CN109356282A - 一种米字形钢结构交错桁架体系及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种米字形钢结构交错桁架体系及施工方法，包括钢结构框架柱、钢结构框架梁、钢结构桁架和钢筋桁架叠合楼板，所述钢结构框架柱设置于钢结构交错桁架体系四周，其柱距为每层钢结构桁架之间跨度距离的1/2，所述钢结构框架梁铆焊混合连接于刚结构框架柱，所述钢结构桁架交错设置于钢结构交错桁架体系内，所述钢结构桁架与刚结构框架柱铆焊混合连接，所述钢筋桁架叠合楼板与钢结构框架梁和钢结构桁架固定连接，所述钢结构桁架的基础单元采用米字形节点桁架结构，本发明的结构合理，施工方便，并解决了在交错桁架体系中，多为空腹桁架和斜腹杆桁架，其抗震性能有限的问题。

Description

一种米字形钢结构交错桁架体系及施工方法

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，具体为一种米字形钢结构交错桁架体系及施工方法。

背景技术

钢结构交错桁架体系在结构上明显优于普通钢结构，是一种使用效率高、经济实用、空间布置灵活的结构体系，广泛适用于各种高层民用住宅、办公楼、大型宴会厅等建筑。钢结构交错桁架体系由桁架、梁、柱和板组成，桁架的高度与层高相同，跨度与建筑的宽度相同，钢结构桁架在单元跨度内交错设置。虽然桁架交错布置，但由各层楼板提供的空间作用，可使其在侧向荷载作用下受力与框剪结构类似，因此结构的刚度和强度较好，在竖向荷载和水平荷载作用下，柱中弯矩较小，主要承受轴力。

钢结构交错桁架体系具有以下优点：相比于普通钢结构，能够提供两倍柱距的无柱大空间，建筑布局灵活，材料利用率高，可适当节约成本降低造价；桁架方向的抗侧刚度和抗侧力大；主要构件采用工厂加工制作，产品成型质量有保证，主体结构采用预制装配式施工，可大大缩短建设工期，符合我国装配式建筑发展趋势。该结构式一种环保型绿色建筑结构体系，能有效减少施工现场扬尘污染，有利于净化施工现场环境，符合绿色建筑的发展趋势。

抗震研究表明，在水平地震作用下，由于柱子中的弯矩很小，塑性较集中出现在桁架门洞节间的腹杆和弦杆上，形成的塑性较多，因此，桁架腹杆和弦杆塑性发展的过程及吸收与耗散的能量，直接影响了建筑的抗震性能。

而目前的交错桁架体系中，多为空腹桁架和斜腹杆桁架，其抗震性能有限，因此交错桁架体系难以应用于高层建筑中。

发明内容

本发明的目的在于解决上述背景技术中提出的在交错桁架体系中，多为空腹桁架和斜腹杆桁架，其抗震性能有限的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种米字形钢结构交错桁架体系，包括钢结构框架柱、钢结构框架梁、钢结构桁架和钢筋桁架叠合楼板，所述钢结构框架柱设置于钢结构交错桁架体系四周，其柱距为每层钢结构桁架之间跨度距离的1/2，所述钢结构框架梁铆焊混合连接于刚结构框架柱，所述钢结构桁架交错设置于钢结构交错桁架体系内，所述钢结构桁架与刚结构框架柱铆焊混合连接，所述钢筋桁架叠合楼板与钢结构框架梁和钢结构桁架固定连接，所述钢结构桁架的基础单元采用米字形节点桁架结构，所述钢结构桁架包括上弦杆、下弦杆和两个侧杆，所述钢结构桁架的内部固定连接有米字形腹杆，所述米字形腹杆包括4根斜撑杆、2根竖直杆和2根水平杆，4根所述斜撑杆的一端分别通过节点板与钢结构桁架与上弦杆、下弦杆固定连接，所述2根竖直杆的一端分别固定连接在上弦杆和下弦杆的中心点处，所述2根水平杆一端分别固定连接在两根侧杆的中心点处，且所述4根斜撑杆、1根竖直杆和1根水平杆的另一端均铆焊连接在一个节点板上。

