满足墙体拐角处的支撑,针对地震中的复杂情况,提高了拐角处支撑的稳定性和适应性；本发明外筒框架包括与呈L型排列的三组内筒框架水平投影重合的L形柱,用于贴合墙体拐角处,提高本结构的贴合度,同时便于安装,最后,可更换构件可以在内筒框架和外筒框架发生相对位移的时候剪切耗能,可更换构件损坏后,可以进行更换,延长本结构的使用周期,解决了现有技术中L形异形柱震后无法可更换恢复结构功能的问题。(The double-cylinder multi-limb L-shaped special-shaped column capable of recovering the function and the assembling method thereof are characterized in that three groups of inner cylinder frames are arranged in an L shape, and an outer cylinder frame is sleeved outside the three groups of inner cylinder frames to form the double-cylinder multi-limb L-shaped special-shaped column, so that the support at the corner of a wall body can be met, and the stability and the adaptability of the support at the corner are improved aiming at the complex condition in earthquake; the outer cylinder frame comprises L-shaped columns which are superposed with the horizontal projections of the three groups of inner cylinder frames which are arranged in an L shape and are used for being jointed with the corners of a wall body, the jointing degree of the structure is improved, meanwhile, the structure is convenient to install, finally, the replaceable component can cut energy consumption when the inner cylinder frames and the outer cylinder frames are in relative displacement, the replaceable component can be replaced after being damaged, the service cycle of the structure is prolonged, and the problem that the function of the structure cannot be replaced and recovered after the L-shaped special-shaped columns shake in the prior art is solved.)
技术领域
本发明涉及结构技术领域，特别涉及一种可恢复功能的双筒式多肢L形异形柱及其装配方法。
背景技术
异形柱可以使得建筑转角过渡均匀，使得建筑转角不露凸出区域，增大建筑美观效果的同时还增大了空间利用面积，故该种建筑形式也越来越普及。L形异形柱就是一种常用的结构形式，L形异形柱的两肢对结构的竖向承载力或抗侧移刚度均有很大影响，故若L形异形柱在地震中出现损伤，则会对建筑结构安全造成极大负面影响。此外，L形异形柱的两肢通常会采用隔墙进行砌筑封堵，一旦L形异形柱出现地震损伤，其检测加固的难度巨大。
