CN104088360A - 工业化装配式多、高层钢结构双板自复位中心支撑体系 - Google Patents

Abstract

工业化装配式多、高层钢结构双板自复位中心支撑体系，属建筑施工技术领域。括钢结构主体板架、自复位支撑构件、柱子系统，所述钢结构主体板架包括基础板架、柱子系统。在工厂将宽梁、窄梁和柱座组装成基础板架，将所述基础板架、楼板做成一体，宽梁和窄梁均为在工厂由槽钢焊接而成。管线在宽梁和窄梁的腹板槽钢间通过，从而形成A基础板架、B基础板架和C基础板架。在所述基础板架板与所述柱座连接部位、所述宽梁与所述窄梁连接处采用高强螺栓连接及部分焊接。所述柱座与所述柱子之间采用高强螺栓法兰连接。本发明的结构体系具有施工速度快，结构承载力高、抗侧移能力好、无污染等优点，能够充分发挥材料的强度，有效抵抗水平荷。

Description

工业化装配式多、高层钢结构双板自复位中心支撑体系

技术领域

本发明涉及一种新型结构体系，特别是建筑领域应用的一种工业化装配式钢结构中心支撑体系。 

背景技术

普通的钢结构的施工在现场大量使用焊接，不仅影响施工速度而且施工质量也很难控制，最近几年出现的由于钢结构施工质量造成的工程质量问题不胜枚举，现场焊接是其中一个重要的因素，现场焊接质量不易控制，而且对环境造成很大的污染。 

传统的钢筋混凝土结构需要现场绑扎钢筋、浇注混凝土，需要大量的人工及养护时间，工程造价大大提高。并且建筑拆除时造成大量的建筑垃圾。 

最近几年，国内学者对装配式钢结构的研究仅限于多层，并且施工速度只是稍有减少，并未真正实现钢结构的快速安装，体现钢结构的优势。 

防屈曲支撑构件作为应用于多、高层结构中的抗侧力耗能装置，在中震或大震作用下，防屈曲支撑构件在拉、压时均能实现全截面充分屈服而不出现支撑构件的整体或局部屈曲破坏，使原来通过主体结构梁端塑性铰的耗能方式转变为只在防屈曲支撑部件上集中耗能，从而较好地保护了主体结构。但是传统防屈曲支撑在强震作用下产生的残余变形仍不可恢复，并且传统防屈曲支撑还具有混凝土外围约束构件2-3所导致的加工精度控制困难、湿作业工作量大等诸多问题。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有工程的上述缺陷，提供一种多、高层钢结构快速施工的结构体系，该结构体系能够实现主体钢结构和自复位支撑构件的快速安装，并且能够抵抗高烈度地震，完美地体现出钢结构的优势。 

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种工业化装配式多、高层钢结构双板自复位中心支撑体系，包括主体板架1和柱子系统16、自复位支撑构件2；主体板架包括：基础板架1-1、楼板1-2；将压型钢板5放置在于宽梁3和窄梁4上，采用栓钉连接，在压型钢板5上浇筑混凝土6，利用宽梁3、窄梁4腹杆的空隙，放置管线等，最终形成A基础板架、B基础板架和C基础板架，将A、B、C基础板架1-1通过螺栓连接，及焊接连接成主体板架；楼板1-2浇注在A、B、C基础板架1-1上，与基础板架1-1形成整体；将柱子8通过螺栓与柱座7连接成整体框架，将耳板9与主体框架连接后，再将自复位支撑构件2通过高强螺栓与整体框架的耳板9相连，形成整个结构体系； 

所述主体板架1由A板、B板、C板三种基础板架1-1组成的基本单元构成，将A板、C板、B板、A板顺序连接，其中A板基础板架为边缘部位的基础板架1-1，B板、C板两基础板为中间位置的板架，且B板、C板基础板架1-1交替连接；并通过螺栓连接，及焊接连接成主体板架；楼板1-2浇注在于A、B、C基础板架1-1上，与基础板架1-1形成整体； 