优选的，所述钢结构框架柱采用热轧H型钢，长细比为50～60。

优选的，所述钢结构框架梁采用宽翼缘H型钢，所述钢结构框架梁的高度为其跨度的5％～7.5％；

优选的，所述钢筋桁架叠合楼板包括预制板与后浇叠合层，所述预制板的厚度为50～80毫米，所述后浇叠合层的厚度为50～80毫米。

本发明还公布了一种米字形钢结构交错桁架体系的实施方法，包括以下实施步骤：

步骤一，根据建筑与荷载情况，确定结构轴线布置钢结构框架柱，从而确定建筑跨度，得到钢结构桁架的组合个数；

步骤二，在工厂制作钢结构桁架，并在钢结构桁架的内部固定连接米字形腹杆；

步骤三，将钢结构框架梁通过螺栓铆接在钢结构框架柱上，当钢结构框架梁固定完成后再与钢结构框架柱焊接；

步骤四，将钢结构桁架分层吊装并通过螺栓铆接在钢结构框架柱上，当钢结构桁架固定完成后再与钢结构框架柱焊接；

步骤五，在装配式加工厂定型加工钢筋桁架叠合楼板的预制板，其厚度控制在50-80mm左右，制作完成后运送至施工现场；

步骤六，在钢筋桁架叠合楼板的预装位置设置下部支撑脚手架钢管或专用支撑结构体系，再分层吊装钢筋桁架叠合楼板的预制板并在吊装就位后绑扎钢筋，验收合格后分层二次浇筑楼面的混凝土层，其厚度控制在50-80mm左右。

步骤七，当后浇叠合层的混凝土强度到达拆模强度后，拆除下部支撑脚手架钢管或专用支撑结构体系。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果在于：

1)该装配式钢结构交错桁架体系及实施方法，交错桁架结构体系中的水平荷载所产生的剪力通过楼板及其与桁架弦杆的连接传给桁架的上弦，又通过米字形腹杆传给桁架的下弦，再通过下弦及其与楼板的连接传至下层楼板，最后一层一层地传给基础。每个桁架承受作用于两个柱间的剪力，楼板犹如一刚性隔板传递着剪力。桁架和楼板既要承受荷载又要承受传递面内剪力，由于水平荷载是通过桁架与楼板向下传递的，因此在水平荷载作用下，底部的钢结构框架柱和钢结构桁架中产生仅产生局部弯矩，主要承受轴力，使得钢结构框架柱的弱轴平行与房屋纵向、强轴为于桁架平面内，而建筑物越高层的钢结构框架柱和钢结构桁架产生的弯矩越大，通过在钢结构桁架内设置米字形腹杆，可以增加桁架弦杆及腹杆的抗弯强度，钢结构架柱、钢结构框架梁和钢结构桁架组成框架有效地承受纵向水平荷载，从而提高屋面的纵向刚度。

2)该装配式钢结构叫交错桁架体系及实施方法，交错桁架结构体系柱子数量少，水平荷载下的体系类似一悬臂梁，周边柱子相当于悬臂梁的翼缘，桁架相当于梁腹板。在竖向荷载和水平荷载作用下，柱子主要承受轴力，剪力和弯矩较小，基础的数量和体积都明显减小。主体结构采用钢结构，围护结构和隔墙采用轻质预制材料，便于工厂化生产和施工，缩短建设周期。

3)该装配式钢结构交错桁架体系及实施方法，通过采用混合式交错桁架体系，增加了建筑承载力,能够为桁架所在楼层提供必要的抗侧刚度,且由于桁架节间斜腹杆的灵活度高，可在门窗洞口处布置空腹桁架；在布置桁架时,可使桁架各节间等宽,以便最大限度地使用标准桁架单元,从而降低工程造价。

