CN109183990A - 一种半组合预制装配式支撑构件及其制作方法和设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半组合预制装配式支撑构件及其制作方法和设计方法，所述半组合预制装配式支撑构件包括钢支撑和外包覆保护层，所述外包覆保护层设置于钢支撑的外表面，所述钢支撑的两端部分别预留有用于连接其他构件的连接节点未包覆区。本发明利用外包覆保护层实现了其防火、防腐、防锈的目的，而且无需定期维护，可降低建筑后期的维护成本，减少环境污染，提高建筑结构的整体刚度和抗震性能，经济效益和社会效益显著。

Description

一种半组合预制装配式支撑构件及其制作方法和设计方法
技术领域
本发明涉及装配式建筑领域，特别涉及一种半组合预制装配式支撑构件及其制作方法和设计方法。
背景技术
随着中国绿色建筑政策的推进和建筑工业化水平的提高，装配式钢结构建筑凭借自重轻、强度高、抗震性能好、工业化程度高、安装施工便利、施工周期短、绿色节能环保、材料可回收利用等众多特点和优势，被越来越多的工程建设项目所采用。支撑作为钢框架支撑体系的重要抗侧力构件和第一道防线，其重要性不言而喻。钢结构需要进行防腐和防火处理，作为重要构件的钢支撑同样存在该问题。由于目前防腐和防火涂料寿命普遍远小于结构使用寿命，因此后期需要对构件开展定期的维护工作，无形中增加了建筑的建造和使用成本。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种半组合预制装配式支撑构件及其制作方法和设计方法，它在钢支撑外表面包裹有一层外包覆保护层，不仅起到了防锈、防腐、防火的作用，而且又能考虑其外包覆保护层对构件整体刚度的贡献。
本发明的目的通过如下技术方案实现：一种半组合预制装配式支撑构件，包括钢支撑和外包覆保护层，所述外包覆保护层设置于钢支撑的外表面，所述钢支撑的两端部分别预留有用于连接其他构件的连接节点未包覆区。
作为进一步的优选方案，所述钢支撑为H型钢支撑，所述H型钢支撑两端的翼缘和腹板上均开设有螺栓孔。
作为进一步的优选方案，所述H型钢支撑的两侧凹槽内均设置有保温填充层。
作为进一步的优选方案，所述保温填充层为泡沫保温层。
作为进一步的优选方案，所述外包覆保护层为钢筋混凝土外包层、钢丝网混凝土外包层、防火砖外包层或防火板外包层。
作为进一步的优选方案，所述钢筋混凝土外包层或钢丝网混凝土外包层采用的混凝土为普通混凝土或高性能混凝土。
作为进一步的优选方案，所述高性能混凝土为钢纤维混凝土、活性粉末混凝土或防火混凝土。
本发明的目的还通过如下技术方案实现：一种半组合预制装配式支撑构件的制作方法，包括以下步骤：
（1）制作钢支撑：在工厂按常规钢结构生产方式加工钢支撑，并去除表面浮锈；
（2）制作外包覆保护层：
若外包覆保护层为钢筋混凝土外包层，则先在钢支撑的外表面配置构造钢筋网，再在工厂的模台上立模板、浇筑混凝土、振捣密实，并快速蒸汽养护至设计强度后脱模；
若外包覆保护层为钢丝网混凝土外包层，则先在钢支撑的外表面配置构造钢丝网，再在工厂的模台上立模板、浇筑混凝土、振捣密实，并快速蒸汽养护至设计强度后脱模；
若外包覆保护层为防火砖外包层或防火板外包层，则在钢支撑的外表面配置抗剪件，在工厂简单装配牢固即可；
在外包覆保护层的制作过程中，对于钢支撑的节点连接区域则无需进行外包层的制作，节点连接区域的钢构件保持外露。
作为进一步的优选方案，在步骤（2）中，在钢支撑的外表面配置构造钢筋网或钢丝网时，也配置抗剪件。
本发明的目的还通过如下技术方案实现：一种半组合预制装配式支撑构件的设计方法，包括以下步骤：
（1）根据钢支撑的防护需求和受力性能，选择外包覆保护层的材料，并确定厚度；
（2）在计算结构基本周期时，考虑钢支撑和外包覆保护层组合截面的整体刚度；
（3）在竖向荷载、风载和多遇地震组合作用下，考虑钢支撑和外包覆保护层组合截面的整体刚度，即考虑外包覆保护层对预制装配式支撑构件刚度的贡献，应保证外包覆保护层与钢支撑的变形协调，不应出现外包覆保护层与钢支撑发生剪切滑移或外包覆保护层开裂的情况；