三种基础板架1-1中，不与其他基础板架1-1相邻一边的梁均为宽梁3；与其他基础板架1-1相邻一边的梁均为窄梁4；窄梁4的梁宽为宽梁3梁宽的一半，宽梁4的梁宽小于或等于柱座法兰的宽度；宽梁，窄梁的构造相同，都是桁架梁；其中桁架梁的上下弦杆、腹杆均为槽钢，腹杆与弦杆成30度-60度的角度；每个桁架梁上下弦杆间至少布置有3个带螺栓孔的连接槽钢10，桁架梁两端各有一块带螺栓孔的矩形的端封板；桁架梁的上下弦杆、腹杆、连接槽钢、端封板之间均为焊接； 

A板、B板、C板三种基础板架1-1中相互垂直的两梁，沿梁高与两块加劲板12通过焊接连接；并排相邻的梁在两梁相同位置的连接槽钢用螺栓连接；带柱座7的基础板架1-1中，柱座与相邻的梁用螺栓连接； 

A板为主体板架1的外侧基础板架1-1，为宽梁3和窄梁4组成的矩形的基础板架1-1，A板架的中间位置有两个并排相连的窄梁4，且两窄梁4用螺栓将处于两梁相同位置的连接槽钢连接在一起；A板的外侧长边一边布置柱子8；与其他基础板架1-1相邻的长边一边不布置柱子8； 

B板，C板为中间类型的两种矩形的基础板架1-1；其中B板与A板相邻的窄梁边不布置柱子8；与C相邻的窄梁边布置柱子8，形成节点，其中中间节点为节点VI，两端的节点为节点V；节点VI为T形，由于柱座法兰宽大于或等于窄梁梁宽的两倍，所以把窄梁与柱座法兰的偏心线对齐后，就使得柱座凸出连接在柱座两侧由窄梁组成的 长边半个柱座的宽度；节点V为L形，其中柱座与相互垂直的一条宽梁、一条窄梁用螺栓连接在一起，宽梁与柱座法兰中相互垂直的两条偏心线中的一条对齐；窄梁与两条偏心线中的另一条对齐，由于窄梁的梁宽小于或等于柱座法兰宽度的一半，所以柱座也会凸出由窄梁组成的长边半个柱座的宽度；即B板节点V、节点VI处的柱座凸出相连的窄梁半个柱座，形成一个凸起； 

C板与B板、A板相邻的两长边均不布置柱子，C板与B板相邻的长边的节点，中间位置节点是节点VIII，两端是节点VII；节点VIII为四条窄梁组成，其中两窄梁共线；另外两窄梁位于C板中间位置，并排连接且与共线窄梁垂直；两共线窄梁分别与并排窄梁的不相邻长边垂直对齐；节点VII为相互垂直的一条窄梁和一条宽梁组成；窄梁与宽梁的内侧长边垂直对齐，即C节点VIII、节点VII均形成凹槽，使得节点VIII凹槽与B板节点V的凸起相吻合、节点VII凹槽与B节点VI的凸起相吻合； 

柱座7为上下带柱座法兰7-3、四周由带螺栓孔的柱座连接件7-1包裹的柱墩，各部件通过焊接连接在一起；柱子8与柱盖板11-1通过焊接连接在一起；将柱盖板11-1、柱座法兰7-3、梁用螺栓连接在一起； 

楼板1-2浇注在A板、B板、C板上，与基础板架1-1形成整体； 

结构自复位支撑构件，所述为一种槽钢装配式钢结构自复位防屈曲支撑，该支撑由内部耗能内芯24、外围槽钢约束构件19、弹簧29三部分构成；两片内部耗能内芯24分别插入外围槽钢约束构件19与 工字型腹板30的中间空隙中；支撑柱22穿过弹簧挤压板25对称布置在槽钢端部，支撑柱22固定在槽钢端板23与翼缘端部连接板21之间，弹簧29套在支撑柱22上，加设在弹簧挤压板25与槽钢端板23之间；弹簧29只在弹簧挤压板25挤压时起作用；为使内部耗能内芯24轴向变形耗能，使得内部耗能内芯24比外围槽钢约束构件19长； 

