CN107299679B - 一种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系 - Google Patents

一种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系 Download PDF

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Abstract

一种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系,属于结构工程技术领域,包括外节点模块、角节点模块和内节点模块。本发明提出一种新型装配式模块,截取框架的节点及反弯点处作为整体进行装配,框架反弯点弯矩很小,柱与柱可采用较弱的连接方式,而且连接方式灵活,减少钢用量和降低连接难度。预应力钢绞线的设计,可以减小框架节点在地震后的残余变形,并实现自复位的效果。托板,盖板和外肋的设置,可使梁精准定位的同时,提节点的稳定性。外肋设置在梁翼缘内部,提高局部承载力的同时,还可以达到美观的效果。而且在钢结构体系的生产和施工中,将模块化,工厂化,标准化和装配化相结合,实现了工厂化生产,降低了工程造价。

Description

一种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系
技术领域
[0001]本发明涉及一种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系,属于结构工 程技术领域。
背景技术
[0002]目前,国内外对高层钢结构住宅的系统研究正处于起步阶段,工业化装配式高层 钢结构体系创新势在必行。传统的钢结构住宅建筑施工时采用了大量的焊接,施工速度慢, 对环境的污染严重,最重要的是焊缝的质量不宜控制,严重影响建筑物的安全性能。
发明内容
[0003]本发明提出了一种属于结构工程技术领域的一种多高层装配式模块化自复位钢 结构异形柱^架体系。其目的在于提出一种新型装配式模块,截取框架的节点及反弯点处 作为整体进行装配,框架反弯点弯矩很小,柱与柱可采用较弱的连接方式,而且连接方式灵 活,减少钢用量和降低连接难度。预应力钢绞线的设计,可以减小框架节点在地震后的残余 变形,并实现自复位的效果。托板,盖板和外肋的设置,可使梁精准定位的同时,提节点的稳 定性。外肋设置在梁翼缘内部,提高局部承载力的同时,还可以达到美观的效果。而且在钢 结构体系的生产和施工中,将模块化,工厂化,标准化和装配化相结合,实现了工厂化生产, 现场快速装配,在保证施工质量的前提下,提高了施工速度,减少了施工工期,降低了工程 造价。
[0004] —种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系,该体系包括外节点模块 A、角节点模块B和内节点模块c。所述角节点模块B和内节点模块c与外节点模块八组成及结 构相似,角节点模块B为L形结构,内节点模块C为十字形结构,外节点模块A*T形结构。外节 点模块A设置在异形柱框架体系的外围中间,角节点模块B设置在异形柱框架体系的角部, 内节点模块C设置在异形柱框架体系的中间位置。
[0005]所述外节点模块A包括T形异形柱1、梁2、预应力钢绞线13、预应力钢绞线114、托板 5、盖板6、外肋7、加筋肋8、梁端板9、端板11〇、内肋113和内肋nuT形异形柱1长度为层高, 在T形异形柱1中部相邻三面焊接托板5,并保证托板5水平,在托板5上方距离一个梁高的地 方水平焊接盖板6,并保证托板5上表面到盖板6下表面之间的距离为一个梁高。在每个托板 5的两侧竖直焊接外肋7。端板11〇焊接在T形异形柱丨的侧面,并保证端板n〇在托板5上表面 与盖板6下表面之间。内肋113和内肋1114分别焊接在T形异形柱1内,内肋113和内肋1114的 高度位置分别在托板5上表面处和盖板6下表面处。梁2采用H型钢,在靠近柱的梁端焊接梁 端板9,在梁中部竖直焊接加筋肋8。预应力钢绞线13从一侧梁中的加筋肋8穿越T形异形柱1 到另一侧梁中的加筋肋8;预应力钢绞线13在加筋肋8外侧用锁头锁住。预应力钢绞线114从 T形异形柱1 一侧端板110处穿越T形异形柱丨到另一侧梁中的加筋肋8;预应力钢绞线n4分 别在加筋肋8处和端板110处,同时用锁头锁住。