（4）在中震和罕遇地震作用下，允许外包覆保护层开裂失效，不考虑外包覆保护层对预制装配式支撑构件刚度的贡献，即只考虑钢支撑的作用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该半组合预制装配式支撑构件利用外包覆保护层实现了其防火、防腐、防锈的目的，而且无需定期维护，节省了后期维护的费用。同时，由于该支撑采用工业化生产过程，其生产效率高，耗费能源少，环境污染小，满足国家对于绿色建筑的要求，并且方便安装，提高施工效率。此外，由于采用上述“半组合”设计理念进行设计，考虑了外包覆保护层在设计荷载作用下对支撑的刚度贡献，因此在满足结构强度、刚度、稳定性要求的前提下，可有效增大结构阻尼，减小设计荷载作用下结构的层间侧移、屋顶风振加速度等横向位移响应。综合而言，本发明可降低建筑后期的维护成本，减少环境污染，提高建筑结构的整体刚度和抗震性能，经济效益和社会效益显著。
附图说明
图1是半组合预制装配式支撑构件的结构示意图。
图2是图1中L-L处的截面图。
图3是图1中Q-Q处的截面图。
图4是图1中H-H处的实施例一截面图。
图5是图1中H-H处的实施例二截面图。
附图标记：1.钢支撑/H型钢支撑，2.外包覆保护层/钢筋混凝土外包层，21.钢筋，22.混凝土，23.保温填充层/泡沫保温层，3.连接节点未包覆区。
具体实施方式
为了让本发明的上述特征和优点更明显易懂，下面特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
实施例一：如图1~4所示，一种半组合预制装配式支撑构件，包括钢支撑1和外包覆保护层2，所述外包覆保护层2设置于钢支撑1的外表面，所述钢支撑1的两端部分别预留有用于连接其他构件（梁构件和柱构件）的连接节点未包覆区3。其中，所述钢支撑1为H型钢支撑1，所述H型钢支撑1两端的翼缘和腹板上均开设有螺栓孔。
在实施例一中，所述外包覆保护层2优选但不局限于钢筋混凝土外包层2，所述外包覆保护层2包含钢筋21和混凝土22，即直接沿钢支撑1截面的外轮廓包覆钢筋混凝土层；当然还可以选用钢丝网混凝土外包层、防火砖外包层或防火板外包层等外包类型。在实际应用时，所述外包覆保护层2的材料和厚度可以根据钢支撑1的防护需求和受力性能进行设计，使外包覆保护层2既具备特定的防护功能，同时又能与钢支撑1具有相同的设计使用年限。
在实施例一中，所述钢筋混凝土外包层2采用的混凝土22为普通混凝土或高性能混凝土。其中，所述高性能混凝土为钢纤维混凝土、活性粉末混凝土或防火混凝土等。所述钢筋混凝土外包层2采用的钢筋21可按构造进行配置，只需采用小直径钢筋网，对连接精度也没有要求。当然，若外包覆保护层2选用钢丝网混凝土外包层时，所述钢丝网混凝土外包层的混凝土也可以是普通混凝土或高性能混凝土。
请参阅图1~4，一种半组合预制装配式支撑构件的制作方法，包括以下步骤：
（1）制作钢支撑1：在工厂按常规钢结构生产方式加工钢支撑1，并去除表面浮锈；
（2）制作外包覆保护层2：所述外包覆保护层2为钢筋混凝土外包层，先在钢支撑1的外表面配置构造钢筋网，再在工厂的模台上立模板、浇筑混凝土、振捣密实，并快速蒸汽养护至设计强度后脱模；在外包覆保护层2的制作过程中，对于钢支撑1的节点连接区域则无需进行外包层的制作，节点连接区域的钢构件保持外露。
在步骤（1）中，完成构件的制作后再除去钢板表面的浮锈，但不要求抛丸或喷砂除锈的工序，也没有严格除锈等级的要求。
在步骤（2）中，在钢支撑1的外表面配置构造钢筋网时，也可以配置抗剪件，以提高抗剪能力；钢筋网的钢筋21可按构造进行配置，只需采用小直径钢筋网，对连接精度也没有要求；外包覆保护层2的厚度可以根据建筑的防火等级及构件的耐火极限进行设计。
当然，步骤（2）的外包覆保护层2还可以采用钢丝网混凝土外包层、防火砖外包层或防火板外包层等；若外包覆保护层2为钢丝网混凝土外包层，则先在钢支撑1的外表面配置构造钢丝网或者配置构造钢丝网和抗剪件（有需要时），再在工厂的模台上立模板、浇筑混凝土、振捣密实，并快速蒸汽养护至设计强度后脱模；若步骤（2）的外包覆保护层2为防火砖外包层或防火板外包层等现场型材，则仅需在钢支撑1的外表面配置抗剪件，在工厂简单装配牢固即可。
施工时，将制作好的半组合预制装配式支撑构件运输到施工现场进行装配施工，该半组合预制装配式支撑构件与其他构件（如预制装配式柱、预制装配式梁）之间的节点连接方式与传统钢结构连接方法相同，即采用高强螺栓连接或栓焊连接；在半组合预制装配式支撑构件两端的节点连接后，再在现场对两个端部连接节点处的未包覆区3进行施工，补上外包覆保护层2。
请参阅图1~4，一种半组合预制装配式支撑构件的设计方法，包括以下步骤：
（1）根据钢支撑1的防护需求（如防火等级、防火极限等需求）和受力性能，选择外包覆保护层2的材料，并确定厚度；
