工業化裝配式多、高層鋼結構框架單板自復位預應力防屈曲偏心支撐體系的製作方法

2023-04-25 06:09:26 2

工業化裝配式多、高層鋼結構框架單板自復位預應力防屈曲偏心支撐體系的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種能夠實現快速安裝的工業化裝配式多、高層鋼結構框架單板自復位預應力防屈曲偏心支撐體系，括鋼結構主體板架、自復位預應力支撐構件、柱子系統，所述鋼結構主體板架包括基礎板架、柱子系統。在工廠將寬梁、窄梁和柱座組裝成基礎板架，將所述基礎板架、樓板做成一體，寬梁和窄梁均為在工廠由槽鋼焊接而成。管線在寬梁和窄梁的腹板槽鋼間通過，從而形成A基礎板架、B基礎板架和C基礎板架。本發明的結構體系具有施工速度快，結構承載力高、抗側移能力好、無汙染等優點，能夠充分發揮材料的強度，有效抵抗水平荷載，減小結構層間位移，減小焊接對環境造成的汙染，提高工程施工速度，節約成本。
【專利說明】工業化裝配式多、高層鋼結構框架單板自復位預應力防屈曲偏心支撐體系
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種新型結構體系，特別是建築領域應用的一種工業化裝配式鋼結構偏心支撐體系。
【背景技術】
[0002]普通的鋼結構的施工在現場大量使用焊接，不僅影響施工速度而且施工質量也很難控制，最近幾年出現的由於鋼結構施工質量造成的工程質量問題不勝枚舉，現場焊接是其中一個重要的因素，現場焊接質量不易控制，而且對環境造成很大的汙染。
[0003]傳統的鋼筋混凝土結構需要現場綁紮鋼筋、澆注混凝土，需要大量的人工及養護時間，工程造價大大提高。並且建築拆除時造成大量的建築垃圾。
[0004]最近幾年，國內學者對裝配式鋼結構的研究僅限於多層，並且施工速度只是稍有減少，並未真正實現鋼結構的快速安裝，體現鋼結構的優勢。
[0005]目前預應力鋼構件只用在張弦結構中，還未在高層結構中使用，採用預應力鋼構件作為高層抗側力結構在工程上還未有實現。防屈曲支撐構件作為應用於多、高層結構中的抗側力耗能裝置，在中震或大震作用下，防屈曲支撐構件在拉、壓時均能實現全截面充分屈服而不出現支撐構件的整體或局部屈曲破壞，使原來通過主體結構梁端塑性鉸的耗能方式轉變為只在防屈曲支撐部件上集中耗能，從而較好地保護了主體結構。但是傳統防屈曲支撐在強震作用下產生的殘餘變形仍不可恢復，並且傳統防屈曲支撐還具有混凝土外圍約束構件，所導致的加工精度控制困難、溼作業工作量大等諸多問題。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在於克服現有工程的上述缺陷，提供一種多、高層鋼結構快速施工的結構體系，該結構體系能夠實現主體鋼結構和自復位預應力支撐構件的快速安裝，並且能夠抵抗高烈度地震，完美地體現出鋼結構的優勢。
[0007]為了達到上述目的，本發明採用如下技術方案:
[0008]工業化裝配式多、高層鋼結構框架單板自復位預應力防屈曲偏心支撐體系包括鋼結構主體板架、自復位預應力支撐構件、柱子系統，其特徵在於:所述鋼結構主體板架包括基礎板架、樓板。在工廠將所述寬梁、窄梁、樓板做成一體，寬梁和窄梁均為在工廠由框架單板焊接而成。管線在寬梁和窄梁的腹板框架單板間通過，從而形成A基礎板架、B基礎板架和C基礎板架。在所述基礎板架板與所述柱座連接部位、所述寬梁與所述窄梁連接處採用螺栓連接及部分焊接(僅限於工廠內)。所述柱座與所述柱子之間採用螺栓通過法蘭連接。
