CN104074311B - 一种抗水平侧力格构柱 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种抗水平侧力格构柱，包括肢件部分、缀件部分和横梁部分，所述肢件部分包括钢立柱，所述缀件部分包括钢立柱之间的弯曲钢筋；本发明提供的抗水平侧力格构柱在承受水平力时，具有足够的承载能力和抵抗变形能力，通过缀件的变形达到良好的抗侧力耗能效果，同时用钢量减少，建筑成本降低。格构柱形式简洁，适于工厂化生产、现场装配，质量容易得到保证，工期可以大大缩短。由于减少了现场施工量，减少了建筑垃圾，降低了施工噪音和粉尘污染，具有重要的环保意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种格构柱，尤其是一种抗水平侧力格构柱。
背景技术
随着全球经济的发展，尤其是随着我国建筑经济近年来的快速发展，各种经济安全的钢结构住宅工程越来越多。同时，钢结构构件所处的环境也越来越复杂。因此作为应用于钢结构住宅的格构柱要求也越来越高，而格构柱作为钢结构住宅的重要组成部分，不合理的格构柱构成形式是造成经济成本增加的一个重要原因。钢结构住宅用钢量过多的一个主要原因是：在某些情况下并不需要加大格构柱支柱和缀件的截面尺寸，如低层住宅和高层住宅，因此在应用于低层住宅和高层住宅时，可以通过设计一种结构合理的格构柱结构形式以达到降低经济成本的目的。
现有比较流行的格构柱有缀条格构柱和缀板格构柱，缀条格构柱和缀板格构柱都有一个繁琐且容易对结构受力性能造成严重影响的加工过程，即缀件与支柱之间的焊缝连接。焊接通常都会引起不同程度的焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺欠等缺陷。另一种比较常用的格构柱为钢管混凝土格构柱，钢管混凝土就是把混凝土灌入钢管中并捣实以加大钢管的强度和刚度而形成一种格构柱。钢管混凝土格构柱常被用于一些大型公共设施、桥梁和高层建筑的建设，很少用于多层民用住宅建筑，且混凝土部分的施工容易受到季节的限制。
公开号为CN103669729A的中国发明专利申请公开了一种钢管混凝土叠合式格构柱，包括:至少三个柱肢，所述至少三个柱肢在与所述至少三个柱肢的轴向正交的平面上的截面的每一个的每一个的中心的连.构造成多边形，其中，所述至少三个柱肢中的每一个包括铜管、形成在所述钢管内的第一混凝土层、设在所述钢管外的第二混凝土层，所述第二混凝土层内设有环绕所述钢管的外周面的钢筋笼；多个节点板，所述多个节点板与所述钢管相连且所述多个节点板沿所述钢管的轴向间隔布置；和多个缀材，所述多个缀材中的每一个分别与相邻两个钢管上的对应节点板相连。其中缀材为空钢管、角钢、槽钢或工字型钢，用钢量较大，且缀材是由多个缀材拼接而成，现场安装复杂、困难。
公告号为CN203347107U的中国实用新型专利申请公开了一种钢筋混凝土管格构柱，包括至少两空心管柱，每空心管柱至少与一相邻空心管住通过腹杆连接，所述空心管住的外围还包覆以钢筋混凝土柱。其中，腹杆为纤维增强材料（FRP），具体为CFRP腹杆、GFRP腹杆或AFRP腹杆。从其图中可以看出，所述腹杆不能单独工作，需要和外围的混凝土配合工作，缀件也是由多个腹杆组合而成，现在安装复杂、困难，且纤维材料属于新材料，价格较高，导致成本增加，同时耗能较小。
发明内容
本发明为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种抗水平侧力格构柱，其包括肢件部分、缀件部分和横梁，所述缀件部分包括弯曲钢筋，所述抗水平侧力格构柱结构形式更合理，且具有抗水平侧力耗能能力，所述抗水平侧力格构柱在保证具有足够的轴向抗压强度和抗侧刚度的同时，以减少用钢量为出发点，从而达到降低经济成本的目的。
本发明为解决技术问题采用以下技术方案。
一种抗水平侧力格构柱，包括肢件部分、缀件部分和横梁部分，所述肢件部分包括钢立柱；所述钢立柱的上、下端分别连接有钢片，钢立柱的上、下端分别通过钢片与横梁的下翼缘和相邻下一楼层的横梁的上翼缘或基础连接；所述缀件部分包括钢立柱之间的弯曲钢筋，所述弯曲钢筋相连接且与肢件部分的钢立柱连接。
优选的是，所述弯曲钢筋通过长条形钢片相互连接，所述长条形钢片和所述弯曲钢筋连接形成接触点。
上述任一方案中优选的是，所述弯曲钢筋分别与长条形钢片的两个面连接。
上述任一方案中优选的是，所述弯曲钢筋与所述钢片通过焊接固定连接。
上述任一方案中优选的是，所述抗水平侧力格构柱包括至少1个接触点。
上述任一方案中优选的是，所述长条形钢片的厚度为3-8mm，宽为70-150mm。
上述任一方案中优选的是，所述长条形钢片（8）厚度为3-8mm，宽为80-120mm。
上述任一方案中优选的是，所述长条形钢片厚度为3-8mm，宽为100mm。
上述任一方案中优选的是，所述弯曲钢筋通过钢块相互连接。
上述任一方案中优选的是，所述弯曲钢筋分别与所述钢块的两个面连接。
上述任一方案中优选的是，所述弯曲钢筋与所述钢块通过焊接固定连接。
上述任一方案中优选的是，所述横梁部分包括型钢梁或焊接组合钢梁。
上述任一方案中优选的是，所述横梁部分呈H形、工字形或槽形。
上述任一方案中优选的是，所述钢立柱为方矩管支柱。
上述任一方案中优选的是，所述方矩管支柱是空心的。
上述任一方案中优选的是，所述弯曲钢筋与钢立柱通过焊接连接，形成焊缝。
