CN110747996A - 一种波纹钢板组合框架结构系统及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种波纹钢板组合框架结构系统及应用，该系统由甲壳柱、甲壳梁、H型钢次梁、免模免支撑楼承板组成；甲壳柱是由四角钢管与横向波纹侧板焊接形成多腔体、并在腔体内填充混凝土的钢‑混凝土组合柱，甲壳梁是由上翼缘及双波纹腹板组成U型截面的钢波纹甲壳、内加钢筋并填充混凝土的钢‑混凝土组合梁，甲壳柱与甲壳梁之间采用插入式结构相互连接，多个H型钢次梁安装于相互平行的甲壳梁之间而形成免模免支撑楼承板支撑结构，H型钢次梁与混凝土板形成钢‑混凝土组合梁。该系统对于大跨重载的仓储建筑而言具有实用性、经济性、施工便捷性等方面的优势。

Description

一种波纹钢板组合框架结构系统及应用

技术领域

本发明涉及框架结构建筑工程领域，尤其涉及一种波纹钢板组合框架结构系统及应用。

背景技术

随着老百姓购买方式的转变，国内对各种物流仓储建筑需求量巨大，每年新增仓库面积不少于2500万平方米，而随着土地成本的增长，仓储建筑的层数越来越多，建筑高度越来越高，此类建筑的特点是：大跨、重载、层高高、构件重,现有的结构形式都存在各种不足：混凝土现浇框架结构需要巨量的满堂脚手架,用工量大、工期长且施工安全隐患高；全钢框架结构用钢量大、建造成本高；装配式混凝土框架结构的施工困难、建造成本高且抗震性能弱。类似地，还有一些框架结构的公共建筑和工业建筑等，也具有上述的同样问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种波纹钢板组合框架结构系统及应用，以解决背景技术中传统的框架系统存在施工繁琐，浪费人力物力，经济性差的问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种波纹钢板组合框架结构系统，该系统由甲壳柱、甲壳梁、H型钢次梁、免模免支撑楼承板组成；其中，所述甲壳柱是由四角钢管与横向波纹侧板焊接形成多腔体、并在腔体内填充混凝土的钢-混凝土组合柱，所述甲壳梁是由上翼缘及双波纹腹板组成U型截面的钢波纹甲壳、内加钢筋并填充混凝土的钢-混凝土组合梁，所述甲壳柱与甲壳梁之间采用插入式结构相互连接，多个H型钢次梁安装于相互平行的甲壳梁之间而形成免模免支撑楼承板支撑结构，所述H型钢次梁与混凝土板形成钢-混凝土组合梁。

本发明提供的一种波纹钢板组合框架结构系统中，所述甲壳柱在上甲壳柱、下甲壳柱处，上甲壳柱下端部位于相邻角部钢管间设置有下甲壳柱连接板，所述下甲壳柱上端部设置有位于角部钢管顶部的隔离部，所述下甲壳柱的相邻角部钢管之间设置有与所述下甲壳柱连接板配合的上甲壳柱连接板，所述上甲壳柱的角部钢管连接于下甲壳柱对应角部钢管顶部的隔离部处，所述上甲壳柱的下甲壳柱连接板连接于所述下甲壳柱对应的上甲壳柱连接板。

本发明提供的一种波纹钢板组合框架结构系统中，所述H型钢次梁两端支座形式为铰接结构，并与甲壳梁采用腹板螺栓连接。

本发明提供的一种波纹钢板组合框架结构系统中，所述免模免支撑楼承板采用钢架桁架楼承板。

本发明提供的一种波纹钢板组合框架结构系统中，所述甲壳柱的基础底部设置有底板、所述甲壳柱底部设置有柱底板，所述甲壳柱伸入所述基础中且通过连接件连接柱底板和底板。

本发明所使用的甲壳柱是由四角钢管与横向波纹侧板焊接形成多腔体、并在腔体内填充混凝土的钢-混凝土组合柱，该甲壳柱结构可参考本发明人申请的专利号为201820543920.1的实用新型专利(申请日为2018年04月17日，申请人为上海欧本钢结构有限公司)，在此不加以赘述。