[0009]所述自復位預應力支撐構件可以為彈簧，所述彈簧通套在支撐柱上與連接板連接；還有預應力鋼索或預應力鋼杆和連接耳板，所述耳板通過高強螺栓與所述主板連接。當水平力作用於結構時，所述自復位預應力支撐構件水平力分量減小甚至抵消作用於結構的水平力，使結構的層間位移為較小值，滿足規範的要求。彈簧主要在受壓時作用，預應力筋在受拉時起作用。
[0010]有益效果
[0011]本發明採用施工階段能夠實現快速裝配式並能夠有效抵抗水平側移的高層鋼結構自復位預應力支撐體系。這種結構形式不僅能夠有效地實現鋼結構構件加工的工業化而且能夠極大地提高施工速度並大幅度降低用鋼量。並且支撐構件在小震下具有很強的承載力、通過提高其初始受壓、拉承載力，減小甚至消除其在大震下的殘餘變形，具有很強的耗能能力。
[0012]通過工程實踐和1:10振動臺實驗發現，所述新型結構體系比普通結構體系施工速度提高了 500%，而且用鋼量降低50%，並且實現施工現場的「無水、無火、無塵」，減小了現場施工的安全隱患，減小環境汙染。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1本發明結構主板架平面圖
[0014]圖2本發明結構整體板架組合圖
[0015]圖3本發明結構框架支撐圖
[0016]圖4本發明結構A板架圖
[0017]圖5本發明結構B板架圖
[0018]圖6本發明結構B板架節點6凸起圖
[0019]圖7本發明結構B板架節點5凸起圖
[0020]圖8本發明結構C板架圖
[0021]圖9本發明結構C板架節點8凹槽圖
[0022]圖10本發明結構C板架節點7凹槽圖
[0023]圖11本發明結構節點I圖
[0024]圖12本發明結構節點I詳圖
[0025]圖13發明結構節點2圖
[0026]圖14本發明結構節點2詳圖
[0027]圖15本發明結構節點3圖
[0028]圖16本發明結構節點3詳圖
[0029]圖17本發明結構節點4圖
[0030]圖18本發明結構節點4詳圖
[0031]圖19本發明結構節點5圖
[0032]圖20本發明結構節點5詳圖
[0033]圖21本發明結構節點6圖
[0034]圖22本發明結構節點6詳圖
[0035]圖23本發明結構節點7圖
[0036]圖24本發明結構節點7詳圖
[0037]圖25本發明結構節點8圖
[0038]圖26本發明結構節點8詳圖
[0039]圖27本發明結構柱座圖[0040]圖28本發明結構柱座詳圖
[0041]圖29本發明結構壓型鋼板圖
[0042]圖30本發明支撐構件側向圖
[0043]圖31本發明支撐構件平面圖
[0044]圖32本發明支撐構件內部耗能內芯圖
[0045]圖33本發明支撐構件外部框架約束構件圖
[0046]圖34本發明支撐構件預應力索圖
[0047]其中，1-主體板架；2-自復位預應力支撐構件；2_1:框架單板形裝配式鋼結構自復位預應力防屈曲支撐；2-2:內部耗能內芯；2-3:外部框架約束構件；2-4:彈簧；2-5:上連接板；2-6:下連接板；2-7:橫向加勁肋；2-9:外部框架約束構件翼緣板；2-10:上下連接板加勁肋；2_11:支撐柱；2-12:連接板；2-13:擠壓板；2_14:預應力索；3_寬梁；4_窄梁；5-壓型鋼板；6_混凝土 ；7-柱座；7-1:柱座連接件；7-2:柱墩；7-3:柱座法蘭；8-柱子；9-耳板；10-連接框架單板；11-1柱蓋板I ;11_2蓋板II ;11-3柱蓋板III ; 11-4蓋板IV ;11-5柱蓋板V ;12_加勁板；14_段封板；15_樓板；16_柱子系統。
[0048]具體實現方式
[0049]下面結合附圖具體說明所述結構體系的實現方式。
