本發明涉及鋼結構框架領域，特別涉及一種剪切型偏心支撐耗能梁段結構。

背景技術：

鋼結構建筑的抗震設計是結構工程師目前面臨的重要課題，根據震害調查，鋼結構在地震作用下的破壞多為局部破壞，進而引發整體破壞。而偏心支撐結構是一種耗能能力較強的結構體系，其包括耗能梁段、與耗能梁段的左右端連接的非耗能梁段、與耗能梁段的下端兩側傾斜連接的支撐梁段、與非耗能梁段的左右端垂直連接的框架柱，在罕遇地震作用下，耗能梁段進入塑性，通過塑性變形耗散地震能量，從而保護上述其他部件，可見，其基于只發生局部破壞而整體結構不會明顯破壞的能力廣泛應用于高烈度地震區。

耗能梁段在地震作用過程中起到了保險絲的作用，按其屈服形式分為剪切型、彎剪型及彎曲型，剪切型耗能梁段包括工字型框架和設置在工字型框架內部的耗能梁腹板，其依靠耗能梁腹板的剪切變形進行耗能。偏心支撐結構的受力機理要求在罕遇地震作用下框架柱、支撐梁段及非耗能梁段處于彈性狀態，設計時主要通過放大多遇地震組合時上述構件的內力來實現。對于利用剪切型耗能梁段的剪切型偏心支撐結構來說，框架柱、支撐梁段及非耗能梁段的設計內力用公式可以表達為：

F＝Ω(V_S/V)F₁

F—框架柱、支撐梁段及非耗能梁段的設計內力。

F₁—框架柱、支撐梁段及非耗能梁段多遇地震組合時的荷載效應內力，可以根據框架柱、支撐梁段及非耗能梁段的物理參數，從有限元軟件中讀取。

V_S—耗能梁段的全塑性受剪承載力，V_S＝0.6f_yt_wh_w，其中，h_w為耗能梁腹板的高度，f_y為耗能梁腹板鋼材屈服強度，可以在相應的規范中查到，t_w為耗能梁腹板厚度，按規范中要求的構造確定。

V—耗能梁段多遇地震組合時的荷載效應剪力，可以模擬耗能梁段多遇地震組合時的受力狀況，從有限元軟件中讀取。

Ω—常數放大系數，可以在相應的規范中查到。

f_y—耗能梁腹板鋼材屈服強度，可以在相應的規范中查到。

t_w—耗能梁腹板厚度，按規范中要求的構造確定。

h_w—耗能梁腹板高度。

規程規范中，對耗能梁段構造及V_S/V(受剪應力比)有嚴格的規定。通過上式可以看出，框架柱、支撐及非耗能梁段的設計內力與耗能梁段的V_S/V直接相關。在符合規程要求前提下內，當V_S和V接近時，可有效降低框架柱、支撐梁段及非耗能梁段的設計內力，降低工程造價；反之，框架柱、支撐及非耗能梁段的設計內力過大放大，增大框架柱、支撐梁段及非耗能梁段的截面，從而增大結構剛度，增大地震力，產生惡性迭代效應，提高工程造價。

基于上述可知，由于鋼板厚度都是具有一定規格的，且在規程規范中對耗能梁腹板的最小板厚有嚴格要求，所以，在滿足上述條件的基礎上，通過對耗能梁段的結構進行改進，調整h_w(耗能梁腹板高度)，使V_S和V接近，對于降低偏心支撐結構的總體用鋼量，節約工程造價具有重要的意義。

技術實現要素：

本發明實施例所要解決的技術問題在于，提供了一種新型的剪切型偏心支撐耗能梁段結構。具體技術方案如下：

一種剪切型偏心支撐耗能梁段結構，所述耗能梁段結構包括結構相同且上下間隔的上耗能梁段、下耗能梁段，所述上耗能梁段、所述下耗能梁段均為工字型，由上頂板、下底板、兩端分別與所述上頂板和所述下底板垂直連接的耗能梁腹板構成；