上述任一方案中优选的是，所述焊缝长度为80-150mm。
上述任一方案中优选的是，所述焊缝长度为85-130mm。
上述任一方案中优选的是，所述焊缝长度为90-105mm。
上述任一方案中优选的是，所述焊缝长度为100mm。
上述任一方案中优选的是，所述钢片和钢片通过焊接分别固定连接在钢立柱的上下端。
上述任一方案中优选的是，所述钢立柱顶端通过钢片采用螺栓或焊接与横梁连接。
上述任一方案中优选的是，所述钢立柱下端通过钢片采用螺栓或焊接与相邻下一楼层的横梁的上翼缘连接。
上述任一方案中优选的是，所述钢立柱的底端通过钢片采用铆栓和基础连接。
上述任一方案中优选的是，所述弯曲钢筋的弯曲角度为60-150°。
上述任一方案中优选的是，所述弯曲钢筋的弯曲角度为80-120°。
上述任一方案中优选的是，所述弯曲钢筋的弯曲角度为90°。
其中，钢立柱的尺寸及其之间的距离、弯曲钢筋的弯曲角度（相邻钢筋之间的角度）、弯曲钢筋与钢支柱连接形成的焊缝的长度、焊接在钢支柱两端的钢片的尺寸、横梁、连接弯曲钢筋的长条形钢片的尺寸等都可以根据实际需要做不同的选择。
与现有技术相比，按照本发明的抗水平侧力格构柱耗能能力好，.适合多层房屋的工厂化生产、现场装配。
本发明提供的抗水平侧力格构柱在承受水平力时，具有足够的承载能力和抵抗变形能力，通过缀件的变形达到良好的抗侧力耗能效果，同时用钢量减少，建筑成本降低。格构柱形式简洁，适于工厂化生产、现场装配，质量容易得到保证，工期可以大大缩短。由于减少了现场施工量，减少了建筑垃圾，降低了施工噪音和粉尘污染，具有重要的环保意义。刚开始加载时，本发明提供的抗水平侧力格构柱处于弹性阶段，骨架曲线处于直线状态，没有明显刚度与强度的退化现象；随着荷载（位移）的增大，结构进入弹塑性阶段，刚度与强度进入缓慢退化阶段，但退化缓慢，表现出良好的延性和耗能能力。
附图说明
图1是按照本发明的抗水平侧力格构柱的一实施例的主视图。
图2是按照本发明的抗水平侧力格构柱的钢立柱的一实施例的三维立体图。
图3是按照本发明的抗水平侧力格构柱的弯曲钢筋的一实施例的三维立体图。
图4是按照本发明的抗水平侧力格构柱的横梁的一实施例的三维立体图。
图5是按照图1所示的本发明的抗水平侧力格构柱的滞回曲线。
其中各标号含义如下：1螺栓，2钢片，3焊缝，4钢片，5螺栓，6横梁，7弯曲钢筋，8长条形钢片，9接触点，10钢立柱，11基础。
具体实施方式
以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种抗水平侧力格构柱，包括肢件部分、缀件部分和横梁6，其中横梁为H型钢梁，所述肢件部分包括钢立柱10；其中，所述钢立柱10为方矩管支柱，且所述钢立柱10的上、下端分别焊接有钢片2和钢片4，并通过钢片2和钢片4分别采用螺栓1和螺栓5与横梁6的下翼缘和基础11固定连接，其中H型钢梁的三维立体图如图2所示，方矩管支柱的三维立体图如图3所示；
所述缀件部分包括方矩管支柱之间的弯曲钢筋7和用于连接两根弯曲钢筋7的长条形钢片8，弯曲钢筋7的三维立体图如图4所示，其中，弯曲钢筋7通过焊接与方矩管支柱连接，长条形钢片8位于两根所述弯曲钢筋7之间，两根弯曲钢筋7分别与长条形钢片8的两个面接触并采用焊接固定连接，形成接触点9。并通过钢筋7的变形达到耗能的目的。
本实施例所述的抗水平侧力格构柱用于第一层建筑。
其中，所述抗水平侧力格构柱包括三个接触点9，长条形钢片8的厚度为4mm，宽度为100mm，弯曲钢筋7的弯曲角度（相邻钢筋之间的角度）为90°。
两根弯曲钢筋7均匀分布在方矩管支柱之间，弯曲钢筋7美观大方，与传统格构柱结构形式相比，具有更好的耗能效果。
当抗水平侧力格构柱受到水平风荷载或地震作用，力从方矩管支柱传到弯曲钢筋7，根据力的大小，弯曲钢筋7产生相应的结构变形，变形量的大小决定了抗水平侧力格构柱耗能能力的大小。耗能过程中，抗水平侧力格构柱产生变形，风载减小或地震作用减弱，抗水平侧力格构柱受力减小，弯曲钢筋7变形减小，最终恢复到变形前状态。实际工程中，抗水平侧力格构柱与结构框架柱协同工作，减少用钢量的同时，最大限度的增加结构的整体性，达到耗能的目的。
所述抗水平侧力格构柱的滞回曲线如图5所示，从滞回曲线可看出，刚开始加载时抗水平侧力格构柱处于弹性阶段，滞回环不大明显。随着荷载（位移）的增大，结构进入弹塑性阶段，滞回环曲线明显增大。从整体看，滞回曲线饱满耗能性能良好。由骨架曲线可以看出，刚开始结构处于弹性阶段，骨架曲线处于直线状态，没有明显刚度与强度的退化现象。进入弹塑性阶段，刚度与强度进入缓慢退化阶段，但退化缓慢，表现出良好的延性和耗能能力。
实施例2
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，螺栓5用于连接方矩管支柱下端的钢片4和H型钢梁的上翼缘，即所述抗水平侧力格构柱用于二层或以上楼层。
实施例3.1
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8与弯曲钢筋7的接触点9有四个。
实施例3.2
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8与弯曲钢筋7的接触点9有六个。
实施例3.3
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8与弯曲钢筋7的接触点9有八个。