[0050]如圖1?9所示，本發明為一種工業化裝配式多、高層鋼結構框架單板自復位預應力防屈曲偏心支撐體系，括鋼結構主體板架、自復位預應力支撐構件、柱子系統，其特徵在於:所述鋼結構主體板架包括基礎板架、柱子系統。在工廠將寬梁3、窄梁4和柱座7組裝成基礎板架，此處樓板以壓型鋼板混凝土為例，樓板還可以為鋼筋混凝土樓板等形式。此處自復位預應力支撐構件以一種普通形式說明。將壓型鋼板5放置在於寬梁3和窄梁4上，採用栓釘連接，在壓型鋼板5上澆築混凝土 6，利用寬梁3、窄梁4腹杆的空隙，放置管線等，最終形成A基礎板架、B基礎板架和C基礎板架，將A、B、C基礎板架按照附圖1所示通過螺栓連接，及焊接連接成主體板架。樓板15澆注在於A、B、C基礎板架上，與基礎板架形成整體。將柱子8通過螺栓與柱座7連接成整體框架，將耳板9與主體框架連接後，再將自復位預應力支撐構件2通過高強螺栓與整體框架的耳板9相連，形成整個結構體系。
[0051]圖10-圖25為本結構節點的構造形式，其連接方式如下:柱8與柱蓋板在工廠焊接，寬梁3和窄梁4沿梁高與兩塊加勁板12通過焊接連接在一起形成基礎板架，最後用螺栓將柱座7、柱蓋板、基礎板架連接在一起形成節點。
[0052]A基礎板架為主體板架I的外側基礎板架，為寬梁3和窄梁4組成的矩形的基礎板架，A板架的中間位置有兩個並排相連的窄梁4，且兩窄梁用螺栓將處於兩梁相同位置的連接槽鋼連接在一起；A基礎板架的外側長邊一邊布置柱子8 ;與其他基礎板架相鄰的長邊一邊不布置柱子。
[0053]B基礎板架，C基礎板架為中間類型的兩種矩形的基礎板架；其中B基礎板架與A基礎板架相鄰的窄梁邊不布置柱子8 ;與C基礎板架相鄰的窄梁邊布置柱子8，形成節點，其中中間節點為節點6，兩端的節點為節點5 ;節點6為T形，由於柱座法蘭寬大於或等於窄梁梁寬的兩倍，所以把窄梁與柱座法蘭的中心線對齊後，就使得柱座凸出連接在柱座兩側、由窄梁組成的長邊半個柱座的寬度；節點5為L形，其中柱座與相互垂直的一條寬梁、一條窄梁用螺栓連接在一起，寬梁與柱座法蘭中相互垂直的兩條中心線中的一條對齊；窄梁與兩條中心線中的另一條對齊，由於窄梁的梁寬小於或等於柱座法蘭寬度的一半，所以柱座也會凸出由窄梁組成的長邊半個柱座的寬度；即B基礎板架節點5、節點6處的柱座凸出相連的窄梁半個柱座，形成一個凸起。
[0054]C基礎板架與B基礎板架、A基礎板架相鄰的兩長邊均不布置柱子，C基礎板架與B基礎板架相鄰的長邊的節點，中間位置節點是節點8，兩端是節點7 ;節點8為四條窄梁組成，其中兩窄梁共線；另外兩窄梁位於C基礎板架中間位置，並排連接且與共線窄梁垂直；兩共線窄梁分別與並排窄梁的不相鄰長邊垂直對齊；節點7為相互垂直的一條窄梁和一條寬梁組成；窄梁與寬梁的內側長邊垂直對齊；即(:基礎板架節點8、節點7均形成凹槽，使得節點8凹槽與B基礎板架節點5的凸起相吻合、節點7凹槽與B基礎板架節點6的凸起相吻合。
[0055]圖26-圖27為本結構柱座構造圖。柱座7為上下帶柱座法蘭、四周由帶螺栓孔的柱座連接件7-1包裹的柱墩。各部件通過焊接連接在一起。柱子8與柱蓋板通過焊接連接在一起。將柱蓋板、柱座法蘭、梁用螺栓連接在一起。
[0056]如圖30和圖31所示，為結構自復位預應力支撐構件2，為一種框架單板裝配式鋼結構自復位預應力防屈曲支撐，由內部耗能內芯2-2、外圍鋼管約束構件2-3和預應力索2-14三部分構成。內部耗能內芯2-2插入外圍框架約束構件2-3的中間空隙中。預應力索2-14對稱布置在耗能內芯兩側，穿過橫向加勁肋2-7，數量由計算確定。為使內部耗能內芯2-2軸向變形耗能，使得內部耗能內芯2-2比外圍框架約束構件2-3長一個距離D，D值有計算確定。框架單板裝配式鋼結構自復位預應力防屈曲支撐2兩端構造完全相同。