本发明所使用的甲壳梁是由上翼缘及双波纹腹板组成U型截面的钢波纹甲壳、内加钢筋并填充混凝土的钢-混凝土组合梁，该甲壳梁结构可参考本发明人申请的专利号为201820558144.2的实用新型专利(申请日为2018年04月19日，申请人为上海欧本钢结构有限公司)，在此不加以赘述。

一种波纹钢板组合框架结构系统在物流仓储建筑领域的应用，该系统各部件组合在一起形成一套框架结构系统，对于大跨重载的仓储建筑而言，本系统在实用性、经济性、施工便捷性等方面均具有十分明显的优势，综合成本可比全钢框架结构节省20％以上，比装配式混凝土框架节省25％以上，比现浇混凝土框架节省5％以上，建设工期比现浇混凝土框架节省30％以上。

波纹板组合框架结构系统，已在“洋山保税港区同华大宗/特色商品交易枢纽”、“云契科技物流中心”、“金山西圣宇轨交机器人智能交付中心”等示范项目进行应用；“洋山保税港区同华大宗/特色商品交易枢纽”项目节省建造成本3000万元以上，缩短建设工期3个月以上，“云契科技物流中心”项目节省建造成本500万元以上，缩短建设工期3个月以上；该系统通过示范项目的应用，取得较好的经济效益与社会效益。该系统于2019年8月21日获得上海市城乡建设管理委员会科学技术委员会授予的科学技术成果评估证书(编号：技字2019-03-0204)。

另外，本发明的系统中，还具有如下有益效果：(1)采用所述甲壳柱、甲壳梁、H型钢次梁、免模免支撑楼承板四者的组合，形成独特的波纹钢板组合框架结构系统，实验研究分析结果表明，所述系统具有良好的变形性能，框架的弹性层间位移角可按1/350H控制。从而使梁柱截面比同样设计条件下的混凝土框架结构系统中的梁柱截面小，提高室内空间使用率，且更节省造价。

(2)采用所述甲壳柱，相比钢柱和矩形钢管混凝土柱，节省钢材，经济性明显；相比钢筋混凝土柱，节省模板和临时脚手架，加快施工速度。

(3)采用所述甲壳梁，相比全钢梁，具有更好的抗弯刚度，不仅节省钢材，还可以节省防火涂料的厚度；相比混凝土梁，节省大量模板及临时支撑；且可以在甲壳梁内布置预应力钢绞线，使得弯矩承载力包络曲线与荷载内力包络曲线吻合。

(4)甲壳柱与甲壳梁采用所述插入式节点，不仅施工便捷、传力途径清晰，而且经低周往复加载试验证明，该节点具有耗能能力强、延性好、屈服点外移等特点，完全符合强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强连接的抗震设计原则，可有效实现大震不倒之方针。

(5)采用H型钢次梁，施工阶段免支撑，使用阶段与混凝土板形成钢-混凝土组合梁，次梁两端支座形式为铰接，与甲壳梁采用腹板螺栓连接，施工方便，且较易满足使用阶段大荷载的需求。

