工業(yè)化裝配式多、高層鋼結構h型鋼預應力防屈曲人字形支撐體系的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種能夠實現(xiàn)快速安裝的工業(yè)化裝配式多、高層鋼結構H型鋼預應力防屈曲人字形支撐體系，括鋼結構主體板架、支撐構件、柱子系統(tǒng)，所述鋼結構主體板架包括基礎板架、柱子系統(tǒng)和預應力構件。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(fā)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、無污染等優(yōu)點，能夠充分發(fā)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(huán)境造成的污染，提高工程施工速度，節(jié)約成本。
【專利說明】工業(yè)化裝配式多、高層鋼結構H型鋼預應力防屈曲人字形支撐體系
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型結構體系，特別是建筑領域應用的一種工業(yè)化裝配式鋼結構人字形支撐體系。
【背景技術】
[0002]普通的鋼結構的施工在現(xiàn)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(xiàn)的由于鋼結構施工質量造成的工程質量問題不勝枚舉，現(xiàn)場焊接是其中一個重要的因素，現(xiàn)場焊接質量不易控制，而且對環(huán)境造成很大的污染。
[0003]傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結構需要現(xiàn)場綁扎鋼筋、澆注混凝土，需要大量的人工及養(yǎng)護時間，工程造價大大提高。并且建筑拆除時造成大量的建筑垃圾。
[0004]最近幾年，國內學者對裝配式鋼結構的研究僅限于多層，并且施工速度只是稍有減少，并未真正實現(xiàn)鋼結構的快速安裝，體現(xiàn)鋼結構的優(yōu)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，采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(xiàn)。預應力防屈曲支撐構件作為應用于多、高層結構中的抗側力耗能裝置，在中震或大震作用下，預應力防屈曲支撐構件在拉、壓時均能實現(xiàn)全截面充分屈服而不出現(xiàn)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?yōu)橹辉陬A應力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(tǒng)預應力防屈曲支撐在強震作用下產生的殘余變形仍不可恢復，并且傳統(tǒng)預應力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、濕作業(yè)工作量大等諸多問題。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)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(xiàn)主體鋼結構和支撐構件的快速安裝，并且能夠抵抗高烈度地震，完美地體現(xiàn)出鋼結構的優(yōu)勢。
[0007]為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0008]工業(yè)化裝配式多、高層鋼結構H型鋼預應力防屈曲人字形支撐體系包括鋼結構主體板架、支撐構件、柱子系統(tǒng)，其特征在于: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。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采用螺栓連接及部分焊接(僅限于工廠內)。所述柱座與所述柱子之間采用螺栓通過法蘭連接。
[0009]所述支撐構件可以為H型鋼，作為內芯耗能構件；還有預應力鋼索或預應力鋼桿和連接耳板，所述耳板通過高強螺栓與所述主板連接。預應力筋在受拉時起作用。當水平力作用于結構時，所述支撐構件水平力分量減小甚至抵消作用于結構的水平力，使結構的層間位移為較小值，滿足規(guī)范的要求。
[0010]有益效果