翼缘上下连接板之间焊接一块板，即翼缘端部连接板，其与槽钢端板一起用来固定支撑柱；将弹簧29套在支撑柱22上，内芯的对应位置处，各焊接一块带孔的板，即弹簧挤压板25，其上孔径大小与支撑柱22相同，以使支撑柱22能穿过弹簧挤压板25，弹簧29设在弹簧挤压板25与槽钢端板23之间； 

内部耗能内芯24为一字型双片钢板，两片钢板平行放置，中间留有一段距离，此距离即为工字型腹板的厚度；为使耗能内芯易于进入塑性耗能，削弱芯片板中部，呈圆弧形；耗能内芯24一端为两块与之垂直的连接板：内部耗能内芯上连接板26、内部耗能内芯下连接板26，与耗能内芯垂直焊接连接；支撑构件端部的连接板带有螺栓孔，由高强螺栓与框架连接在一起；内部耗能内芯上连接板26、下连接板27由短加劲肋焊接连接在一起；短加劲肋与两板均垂直；弹簧挤压板25用来约束支撑柱22，并随耗能内芯的抽动来压缩弹簧29；两个内芯板中间即为工字型腹板30； 

外围槽钢约束构件24为两个相对的槽钢，槽钢开口向外，中间为工字型腹板30，两个槽钢与工字型腹板30留有一段距离，形成两 个空隙，两个耗能内芯分别插入两个空隙中，此距离即为耗能内芯的厚度，以便耗能内芯从两槽钢与工字型腹板30中间穿入，槽钢上下各焊接一块翼缘板，固定槽钢，并一起作为支撑构件的外围约束构件，上下翼缘板两端比槽钢长。 

所述自复位支撑构件可以为弹簧，所述弹簧通套在支撑柱17上与连接板连接。当水平力作用于结构时，所述自复位支撑构件水平力分量减小甚至抵消作用于结构的水平力，使结构的层间位移为较小值，满足规范的要求。 

本发明可以获得如下有益效果： 

本发明采用施工阶段能够实现快速装配式并能够有效抵抗水平侧移的高层钢结构自复位支撑体系。这种结构形式不仅能够有效地实现钢结构构件加工的工业化而且能够极大地提高施工速度并大幅度降低用钢量。 

通过工程实践和1:10振动台实验发现，所述新型结构体系比普通结构体系施工速度提高了500％，而且用钢量降低50％，并且实现施工现场的“无水、无火、无尘”，减小了现场施工的安全隐患，减小环境污染。 