(6)楼板采用免模免支撑楼承板，优选采用钢筋桁架楼承板，既可实现施工阶段免模免支撑，又可满足使用阶段较大荷载的需求。

附图说明

图1为本发明提供的一种波纹钢板组合框架结构系统的结构示意图。

图2为本发明实施例中的甲壳梁与甲壳柱连接节点结构的立体图。

图3为图2的剖视图。

图4为图2中甲壳柱的结构图。

图5为图2中连接件的结构示意图。

图6为图2中连接件、梁下翼缘和甲壳柱的连接示意图。

图7为图2中节点上翼缘的结构示意图。

图8为图7中节点上翼缘、梁上翼缘与甲壳柱的连接示意图。

图9为本发明实施例中甲壳柱与基础的连接结构示意图。

图10为本发明实施例中甲壳柱与基础的连接结构的立面图。

图11为本发明实施例中甲壳柱与基础的连接结构处的甲壳柱结构图。

图12为本发明实施例中甲壳柱与基础的连接结构处的甲壳柱立面图。

图13为本发明实施例中甲壳柱与基础的连接结构处的甲壳柱俯视图。

图14为本发明实施例中柱底板的平面图。

图15为本发明实施例中上甲壳柱柱与下甲壳柱柱连接系统的整体结构图。

图16为本发明实施例中上甲壳柱结构图。

图17为本发明实施例中下甲壳柱结构图。

图18为本发明实施例中上甲壳柱底部的下部连接板放大图。

图19为H型钢次梁与甲壳梁的连接处示意图，其中，(a)为图1中I处放大图；(b)为甲壳梁内侧与H型钢次梁连接示意图。

图20为H型钢次梁立体图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明所采用的技术方案作进一步的说明。

本发明提供了一种波纹钢板组合框架结构系统，该系统由甲壳柱100、甲壳梁200、H型钢次梁300、免模免支撑楼承板400组成。在图1中给出了波纹钢板组合框架结构系统的局部结构示意图(局部单元模块，可在横向、纵向以及高度方向扩展)，将图1中将箭X所示方向界定为方向一，将箭头Y所示方向界定为方向二，可以将方向一理解为该系统的横向扩展方向，方向二理解为该系统的纵向扩展方向，而甲壳柱的高度方向为该系统的高度扩展方向。

本发明中，参见图1，甲壳梁200包括在主甲壳梁200a、副主甲壳梁200b，甲壳柱与甲壳梁的连接节点构造包括一对主甲壳梁200a和一对副主甲壳梁200b，一对主甲壳梁200a位于同一直线上，一对副主甲壳梁200b位于同一直线上，主甲壳梁的下端面低于副主甲壳梁的下端面，如图2～8所示，所述甲壳柱与甲壳梁之间采用插入式结构相互连接，采用插入式结构的甲壳柱与甲壳梁的连接节点构造包括甲壳柱、甲壳梁、与甲壳梁配合使用的方向连接件；其中，甲壳柱的侧面均部分敞开，柱波纹腹板2围成敞开部分，方向连接件焊接在敞开部分，甲壳梁的一端焊接在方向连接件的上表面，另一端伸出甲壳柱。

参见图4，甲壳柱包括柱四角钢管1、柱波纹腹板2、混凝土、多个平行设置的缀板6，柱四角钢管1围成一个矩形，柱波纹腹板2焊接在柱四角钢管1之间，柱四角钢管1和波纹腹板围成矩形腔，混凝土填充在矩形腔内，缀板6焊接在柱波纹腹板2和方向连接件之间。

甲壳柱与甲壳梁的连接节点结构中，参见图3和图6，甲壳梁包括梁上翼缘5、一对梁波纹腹板4和梁下翼缘3；梁上翼缘5包括一对上钢板；上钢板上表面焊有栓钉；上钢板和梁下翼缘3均水平设置；梁波纹腹板4相对设置并焊接在上钢板和梁下翼缘3之间。具体的，下翼缘为条形直钢板，梁波纹腹板4为波纹板。

甲壳柱与甲壳梁的连接节点结构中，梁波纹腹板4竖直设置；甲壳梁为U型。梁波纹腹板4分别与下翼缘3短边方向距边一定范围内焊接从而与下翼缘3形成U型。

甲壳柱与甲壳梁的连接节点结构中，包括方向连接件和节点上翼缘连接件。方向连接件承托在角钢上；角钢焊接在甲壳柱的内侧面。节点上翼缘连接件焊接在上翼缘的上表面并伸入甲壳柱内。

具体的，方向连接件分为下翼缘主方向连接件和下翼缘次方向连接件。下翼缘主方向连接件和下翼缘次方向连接件均包括一对转换钢板和连接钢板；转换钢板焊接在连接钢板的两端；连接钢板伸入甲壳柱内。