（2）在计算结构基本周期时，考虑钢支撑1和外包覆保护层2组合截面的整体刚度；
（3）在竖向荷载、风载和多遇地震组合（即设计荷载）作用下，考虑钢支撑1和外包覆保护层2组合截面的整体刚度，即考虑外包覆保护层2对预制装配式支撑构件刚度的贡献，应保证外包覆保护层2与钢支撑1的变形协调，不应出现外包覆保护层2与钢支撑1发生剪切滑移（错动）或外包覆保护层2开裂的情况；
（4）在中震和罕遇地震作用下，允许外包覆保护层2开裂失效，不考虑外包覆保护层2对预制装配式支撑构件刚度的贡献，即只考虑钢支撑1的作用。
实施例二：如图5所示，其与实施例一的区别在于：所述H型钢支撑1的两侧凹槽内均设置有保温填充层23。
在实施例二中，所述保温填充层23优选但不局限于泡沫保温层。制作时，先在H型钢支撑1的两侧凹槽内填充泡沫保温层23，然后再包覆钢筋混凝土层。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，任何熟悉本领域的技术人员但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做任何简单的修改、均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种半组合预制装配式支撑构件，其特征在于，包括钢支撑和外包覆保护层，所述外包覆保护层设置于钢支撑的外表面，所述钢支撑的两端部分别预留有用于连接其他构件的连接节点未包覆区。
2.根据权利要求1所述的半组合预制装配式支撑构件，其特征在于，所述钢支撑为H型钢支撑，所述H型钢支撑两端的翼缘和腹板上均开设有螺栓孔。
3.根据权利要求2所述的半组合预制装配式支撑构件，其特征在于，所述H型钢支撑的两侧凹槽内均设置有保温填充层。
4.根据权利要求3所述的半组合预制装配式支撑构件，其特征在于，所述保温填充层为泡沫保温层。
5.根据权利要求1或2所述的半组合预制装配式支撑构件，其特征在于，所述外包覆保护层为钢筋混凝土外包层、钢丝网混凝土外包层、防火砖外包层或防火板外包层。
6.根据权利要求5所述的半组合预制装配式支撑构件，其特征在于，所述钢筋混凝土外包层或钢丝网混凝土外包层采用的混凝土为普通混凝土或高性能混凝土。
7.根据权利要求6所述的半组合预制装配式支撑构件，其特征在于，所述高性能混凝土为钢纤维混凝土、活性粉末混凝土或防火混凝土。
8.一种如权利要求1所述的半组合预制装配式支撑构件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制作钢支撑：在工厂按常规钢结构生产方式加工钢支撑，并去除表面浮锈；
（2）制作外包覆保护层：
若外包覆保护层为钢筋混凝土外包层，则先在钢支撑的外表面配置构造钢筋网，再在工厂的模台上立模板、浇筑混凝土、振捣密实，并快速蒸汽养护至设计强度后脱模；
若外包覆保护层为钢丝网混凝土外包层，则先在钢支撑的外表面配置构造钢丝网，再在工厂的模台上立模板、浇筑混凝土、振捣密实，并快速蒸汽养护至设计强度后脱模；
若外包覆保护层为防火砖外包层或防火板外包层，则在钢支撑的外表面配置抗剪件，在工厂简单装配牢固即可；
在外包覆保护层的制作过程中，对于钢支撑的节点连接区域则无需进行外包层的制作，节点连接区域的钢构件保持外露。
9.根据权利要求8所述的半组合预制装配式支撑构件的制作方法，其特征在于，在步骤（2）中，在钢支撑的外表面配置构造钢筋网或钢丝网时，也配置抗剪件。
10.一种如权利要求1所述的半组合预制装配式支撑构件的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）根据钢支撑的防护需求和受力性能，选择外包覆保护层的材料，并确定厚度；
（2）在计算结构基本周期时，考虑钢支撑和外包覆保护层组合截面的整体刚度；
（3）在竖向荷载、风载和多遇地震组合作用下，考虑钢支撑和外包覆保护层组合截面的整体刚度，即考虑外包覆保护层对预制装配式支撑构件刚度的贡献，应保证外包覆保护层与钢支撑的变形协调，不应出现外包覆保护层与钢支撑发生剪切滑移或外包覆保护层开裂的情况；
（4）在中震和罕遇地震作用下，允许外包覆保护层开裂失效，不考虑外包覆保护层对预制装配式支撑构件刚度的贡献，即只考虑钢支撑的作用。
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