所述上耗能梁段的上頂板的兩端分別與非耗能梁段的上頂板連接，所述下耗能梁段的下底板的兩端分別與所述非耗能梁段的下底板連接；

間隔設置的多個支撐鋼板，上端與所述上耗能梁段的下底板垂直連接，下端與所述下耗能梁段的上頂板垂直連接；

與所述支撐鋼板相對的多個加勁肋板，分別垂直地固定在所述上耗能梁段和所述下耗能梁段的上頂板和下底板之間。

進一步地，所述耗能梁段結構還包括個對稱的延伸肋板；

一個所述延伸肋板的一端與所述非耗能梁段的上頂板連接，另一端與所述上耗能梁段的下底板左端連接；

一個所述延伸肋板的一端與所述非耗能梁段的下底板連接，另一端與所述下耗能梁段的上頂板左端連接；

一個所述延伸肋板的一端與所述非耗能梁段的上頂板連接，另一端與所述上耗能梁段的下底板右端連接；

一個所述延伸肋板的一端與所述非耗能梁段的下底板連接，另一端與所述下耗能梁段的上頂板右端連接。

具體地，作為優選，所述支撐鋼板設置有5個，所述加勁肋板設置有20個；

5個所述支撐鋼板以相同的間隔距離均勻分布；

每一個所述支撐鋼板的上端和下端均對應設置有兩個所述加勁肋板。

具體地，作為優選，所述上耗能梁段和所述下耗能梁段的左端設置有所述加勁肋板；

所述上耗能梁段和所述下耗能梁段的右端設置有所述加勁肋板。

具體地，作為優選，所述加勁肋板的一個側壁緊貼所述耗能梁腹板，所述加勁肋板的與所述耗能梁腹板接觸的所述側壁的兩端設置有直倒角。

具體地，作為優選，所述加勁肋板的厚度為15-18mm。

具體地，作為優選，所述支撐鋼板的厚度為15-18mm。

具體地，作為優選，所述延伸肋板的厚度為15-18mm。

具體地，作為優選，所述延伸肋板與所述非耗能梁段的上頂板以及與所述非耗能梁段的下底板之間的夾角相等，均為15°-30°。

具體地，作為優選，所述上耗能梁段和所述下耗能梁段的高度相等。

本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：

本發明實施例提供的剪切型偏心支撐耗能梁段結構，通過將傳統的耗能梁段上下分割成兩個耗能梁段，即上述的上耗能梁段1和下耗能梁段2，兩者之間具有間隙，通過在間隙中設置支撐鋼板3，在保證這兩個耗能梁段協同受力的前提下，以減少耗能梁段的耗能梁腹板的面積，降低耗能梁段的全塑性受剪承載力V_S，進而使耗能梁段的全塑性受剪承載力V_S接近耗能梁段多遇地震組合時的荷載效應剪力V，從而達到降低偏心支撐結構的總體用鋼量以及節約工程造價的目的。此外，通過如上設置多個加勁肋板4，能夠保證耗能梁腹板不會出現局部失穩，可見通過如上設置，在實現上述目的的前提下，同時保證了該耗能梁段的強度和穩定性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明實施例提供的剪切型偏心支撐耗能梁段結構的正視圖；

圖2-1是本發明實施例提供的圖1所示的剪切型偏心支撐耗能梁段結構的Ⅰ-Ⅰ視圖；

圖2-2是本發明實施例提供的圖1所示的剪切型偏心支撐耗能梁段結構的Ⅱ-Ⅱ視圖；

圖2-3是本發明實施例提供的圖1所示的剪切型偏心支撐耗能梁段結構的Ⅲ-Ⅲ視圖；

圖2-4是本發明實施例提供的圖1所示的剪切型偏心支撐耗能梁段結構的Ⅳ-Ⅳ視圖；

圖3是本發明實施例提供的剪切型偏心支撐耗能梁段結構中，耗能梁段的局部結構示意圖；

圖4是現有技術中耗能梁段的局部結構示意圖。

附圖標記分別表示：

1 上耗能梁段，

2 下耗能梁段，

3 支撐鋼板，

4 加勁肋板，

5 延伸肋板，

6 非耗能梁段。

具體實施方式

除非另有定義，本發明實施例所用的所有技術術語均具有與本領域技術人員通常理解的相同的含義。為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。

本發明實施例提供了一種剪切型偏心支撐耗能梁段結構，如附圖1、附圖2-1、附圖2-2、附圖2-3、附圖2-4以及附圖3所示，該耗能梁段結構包括結構相同且上下間隔的上耗能梁段1、下耗能梁段2、間隔設置的多個支撐鋼板3、與支撐鋼板3相對的多個加勁肋板4。其中，上耗能梁段1、下耗能梁段2均為工字型，它們均由上頂板、下底板、兩端分別與上頂板和下底板垂直連接的耗能梁腹板構成；上耗能梁段1的上頂板的兩端分別與非耗能梁段的上頂板連接，下耗能梁段2的下底板的兩端分別與非耗能梁段的下底板的連接。支撐鋼板3上端與上耗能梁段1的下底板垂直連接，下端與下耗能梁段2的上頂板垂直連接。加勁肋板4與支撐鋼板3相對設置，分別垂直地固定在上耗能梁段1和下耗能梁段2的上頂板和下底板之間。

本發明實施例提供的剪切型偏心支撐耗能梁段結構，通過將傳統的耗能梁段上下分割成兩個耗能梁段，即上述的上耗能梁段1和下耗能梁段2，兩者之間具有間隙，通過在間隙中設置支撐鋼板3，在保證這兩個耗能梁段協同受力的前提下，以減少耗能梁段的耗能梁腹板的面積，降低耗能梁段的全塑性受剪承載力V_S，進而使耗能梁段的全塑性受剪承載力V_S接近耗能梁段多遇地震組合時的荷載效應剪力V，從而達到降低偏心支撐結構的總體用鋼量以及節約工程造價的目的。此外，通過如上設置多個加勁肋板4，能夠保證耗能梁腹板不會出現局部失穩，可見通過如上設置，在實現上述目的的前提下，同時保證了該耗能梁段的強度和穩定性。