具体的，参见图5，下翼缘主方向连接件8包括两个下翼缘主方向梁转换钢板81、至少两个下翼缘主方向梁连接钢板82；下翼缘主方向梁转换钢板81水平地连接在所述下翼缘主方向梁连接钢板82两端；下翼缘次方向连接件7包括两个下翼缘次方向梁转换钢板71、至少两个下翼缘次方向连接钢板72；下翼缘次方向梁转换钢板71水平地连接在下翼缘次方向梁连接钢板72两端。下翼缘主方向连接件8和下翼缘次方向连接件7支托于角钢10之上并焊接连接。即下翼缘主方向梁转换钢板81与下翼缘次方向梁转换钢板71分别与梁下翼缘3焊接连接。

结合图7，节点上翼缘连接件9包括至少一对上翼缘主方向梁转换钢板91、至少一对上翼缘次方向梁转换钢板93以及上翼缘主次方向梁连接钢板92。上翼缘主方向梁转换钢板91平行设置；上翼缘主方向梁转换钢板91之间焊接上翼缘主次方向梁连接钢板92，上翼缘主次方向梁连接钢板92的长度方向与上翼缘主方向梁转换钢板91的长度方向垂直；上翼缘次方向梁转换钢板93对称地设置在所述上翼缘主方向梁转换钢板91的长边两端，并与所述上翼缘主方向梁转换钢板91垂直。上翼缘主方向梁转换钢板91与上翼缘主次方向梁连接钢板92下表面分别与梁上翼缘5上表面焊接连接。

甲壳柱与甲壳梁的连接节点结构中，转换钢板包括一体成型的第一部分和第二部分；第一部分的宽度大于第二部分的宽度。第一部分与梁下翼缘3焊接连接。

本发明通过梁上翼缘5、梁下翼缘3的宽度和厚度调整，既可以保证梁翼缘等强贯通，又能将组合梁部分腹板伸入柱内,省去了传统做法腹板的连接板和连接螺栓，使梁根部的抗剪性能更加有6保障，而且安装更加方便，节省了相应部分的造价。此外，节点可在钢结构工厂加工完成，精度高，工业化制作质量可靠。完成后的节点整体性抗震性能好。

参见图9，甲壳柱与基础的连接结构包括基础26以及安装于基础的甲壳柱100，本实施例中以独立基础为例对基础加以说明，在图9中，甲壳柱为方柱，方柱的柱状区域未示出第一填料，而角部钢管同样处于未填充状态，第一填料、第二填料的类型包括但不仅限于混凝土。

参见图10，所述基础底部设置有底板24，该底板24为方形金属板，该底板与柱子的正投影面积大体相等，在底板24预埋有作为连接件23的地脚螺栓，而所述柱底部设置有柱底板214，所述甲壳柱伸入所述基础中且通过连接件23连接柱底板214和底板24。

参见图11-12,所述甲壳柱伸入基础的角部钢管侧面设置有栓钉22，由于甲壳柱采用四根方形角部钢管，这里就在角部钢管处于甲壳柱转角处的两个侧面上安装栓钉22，栓钉设置的数量可以根据需要进行布置，作为一种选择，单根角部钢管在一个侧面上设置有三根相互平行的栓钉22，由于是在角部钢管位于甲壳柱转角处的两个侧面均有布置，故而一根角部钢管布置有六根栓钉22，甲壳柱的四根角部钢管总计布置有24根栓钉，栓钉焊接固定于角部钢管表面且与角部钢管之间相互垂直。在不同的应用场所，栓钉设置的数量可以根据需要调增或者调减。