附图说明

图1本发明结构主板架平面图 

图2本发明结构整体板架组合图 

图3本发明结构框架支撑图 

图4本发明结构A板架图 

图5本发明结构B板架图 

图6本发明结构B板架节点6凸起图 

图7本发明结构B板架节点5凸起图 

图8本发明结构C板架图 

图9本发明结构C板架节点8凹槽图 

图10本发明结构C板架节点7凹槽图 

图11本发明结构节点1图 

图12本发明结构节点1详图 

图13发明结构节点2图 

图14本发明结构节点2详图 

图15本发明结构节点3图 

图16本发明结构节点3详图 

图17本发明结构节点4图 

图18本发明结构节点4详图 

图19本发明结构节点5图 

图20本发明结构节点5详图 

图21本发明结构节点6图 

图22本发明结构节点6详图 

图23本发明结构节点7图 

图24本发明结构节点7详图 

图25本发明结构节点8图 

图26本发明结构节点8详图 

图27本发明结构柱座图 

图28本发明结构柱座详图 

图29本发明结构压型钢板图 

图30本发明自复位支撑构件构造图 

图31本发明支撑构件构造分解图 

图32本发明自复位支撑构件内部耗能内芯图 

图33本发明自复位支撑构件外部角钢约束构件图 

其中，1-主体板架；2-自复位支撑构件；3-宽梁；4-窄梁；5-压型钢板；6-混凝土；7-柱座；7-1：柱座连接件；7-2：柱墩；7-3：柱座法兰；8-柱子；9-1：单连接耳板；9-2：双连接耳板；10-连接槽钢；11-1柱盖板Ⅰ；11-2盖板Ⅱ；11-3柱盖板Ⅲ；11-4盖板Ⅳ；11-5柱盖板Ⅴ；12-加劲板；13-端头；14-段封板；15-楼板；16-柱子系统。17-外部框架约束构件上翼缘板；18-外部框架约束构件下翼缘板；19-外部槽钢约束构件；20-横向加劲肋；21-翼缘端部连接板；22-支撑柱；23-槽钢端板；24-内部耗能内芯；25-弹簧挤压板；26-内部耗能内芯上连接板；27-内部耗能内芯下连接板；28-短加劲肋；29-弹簧；30-工字型工字型腹板。 

具体实现方式 

下面结合附图具体说明所述结构体系的实现方式。 

如图1～9所示，本发明为一种工业化装配式多、高层钢结构工字型双板防屈曲中心支撑体系，括钢结构主体板架、自复位支撑构件、柱子系统，其特征在于：所述钢结构主体板架包括基础板架、柱子系 统。在工厂将宽梁3、窄梁4和柱座7组装成基础板架，此处楼板以压型钢板混凝土为例，楼板还可以为钢筋混凝土楼板等形式。此处自复位支撑构件以一种普通形式说明。将压型钢板5放置在于宽梁3和窄梁4上，采用栓钉连接，在压型钢板5上浇筑混凝土6，利用宽梁3、窄梁4腹杆的空隙，放置管线等，最终形成A基础板架、B基础板架和C基础板架，将A、B、C基础板架按照附图1所示通过螺栓连接，及焊接连接成主体板架。楼板15浇注在于A、B、C基础板架上，与基础板架形成整体。将柱子8通过螺栓与柱座7连接成整体框架，将耳板9与主体框架连接后，再将自复位支撑构件2通过高强螺栓与整体框架的耳板9相连，形成整个结构体系。 

图10-图26为本结构节点的构造形式，其连接方式如下：柱8与柱盖板在工厂焊接，宽梁3和窄梁4沿梁高与两块加劲板12通过焊接连接在一起形成基础板架，最后用螺栓将柱座7、柱盖板、基础板架连接在一起形成节点。 

图27-图28为本结构柱座构造图。柱座7为上下带柱座法兰、四周由带螺栓孔的柱座连接件7-1包裹的柱墩。各部件通过焊接连接在一起。柱子8与柱盖板通过焊接连接在一起。将柱盖板、柱座法兰、梁用螺栓连接在一起。 

如图30-31所示，结构自复位支撑构件，所述为一种槽钢装配式钢结构自复位防屈曲支撑，该支撑由内部耗能内芯24、外围槽钢约束构件19、弹簧29三部分构成。两片内部耗能内芯24分别插入外围槽钢约束构件19与工字型腹板30的中间空隙中；支撑柱22穿过 弹簧挤压板25对称布置在槽钢端部，支撑柱22固定在槽钢端板23与翼缘端部连接板21之间，弹簧29套在支撑柱22上，加设在弹簧挤压板25与槽钢端板23之间；弹簧29只在弹簧挤压板25挤压时起作用；为使内部耗能内芯24轴向变形耗能，使得内部耗能内芯24比外围槽钢约束构件19长； 

如图31所示：支撑柱22穿过弹簧挤压板25，对称布置在槽钢端板23与翼缘端部连接板之间，数量由计算确定，弹簧29套在支撑柱22上，加设在弹簧挤压板25与槽钢端板23之间。支撑柱22以及弹簧的数量由计算确定。翼缘上下连接板之间焊接一块板，即翼缘端部连接板，其与槽钢端板一起用来固定支撑柱。将弹簧29套在支撑柱22上，内芯的对应位置处，各焊接一块带孔的板，即弹簧挤压板25，其上孔径大小与支撑柱22相同，以使支撑柱22能穿过弹簧挤压板25，弹簧29设在弹簧挤压板25与槽钢端板23之间； 

