一種鋼管組合柱與雙向加勁鋼板剪力牆構成的建築結構的製作方法
2023-05-29 09:56:51
本實用新型涉及技術領域為：鋼管組合柱-雙向加勁鋼板剪力牆結構體系，屬於建築工程技術領域，可廣泛應用於住宅、公寓等居住建築中。
背景技術：
鋼結構具有資源可循環利用、環境汙染少等綜合優勢，凸顯出綠色環保的特點，符合「十三五」規劃提出的減少資源消耗、保護生態環境的基本思路。鋼結構的發展面臨良好的機遇，鋼材是綠色建材，鋼結構具有綠色生態建築的特點，它的發展必然會引起政府和社會各方的重視和支持。鋼結構作為符合產業發展方向的綠色環保建築體系，必將越來越展現出其發展的良好前景。
傳統居住建築主要採用混凝土結構，施工過程中需要大量人工，且在現場施工過程中消耗大量木材，產生大量廢水和揚塵。近年來，我國建築產業持續快速發展，但鋼結構住宅相對發展較為緩慢，現有鋼結構體系還不完善，結構體系單一，與住宅公寓特點不匹配，在較高烈度區結構體系不能體現鋼結構所具有的良好的抗震性能，同時剛度偏弱，不利於在多高層建築中推廣利用。
本實用新型/實用新型所述的鋼管組合柱-雙向加勁鋼板剪力牆結構體系採用了雙向加勁鋼板剪力牆和鋼框架相結合的方式，能夠提升結構在高烈度區的整體抗震性能和抗側移能力，具有足夠的承載力、剛度和抗震性能。作為一種新型居住建築結構體系，鋼管組合柱-雙向加勁鋼板剪力牆結構體系在增加鋼結構體系的多樣性的同時，能夠很好地適用於低、中、高烈度區的住宅、公寓等居住建築中。鋼管組合柱-雙向加勁鋼板剪力牆結構體系還可以採用工業化生產線生產，現場進行裝配式施工，符合綠色建造、標準建造的要求，有助於提高建築技術水平和工程質量，推進鋼結構建築的發展。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於提供一種新型的鋼管組合柱-雙向加勁鋼板剪力牆建築結構體系，並達到具有較強整體抗震性能和抗側移能力、造價經濟、性能優良等要求，為低、中、高烈度區的住宅、公寓等居住建築提供一種性能優越，經濟效益良好、社會效益突出的新型建築結構體系。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是：
一種鋼管組合柱與雙向加勁鋼板剪力牆構成的建築結構，其特徵在於，由鋼管組合柱、鋼梁和剪力牆按建築戶型焊接連接構成剪力牆與鋼框架的雙重抗側力結構體系；
剪力牆為雙向加勁鋼板剪力牆，在鋼板剪力牆水平向和豎向均設置加勁肋；
鋼板剪力牆與周圍的鋼梁、鋼管組合柱採用焊接連接；
與鋼板剪力牆位於同一跨的鋼梁與兩端的鋼管組合柱採用剛接；
建築戶型的內部鋼梁，包括與鋼管組合柱相連的主鋼梁和次梁，且這些內部鋼梁基本採用鉸接鋼梁；
使雙重抗側力結構體系形成多道受力後依次屈服的結構防線，包括鋼板剪力牆、非鋼板剪力牆所在跨的鋼梁、鋼板剪力牆所在跨的鋼梁、非鋼板剪力牆所在跨的鋼管組合柱、鋼板剪力牆所在跨的鋼管組合柱。
所述加勁肋採用槽鋼。
在鋼板剪力牆水平向設置一道加勁肋。
鋼板剪力牆豎向設置的加勁肋間距為1.5m~2m。
鋼板剪力牆豎向設置的加勁肋在鋼板剪力牆的兩個側面交替設置。
鋼板剪力牆壁厚小於等於同一跨鋼梁的腹板壁厚。
所述鋼管組合柱為實腹式，或為薄壁型並灌注混凝土。
鋼管組合柱灌注填充用混凝土採用普通混凝土、高強混凝土、輕骨料混凝土或者自密實混凝土。
所述鋼板剪力牆所在跨的鋼管組合柱截面尺寸大於非鋼板剪力牆所在跨的鋼管組合柱截面尺寸。
鋼板剪力牆材料採用Q235，與鋼板剪力牆位於同一跨的鋼梁採用的材料為Q345。
本實用新型與現有技術相比，具有以下優點：
1、無需支模，不使用鋼筋，無鋼筋綁紮作業，混凝土直接灌注在矩形鋼管中，施工速度快。
2、鋼管組合柱充分利用鋼材的強度，混凝土的剛度，兩種材料優勢互補，共同構成一種高效的抗側力構件；根據剪力牆布置區分設計鋼管組合柱，有效實現多道防線設計。
3、易於標準化，模塊化，工廠化生產，減少了現場施工環節，降低了現場噪音、粉塵、廢料汙染，標準化，模塊化，工廠化的施工過程易於保證構件質量，提高工程品質。
4、體系為雙重抗側力體系，具備多道防線，具有良好的抗震性能和抗側移性能，能夠很好地適用於低、中、高烈度區的住宅、公寓等居住建築中。