本发明的结构合理，施工方便，并解决了在交错桁架体系中，多为空腹桁架和斜腹杆桁架，其抗震性能有限的问题。

附图说明

图1为本发明的装配式钢结构交错桁架体系的整体结构示意图；

图2为本发明的装配式钢结构交错桁架体系的最外侧桁架组合的剖面朝向的示意图；

图3为本发明的装配式钢结构交错桁架体系的与最外侧桁架组合相邻的桁架组合剖面朝向的示意图；

图4为本发明的装配式钢结构交错桁架体系的单体桁架结构示意图；

图中：1钢结构框架柱、2钢结构框架梁、3钢结构桁架、4钢筋桁架叠合楼板、5上弦杆、6下弦杆、7米字形腹杆。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

实施例一

如图1～图3所示的一种米字形钢结构交错桁架体系，包括钢结构框架柱1、钢结构框架梁2、钢结构桁架3和钢筋桁架叠合楼板4，钢结构框架柱1设置于钢结构交错桁架体系四周，其柱距为每层钢结构桁架3之间跨度距离的1/2，钢结构框架梁2铆焊混合连接于刚结构框架柱1，钢结构桁架3交错设置于钢结构交错桁架体系内，钢结构桁架3与刚结构框架柱1铆焊混合连接，钢筋桁架叠合楼板4与钢结构框架梁2和钢结构桁架3固定连接，钢结构桁架3的基础单元采用米字形节点桁架结构，钢结构桁架3包括上弦杆5、下弦杆6和两个侧杆，钢结构桁架3的内部固定连接有米字形腹杆7，米字形腹杆包括4根斜撑杆、2根竖直杆和2根水平杆，4根所述斜撑杆的一端分别通过节点板与钢结构桁架与上弦杆5、下弦杆固定连接，2根竖直杆的一端分别固定连接在上弦杆和下弦杆的中心点处，2根水平杆一端分别固定连接在两根侧杆的中心点处，且4根斜撑杆、1根竖直杆和1根水平杆的另一端均铆焊连接在一个节点板上。

其中，钢结构框架柱1采用热轧H型钢，长细比为50；钢结构框架梁2采用宽翼缘H型钢，钢结构框架梁2的高度为其跨度的5％；钢筋桁架叠合楼板4包括预制板与后浇叠合层，预制板的厚度为60毫米，后浇叠合层的厚度为60毫米。

实施例二

一种米字形钢结构交错桁架体系的施工方法，包括以下实施步骤：

步骤一，根据建筑与荷载情况，确定结构轴线布置钢结构框架柱1，从而确定建筑跨度，得到钢结构桁架3的组合个数；

步骤二，在工厂制作钢结构桁架3，并在钢结构桁架3的内部固定连接米字形腹杆7；

步骤三，将钢结构框架梁2通过螺栓铆接在钢结构框架柱1上，当钢结构框架梁2固定完成后再与钢结构框架柱1焊接；

步骤四，将钢结构桁架3分层吊装并通过螺栓铆接在钢结构框架柱1上，当钢结构桁架3固定完成后再与钢结构框架柱1焊接；

步骤五，在装配式加工厂定型加工钢筋桁架叠合楼板4的预制板，其厚度控制在50-80mm左右，制作完成后运送至施工现场；

步骤六，在钢筋桁架叠合楼板4的预装位置设置下部支撑脚手架钢管或专用支撑结构体系，再分层吊装钢筋桁架叠合楼板4的预制板并在吊装就位后绑扎钢筋，验收合格后分层二次浇筑楼面的混凝土层，其厚度控制在50-80mm左右；

