CN112160503A - 一种双波纹板抗侧双柱承载的钢管-型钢异形柱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双波纹板抗侧双柱承载的钢管‑型钢异形柱，属于结构工程技术领域，本发明的异形柱由方钢管柱、型钢柱、波纹板组成。异形柱的焊接部分在工厂内完成，焊接质量容易控制，施工现场仅需吊装预制的异形柱并与其他构件连接。波纹板可在异形柱制作、运输、施工过程以较低的厚度提供足够的面外刚度、从而有效减少构件的用钢量，提高经济性。本发明的异形柱同时具备力学性能和实用性能上的优点：在力学性能方面，本发明采用双波纹板构造提高了异形柱抗侧截面高度，从而提高了异形柱抗侧能力；在实用性能方面，本发明可有效解决房屋中“突柱”问题。

Description

一种双波纹板抗侧双柱承载的钢管-型钢异形柱

技术领域

本专利涉及一种双波纹板抗侧双柱承载的钢管-型钢异形柱，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，而目前高层建筑是我国建筑行业的主要方向，因此提出一种适用于高层建筑的新型高效装配式标准化钢结构体系及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。

钢结构建筑以其自重轻、抗震性能好、工业化生产、装配式安装等诸多优点成为我国住宅产业化项目中重点推广的项目之一。对于高层建筑的钢框架体系，侧向荷载效应处于主要影响地位，在风荷载、地震作用等水平荷载作用下钢框架体系的侧移较大，为了减小钢框架体系的侧移，设计人员不得不加大钢构件的截面积，这会导致结构的用钢量增大，造成浪费。此外，钢框架体系中框架柱在室内的“突柱”问题很难有效解决，“突柱”问题影响用户的使用体验。

目前高层建筑经常使用异形柱构件，这些异形柱构件由于自身构造、材料性能等多方面原因并不具有良好的力学性能和适用性。普通的混凝土异形柱的延性较差，主要运用在非抗震设计和8度(0.2g)以下的抗震设计，此外，普通的钢异形柱承载能力差，抗侧刚度小，在水平荷载下的侧向位移大，并不适用于高层建筑，而钢混组合异形柱虽然具有较好的竖向、水平承载力和抗侧刚度，但其构造多样，形式复杂，适用性差，一种钢混组合异形柱往往只适用于某种特定的结构体系，因此亟需提出一种即具有足够的竖向承载能力、水平承载能力又具有适用性的高层钢结构异形柱。为此，本专利提出一种双波纹板抗侧双柱承载的钢管-型钢异形柱。

该异形柱包括方钢管柱、型钢柱与波纹板；所述型钢柱的腹板为波纹腹板；所述方钢管柱的高度、型钢柱的高度、波纹板的高度相等；所述波纹板和波纹腹板的波纹方向为纵向，波纹板的宽度不大于方钢管柱柱壁宽度的2倍；所述波纹板位于方钢管柱与型钢柱之间，波纹板的中心线、方钢管柱壁板的中心线和型钢柱翼缘的中心线位于同一平面内；所述波纹板与方钢管柱、型钢柱焊接连接形成异形柱。

该异形柱通过方钢管柱和型钢柱承担竖向荷载，通过方钢管柱、型钢柱与波纹板共同承担水平荷载，力流传递合理，受力明确；采用双波纹板异形柱构造可极大提高异形柱抗侧截面高度和稳定性，从而提高了异形柱的抗侧能力和抗震性能。

发明内容

本发明专利提出一种双波纹板抗侧双柱承载的钢管-型钢异形柱，其目的在于克服技术背景中出现的技术难题，提出一种既具有足够承载力、抗侧刚度，又具有适用性的异形柱构件。

为实现以上目的，本发明提供如下技术方案：

一种双波纹板抗侧双柱承载的钢管-型钢异形柱，该异形柱包括方钢管柱、型钢柱与波纹板；所述型钢柱的腹板为波纹腹板；所述方钢管柱的高度、型钢柱的高度、波纹板的高度相等；所述波纹板和波纹腹板的波纹方向为纵向，波纹板的宽度不大于方钢管柱柱壁宽度的2倍；所述波纹板位于方钢管柱与型钢柱之间，波纹板的中心线、方钢管柱壁板的中心线和型钢柱翼缘的中心线位于同一平面内；所述波纹板与方钢管柱、型钢柱焊接连接形成异形柱。

作为本发明的进一步方案：所述波纹板和波纹腹板的波纹形状相同；所述的波纹板和波纹腹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；波纹板和波纹腹板的构造形式选用单层波纹板或双层波纹板；波纹板与波纹腹板的相位差选用0或半个波纹周期。