需要說明的是，第一，上耗能梁段1和下耗能梁段2的結構與傳統的剪切型耗能梁段和非耗能梁段的結構相同，即均為工字型，均由上頂板、下頂板以及設置在兩者之間的腹板構成(參見圖4)，區別在于：在應用時，現有技術使用剪切型耗能梁段的上頂板和下底板分別與位于其左右兩端的兩個非耗能梁段(也為工字型)的上頂板和下底板連接。但是，在本發明中，使用上耗能梁段1的上頂板的兩端分別與兩個非耗能梁段6的上頂板連接，同時使用下耗能梁段2的下底板的兩端分別與兩個非耗能梁段6的下底板連接，并且，上耗能梁段1與下耗能梁段2之間具有間隙。第二，如附圖3所示，在上耗能梁段1和下耗能梁段2的上頂板和下底板之間均設置有多個加勁肋板4，加勁肋板4的上端與相應的上頂板垂直連接，下端與相應的下底板垂直連接，并且，以耗能梁腹板為對稱軸，其兩側設置有兩個對稱的加勁肋板4。

進一步地，為了避免上耗能梁段1和下耗能梁段2左右兩端的兩個非耗能梁段6(可以命名為左非耗能梁段和右非耗能梁段)中的非耗能梁腹板出現應力集中現象，如附圖1、附圖2-1、附圖2-2、附圖2-3、附圖2-4所示，本發明實施例提供的耗能梁段結構還包括4個對稱的延伸肋板5，其中，一個延伸肋板5的一端與非耗能梁段6(即左非耗能梁段)的上頂板連接，另一端與上耗能梁段1的下底板左端連接；一個延伸肋板5的一端與非耗能梁段6(即左非耗能梁段)的下底板連接，另一端與下耗能梁段2的上頂板左端連接。一個延伸肋板5的一端與非耗能梁段6(即右非耗能梁段)的上頂板連接，另一端與上耗能梁段1的下底板右端連接；一個延伸肋板5的一端與非耗能梁段6(即右非耗能梁段)的下底板連接，另一端與下耗能梁段1的上頂板右端連接。

為了優化上述效果，各個延伸肋板5與對應連接的非耗能梁段6的上頂板以及非耗能梁段6的下底板之間的夾角相等，均為15°-30°，例如15°、18°、20°、23°、25°等。

其中，支撐鋼板3與加勁肋板4一一對應，優選間隔相同的距離均勻分布。舉例來說，如附圖3所示，支撐鋼板3設置有5個，加勁肋板4設置有20個；5個支撐鋼板3以相同的間隔距離(例如300mm)均勻分布；每一個支撐鋼板3的上端和下端均對應設置有兩個加勁肋板4，這樣能確保在減少支撐鋼板3和加勁肋板4數目的前提下，同時保證該耗能梁段結構的耗能性和穩定性。

在此基礎上，為了優化上述效果，上耗能梁段1和下耗能梁段2的左端設置有加勁肋板4，上耗能梁段1和下耗能梁段2的右端設置有加勁肋板4，使四個加勁肋板4位于上耗能梁段1和下耗能梁段2的左端，四個加勁肋板4位于上耗能梁段1和下耗能梁段2的右端。

為了增加耗能梁腹板的穩定能力，加勁肋板4的一個側壁緊貼耗能梁腹板，為了降低焊縫造成的應力集中，加勁肋板4的與耗能梁腹板接觸的側壁的兩端設置有直倒角(參見圖2-4)。

為了同時滿足耗能梁段的穩定性和輕量化，使加勁肋板4的厚度為15-18mm，優選16mm；支撐鋼板3的厚度為15-18mm，優選16mm；延伸肋板5的厚度為15-18mm，優選16mm。

作為優選，上耗能梁段1和下耗能梁段2的高度相等，以保證該耗能梁段結構的穩定性，并且，為了確保耗能梁段的全塑性受剪承載力V_S接近耗能梁段多遇地震組合時的荷載效應剪力V，達到減少鋼材用量的效果，上耗能梁段1和下耗能梁段2之間的間隙的高度h₀通過公式V＝Vs計算得到，計算過程如下所示：

h₀＝h-h_w

h_w＝V_S/(0.6f_yt_w)＝V/(0.6f_yt_w)

V_S—耗能梁段的全塑性受剪承載力，

V—耗能梁段多遇地震組合時的荷載效應剪力，可以從有限元軟件中讀取。

f_y—耗能梁腹板鋼材屈服強度，可以在相應的規范中查到。

t_w—耗能梁腹板厚度，按規范中要求的構造確定。

h_w—耗能梁腹板高度。

h—非耗能梁腹板高度。

h₀—上耗能梁段1和下耗能梁段2之間的間隙的高度。

可見，非耗能梁腹板高度h為已知的，通過計算得到h_w，即可容易地得到上耗能梁段1和下耗能梁段2之間的間隙的高度h₀。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明的保護范圍，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。