从图10可以看出，甲壳柱伸入基础的相邻角部钢管之间设置有水平拉结板213，水平拉结板213可以采用金属件，该水平拉结板的两端焊接于角部钢管之上，而水平拉结板213沿着所述甲壳柱的高度方向重复布置，图10中在相邻角部钢管之间布置有三块水平拉结板，可以根据甲壳柱伸入基础的尺寸来调整水平拉结板的数量。另外，侧板(柱波纹腹板2)与基础26上表面之间设置有检查孔25，该检查孔用于检查并清理基础26顶面的混凝土，在甲壳柱浇注填充料之后最后利用钢板进行封堵。

值得一提的是，参见图14，所述柱底板214不全覆盖所述甲壳柱的角部钢管(柱四角钢管1)的底部，且所述柱底板214不全覆盖所述甲壳柱的柱状区域，参见图13，所述柱底板214中部区域设置有预留孔洞，该预留孔洞为方形孔，方便例如混凝土等第一填料从柱形区域落入柱下方的基础中。

由于该系统需要实现甲壳柱在高度方向的延伸，下面描述甲壳柱之间的连接结构，图15-18给出了上甲壳柱与下甲壳柱的连接结构(在图15-18中将上甲壳柱界定为上柱100a，下甲壳柱界定为下柱100b)，这里的上柱100a、下柱100b均为甲壳柱，将上柱所在的角部钢管(即前文提到的柱四角钢管1)界定为上柱角部钢管314，下柱所在的角部钢管(即前文提到的柱四角钢管1)界定为下柱角部钢管321，上柱所在的侧板界定为上柱侧板315，下柱所在的侧板界定为下柱侧板322。

从图15可以看出，所述上柱的上柱角部钢管314连接于下柱对应下柱角部钢管321顶部的隔离部323处，所述上柱的下柱连接板311连接于所述下柱对应的上柱连接板324。这里的下柱连接板311位于上柱连接板324的外侧，并通过将下柱连接板与上柱连接板重叠贴合安装后利用连接件33进行连接，这里的连接件包括但不仅限于螺栓。

参见图16，所述上柱下端部位于相邻上柱角部钢管314间设置有下柱连接板311，该下柱连接板为金属长方形板，该下柱连接板的两端焊接于相邻上柱角部钢管的相对侧面，下柱连接板的下部两个转角位置设置有倒角结构。下柱连接板311具有伸出上柱的下延伸部分，该下延伸部分有利于与下柱对应结构(即上柱连接板324)进行装配，而该下连接板311的下延伸部分布置有第一连接孔3111，与之对应的是，在上柱连接板324处设置有第二连接孔3241，当下连接板与对应的上连接板对接安装后相互对位的第一连接孔3111和第二连接孔3241处安装螺栓。

参见图17，所述下柱上端部设置有位于下柱角部钢管顶部的隔离部323，隔离部设置有圆形预留孔洞3231，下柱的相邻下柱角部钢管之间设置有与所述下柱连接板311配合的上柱连接板324。所述隔离部为截面投影面积大于角部钢管投影面积的隔板，该隔板大体上呈方形金属板，由于隔板四周具有凸出下柱角部钢管上口边沿的外凸出部，为方便下柱连接板安装以及定位需要，所述下柱连接板设置有与隔板配合的开口3112(图8有示出该结构)。上柱连接板为焊接于下柱角部钢管之间的长方形板，且靠近下柱表面。而上柱所设的下柱连接板为将上柱连接板安装在内侧，需要更加靠近上柱的表面布置。另外，所述上柱连接板324底部设置有位于下柱相邻角部钢管之间的水平板，所述上柱连接板下部支承于所述水平板，这样进一步增强上柱连接板324安装的稳定性和牢固性。

从图15和图16可以看出，上柱的上柱侧板315与所述下柱连接板311之间留有一定间距的检查孔313。

多个H型钢次梁300安装于相互平行的甲壳梁之间而形成免模免支撑楼承板支撑结构，这里仅仅示意处了三个H型钢次梁300，可以根据需要增加钢次梁的数量，所述H型钢次梁与混凝土板形成钢-混凝土组合梁，H型钢次梁300两端支座形式为铰接结构，并与甲壳梁采用腹板螺栓连接。参见图19-20，H型钢次梁300中部为等高腹板结构，而两侧为腹板高度逐渐降低的变高度腹板结构，在H型钢次梁300的端部则布置有位于腹板的装配孔300a，结合图19，甲壳梁200的H型钢次梁对接位设置有焊接固定于甲壳梁的对接连接板，该对接连接板设置有与H型钢次梁300所设装配孔300a匹配的对接孔，从而让H型钢次梁300与甲壳梁200所设对接连接板实现螺栓连接。