可恢复功能是一种新型结构功能形式，具有可恢复功能的结构可以在小震后自复位、大震后及时更换即可快速恢复结构功能。但是考虑到L形异形柱是重要的承重构件，无法将L形异形柱整体进行拆卸更换，现有技术是通过格构式结构结合自锁原理来实现L形异形柱的可更换功能，但该种技术形成的L形异形柱构件需要采用大量变截面设计，施工难度大，同时将自锁原理应用在了由混凝土材料制作而成的脆性构件之间，那么该种L形异形柱在地震作用下容易发生压溃破坏。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种可恢复功能的双筒式多肢L形异形柱及其装配方法。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种可恢复功能的双筒式多肢L形异形柱，其特征在于，包括三组内筒框架和套设于三组内筒框架外部的外筒框架；
所述三组内筒框架呈L型排列，均包括四个内筒边柱；内筒框架相邻侧共用同一内筒边柱；所述三组内筒框架上部嵌接同一上部连接头；
所述外筒框架包括L形柱和三个外筒边柱，所述L形柱和三个外筒边柱之间依次连接呈L型设置；
所述L形柱与呈L型排列的三组内筒框架平行设置；
所述L形柱与相邻的内筒边柱之间连接可更换构件，可更换构件用于剪切耗能。
进一步，所述四个内筒边柱竖直设置组成方形柱结构；
所述方形柱结构包括上部支撑面、多级中部支撑面和下部支撑面；
所述上部支撑面包括内筒边柱相邻侧壁相对设置的牛腿，且相邻内筒边柱上的牛腿之间连接有牛腿连梁；所述多级中部支撑面和下部支撑面均间隔设置，包括连接于相邻内筒边柱相邻侧壁的内筒连梁；
所述上部的支撑面牛腿反向延伸至内筒边柱侧壁的区域延伸设置有钢牛腿，所述多级中部支撑面的内筒连梁反向延伸至内筒边柱侧壁的区域延伸设置有钢牛腿。
进一步，所述L形柱和三个外筒边柱之间水平垂直设置有持力主梁；
所述钢牛腿末端下顶面均设置于持力主梁的上顶面上侧，所述持力主梁下顶面间隙竖直设置有外筒连肢柱；
所述内筒连梁反向延伸至内筒边柱与外筒连肢柱侧壁之间设置有可更换构件，可更换构件用于剪切耗能。
进一步，所述持力主梁包括工字钢，所述工字钢腹板两侧均设置有抗剪件；
所述工字钢上部和抗剪件外侧设置有协调变形橡胶。
进一步，所述外筒连肢柱之间及外筒连肢柱和外筒边柱之间均水平垂直设置有多个短肢连梁。
进一步，相邻设置的外筒连肢柱的形心距离与相邻内筒边柱的形心距离相等。
进一步，所述上部连接头上端面设置有L型凹槽，用于连接梁。
进一步，所述可更换构件采用阻尼器或工字钢梁。
一种可恢复功能的双筒式多肢L形异形柱制配方法，包括以下步骤：
S1：三组内筒框架按照预设位置呈L型排列，内筒框架相邻侧共用同一内筒边柱；
S2：在三组内筒框架上部的内筒边柱上端嵌接同一上部连接头，形成内筒结构；
S3：在上部连接头内的L形凹槽中浇筑或安装梁；
S4：在内筒框架外部搭建外筒框架，在L形柱相邻的内筒边柱之间连接可更换构件，完成双筒式多肢L形异形柱的装配。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种可恢复功能的双筒式多肢L形异形柱，三组内筒框架呈L型排列，且在其外部套设外筒框架，形成双筒式多肢L形异形柱，能够满足墙体拐角处的支撑，针对地震中的复杂情况，提高了拐角处支撑的稳定性和适应性；本发明外筒框架包括与呈L型排列的三组内筒框架水平投影重合的L形柱，用于贴合墙体拐角处，提高本结构的贴合度，同时便于安装，最后，可更换构件可以在内筒框架和外筒框架发生相对位移的时候剪切耗能，可更换构件损坏后，可以进行更换，延长本结构的使用周期，解决了现有技术中结构柱震后无法可更换恢复结构功能的问题；同时，L形异形柱的两肢端面通常还会砌筑砖墙，如果结构在地震中发生损伤，还需要拆除L形异形柱两端的砖墙，才能完整对结构进行检测加固。而本发明L形异形柱由内筒框架和外筒框架共同组成，如果需要对柱子进行检修，只需要从外筒框架中外筒连肢柱向内进行检测或调整部件的位置，并不需要拆除L形异形柱两肢端面的砖墙。本申请L形异形柱使用时可选择是否对L形异形柱两肢厚度方向的外露区域进行封堵。
进一步的，持力主梁包括协调变形橡胶，在受到钢牛腿挤压时产生形变，可以使得内筒框架和外筒框架在传递荷载时产生高度方向的相对位移。
进一步的，相邻设置的外筒连肢柱的形心距离与相邻内筒边柱的形心距离相等，使得本结构各个组件之间受力均匀，提高本结构的稳定性，同时，便于加装可更换构件和斜腹杆。
本发明提供一种可恢复功能的双筒式多肢方形柱制配方法，本方法中采用的组件大部分采用现有结构，能够大量的应用于工业生产中，同时，本方法步骤简单，可实行性极高。
