CN112160418A - 一种装配式波纹板抗侧异形柱框架结构体系 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种装配式波纹板抗侧异形柱框架结构体系，属于结构工程技术领域，包括结构体系、屋面板体系和围护结构。屋面板体系铺设在结构体系的钢梁上，围护体系填充在结构体系的梁柱立面框架之间，结构体系采用装配式钢结构异形柱框架体系，波纹板抗侧异形柱包括方钢管柱、外侧钢板和波纹板，体系的连接节点由波纹板抗侧异形柱、带端板的工字梁、带突柱的梁柱‑柱连接件和高强螺栓组成。本发明的结构布置灵活、装配效率高、合理解决了突柱突梁问题，与传统的钢结构相比，具有更高的承载能力和抗震性能，适用范围更广。

Description

一种装配式波纹板抗侧异形柱框架结构体系
技术领域
本专利涉及一种装配式波纹板抗侧异形柱框架结构体系，属于结构工程技术领域。
背景技术
钢结构建筑的发展与钢结构住宅产业化的发展息息相关，实现钢结构住宅产业化就要实现部品部件的标准化；而目前高层建筑和超高层建筑是我国建筑行业的主要方向，因此提出一种适用于高层和超高层建筑的新型高效的装配式标准化的钢结构体系或基于新型钢结构体系的装配式标准化构件是实现钢结构住宅产业化和推动钢结构建筑发展的基础。
与传统的混凝土结构相比，钢结构建筑具有工业化水平高、自重轻、抗震性能好、生命周期长、材料可回收等诸多优点。目前，在国家的鼓励下，钢结构建筑得到了飞速发展，同时，相应的设计理论和结构体系势必要进行更新。传统的钢框架结构体系因柱截面面积小无法满足轴压比要求、抗侧刚度小导致结构侧移过大、连接节点采用焊接导致地震作用下发生焊缝脆性破坏等问题，不适用于现代高层建筑结构，因此有必要提出一种兼具较高的承载能力和抗侧刚度的新型装配式钢框架结构体系，其柱构件应具有较高的承载力和抗侧刚度、梁柱节点采用高强螺栓连接的装配式连接节点。为满足以上要求，本发明提出一种装配式波纹板抗侧异形柱框架结构体系，该装配式波纹板抗侧异形柱框架结构体系主要包括结构体系、屋面板体系和围护结构，所述的结构体系为装配式钢结构异形柱框架体系，由波纹抗侧钢异形柱、带有端板的工字梁、带突柱的梁柱-柱连接件和高强螺栓组成，所述波纹抗侧钢异形柱由方钢管柱、外侧钢板和波纹板组成，异形柱的截面形柱包括一字形、L形、T形和十字形，所述工字梁的端部焊接有带螺栓孔的端板，工字梁的下翼缘预留螺栓孔，所述带突柱的梁柱-柱连接件根据异形柱的截面形柱具有一字形、L形、T形和十字形截面形柱；所述装配式钢结构异形柱框架体系连接时，波纹抗侧钢异形柱插入梁柱-柱连接件的突柱并通过高强螺栓实现连接，工字梁与波纹抗侧异形柱和梁柱-柱连接节点通过高强螺栓实现连接。
该结构体系将具有良好承载能力、抗侧能力的波纹板抗侧异形柱作为体系的主要抗侧力构件，使得该结构体系具有良好的抗震性能；该结构体系的梁、柱、节点连接件等构件在工厂预制，现场仅需通过高强螺栓即可实现装配式连接，具有较高的施工效率。
发明内容
本发明专利提出一种装配式波纹板抗侧异形柱框架结构体系，其目的在于克服技术背景中出现的技术难题，提出一种既具有良好的抗震性能和承载能力又可实现快速装配的钢结构体系。
为实现以上目的，本发明提供如下技术方案：
一种装配式波纹板抗侧异形柱框架结构体系包括结构体系、屋面板体系和围护结构；
所述的结构体系为装配式钢结构异形柱框架体系，包括波纹板抗侧异形柱、带有端板的工字梁、带突柱的梁柱-柱连接件和高强螺栓；所述波纹板抗侧异形柱包括方钢管柱、外侧钢板和波纹板，波纹板抗侧异形柱的截面形状包括L形、T形和十字形；所述工字梁的端部焊接有带螺栓孔的端板，工字梁的下翼缘预留螺栓孔；所述带突柱的梁柱-柱连接件包括上方钢管柱段、中方钢管柱段、下方钢管柱段、带有加劲肋的悬臂梁段和法兰盘，其中上方钢管柱段和下方钢管柱段作为连接件的突柱，其内方尺寸与中方钢管柱段相同，上方钢管柱段和下方钢管柱段的外方尺寸与波纹板抗侧异形柱的方钢管柱内方尺寸相同，中方钢管柱段的外方尺寸与波纹板抗侧异形柱的方钢管柱外方尺寸相同，上方钢管柱段、中方钢管柱段和下方钢管柱段的内方对齐；所述法兰盘分别焊接在上、下方钢管柱段和中