如图32所示：内部耗能内芯24为一字型双片钢板，两片钢板平行放置，中间留有一定距离，此距离即为工字型腹板的厚度；为使耗能内芯易于进入塑性耗能，削弱芯片板中部，呈圆弧形；耗能内芯24一端为两块与之垂直的连接板：内部耗能内芯上连接板26、内部耗能内芯下连接板26，与耗能内芯垂直焊接连接；支撑构件端部的连接板带有螺栓孔，由高强螺栓与框架连接在一起；内部耗能内芯上连接板26、下连接板27由短加劲肋焊接连接在一起；短加劲肋与两板均垂直。弹簧挤压板25用来约束支撑柱22，并随耗能内芯的抽动来压缩弹簧29；两个内芯板中间即为工字型腹板30。 

如图33所示：外围槽钢约束构件24为两个相对的槽钢，槽钢开口向外，中间为工字型腹板30，两个槽钢与工字型腹板30留有一定距离，形成两个空隙，两个耗能内芯分别插入两个空隙中，此距离即为耗能内芯的厚度，以便耗能内芯从两槽钢与工字型腹板30中间穿入，槽钢上下各焊接一块翼缘板，固定槽钢，并一起作为支撑构件的外围约束构件，上下翼缘板两端比槽钢长。 

Claims (1)

1.工业化装配式多、高层钢结构双板自复位中心支撑体系，其特征在于：其包括主体板架1和柱子系统16、自复位支撑构件2；主体板架包括：基础板架1-1、楼板1-2；将压型钢板5放置在于宽梁3和窄梁4上，采用栓钉连接，在压型钢板5上浇筑混凝土6，利用宽梁3、窄梁4腹杆的空隙，放置管线等，最终形成A基础板架、B基础板架和C基础板架，将A、B、C基础板架1-1通过螺栓连接，及焊接连接成主体板架；楼板1-2浇注在A、B、C基础板架1-1上，与基础板架1-1形成整体；将柱子8通过螺栓与柱座7连接成整体框架，将耳板9与主体框架连接后，再将自复位支撑构件2通过高强螺栓与整体框架的耳板9相连，形成整个结构体系； 

所述主体板架1由A板、B板、C板三种基础板架1-1组成的基本单元构成，将A板、C板、B板、A板顺序连接，其中A板基础板架为边缘部位的基础板架1-1，B板、C板两基础板为中间位置的板架，且B板、C板基础板架1-1交替连接；并通过螺栓连接，及焊接连接成主体板架；楼板1-2浇注在于A、B、C基础板架1-1上，与基础板架1-1形成整体； 

三种基础板架1-1中，不与其他基础板架1-1相邻一边的梁均为宽梁3；与其他基础板架1-1相邻一边的梁均为窄梁4；窄梁4的梁宽为宽梁3梁宽的一半，宽梁4的梁宽小于或等于柱座法兰的宽度；宽梁，窄梁的构造相同，都是桁架梁；其中桁架梁的上下弦杆、腹杆均为槽钢，腹杆与弦杆成30度-60度的角度；每个桁架梁上下弦杆间至少布置有3个带螺栓孔的连接槽钢10，桁架梁两端各有一块带螺 栓孔的矩形的端封板；桁架梁的上下弦杆、腹杆、连接槽钢、端封板之间均为焊接； 

A板、B板、C板三种基础板架1-1中相互垂直的两梁，沿梁高与两块加劲板12通过焊接连接；并排相邻的梁在两梁相同位置的连接槽钢用螺栓连接；带柱座7的基础板架1-1中，柱座与相邻的梁用螺栓连接； 

A板为主体板架1的外侧基础板架1-1，为宽梁3和窄梁4组成的矩形的基础板架1-1，A板架的中间位置有两个并排相连的窄梁4，且两窄梁4用螺栓将处于两梁相同位置的连接槽钢连接在一起；A板的外侧长边一边布置柱子8；与其他基础板架1-1相邻的长边一边不布置柱子8； 