附图说明
图1为本发明一种可恢复功能的双筒式多肢L形异形柱内筒框架的结构示意图；
图2为本发明一种可恢复功能的双筒式多肢L形异形柱内筒框架的侧视图；
图3为本发明一种可恢复功能的双筒式多肢L形异形柱内筒框架的俯视图；
图4为本发明一种可恢复功能的双筒式多肢L形异形柱外筒框架的结构示意图；
图5为本发明一种可恢复功能的双筒式多肢L形异形柱外筒框架的侧视图；
图6为本发明一种可恢复功能的双筒式多肢L形异形柱外筒框架的俯视图；
图7为本发明一种可恢复功能的双筒式多肢L形异形柱的结构示意图；
图8为本发明一种可恢复功能的双筒式多肢L形异形柱的侧视图；
图9为本发明一种可恢复功能的双筒式多肢L形异形柱的俯视图；
图10为本发明一种可恢复功能的双筒式多肢L形异形柱中内筒边柱和L形柱的连接结构示意图；
图11为本发明一种可恢复功能的双筒式多肢L形异形柱中内筒边柱和外筒连肢柱的连接结构示意图；
图12为本发明一种可恢复功能的双筒式多肢L形异形柱中内筒边柱和外筒连肢柱的连接侧视图；
图13为本发明一种可恢复功能的双筒式多肢L形异形柱中上部连接头的结构示意图；
图14为本发明一种可恢复功能的双筒式多肢L形异形柱中持力连梁的截面示意图。
图中：内筒框架20，外筒框架30，内筒边柱1，钢牛腿2，牛腿3，牛腿连梁31，内筒连梁4，外筒边柱5，外筒连肢柱51，持力主梁6，协调变形橡胶61，工字钢62，抗剪件63，短肢连梁7，上部连接头8，斜腹杆9，可更换构件10，L形柱11。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种可恢复功能的双筒式多肢L形异形柱，其主要用于墙体的拐角处起到支撑作用，其包括三组内筒框架20和套设于三组内筒框架20外部的外筒框架30，如图7、图8和图9所示；
所述三组内筒框架20呈L型排列，如图1、图2和图3所示，均包括四个内筒边柱1；内筒框架20相邻侧共用同一内筒边柱1；所述三组内筒框架20上部嵌接同一上部连接头8；
所述外筒框架30包括L形柱11和三个外筒边柱5，如图4、图5和图6所示，所述L形柱11和三个外筒边柱5之间依次连接呈L型设置；
所述L形柱11与呈L型排列的三组内筒框架20平行设置；
L形柱11的两肢端面与本申请L形异形柱两肢的端面重合，即L形柱11两肢端面与各自相邻侧外筒边柱5的侧壁面重合，可以保证L形柱11不会露出本申请L形异形柱两肢的端面。
具体的，所述三组内筒框架20和外筒框架30共同组成更大的L型结构，其中L形柱11的一侧用于连接三组内筒框架20，另一侧用于与墙体拐角处，满足建筑中多种情况的需求；
所述L形柱11与相邻的内筒边柱1之间连接可更换构件10。
本发明提供的一种优选实施例为，如图1、图2和图3所示，所述内筒框架20的四个内筒边柱1竖直设置组成方形柱结构；
所述方形柱结构沿高度方向依次包括上部支撑面、多级中部支撑面和下部支撑面；
所述上部支撑面包括内筒边柱1部分段上相邻侧壁相对设置的牛腿3，内筒边柱1与牛腿3一体浇筑成型，且相邻牛腿3之间连接有牛腿连梁31，牛腿连梁31与牛腿3采用预埋件进行可拆卸连接，具体的，所述上部支撑面可以起到对上部连接头8的支撑作用；所述多级中部支撑面和下部支撑面均间隔设置，包括连接于相邻内筒边柱1相邻侧壁的内筒连梁4；
具体的，所述内筒边柱1均呈方形柱状结构；
进一步的，中部支撑面和下部支撑面均包括内筒边柱1部分段和在内筒边柱1相邻侧壁连接的内筒连梁4，其中四个内筒连梁4在同一高度设置，形成至少一级中部支撑面或下部支撑面；
所述上部支撑面的牛腿3反向延伸至内筒边柱1侧壁的区域延伸设置有钢牛腿2，所述多级中部支撑面的内筒连梁4反向延伸至内筒边柱1侧壁的区域延伸设置有钢牛腿2；具体的，所述内筒连梁4与内筒边柱1采用预埋件进行可拆卸连接，内筒连梁4采用工字型钢。
进一步的，如图10、图11和图12所示，所述下部支撑面与L形柱11与最接近的两个内筒边柱1之间设置有多个可更换构件10，具体的，最接近的两个内筒边柱1上的内筒连梁4的反向延长段上设置有相对应的可更换构件10；同时，沿高度方向相邻的两组可更换构件10之间还设置有斜腹杆9，斜腹杆9一端与内筒边柱1连接，另一端与外筒连肢柱51或L形柱11连接。
本发明提供的另一种优选实施例为，所述外筒框架30的L形柱11和三个外筒边柱5之间依次通过水平垂直设置的多个持力主梁6连接；