[0011]本發(fā)明采用施工階段能夠實現(xiàn)快速裝配式并能夠有效抵抗水平側移的高層鋼結構支撐體系。這種結構形式不僅能夠有效地實現(xiàn)鋼結構構件加工的工業(yè)化而且能夠極大地提高施工速度并大幅度降低用鋼量。并且支撐構件在小震下具有很強的承載力、通過提高其初始受拉承載力，減小甚至消除其在大震下的殘余變形，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(fā)現(xiàn)，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%，并且實現(xiàn)施工現(xiàn)場的“無水、無火、無塵”，減小了現(xiàn)場施工的安全隱患，減小環(huán)境污染。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1本發(fā)明結構主板架平面圖
[0014]圖2本發(fā)明結構整體板架組合圖
[0015]圖3本發(fā)明結構框架支撐圖
[0016]圖4本發(fā)明結構A板架圖
[0017]圖5本發(fā)明結構B板架圖
[0018]圖6本發(fā)明結構B板架節(jié)點6凸起圖
[0019]圖7本發(fā)明結構B板架節(jié)點5凸起圖
[0020]圖8本發(fā)明結構C板架圖
[0021]圖9本發(fā)明結構C板架節(jié)點8凹槽圖
[0022]圖10本發(fā)明結構C板架節(jié)點7凹槽圖
[0023]圖11本發(fā)明結構節(jié)點I圖
[0024]圖12本發(fā)明結構節(jié)點I詳圖
[0025]圖13發(fā)明結構節(jié)點2圖
[0026]圖14本發(fā)明結構節(jié)點2詳圖
[0027]圖15本發(fā)明結構節(jié)點3圖
[0028]圖16本發(fā)明結構節(jié)點3詳圖
[0029]圖17本發(fā)明結構節(jié)點4圖
[0030]圖18本發(fā)明結構節(jié)點4詳圖
[0031]圖19本發(fā)明結構節(jié)點5圖
[0032]圖20本發(fā)明結構節(jié)點5詳圖
[0033]圖21本發(fā)明結構節(jié)點6圖
[0034]圖22本發(fā)明結構節(jié)點6詳圖
[0035]圖23本發(fā)明結構節(jié)點7圖
[0036]圖24本發(fā)明結構節(jié)點7詳圖
[0037]圖25本發(fā)明結構節(jié)點8圖
[0038]圖26本發(fā)明結構節(jié)點8詳圖
[0039]圖27本發(fā)明結構柱座圖
[0040]圖28本發(fā)明結構柱座詳圖[0041]圖29本發(fā)明結構壓型鋼板圖
[0042]圖30本發(fā)明支撐構件側向圖
[0043]圖31本發(fā)明支撐構件平面圖
[0044]圖32本發(fā)明支撐構件內部耗能內芯圖
[0045]圖33本發(fā)明支撐構件內部耗能內芯分解圖
[0046]圖34本發(fā)明支撐構件外部約束構件圖
[0047]圖35本發(fā)明支撐構件外部約束構件裝配圖
[0048]圖36本發(fā)明支撐構件外部約束構件截面圖
[0049]圖37本發(fā)明支撐構件預應力索圖
[0050]其中，1-主體板架；2_支撐構件；2_1:裝配式鋼結構H型鋼預應力防屈曲支撐；2-2:內部耗能內芯；2-3:外部約束構件；2-4:預應力索；2-5:上連接板；2_6:下連接板；2-7:端部加勁肋；2-8:外部框架約束構件U型鋼腹板；2-9:外部框架約束構件翼緣鋼板；2-10:上下連接板加勁肋；2-11:墊板；2-12:連接板；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_連接槽鋼；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(tǒng)。
[0051]具體實現(xiàn)方式
[0052]下面結合附圖具體說明所述結構體系的實現(xiàn)方式。
[0053]如圖1?9所示，本發(fā)明為一種工業(yè)化裝配式多、高層鋼結構H型鋼預應力防屈曲人字形支撐體系，括鋼結構主體板架、支撐構件、柱子系統(tǒng)，其特征在于:所述鋼結構主體板架包括基礎板架、柱子系統(tǒng)。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。此處支撐構件以一種普通形式說明。將壓型鋼板5放置在于寬梁3和窄梁4上，采用栓釘連接，在壓型鋼板5上澆筑混凝土 6，利用寬梁3、窄梁4腹桿的空隙，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澆注在于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與主體框架連接后，再將支撐構件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。
[0054]圖10-圖25為本結構節(jié)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，最后用螺栓將柱座7、柱蓋板、基礎板架連接在一起形成節(jié)點。