实施例3.4
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8与弯曲钢筋7的接触点9有十个。
实施例3.5
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8与弯曲钢筋7的接触点9有二十个。
实施例4.1
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8的厚度为3mm，宽为70mm。
实施例4.2
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8的厚度为3mm，宽为80mm。
实施例4.3
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8的厚度为3mm，宽为100mm。
实施例4.4
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8的厚度为3mm，宽为120mm。
实施例4.5
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8的厚度为3mm，宽为150mm。
实施例4.6
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8的厚度为4mm，宽为120mm。
实施例4.7
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8的厚度为4mm，宽为70mm。
实施例4.8
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8的厚度为4mm，宽为80mm。
实施例4.9
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8的厚度为4mm，宽为150mm。
实施例4.10
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8的厚度为8mm，宽为70mm。
实施例4.11
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8的厚度为8mm，宽为80mm。
实施例4.12
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8的厚度为8mm，宽为100mm。
实施例4.13
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8的厚度为8mm，宽为120mm。
实施例4.14
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8的厚度为8mm，宽为150mm。
实施例4.15
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8的厚度为6mm，宽为70mm。
实施例4.16
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8的厚度为6mm，宽为80mm。
实施例4.17
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8的厚度为6mm，宽为100mm。
实施例4.18
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8的厚度为6mm，宽为120mm。
实施例4.19
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，长条形钢片8的厚度为6mm，宽为150mm。
实施例5.1
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，焊缝3的长度为80mm。
实施例5.2
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，焊缝3的长度为80mm。
实施例5.3
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，焊缝3的长度为85mm。
实施例5.4
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，焊缝3的长度为90mm。
实施例5.5
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，焊缝3的长度为105mm。
实施例5.6
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，焊缝3的长度为130mm。
实施例5.7
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，焊缝3的长度为150mm。
实施例5.7
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，焊缝3的长度为120mm。
实施例5.7