所述钢牛腿2末端下顶面均设置于持力主梁6的上顶面上侧，所述持力主梁6下顶面间隙竖直设置有外筒连肢柱51；
所述内筒连梁4反向延伸至内筒边柱1与外筒连肢柱51侧壁之间设置有可更换构件10，可更换构件10用于剪切耗能，具体的，可更换构件10与内筒边柱1及外筒连肢柱51皆通过预埋件可拆卸连接；其中可更换构件10的作用是在内筒框架20和外筒框架30在高度方向发生相对位移的时候剪切耗能；
具体的，本申请的工作原理为：内筒框架20和外筒框架30是两个相对独立的框架体系，内筒框架20中钢牛腿2搭设在可发生弹性变形的持力主梁6上部，内筒框架20和外筒框架30在地震中沿高度方向可发生相对位移的量由钢牛腿2和持力主梁6的级数和构件设计决定，当级数越多时，沿高度方向发生相对位移的量越大，当本申请多肢方形柱中内筒框架20和外筒框架30在高度方向发生相对位移的时候，再由可以剪切变形的可更换构件10进行耗能，斜腹杆9保证内筒框架20和外筒框架30之间的距离恒定，保证本申请多肢方形柱具有足够的整体稳定性。同时，本申请在震后可针对性的更换可更换构件10或调整其位置，即可快速恢复本申请多肢方形柱的结构功能。
本发明提供的一种优选实施例为，如图14所示，所述持力主梁6包括工字钢62，所述工字钢62腹板两侧均设置有抗剪件63；
所述工字钢62上部和抗剪件63外侧设置有协调变形橡胶61，具体的，持力主梁6包括协调变形橡胶61，在受到钢牛腿2挤压时产生弹性形变，进而能够提高本结构整体的稳定性。
本发明提供的另一种优选实施例为，所述相邻外筒连肢柱51之间及外筒连肢柱51和外筒边柱5之间均水平垂直设置有多个短肢连梁7，具体的，短肢连梁7与外筒连肢柱51或外筒边柱5采用预埋件进行可拆卸连接，具体的，在更换或者调整可更换构件10时，可将短肢连梁7拆下，便于更换或者调整可更换构件10；其中，短肢连梁7能够进一步的提高本结构的稳定性，短肢连梁7采用工字型钢。
本发明提供的另一种优选实施例为，相邻设置的外筒连肢柱51的形心距离与相邻内筒边柱1的形心距离相等，具体的，这是为了保证可更换构件10和斜腹杆9可以连接在内筒边柱1和外筒连肢柱51之间。
进一步的，所述L形柱11的两侧壁与持力主梁6和短肢连梁7连接，形成具有L形的外筒框架30，同时L形柱11对持力主梁6和短肢连梁7提供支撑。
本发明提供的另一种优选实施例为，如图13所示，所述上部连接头8上端面设置有L型凹槽，用于连接梁；具体的，上部连接头8侧壁与内筒边柱1接触区域设置有凹槽，用于嵌合所有内筒边柱1的上端部。
具体的，本申请中的可更换构件10采用阻尼器或工字钢梁。
进一步的，由于本申请中持力主梁6具有弹性，而且内筒框架20、上部连接头8、梁皆具有较大自重，这些部件自身的重量就会引起内筒框架20与外筒框架30在高度方向发生相对位移，故本申请多肢L形异形柱连接可更换构件10和斜腹杆9应在设置完上部连接头8、梁后再进行安装连接。此外，本申请多肢L形异形柱在安装时内筒框架20的顶面标高应高于外筒框架30的顶面标高，当安装完上部连接头8后，内筒框架20和外筒框架30的顶底面标高应控制在较小误差之内。
本发明提供一种可恢复功能的双筒式多肢L形异形柱的装配方法，包括以下步骤：
S1：三组内筒框架(20)按照预设位置呈L型排列，内筒框架(20)相邻侧共用同一内筒边柱(1)；
S2：在三组内筒框架(20)上部的内筒边柱(1)上端嵌接同一上部连接头(8)，形成内筒结构；
S3：在上部连接头(8)内的L形凹槽中浇筑或安装梁；
S4：在内筒框架(20)外部搭建外筒框架(30)，在L形柱(11)相邻的内筒边柱(1)之间连接可更换构件(10)，完成双筒式多肢L形异形柱的装配。
具体的，在步骤S1完成后，在内筒边柱1外壁预设位置连接钢牛腿2，完成内筒框架20的设置；
在预定位置设置外筒边柱5和L形柱11，将持力主梁6安装在相邻外筒边柱5及外筒边柱5和L形柱11之间，使得持力主梁6的上顶面贴合钢牛腿2下翼缘设置；
在三组内筒框架20上部的内筒边柱1上端嵌接同一上部连接头8；
在上部连接头8内的L形凹槽中浇筑或安装梁；
在相邻外筒边柱5及外筒边柱5和L形柱11之间设置外筒连肢柱51，随后安装斜腹杆9和可更换构件10，最后连接短肢连梁7。
本申请L形异形柱使用时可选择是否对L形异形柱两肢厚度方向的外露区域进行封堵，但是封堵时应选择便于拆卸的技术或工艺进行。