[0006]所述角节点模块B包括L形异形柱15、梁2、预应力钢绞线114、托板5、盖板6、外肋7、 加肋肋8、^%板9、粞板1116、端板11117、内肋1114、内肋11118和内肋1¥19儿形异形柱15长度 为层高,在L形异形柱15中部相邻两面焊接托板5,并保证托板5水平,在托板5上方距离一个 梁尚的地方水平焊接盖板6,并保证托板5上表面到盖板6下表面之间的距离为一个梁高。在 每个托板5两侧竖直焊接外肋7。端板me和端板nii7分别焊接在L异形柱15另两面,并保证 端板n 16与端板nil7在托板5上表面与盖板6下表面之间。内肋II14、内肋m 18和内肋IV19 分别焊接在L形异形柱15柱内,内肋II14、内肋m 18和内肋IV19的高度位置分别在托板5上 表面和盖板6下表面处。梁2采用H型钢,在靠近柱的梁端焊接梁端板9,在梁中部竖直焊接加 筋肋8。预应力钢绞线13从一侧梁中的加筋肋8穿越L形异形柱15到另一侧梁中的加筋肋8; 预应力钢绞线13在加筋肋8外侧用锁头锁住。预应力钢绞线ii4从L形异形柱15—侧端板110 处穿越L形异形柱15到另一侧梁中的加筋肋8;预应力钢绞线114分别在加筋肋8处和端板 110处,同时用锁头锁住。
[0007]所述内节点模块C包括十字形异形柱、梁2、预应力钢绞线13、托板5、盖板6、外肋7、 加筋肋8、梁端板9、内肋113。十字形异形柱长度为层高,在十字形异形柱中部四个面焊接托 板5,并保证托板5水平,在托板5上方距离一个梁高的地方水平焊接盖板6,并保证托板5的 上表面到盖板6的下表面之间的距离为一个梁高。在每个托板5两侧竖直焊接外肋7。内肋 113焊接在十字形异形柱柱内,内肋113的高度位置分别在托板5上表面和盖板6下表面处。 梁2采用H型钢,在靠近柱的梁端焊接梁端板9,在梁中部竖直焊接加筋肋8。梁2采用H型钢, 在靠近柱的梁端焊接梁端板9,在梁中部竖直焊接加筋肋8。预应力钢绞线13从一侧梁中的 加筋肋8穿越十字形异形柱到另一侧梁中的加筋肋8;预应力钢绞线13在加筋肋8外侧用锁 头锁住。预应力钢绞线114从十字形异形柱一侧端板11〇处穿越十字形异形柱到另一侧梁中 的加筋肋8;预应力钢绞线114分别在加筋肋8处和端板110处,同时用锁头锁住。
[0008]所述多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系中各模块之间的梁采用 连接板111、连接板1112和螺栓连接;连接板111置于梁翼缘外侧,连接板1112置于梁翼缘内 侧。但是梁与梁之间的连接形式不仅限于此形式,还可以采用其他螺栓连接形式。
[0009]所述多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系中各模块之间柱的连接 可以采用螺栓连接或焊接连接,根据不同条件可选择不同的连接方式。
[0010] 托板5和盖板6具有相同尺寸,梁端板9和端板110与柱具有位置相对、大小相同的 螺栓孔。各模块之间梁的连接中,连接板111和连接板III 2具有相同长度,具有位置相对、大 小相同的螺栓孔,该螺栓孔布置为单排或多排螺栓连接,螺栓数量、规格根据具体情况而 定。
[0011] 所述多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系中,所有构件均在工厂内 预制加工完成,并在工厂内完成各模块的拼装。先将梁与柱及上面相关肋板焊接完成,再将 梁放置到托板5与盖板6之间,然后穿预应力钢绞线进行张拉并锚固,即可实现各模块的制 作。在现场只需要进行柱与柱的连接和梁与梁的螺栓连接即可完成框架。