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，焊缝3的长度为140mm。
实施例5.7
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，焊缝3的长度为110mm。
实施例6.1
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，弯曲钢筋7的弯曲角度（相邻钢筋之间的角度）为60°。
实施例6.2
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，弯曲钢筋7的弯曲角度（相邻钢筋之间的角度）为70°。
实施例6.3
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，弯曲钢筋7的弯曲角度（相邻钢筋之间的角度）为80°。
实施例6.4
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，弯曲钢筋7）的弯曲角度（相邻钢筋之间的角度）为100°。
实施例6.5
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，弯曲钢筋7的弯曲角度（相邻钢筋之间的角度）为110°。
实施例6.6
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，弯曲钢筋7的弯曲角度（相邻钢筋之间的角度）为120°。
实施例6.7
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，弯曲钢筋7的弯曲角度（相邻钢筋之间的角度）为130°。
实施例6.8
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，弯曲钢筋7的弯曲角度（相邻钢筋之间的角度）为140°。
实施例6.9
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，弯曲钢筋7的弯曲角度（相邻钢筋之间的角度）为150°。
实施例7.1
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，弯曲钢筋7通过尺寸为100mm×100mm的方形钢块连接。
实施例7.2
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，弯曲钢筋7通过尺寸为80mm×80mm的方形钢块连接。
实施例7.3
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，弯曲钢筋7通过尺寸为200mm×200mm的方形钢块连接。
实施例7.4
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，弯曲钢筋7通过尺寸为150mm×150mm的方形钢块连接。
实施例7.5
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，弯曲钢筋7通过尺寸为300mm×300mm的方形钢块连接。
实施例8.1
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，弯曲钢筋7通过尺寸为100mm×80mm的矩形形钢块连接。
实施例8.2
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，弯曲钢筋7通过尺寸为150mm×100mm的矩形钢块连接。
实施例8.3
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，弯曲钢筋7通过尺寸为300mm×100mm的矩形钢块连接。
实施例8.4
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，弯曲钢筋7通过尺寸为50mm×200mm的矩形钢块连接。
实施例9.1
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，横梁6为工字型钢梁。
实施例9.2
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，横梁6为槽型钢梁。
实施例9.3
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，横梁6为H形焊接组合钢梁。
实施例9.4
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，横梁6为工字形焊接组合钢梁。
实施例9.5
一种抗水平侧力格构柱，与实施例1不同的是，横梁6为槽形焊接组合钢梁。
以上所述实施例只是本发明的优选实施方式，本发明不局限于此，应当指出，本发明对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (25)
1.一种抗水平侧力格构柱，包括肢件部分、缀件部分和横梁部分，其特征在于：
所述肢件部分包括钢立柱（10），钢立柱（10）的上、下端分别连接有钢片（2，4），钢立柱（10）的上、下端分别通过钢片（2，4）与横梁（6）的下翼缘和相邻下一楼层的横梁（6）的上翼缘或基础连接；