步骤七，当后浇叠合层的混凝土强度到达拆模强度后，拆除下部支撑脚手架钢管或专用支撑结构体系。

1)多遇地震作用下，交错桁架钢框架结构任一楼层的水平地震建立应满足下式要求：

式中：

V_EKi——第i层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力；

λ——剪力系数，应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》；

G_j——第j层的重力荷载代表值；

n——结构计算总层数。

2)纵向框架梁与框架柱刚接并同时作为楼板的边梁时，应计入楼板平面内的弯矩在梁内产生的轴力，纵向框架梁与柱的连接计算也应计入该轴力。该轴力可按下式计算：

H＝M/h

式中：

H——楼板纵向边梁中的拉(压)力设计值(kN)；

M——桁架横向水平剪力作业下楼板平面内的弯矩设计值(kN.mm)；

H——楼板宽度(mm)。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方上，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种米字形钢结构交错桁架体系，包括钢结构框架柱(1)、钢结构框架梁(2)、钢结构桁架(3)和钢筋桁架叠合楼板(4)，所述钢结构框架柱(1)设置于钢结构交错桁架体系四周，其柱距为每层钢结构桁架(3)之间跨度距离的1/2，所述钢结构框架梁(2)铆焊混合连接于刚结构框架柱(1)，所述钢结构桁架(3)交错设置于钢结构交错桁架体系内，所述钢结构桁架(3)与刚结构框架柱(1)铆焊混合连接，所述钢筋桁架叠合楼板(4)与钢结构框架梁(2)和钢结构桁架(3)固定连接，其特征在于，所述钢结构桁架(3)的基础单元采用米字形节点桁架结构，所述钢结构桁架(3)包括上弦杆(5)、下弦杆(6)和两个侧杆，所述钢结构桁架(3)的内部固定连接有米字形腹杆(7)，所述米字形腹杆(7)包括4根斜撑杆、2根竖直杆和2根水平杆，4根所述斜撑杆的一端分别通过节点板与钢结构桁架(3)与上弦杆(5)、下弦杆(6)固定连接，所述2根竖直杆的一端分别固定连接在上弦杆(5)和下弦杆(6)的中心点处，所述2根水平杆一端分别固定连接在两根侧杆的中心点处，且所述4根斜撑杆、1根竖直杆和1根水平杆的另一端均铆焊连接在一个节点板上。

2.根据权利要求1所述的一种米字形钢结构交错桁架体系，其特征在于，所述钢结构框架柱(1)采用热轧H型钢，长细比为50～60。

3.根据权利要求1所述的一种米字形钢结构交错桁架体系，其特征在于，所述钢结构框架梁(2)采用宽翼缘H型钢，所述钢结构框架梁(2)的高度为其跨度的5％～7.5％。

4.根据权利要求1所述的一种米字形钢结构交错桁架体系，其特征在于，所述钢筋桁架叠合楼板(4)包括预制板与后浇叠合层，所述预制板的厚度为50～80毫米，所述后浇叠合层的厚度为50～80毫米。

5.根据权利要求1～4所述的一种米字形钢结构交错桁架体系的实施方法，其特征在于，包括以下实施步骤：

步骤一，根据建筑与荷载情况，确定结构轴线布置钢结构框架柱(1)，从而确定建筑跨度，得到钢结构桁架(3)的组合个数；

步骤二，在工厂制作钢结构桁架(3)，并在钢结构桁架(3)的内部固定连接米字形腹杆(7)；

步骤三，将钢结构框架梁(2)通过螺栓铆接在钢结构框架柱(1)上，当钢结构框架梁(2)固定完成后再与钢结构框架柱(1)焊接；

步骤四，将钢结构桁架(3)分层吊装并通过螺栓铆接在钢结构框架柱(1)上，当钢结构桁架(3)固定完成后再与钢结构框架柱(1)焊接；

步骤五，在装配式加工厂定型加工钢筋桁架叠合楼板(4)的预制板，其厚度控制在50-80mm左右，制作完成后运送至施工现场；

步骤六，在钢筋桁架叠合楼板(4)的预装位置设置下部支撑脚手架钢管或专用支撑结构体系，再分层吊装钢筋桁架叠合楼板(4)的预制板并在吊装就位后绑扎钢筋，验收合格后分层二次浇筑楼面的混凝土层，其厚度控制在50-80mm左右；

步骤七，当后浇叠合层的混凝土强度到达拆模强度后，拆除下部支撑脚手架钢管或专用支撑结构体系。