B板，C板为中间类型的两种矩形的基础板架1-1；其中B板与A板相邻的窄梁边不布置柱子8；与C相邻的窄梁边布置柱子8，形成节点，其中中间节点为节点VI，两端的节点为节点V；节点VI为T形，由于柱座法兰宽大于或等于窄梁梁宽的两倍，所以把窄梁与柱座法兰的偏心线对齐后，就使得柱座凸出连接在柱座两侧由窄梁组成的长边半个柱座的宽度；节点V为L形，其中柱座与相互垂直的一条宽梁、一条窄梁用螺栓连接在一起，宽梁与柱座法兰中相互垂直的两条偏心线中的一条对齐；窄梁与两条偏心线中的另一条对齐，由于窄梁的梁宽小于或等于柱座法兰宽度的一半，所以柱座也会凸出由窄梁组成的长边半个柱座的宽度；即B板节点V、节点VI处的柱座凸出相连的窄梁半个柱座，形成一个凸起； 

C板与B板、A板相邻的两长边均不布置柱子，C板与B板相邻的长边的节点，中间位置节点是节点VIII，两端是节点VII；节点VIII为四条窄梁组成，其中两窄梁共线；另外两窄梁位于C板中间位置，并排连接且与共线窄梁垂直；两共线窄梁分别与并排窄梁的不相邻长边垂直对齐；节点VII为相互垂直的一条窄梁和一条宽梁组成；窄梁与宽梁的内侧长边垂直对齐，即C节点VIII、节点VII均形成凹槽，使得节点VIII凹槽与B板节点V的凸起相吻合、节点VII凹槽与B节点VI的凸起相吻合； 

柱座7为上下带柱座法兰7-3、四周由带螺栓孔的柱座连接件7-1包裹的柱墩，各部件通过焊接连接在一起；柱子8与柱盖板11-1通过焊接连接在一起；将柱盖板11-1、柱座法兰7-3、梁用螺栓连接在一起； 

楼板1-2浇注在A板、B板、C板上，与基础板架1-1形成整体； 

结构自复位支撑构件，所述为一种槽钢装配式钢结构自复位防屈曲支撑，该支撑由内部耗能内芯24、外围槽钢约束构件19、弹簧29三部分构成；两片内部耗能内芯24分别插入外围槽钢约束构件19与工字型腹板30的中间空隙中；支撑柱22穿过弹簧挤压板25对称布置在槽钢端部，支撑柱22固定在槽钢端板23与翼缘端部连接板21之间，弹簧29套在支撑柱22上，加设在弹簧挤压板25与槽钢端板23之间；弹簧29只在弹簧挤压板25挤压时起作用；为使内部耗能内芯24轴向变形耗能，使得内部耗能内芯24比外围槽钢约束构件19长； 

翼缘上下连接板之间焊接一块板，即翼缘端部连接板，其与槽钢端板一起用来固定支撑柱；将弹簧29套在支撑柱22上，内芯的对应位置处，各焊接一块带孔的板，即弹簧挤压板25，其上孔径大小与支撑柱22相同，以使支撑柱22能穿过弹簧挤压板25，弹簧29设在弹簧挤压板25与槽钢端板23之间； 

内部耗能内芯24为一字型双片钢板，两片钢板平行放置，中间留有一段距离，此距离即为工字型腹板的厚度；为使耗能内芯易于进入塑性耗能，削弱芯片板中部，呈圆弧形；耗能内芯24一端为两块与之垂直的连接板：内部耗能内芯上连接板26、内部耗能内芯下连接板26，与耗能内芯垂直焊接连接；支撑构件端部的连接板带有螺栓孔，由高强螺栓与框架连接在一起；内部耗能内芯上连接板26、下连接板27由短加劲肋焊接连接在一起；短加劲肋与两板均垂直；弹簧挤压板25用来约束支撑柱22，并随耗能内芯的抽动来压缩弹簧29；两个内芯板中间即为工字型腹板30； 

外围槽钢约束构件24为两个相对的槽钢，槽钢开口向外，中间为工字型腹板30，两个槽钢与工字型腹板30留有一段距离，形成两个空隙，两个耗能内芯分别插入两个空隙中，此距离即为耗能内芯的厚度，以便耗能内芯从两槽钢与工字型腹板30中间穿入，槽钢上下各焊接一块翼缘板，固定槽钢，并一起作为支撑构件的外围约束构件，上下翼缘板两端比槽钢长。