[0055]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并排相連的窄梁4，且兩窄梁用螺栓將處于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。
[0056]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(jié)點，其中中間節(jié)點為節(jié)點6，兩端的節(jié)點為節(jié)點5 ;節(jié)點6為T形，由于柱座法蘭寬大于或等于窄梁梁寬的兩倍，所以把窄梁與柱座法蘭的中心線對齊后，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(jié)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，由于窄梁的梁寬小于或等于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(jié)點5、節(jié)點6處的柱座凸出相連的窄梁半個柱座，形成一個凸起。
[0057]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(jié)點，中間位置節(jié)點是節(jié)點8，兩端是節(jié)點7 ;節(jié)點8為四條窄梁組成，其中兩窄梁共線；另外兩窄梁位于C基礎板架中間位置，并排連接且與共線窄梁垂直；兩共線窄梁分別與并排窄梁的不相鄰長邊垂直對齊；節(jié)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(jié)點8、節(jié)點7均形成凹槽，使得節(jié)點8凹槽與B基礎板架節(jié)點5的凸起相吻合、節(jié)點7凹槽與B基礎板架節(jié)點6的凸起相吻合。
[0058]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。
[0059]如圖30-31所示，為結構支撐構件2，為一種裝配式鋼結構H型鋼預應力防屈曲支撐，由內部耗能內芯2-2、外圍框架約束構件2-3和預應力索2-4三部分構成。耗能內芯2-2端部對稱設置端部加勁肋2-7，用來約束側向變形。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2-4對稱布置在耗能內芯兩側，穿過橫向加勁肋2-7，數(shù)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。裝配式鋼結構H型鋼預應力防屈曲支撐2兩端構造完全相同。
[0060]如圖32-33所示:為結構支撐構件的內芯2-2構件，所述內部耗能內芯2-2為H型鋼。耗能內芯2-2端部對稱設置端部加勁肋2-3，用來約束側向變形。耗能內芯2-2端部并排連接兩塊與之垂直的連接板:上連接板2-5、下連接板2-6。上連接板2-5帶有螺栓孔，由高強螺栓與框架連接在一起。下連接板2-6板面內有尺寸與耗能內芯2-2截面尺寸相同的空洞。將耗能內芯2-2穿過下連接板2-6，頂緊上連接板，三者焊接在一起。上、下兩連接板由雙排上下連接板加勁肋焊接連接在一起。上下連接板加勁肋2-10與兩板均垂直。耗能內芯2-2兩端直接構造完全相同。
[0061]如圖34-36所示:為結構支撐構件的外部約束構件2-3，所述外圍約束2_3截面呈H型，上下兩翼緣板為單片鋼板2-9，中間兩腹板2-8均為U型鋼，U型鋼2-8與約束構件翼緣鋼板2-9之間對稱布置墊片2-11，三者通過螺栓連接。腹板U型鋼2-8背對放置，兩U型鋼腹板2-8與約束構件翼緣鋼板2-9之間留有一個耗能H型內芯2-2的寬度。外圍框架約束構件2-3底部與下連接板2-6焊接相連。上連接板2-5、下連接板2-6間用上下連接板加勁肋2-10垂直焊接連接，上下連接板加勁肋2-10數(shù)量，間距由計算確定。
[0062]如圖37所示:預應力索2-4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，連接點位于兩相鄰短加勁肋2-10區(qū)格的中心。預應力索2-4的數(shù)量由計算確定。
[0063]以上是本發(fā)明的一個典型實施例，本發(fā)明的實施不限于此。
【權利要求】