方钢管柱段之间；所述带加劲肋的悬臂梁段上下两翼缘与法兰盘表面平齐，带有加劲肋的悬臂梁段根据带突柱的梁柱-柱连接件不同截面形状的需要焊接在中方钢管柱段四周位置处；所述带突柱的梁柱-柱连接件的截面形状与波纹板抗侧异形柱相同，包括L形、T形和十字形；所述装配式钢结构异形柱框架体系连接时，波纹板抗侧异形柱插入梁柱-柱连接件的突柱并通过高强螺栓实现连接，带端板的工字梁与波纹板抗侧异形柱和梁柱-柱连接节点通过高强螺栓实现连接；所述的屋面板体系铺设在结构体系的钢梁上，屋面板采用压型钢板组合板、叠合板、现浇板或者钢筋桁架楼承板；所述的围护体系填充在结构体系的梁柱立面框架之间，围护墙体采用砌块墙体、混凝土墙体或复合墙体。作为本发明的进一步方案：所述的屋面板体系铺设在结构体系的钢梁上，屋面板采用压型钢板组合板、叠合板、现浇板或者钢筋桁架楼承板。
作为本发明的进一步方案：所述的围护体系填充在结构体系的梁柱立面框架之间，围护墙体采用砌块墙体、混凝土墙体或复合墙体。
作为本发明的进一步方案：所述波纹板抗侧异形柱的波纹板的波纹形状采用正弦波浪形式、三角形波折形式、梯形波折形式或直角波折形式；所述波纹板的构造形式采用单层波纹板或波谷拼接的双层波纹板。
与现有技术相比，本申请专利的优点主要在以下几个方面：
1、本专利异形柱基于双重承载、波纹板抗侧理念，力流传递合理，受力明确，构件简单，设计方便；在承受水平荷载时，由于波纹板约束了方钢管柱和外侧钢板的相对变形，方钢管柱、外侧钢板和波纹板的截面得以结合形成一个完整的抗侧截面，方钢管柱方钢管柱方钢管柱方钢管柱极大地提高了异形柱的抗侧刚度，可以有效减小结构的层间侧移；在承受竖向荷载时，由竖向荷载引起的内力由方钢管柱和外侧钢板承担，波纹板提供的承载力可以忽略；本申请专利所述异形柱在保证竖向承载力的同时具有足够的抗侧刚度，是一种介于框架柱和剪力墙的异形柱构件，其与常见的钢框架中的结构柱相比，本申请专利所述异形柱具有更高的抗侧刚度和竖向、水平承载力和更好的抗震性能，能够有效减小结构的侧向变形，并减少非结构性构件的破坏，可应用于高层建筑；与剪力墙结构中的剪力墙相比，本申请专利所述异形柱在具有良好的抗震性能同时，具有质量轻、连接简单、可装配的优势，建筑使用空间布置灵活，可应用于各类民用与工业建筑。
2、本申请专利中的带突柱的梁柱-柱连接件在施工现场通过高强螺栓群与异形柱和工字梁连接，安装快速，避免了因施工现场焊接环境差而出现的焊缝质量问题；带突柱的梁柱-柱连接件可通过调整自身板件厚度，保证工字梁先于连接件发生塑性损伤，以达到转移塑性铰的目的；工字梁端部同时与梁柱-柱连接件、上异形柱以及下异形柱连接，有利于提高结构整体的完整性。
3、本申请专利所述异形柱中波纹板可在自身厚度较小的情况下仍保持良好的面外稳定性，同时提高异形柱整体的面外稳定性，能够以较低的用钢量保证合理的异形柱截面高度，极大地提高了钢材的使用效率，具有良好的经济性。
4、本申请专利所述连接节点中异形柱和工字梁的截面宽度与建筑中墙体的厚度相同，有效的解决了“突柱”的问题，节约了建筑空间，具有良好的美观性。
附图说明
图1为一种装配式波纹板抗侧异形柱框架结构体系的三维图；
图2为一种装配式波纹板抗侧异形柱框架结构体系的平面图；
图3为一种装配式波纹板抗侧异形柱框架结构体系的中柱节点示意图；
图4为一种装配式波纹板抗侧异形柱框架结构体系的边柱节点示意图；
图5为一种装配式波纹板抗侧异形柱框架结构体系的角柱节点示意图；
图6为一种装配式波纹板抗侧异形柱框架结构体系的节点拆分图示意图；
图7为一种装配式波纹板抗侧异形柱框架结构体系中异形柱的波纹板示意图；
图8为一种装配式波纹板抗侧异形柱框架结构体系中一字形截面的带突柱的梁柱-柱连接件拆分示意图；
具体实施方式
下面结合附图1～8，详细说明本专利的实施方式。
如图1～8所示，一种装配式波纹板抗侧异形柱框架结构体系包括以下部件：
1——方钢管柱
2——外侧钢板
3——波纹板
4——端板
5——工字梁
6——带突柱的梁柱-柱连接件
7——第一高强螺栓群
8——第二高强螺栓群
9——第三高强螺栓群
10——第四高强螺栓群
11——第五高强螺栓群
12——上方钢管柱段