所述缀件部分包括钢立柱（10）之间的弯曲钢筋（7），弯曲钢筋（7）相连接且与肢件部分的钢立柱（10）连接；
弯曲钢筋（7）分别与长条形钢片（8）的两个面连接，长条形钢片（8）位于所述弯曲钢筋（7）之间。
2.如权利要求1所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：弯曲钢筋（7）通过长条形钢片（8）相互连接，长条形钢片（8）和弯曲钢筋（7）连接形成接触点（9）。
3.如权利要求2所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：弯曲钢筋（7）与长条形钢片（8）通过焊接固定连接。
4.如权利要求2所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：长条形钢片（8）厚度为3-8mm，宽为70-150mm。
5.如权利要求4所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：长条形钢片（8）厚度为3-8mm，宽为80-120mm。
6.如权利要求5所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：长条形钢片（8）厚度为3-8mm，宽为100mm。
7.如权利要求1所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：弯曲钢筋（7）通过钢块相互连接。
8.如权利要求7所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：弯曲钢筋（7）分别与所述钢块的两个面连接。
9.如权利要求8所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：弯曲钢筋（7）与所述钢块通过焊接固定连接。
10.如权利要求1所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：横梁部分包括型钢梁或焊接组合钢梁。
11.如权利要求10所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：横梁部分呈H形、工字形或槽形。
12.如权利要求1所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：钢立柱（10）为方矩管支柱。
13.如权利要求12所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：所述方矩管支柱是空心的。
14.如权利要求1所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：弯曲钢筋（7）与钢立柱（10）通过焊接连接，形成焊缝（3）。
15.如权利要求14所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：焊缝（3）长度为80-150mm。
16.如权利要求15所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：焊缝（3）长度为85-130mm。
17.如权利要求16所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：焊缝（3）长度为90-105mm。
18.如权利要求17所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：焊缝（3）长度为100mm。
19.如权利要求1所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：钢片（2，4）通过焊接分别固定连接在钢立柱（10）的上下端。
20.如权利要求1所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：钢立柱（10）顶端通过钢片（2）采用螺栓或焊接与横梁（6）连接。
21.如权利要求1所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：钢立柱（10）下端通过钢片（4）采用螺栓或焊接与相邻下一楼层的横梁（6）的上翼缘连接。
22.如权利要求1所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：钢立柱（10）的底端通过钢片（4）采用铆栓和基础连接。
23.如权利要求1所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：弯曲钢筋（7）的弯曲角度为60-150°。
24.如权利要求23所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：弯曲钢筋（7）的弯曲角度为80-120°。
25.如权利要求24所述的抗水平侧力格构柱，其特征在于：弯曲钢筋（7）的弯曲角度为90°。
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