[0012] 本发明的有益效果是,上述的多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系 中的所有的模块都在工厂加工预制,现场只需进行模块间连接件的安装就可以完成建设。 由于框架反弯点弯矩很小,柱与柱可采用较弱的连接方式,而且连接方式灵活,减少钢用量 和降低连接难度。预应力钢绞线的设计,可以减小框架节点在地震后的残余变形,并实现自 复位的效果。托板,盖板和外肋的设置,可使梁精准定位的同时,提节点的稳定性。外肋设置 在梁翼缘内部,提高局部承载力的同时,还可以达到美观的效果。而且在钢结构体系的生产 和施工中,将模块化,工厂化,标准化和装配化相结合,实现了工厂化生产,现场快速装配, 在保证施工质量的前提下,提高了施工速度,减少了施工工期,降低了工程造价。
附图说明
[0013]图1是本发明的装配式模块化自复位框架示意图。
[0014]图2是本发明的外节点模块示意图。
[0015]图3是本发明的梁构造示意图。
[0016]图4是本发明的柱构造示意图。
[0017]图5是本发明的异形柱柱平面示意图。
[0018]图6是本发明的预应力钢绞线I示意图。
[0019]图7是本发明的预应力钢绞线II示意图。
[0020]图8是本发明的各模块梁连接示意图。
[0021]图9是角节点模块的剖面图。
[0022]图10是内节点模块结构图。
[0023]图11是内节点模块的剖面图。
[0024]图I2是连接板I和连接板II的连接图。
[0025]图中:1一T形异形柱,2—梁,3—预应力钢绞线I,4—预应力钢绞线II,5—托板, 6—盖板,7—外肋,8—加筋肋,9一端板I,10—端板II,11一连接板j,12一连接板n,13—内 肋,14一内肋II,15—L形异形柱,16—端板II,17—端板m,18—内肋m,19一内肋IV。
具体实施方式
[0026]下面结合附图对本发明进行详细说明:
[0027]如图3所示,所述多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系中的梁2采用 H型钢,在靠近柱的梁端焊接端板19,在梁中部竖直焊接加筋肋8。
[0028]如图2、4、5所不,所述多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系中的T形 异形1^1长度为^高,在T形异形柱1中部相邻三面焊接托板5,并保证托板5水平,在托板5上 方距_二个梁局的地方水平焊接盖板6,并保证托板5上表面到盖板6下表面之间的距离为 一个梁高。在每个托板5两侧竖直焊接外肋7。端板〗10焊接在异形柱丨最后一面,并保证端板 110在托板5上表面与盖板6下表面之间。内肋11:3和内肋1114分别焊接在T形异形柱丨柱截面 图阴影部分内,其高度位置分别在托板5上表面和盖板6下表面处。梁2采用H型钢,在靠近柱 的梁端焊接梁端板9,在梁中部竖直焊接加筋肋8。预应力钢绞线13从一侧梁中的加筋肋8穿 g异形柱1到另一侧梁中的加筋肋8;预应力钢绞线13在加筋肋8外侧用锁头锁住。预应力钢 绞线114从异形柱1 一侧端板110处穿越异形柱丨到另一侧梁中的加筋肋8;预应力钢绞线n4 分别在力肋8处和端板110处用锁头锁住。如图5所示,内肋13分别焊接在异形柱丨阴影部 分内,其高度位置分别在托板5上表面和盖板6下表面处。
[0029]如图6、7、8、9所示,所述角节点模块B包括L形异形柱15、梁2、预应力钢绞线114、托 板5、盖板6、外肋7、加肋肋8、梁端板9、端板II16、端板冚17、内肋1114、内肋IH18和内肋IV 19。其特征在于:L形异形柱I5长度为层高,在l形异形柱15中部相邻两面焊接托板5,并保证 扣恹5水十,在托板5上万距离一个梁高的地方水平焊接盖板6,并保证托板5上表面到盖板6 下表面之间的距离为一个梁高。在每个托板5两侧竖直焊接外肋7。端板m6和端板ffll7分 别焊接在L异形柱I5另两面,并保证端板与端板mi7在托板5上表面与盖板6下表面之 间。内肋1114、内肋HI18和内肋iv19分别焊接在L形异形柱15柱截面图阴影部分内,其高度 位置分别在托板5上表面和盖板6下表面处。其他则与外节点模块A相似,不再赘述。