13——中方钢管柱段
14——下方钢管柱段
15——带有加劲肋的悬臂梁段
16——法兰盘
下面将结合附图具体说明本发明梁柱带突柱的梁柱-柱连接件的具体连接方式。
本发明结构体系组成构件包括：方钢管柱(1)、外侧钢板(2)、波纹板(3)、端板(4)、工字梁(5)、带突柱的梁柱-柱连接件(6)、第一高强螺栓群(7)、第二高强螺栓群(8)、第三高强螺栓群(9)、第四高强螺栓群(10)和第五高强螺栓群(11)；其中由方钢管柱(1)、外侧钢板(2)、波纹板(3)和端板(4)组成的波纹板抗侧异形柱、带端板的工字梁(5)和带突柱的梁柱-柱连接件(6)在工厂内预制；然后将预制的钢构件运输到施工现场安装并与高强螺栓群连接。
如图1～6所示，在组装时，先将带突柱的梁柱-柱连接件(6)下方的波纹板抗侧异形柱吊装在预设位置，然后将带突柱的梁柱-柱连接件(6)中的下方钢管柱(1)段插入下方异形柱的方钢管柱(1)中，通过第一高强螺栓群(7)将下方异形柱和带突柱的梁柱-柱连接件(6)连接，然后将带突柱的梁柱-柱连接件(6)上方的波纹板抗侧异形柱的方钢管柱(1)插入带突柱的梁柱-柱连接件(6)的上方钢管柱(1)段，通过第二高强螺栓群(8)将上方的波纹板抗侧异形柱和带突柱的梁柱-柱连接件(6)连接，最后将工字梁(5)段安置突柱的梁柱-柱连接件下方的波纹板抗侧异形柱伸出的端板(4)上，通过第三高强螺栓群(9)将工字梁端板(4)和连接装置连接，通过第四高强螺栓群(10)将工字梁端板(4)与外侧钢板(2)连接，通过第五高强螺栓群(11)将工字梁(5)下翼缘和下方波纹板板抗侧异形柱伸出的端板(4)连接；依次完成角柱节点、边柱节点和中柱节点的连接，形成结构体系。
如图7所示，波纹板(3)采用正弦波浪形式、三角形波折形式、梯形波折形式、直角波折形式或波谷拼接的双层梯形波折式。
如图8所示，十字形截面的带突柱的梁柱-柱连接件(6)由一个上方钢管柱(12)、一个中方钢管柱(13)、一个下方钢管柱(14)、四个带有加劲肋的悬臂梁段(15)和两个法兰盘(16)焊接而成。

Claims (2)

1.一种装配式波纹板抗侧异形柱框架结构体系，其特征在于：该体系包括结构体系、屋面板体系和围护结构；所述的结构体系为装配式钢结构异形柱框架体系，包括波纹板抗侧异形柱、带有端板的工字梁、带突柱的梁柱-柱连接件和高强螺栓；所述波纹板抗侧异形柱包括方钢管柱、外侧钢板和波纹板，波纹板抗侧异形柱的截面形状包括一字形、L形、T形和十字形；所述工字梁的端部焊接有带螺栓孔的端板，工字梁的下翼缘预留螺栓孔；所述带突柱的梁柱-柱连接件包括上方钢管柱段、中方钢管柱段、下方钢管柱段、带有加劲肋的悬臂梁段和法兰盘，其中上方钢管柱段和下方钢管柱段作为连接件的突柱，其内方尺寸与中方钢管柱段相同，上方钢管柱段和下方钢管柱段的外方尺寸与波纹板抗侧异形柱的方钢管柱内方尺寸相同，中方钢管柱段的外方尺寸与波纹板抗侧异形柱的方钢管柱外方尺寸相同，上方钢管柱段、中方钢管柱段和下方钢管柱段的内方对齐；所述法兰盘分别焊接在上、下方钢管柱段和中方钢管柱段之间；所述带加劲肋的悬臂梁段上下两翼缘与法兰盘表面平齐，带有加劲肋的悬臂梁段根据带突柱的梁柱-柱连接件不同截面形状的需要焊接在中方钢管柱段四周位置处；所述带突柱的梁柱-柱连接件的截面形状与波纹板抗侧异形柱相同，包括一字形、L形、T形和十字形；所述装配式钢结构异形柱框架体系连接时，波纹板抗侧异形柱插入梁柱-柱连接件的突柱并通过高强螺栓实现连接，带端板的工字梁与波纹板抗侧异形柱和梁柱-柱连接节点通过高强螺栓实现连接；所述的屋面板体系铺设在结构体系的钢梁上，屋面板采用压型钢板组合板、叠合板、现浇板或者钢筋桁架楼承板；所述的围护体系填充在结构体系的梁柱立面框架之间，围护墙体采用砌块墙体、混凝土墙体或复合墙体。
2.根据权利要求1所述的装配式波纹板抗侧异形柱框架结构体系，其特征在于：所述波纹板抗侧异形柱的波纹板的波纹形状选用正弦波浪形式、三角形波折形式、梯形波折形式或直角波折形式；所述波纹板的构造形式选用单层波纹板或波谷拼接的双层波纹板。
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