1.工業(yè)化裝配式多、高層鋼結構H型鋼預應力防屈曲人字形支撐體系，其特征在于:該體系包括主體板架(1)和柱子系統(tǒng)(16)、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，寬梁的梁寬小于或等于柱座法蘭的寬度；寬梁，窄梁的構造相同，都是桁架梁；其中桁架梁的上下弦桿、腹桿均為槽鋼，腹桿與弦桿成30度-60度的角度；每個桁架梁上下弦桿間至少布置有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；桁架梁的上下弦桿、腹桿、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；并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并排相連的窄梁(4)，且兩窄梁用螺栓將處于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(jié)點，其中中間節(jié)點為節(jié)點6，兩端的節(jié)點為節(jié)點5 ;節(jié)點6為T形，由于柱座法蘭寬大于或等于窄梁梁寬的兩倍，所以把窄梁與柱座法蘭的中心線對齊后，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(jié)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，由于窄梁的梁寬小于或等于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(jié)點5、節(jié)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(jié)點，中間位置節(jié)點是節(jié)點8，兩端是節(jié)點7 ;節(jié)點8為四條窄梁組成，其中兩窄梁共線；另外兩窄梁位于C基礎板架中間位置，并排連接且與共線窄梁垂直；兩共線窄梁分別與并排窄梁的不相鄰長邊垂直對齊；節(jié)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(jié)點8、節(jié)點7均形成凹槽，使得節(jié)點8凹槽與B基礎板架節(jié)點5的凸起相吻合、節(jié)點7凹槽與B基礎板架節(jié)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)澆注在于A、B、C基礎板架上，與基礎板架形成整體； 預應力支撐構件(2)其實現(xiàn)形式為人字形支撐；結構預應力支撐構件，為一種裝配式鋼結構H型鋼預應力防屈曲支撐，由內部耗能內芯(2-2)、外圍框架約束構件(2-3)和預應力索(2-4)三部分構成；耗能內芯(2-2)端部對稱設置端部加勁肋(2-7)，用來約束側向變形；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(2-4)對稱布置在耗能內芯兩側，穿過橫向加勁肋(2-7)，數(shù)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；裝配式鋼結構H型鋼預應力防屈曲支撐(2)兩端構造完全相同； 結構預應力支撐構件的內芯構件(2-2 )，所述內部耗能內芯(2-2 )為H型鋼；耗能內芯(2-2)端部對稱設置端部加勁肋(2-3)，用來約束側向變形；耗能內芯(2-2)端部并排連接兩塊與之垂直的連接板:上連接板(2-5)、下連接板(2-6);上連接板(2-5)帶有螺栓孔，由高強螺栓與框架連接在一起；下連接板(2-6)板面內有尺寸與耗能內芯(2-2)截面尺寸相同的空洞；將耗能內芯(2-2)穿過下連接板(2-6)，頂緊上連接板，三者焊接在一起；上、下兩連接板由雙排上下連接板加勁肋焊接連接在一起；上下連接板加勁肋(2-10)與兩板均垂直；耗能內芯(2-2)兩端直接構造完全相同； 結構預應力支撐構件的外部約束構件，所述外圍約束(2-3)截面呈H型，上下兩翼緣板為單片鋼板(2-9)，中間兩腹板(2-8)均為U型鋼，U型鋼(2-8)與約束構件翼緣鋼板(2-9)之間對稱布置墊片(2-11)，三者通過螺栓連接；腹板U型鋼(2-8)背對放置，兩U型鋼腹板(2-8)與約束構件翼緣鋼板(2-9)之間留有一個耗能H型內芯(2-2)的寬度；外圍框架約束構件(2-3)底部與下連接板(2-6)焊接相連；上連接板(2-5)、下連接板(2-6)間用上下連接板加勁肋(2-10)垂直焊接連接，上下連接板加勁肋(2-10)數(shù)量，間距由計算確定； 結構預應力支撐構件的預應力構件，預應力索(2-4)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，連接點位于兩相鄰短加勁肋(2-10)區(qū)格的中心；預應力索(2-4) 的數(shù)量由計算確定。
【文檔編號】E04B1/61GK103938717SQ201410146461
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權日:2014年4月11日
【發(fā)明者】張愛林, 封曉龍, 劉學春, 葉全喜, 林娜, 關洪陽 申請人:北京工業(yè)大學