[0030]如图1〇、11所示,所述内节点模块C包括十字形异形柱、梁2、预应力钢绞线13、托板 5、盖板6、外肋7、加筋肋8、梁端板9、内肋n3。其特征在于:十字形异形柱长度为层高,在十 字形异形柱中部四个面焊接托板5,并保证托板5水平,在托板5上方距离一个梁高的地方水 平焊接盖板6,并保证托板5上表面到盖板6下表面之间的距离为一个梁高。在每个托板5两 侧竖直焊接外肋7。内肋113焊接在十字形异形柱柱截面图阴影部分内,其高度位置分别在 托板5上表面和盖板6下表面处。梁2采用H型钢,在靠近柱的梁端焊接梁端板9,在梁中部竖 直焊接加筋肋8。其他则与外节点模块A相似,不再赘述。
[0031 ]如图1、2、6、10所示,所述节点模块中,托板5和盖板6具有相同尺寸,端板19和端板 1110与柱具有位置相对、大小相同的螺栓孔。各模块之间梁的连接中,连接板111和连接板 1112具有相同长度,具有位置相对、大小相同的螺栓孔,该螺栓孔布置为单排或多排螺栓连 接,螺栓数量、规格根据具体情况而定。所述多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架 体系中,所有构件均在工厂内预制加工完成,并在工厂内完成各模块的拼装。先将梁与柱及 上面相关肋板焊接完成,再将梁放置到托板5与盖板6之间,然后穿预应力钢绞线进行张拉 并锚固,即可实现各模块的制作。在现场只需要进行柱与柱的连接和梁与梁的螺栓连接即 可完成框架。
[0032]如图11所示,所述多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系中各模块之 间梁的连接采用螺栓连接,包括连接板111和连接板III2。连接板111置于梁翼缘外侧,连接 板II12置于梁翼缘内侧。但是梁与梁之间的连接形式不仅限于此形式,还可以采用其他螺 栓连接形式。

Claims (5)

1. 一种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系,其特征在于:该体系包括 外节点模块(A)、角节点模块⑻和内节点模块(C);所述角节点模块⑻和内节点模块⑹与 外节点模块㈧组成及结构相似,角节点模块(B)为L形结构,内节点模块(c)为十字形结构, 外节点模块(A)为T形结构;外节点模块(A)设置在异形柱框架体系的外围中间,角节点模块 ⑻设置在异形柱框架体系的角部,内节点模块(C)设置在异形柱框架体系的中间位置; 所述外节点模块(A)包括T形异形柱(1)、梁(2)、预应力钢绞线〗、预应力钢绞线n ⑷、托板(5)、盖板⑹、外肋⑺、加痛肋(8)、梁端板⑼、端板I (1〇)、内肋I (13)和内肋n (14) ;T形异形柱(1)长度为层高,在T形异形柱(丨)中部相邻三面焊接托板(5),并保证托板 (5)水平,在托板(5)上方距离一个梁高的地方水平焊接盖板(6),并保证托板⑸上表面到 盖板(6)下表面之间的距离为一个梁高;在每个托板(5)的两侧竖直焊接外肋(7);端板工 (10)焊接在T形异形柱(1)的侧面,并保证端板I (10)在托板(5)上表面与盖板(6)下表面之 内肋I (1¾和内肋II (14)分别焊接在T形异形柱⑴内,内肋:(13)和内肋n (14)的高度 位置分别在托板(5)上表面处和盖板(6)下表面处;梁(2)采用h型钢,在靠近柱的梁端焊接 梁端板(9),在梁中部竖直焊接加筋肋(8);预应力钢绞线〗(¾从一侧梁中的加筋肋⑻穿越 T形异形柱(1)到另一侧梁中的加筋肋(8);预应力钢绞线I (3)在加筋肋(8)外侧用锁头锁 住;预应力钢绞线II⑷从T形异形柱⑴一侧端板〗(10)处穿越T形异形柱⑴到另一侧梁中 的加筋肋(8);预应力钢绞线II⑷分别在加筋肋⑻处和端板〗(10)处,同时用锁头锁住; 所述角节点模块⑻包括L形异形柱(15)、梁(2)、预应力钢绞线n (4)、托板(5)、盖板 ⑹、外肋⑺、加筋肋¢)、梁端板(9)、端板II (16)、端板m (17)、内肋II (14)、内肋m (18)和 内肋IV (19) ;L形异形柱(15)长度为层高,在L形异形柱(15)中部相邻两面焊接托板(5),并 保证托板(5)水平,在托板(5)上方距离一个梁高的地方水平焊接盖板(6),并保证托板(5) 上表面到盖板(6)下表面之间的距离为一个梁高;在每个托板(5)两侧竖直焊接外肋(7);端 