[0057]如圖32所示:為結構自復位預應力支撐構件的內芯2-2構件，所述內部耗能晶片2-2為一字型單片鋼板。為使耗能晶片2-2易於進入塑性耗能，削弱晶片板中部，呈圓弧形。耗能晶片2-2 —端為兩塊與之垂直的連接板2-12:耗能晶片2-2上連接板2-5、耗能晶片下連接板2-6，與耗能晶片垂直焊接連接。最上面一塊連接板2-5帶有螺栓孔，由高強螺栓與框架連接在一起。上、下面兩連接板由短加勁肋2-10焊接連接在一起。短加勁肋2-10與兩板均垂直。耗能晶片2-2兩端構造完全相同。
[0058]如圖33所示:為結構自復位預應力支撐構件的外部約束構件2-3，所述外圍框架約束構件2-3為上、下兩塊翼緣板2-9，中間用雙排橫向加勁肋2-7焊接在一起，雙排橫向加勁肋2-7間留有一個耗能晶片2-2的寬度，可以使內部耗能晶片插入。外圍框架約束構件2-3從上端起沿全長布置橫向加勁肋2-7。橫向加勁肋2-7的間距由計算確定，橫向加勁肋2-7與上下翼緣板2-9均為焊接連接。彈簧2-4套在支撐柱2-11上，支撐柱2_11的兩端分別與兩端的連接板2-12相連。彈簧2-4隻在受擠壓板2-13擠壓時起作用。外圍框架約束構件2-3底部連接板與相鄰的橫向加勁肋2-7間用短加勁肋焊接相連。
[0059]如圖34所示:預應力索2-14穿過橫向加勁肋2_7，兩端與內部耗能內芯2_2的兩個下連接板2-6相連，連接點位於兩相鄰短加勁肋2-10區格的中心。預應力索2-14的數量由計算確定。
[0060]以上是本發明的一個典型實施例，本發明的實施不限於此。
【權利要求】
1.工業化裝配式多、高層鋼結構框架單板自復位預應力防屈曲偏心支撐體系，其特徵在於:該體系包括主體板架(1)和柱子系統(16)、自復位預應力支撐構件(2);主體板架包括:基礎板架、樓板(15)； 所述主體板架(1)由A、B、C三種基礎板架組成的基本單元構成，其中A基礎板架為邊緣部位的基礎板架，B、C兩基礎板為中間位置的板架，且B、C基礎板架交替連接； 三種基礎板架中，不與其他基礎板架相鄰一邊的梁均為寬梁(3);與其他基礎板架相鄰一邊的梁均為窄梁(4);窄梁的梁寬為寬梁梁寬的一半，寬梁的梁寬小於或等於柱座法蘭的寬度；寬梁，窄梁的構造相同，都是桁架梁；其中桁架梁的上下弦杆、腹杆均為槽鋼，腹杆與弦杆成30度-60度的角度；每個桁架梁上下弦杆間至少布置有3個帶螺栓孔的連接槽鋼(10)，桁架梁兩端各有一塊帶螺栓孔的矩形的端封板；桁架梁的上下弦杆、腹杆、連接槽鋼、端封板之間均為焊接； A、B、C三種基礎板架中相互垂直的兩梁，沿梁高與兩塊加勁板(12)通過焊接連接；並排相鄰的梁在兩梁相同位置的連接槽鋼用螺栓連接；帶柱座(7)的基礎板架中，柱座與相鄰的梁用螺栓連接； A基礎板架為主體板架(1)的外側基礎板架，為寬梁(3)和窄梁(4)組成的矩形的基礎板架，A板架的中間 位置有兩個並排相連的窄梁(4)，且兩窄梁用螺栓將處於兩梁相同位置的連接槽鋼連接在一起；A基礎板架的外側長邊一邊布置柱子(8);與其他基礎板架相鄰的長邊一邊不布置柱子； B基礎板架，C基礎板架為中間類型的兩種矩形的基礎板架；其中B基礎板架與A基礎板架相鄰的窄梁邊不布置柱子(8 );與C基礎板架相鄰的窄梁邊布置柱子(8 )，形成節點，其中中間節點為節點6，兩端的節點為節點5 ;節點6為T形，由於柱座法蘭寬大於或等於窄梁梁寬的兩倍，所以把窄梁與柱座法蘭的中心線對齊後，就使得柱座凸出連接在柱座兩側、由窄梁組成的長邊半個柱座的寬度；節點5為L形，其中柱座與相互垂直的一條寬梁、一條窄梁用螺栓連接在一起，寬梁與柱座法蘭中相互垂直的兩條中心線中的一條對齊；窄梁與兩條中心線中的另一條對齊，由於窄梁的梁寬小於或等於柱座法蘭寬度的一半，所以柱座也會凸出由窄梁組成的長邊半個柱座的寬度；即B基礎板架節點5、節點6處的柱座凸出相連的窄梁半個柱座，形成一個凸起； C基礎板架與B基礎板架、A基礎板架相鄰的兩長邊均不布置柱子，C基礎板架與B基礎板架相鄰的長邊的節點，中間位置節點是節點8，兩端是節點7 ;節點8為四條窄梁組成，其中兩窄梁共線；另外兩窄梁位於C基礎板架中間位置，並排連接且與共線窄梁垂直；兩共線窄梁分別與並排窄梁的不相鄰長邊垂直對齊；節點7為相互垂直的一條窄梁和一條寬梁組成；窄梁與寬梁的內側長邊垂直對齊；即C基礎板架節點8、節點7均形成凹槽，使得節點8凹槽與B基礎板架節點5的凸起相吻合、節點7凹槽與B基礎板架節點6的凸起相吻合；柱座(7)為上下帶柱座法蘭、四周由帶螺栓孔的柱座連接件(7-1)包裹的柱墩；各部件通過焊接連接在一起；柱子(8)與柱蓋板通過焊接連接在一起；將柱蓋板、柱座法蘭、梁用螺栓連接在一起； 樓板(15)澆注在於A、B、C基礎板架上，與基礎板架形成整體； 自復位預應力支撐構件(2)其實現形式為偏心支撐；結構自復位預應力支撐構件，為一種框架單板裝配式鋼結構自復位預應力防屈曲支撐，由內部耗能內芯(2-2)、外圍鋼管約束構件(2-3)和預應力索(2-14)三部分構成；內部耗能內芯(2-2)插入外圍框架約束構件(2-3)的中間空隙中；預應力索(2-14)對稱布置在耗能內芯兩側，穿過橫向加勁肋(2-7)，數量由計算確定；為使內部耗能內芯(2-2 )軸向變形耗能，使得內部耗能內芯(2-2 )比外圍框架約束構件(2-3)長一個距離D，D值有計算確定；框架單板裝配式鋼結構自復位預應力防屈曲支撐(2)兩端構造完全相同； 結構自復位預應力支撐構件的內芯構件(2-2)，所述內部耗能晶片(2-2)為一字型單片鋼板；為使耗能晶片(2-2)易於進入塑性耗能，削弱晶片板中部，呈圓弧形；耗能晶片(2-2) —端為兩塊與之垂直的連接板(2-12):耗能晶片(2-2)上連接板(2-5)、耗能晶片下連接板(2-6)，與耗能晶片垂直焊接連接；最上面一塊連接板(2-5)帶有螺栓孔，由高強螺栓與框架連接在一起；上、下面兩連接板由短加勁肋(2-10)焊接連接在一起；短加勁肋(2-10)與兩板均垂直；耗能晶片(2-2)兩端構造完全相同； 結構自復位預應力支撐構件的外部約束構件，所述外圍框架約束構件(2-3)為上、下兩塊翼緣板(2-9)，中間用雙排橫向加勁肋(2-7)焊接在一起，雙排橫向加勁肋(2-7)間留有一個耗能晶片(2-2)的寬度，可以使內部耗能晶片插入；外圍框架約束構件(2-3)從上端起沿全長布置橫向加勁肋(2-7);橫向加勁肋(2-7)的間距由計算確定，橫向加勁肋(2-7)與上下翼緣板(2-9)均為焊接連接；彈簧(2-4)套在支撐柱(2-11)上，支撐柱(2-11)的兩端分別與兩端的連接板(2-12)相連；彈簧(2-4)只在受擠壓板(2-13)擠壓時起作用；外圍框架約束構件(2-3)底部連接板與相鄰的橫向加勁肋(2-7)間用短加勁肋焊接相連； 結構自復位預應力支撐構件的預應力索構件，預應力索(2-14)穿過橫向加勁肋(2-7)，兩端與內部耗能內芯(2-2)的兩個下連接板(2-6)相連，連接點位於兩相鄰短加勁肋(2-10)區格的 中心；預應力索(2-14)的數量由計算確定。
【文檔編號】E04B1/98GK103993656SQ201410147192
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月11日 優先權日:2014年4月11日
【發明者】張愛林, 葉全喜, 劉學春, 孫超, 張勳, 郭志鵬 申請人:北京工業大學