本实施例中，所述免模免支撑楼承板采用钢架桁架楼承板，钢筋桁架楼承板搁置在甲壳梁上翼缘(梁上翼缘5)边缘，搁置长度由计算决定。搁置完成之后焊接支座钢筋，后焊接栓钉，再放置现场钢筋进行绑扎，验收后浇筑混凝土。

将本发明提供的一种波纹钢板组合框架结构系统应用于物流仓储建筑领域，在获得较高经济价值的同时，还可以最大化的节约资源的利用。

相对而言，该系统综合成本可比全钢框架结构节省20％以上，比装配式混凝土框架节省25％以上，比现浇混凝土框架节省5％以上，建设工期比现浇混凝土框架节省30％以上。

波纹钢板组合框架结构系统在“洋山保税港区同华大宗/特色商品交易枢纽”、“云契科技物流中心”、“金山西圣宇轨交机器人智能交付中心”等示范项目进行了应用。

在“洋山保税港区同华大宗/特色商品交易枢纽”项目中，该系统节省建造成本3000万元以上，缩短建设工期3个月以上。

在“云契科技物流中心”项目中，该系统节省建造成本500万元以上，缩短建设工期3个月以上。

值得一提的是，该系统于2019年8月21日获得上海市城乡建设管理委员会科学技术委员会授予的科学技术成果评估证书(编号：技字2019-03-0204)。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种波纹钢板组合框架结构系统，其特征在于，该系统由甲壳柱、甲壳梁、H型钢次梁、免模免支撑楼承板组成；其中，所述甲壳柱是由四角钢管与横向波纹侧板焊接形成多腔体、并在腔体内填充混凝土的钢-混凝土组合柱，所述甲壳梁是由上翼缘及双波纹腹板组成U型截面的钢波纹甲壳、内加钢筋并填充混凝土的钢-混凝土组合梁，所述甲壳柱与甲壳梁之间采用插入式结构相互连接，多个H型钢次梁安装于相互平行的甲壳梁之间而形成免模免支撑楼承板支撑结构，所述H型钢次梁与混凝土板形成钢-混凝土组合梁。

2.根据权利要求1所述的一种波纹钢板组合框架结构系统，其特征在于，所述甲壳柱在上甲壳柱、下甲壳柱处，上甲壳柱下端部位于相邻角部钢管间设置有下甲壳柱连接板，所述下甲壳柱上端部设置有位于角部钢管顶部的隔离部，所述下甲壳柱的相邻角部钢管之间设置有与所述下甲壳柱连接板配合的上甲壳柱连接板，所述上甲壳柱的角部钢管连接于下甲壳柱对应角部钢管顶部的隔离部处，所述上甲壳柱的下甲壳柱连接板连接于所述下甲壳柱对应的上甲壳柱连接板。

3.根据权利要求1所述的一种波纹钢板组合框架结构系统，其特征在于，所述H型钢次梁两端支座形式为铰接结构，并与甲壳梁采用腹板螺栓连接。

4.根据权利要求1所述的一种波纹钢板组合框架结构系统，其特征在于，所述免模免支撑楼承板采用钢架桁架楼承板。

5.根据权利要求1所述的一种波纹钢板组合框架结构系统，其特征在于，所述甲壳柱的基础底部设置有底板、所述甲壳柱底部设置有柱底板，所述甲壳柱伸入所述基础中且通过连接件连接柱底板和底板。

6.一种波纹钢板组合框架结构系统在物流仓储建筑领域的应用。

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