板II⑽和端板ni (⑺分别焊接在l异形柱⑽另两面,并保证端板n (16)与端板m (17) 在托板⑸上表面与盖板⑹下表面之间;内肋II (14)、内肋m (18)和内肋IV⑽分别焊接 在L形异形柱(15)柱内,内肋II (14)、内肋m (18)和内肋IV (19)的高度位置分别在托板(5) 上表面和盖板⑹下表面处;梁⑵采用H型钢,在靠近柱的梁端焊接梁端板(9),在梁中部竖 直焊接加筋肋(8);预应力钢绞线I (3)从一侧梁中的加筋肋(8)穿越l形异形柱(15)到另一 侧梁中的加筋肋(8);预应力钢绞线I (3)在加筋肋(8)外侧用锁头锁住;预应力钢绞线n (4) 从L形异形柱(15) —侧端板I (10)处穿越L形异形柱(15)到另一侧梁中的加筋肋(8);预应力 钢绞线II (4)分别在加筋肋(8)处和端板I (1〇)处,同时用锁头锁住; 所述内节点模块⑹包括十字形异形柱、梁(2)、预应力钢绞线I (3)、托板(5)、盖板⑹、 f肋(7)、加筋肋⑻、梁端板⑼、内肋I (13);十字形异形柱长度为层高,在十字形异形柱中 部四个面焊接托板(5),并保证托板(5)水平,在托板(5)上方距离一个梁高的地方水平焊接 盖板(6),并保证托板⑸的上表面到盖板⑹的下表面之间的距离为一>^梁高;在每个托板 (5)两侧竖直焊接外肋(7);内肋I (1¾焊接在十字形异形柱柱内,内肋〗(13)的高度位置分 别在托板(5)上表面和盖板(6)下表面处;梁(2)采用H型钢,在靠近柱的梁端焊接梁端板 ⑼,在梁中部竖直焊接加筋肋(8);梁⑵采用H型钢,在靠近柱的梁端焊接梁端板(9),在梁 中部竖直焊接加筋肋(8);预应力钢绞线I (3)从一侧梁中的加筋肋(8)穿越十字形异形柱到 另一侧梁中的加筋肋(8);预应力钢绞线I (3)在加筋肋(8)外侧用锁头锁住;预应力钢绞线 II (4)从十字形异形柱一侧端板I (10)处穿越十字形异形柱到另一侧梁中的力卩筋肋(8);预 应力钢绞线IU4)分别在加筋肋(8)处和端板I (10)处,同时用锁头锁住。
2. 根据权利要求1所述的一种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系,其 特征在于:多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系中各模块之间的梁采用连接 板I (11)、连接板II (1¾和螺栓连接;连接板I (11)置于梁翼缘外侧,连接板〗〗(12)置于梁翼 缘内侦1|。
3. 根据权利要求1所述的一种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系,其 特征在于:所述多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系中各模块之间柱的连接 采用螺栓连接或焊接连接。
4. 根据权利要求1所述的一种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系,其 特征在于:托板⑸和盖板⑹具有相同尺寸,梁端板⑼和端板I (10)与拄具有位置相对、大 小相同的螺栓孔;各模块之间梁的连接中,连接板1(11)和连接板II (12)具有相同长度,具 有位置相对、大小相同的螺栓孔,该螺栓孔布置为单排或多排螺栓连接。
5.根据权利要求1所述的一种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系,其 特征在于:所述多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系中,所有构件均在工厂 内预制加工完成,并在工厂内完成各模块的拼装;先将梁与柱及上面相关肋板焊接完成,再 将梁放置到托板(5)与盖板⑹之间,然后穿预应力钢绞线进行张拉并锚固,即可实现各模 块的制作;在现场只需要进行柱与柱的连接和梁与梁的螺栓连接即可完成框架。
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