5、體系充分考慮了結構構件重要性的不同，抗震等級的不同。依據構件的重要性和抗震等級等的不同，對構件採用不同的強度等級材料和截面，充分考慮了構件的特點，在保證結構合理安全可靠的同時最大程度降低造價。
6、體系對於梁進行了力學上明確的區分，採用了不同的連接方式，在確保結構合理可靠的同時，最大化地便利了施工，節省了材料，降低了造價。
附圖說明
圖1雙向加勁鋼板剪力牆體系。
圖2典型戶型本結構體系結構軸測布置圖。
圖3結構體系豎向布置圖。
具體實施方式
本實用新型的具體實施方式如下：
如圖1、圖2和圖3所示，本實用新型的一種鋼管組合柱與雙向加勁鋼板剪力牆構成的建築結構，由鋼管組合柱1、鋼梁2和剪力牆3按建築戶型焊接連接構成剪力牆與鋼框架的雙重抗側力結構體系；
剪力牆3為雙向加勁鋼板剪力牆，在鋼板剪力牆水平向和豎向均設置加勁肋；
鋼板剪力牆與周圍的鋼梁2、鋼管組合柱1採用焊接連接；
與鋼板剪力牆位於同一跨的鋼梁與兩端的鋼管組合柱採用剛接；
建築戶型的內部鋼梁，包括與鋼管組合柱1相連的主鋼梁21和次梁22，且這些內部鋼梁基本採用鉸接鋼梁；
使雙重抗側力結構體系形成多道受力後依次屈服的結構防線，包括鋼板剪力牆、非鋼板剪力牆所在跨的鋼梁、鋼板剪力牆所在跨的鋼梁、非鋼板剪力牆所在跨的鋼管組合柱、鋼板剪力牆所在跨的鋼管組合柱。
本實用新型的設計要點如下：
1、整個結構體系包括柱（即鋼管組合柱）、梁、鋼板剪力牆等構件類別，構建鋼板剪力牆和鋼框架的雙重抗側力結構體系。雙重抗側力結構體系目的在於提升結構的整體抗震性能和抗側移能力。鋼板剪力牆為雙向加勁鋼板剪力牆，通過對鋼板剪力牆雙向加強，減少鋼板剪力牆厚度，較經濟。
2、對於整個結構體系，雙向加勁的鋼板剪力牆3為第1道防線，率先屈服；鋼梁24（非鋼板剪力牆所在跨）為第2道防線，在鋼板剪力牆屈服後再屈服；鋼梁25（鋼板剪力牆所在跨）為第3道防線；鋼管組合柱11（非鋼板剪力牆所在跨）為第4道防線；鋼管組合柱12（鋼板剪力牆所在跨）為最後一道防線，即第5道防線。雙重抗側力結構體系目的在於提升結構的整體抗震性能和抗側移能力。
3、為充分利用高強度鋼材，更好提升鋼結構社會效益，除所述特殊構件外，鋼梁2、鋼管組合柱1構件一般採用諸如Q345較高強度等級鋼材。
4、充分考慮結構構件重要性的不同，抗震等級的不同，依據構件的不同重要性和抗震等級的不同，對構件採用不同的強度等級材料和截面，充分考慮了構件的特點，在保證結構合理安全可靠的同時最大程度降低造價。
5、柱設計：根據樓層高度和抗側能力要求，鋼管組合柱可以為實腹式，也可以為薄壁型並灌注混凝土，以充分利用混凝土的抗壓性能，降低造價，同時便於與鋼梁連接。鋼管組合柱填充用混凝土，採用普通混凝土、高強混凝土、輕骨料混凝土或者自密實混凝土，推薦採用C50左右高強度混凝土。所述的鋼板剪力牆所在跨的鋼管組合柱截面尺寸可以比非鋼板剪力牆所在跨的鋼管組合柱的大，並按2倍地震作用組合進行設計。
6、鋼板剪力牆設計：可按戶型需要及結構體系要求進行布置，鋼板剪力牆與周圍的梁、柱採用焊接連接，材料採用諸如Q235強度等級低屈服點鋼材，以提升鋼板剪力牆的延性。鋼板剪力牆壁厚度小於等於同一跨鋼梁的腹板壁厚。鋼板剪力牆水平和豎向均設置加勁肋31、32，一般水平向加勁肋31設置一道，豎向加勁肋32間距採用1.5m~2m，均採用槽鋼，豎向加勁肋32在鋼板剪力牆的兩面交替設置。安裝時，待鋼框架安裝一部分後再安裝鋼板剪力牆，如鋼板剪力牆安裝高度比鋼框架滯後6~8層。
7、與鋼板剪力牆位於同一跨的鋼梁25設計：鋼梁2與兩端的柱採用剛接，鋼梁截面尺寸比普通鋼梁適當加大，同時採用超強設計，按2倍地震作用組合進行設計，以使鋼板剪力牆塑性強化後鋼梁可屈服，材料採用諸如Q345較高強度等級鋼材，以使鋼板剪力牆處的鋼梁具有一定的強度儲備。
8、外圍框架梁設計：結構體系外圍框架梁23與柱均採用剛接，材料採用諸如Q345較高強度等級鋼材，以提升結構體系的承載力、剛度和抗震性能。
9、內部鋼梁設計：包括與柱相連的主鋼梁21、次梁22等，基本採用鉸接鋼梁，這些鋼梁採用鉸接的好處是便於安裝，且不會過多地削弱體系的抗側移能力，材料採用諸如Q345較高強度等級鋼材，按非抗震構件設計，無界面延性需求，板件寬厚比可為C類截面，降低造價。
本實用新型結構體系布置時，在充分考慮以上要求的同時，要注意剛度和強度的布置均勻，上部樓層和下部樓層的截面尺寸、材料優化等，以進一步降低造價。