作为本发明的进一步方案：所述方钢管柱的数量为1，型钢柱的数量为2，方钢管柱、型钢柱和波纹板组成的异形柱横截面呈“L”形，该异形柱在结构中用作角柱；所述方钢管柱的数量为1，型钢柱的数量为3，方钢管柱、型钢柱和波纹板组成的异形柱横截面呈“T”形，该异形柱结构中用作边柱；所述方钢管柱的数量为1，型钢柱的数量为4，方钢管柱、型钢柱和波纹板组成的异形柱横截面呈“十”字形，该异形柱在结构中用作中柱。

与现有技术相比，本专利的优点主要在以下几个方面：

1、本申请专利异形柱力流传递合理，受力明确，构造简单，设计方便。该异形柱采用双波纹板抗侧构造，波纹板、方钢管柱和带有波纹板的型钢柱组合形成一个完整的抗侧截面，组合抗侧截面为异形柱提供足够的抗侧刚度，可以有效减小结构的侧移。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，具有更高的抗侧刚度和竖向、水平承载力，能够有效减小钢结构的侧向变形，并减少围护结构的破坏；与剪力墙结构中的剪力墙相比，本申请专利所述异形柱具有良好的抗震性能，同时具有质量轻、连接简单、可快速装配、空间布置灵活的优势，本申请专利所述异形柱适用于各类民用与工业建筑。

2、本申请专利所述波纹板在自身厚度较小的情况下能保持良好的面外稳定性。波纹板在异形柱的加工、运输和安装过程中可为异形柱提供充足的面外刚度，使异形柱获得良好的面外稳定性，方便异形柱的加工、运输和安装。波纹板作为方钢管柱和型钢柱的连接构件能够以较低的用钢量保证合理的异形柱截面高度，极大地提高钢材的使用效率，具有良好的经济性。

3、本申请专利所述方钢管柱的壁板宽度和型钢柱的翼缘宽度小于或等于建筑中墙体的厚度，异形柱的设置不影响框架截面内门窗的开设，有效解决了“突柱”的问题，节约了建筑空间，具有良好的美观性。本申请专利所述“L”型异形柱可用作结构中的角柱、“T”型异形柱可用作结构中的边柱、“十”字型异形柱可用作结构中的中柱，异形柱在建筑平面中布置灵活。

附图说明

图1为一种双波纹板抗侧双柱承载的钢管-型钢异形柱的三维图；

图2为一种双波纹板抗侧双柱承载的钢管-型钢异形柱的拆分图；

图3为一种双波纹板抗侧双柱承载的钢管-型钢异形柱的截面图；

图4为一种双波纹板抗侧双柱承载的钢管-型钢异形柱的波纹板示意图；

图5为一种双波纹板抗侧双柱承载的钢管-型钢异形柱的构件参数示意图；

图6为一种双波纹抗侧双柱承载的钢管-型钢异形柱的波纹板与型钢柱中波纹板的波纹相位差半个周期的三维示意图；

图7为一种双波纹抗侧双柱承载的钢管-型钢异形柱的波纹板与型钢柱中波纹板的波纹相位差示意图；

图8为一种双波纹抗侧双柱承载的钢管-型钢“L”型异形柱的三维图；

图9为一种双波纹抗侧双柱承载的钢管-型钢“T”型异形柱的三维图；

图10为一种双波纹抗侧双柱承载的钢管-型钢“十”字型异形柱的三维图；

具体实施方式

下面结合附图1～10，详细说明本专利的实施方式。

如图1～10所示，一种一种双波纹板抗侧双柱承载的钢管-型钢异形柱包括以下部件：

1——方钢管柱

2——型钢柱

3——波纹板

下面将结合附图具体说明本发明异形柱的具体连接方式。

本发明异形柱的组成构件包括：方钢管柱(1)、型钢柱(2)、波纹板(3)；方钢管柱(1)、型钢柱(2)、波纹板(3)在工厂内预制并焊接连接，其中型钢柱(2)的腹板为波纹板，然后将预制的异形柱运输到施工现场安装并与其他结构构件连接。

如图1～3所示，在组装时，先将方钢管柱(1)和型钢柱(2)对齐并设置在预设位置，然后将波纹板(3)沿着方钢管柱(1)柱边中线和型钢柱(2)翼缘中线方向设置方钢管柱(1)与型钢柱(2)之间，并使波纹板(3)与两侧钢柱顶紧，顶紧后将方钢管柱(1)与型钢柱(2)焊接形成预制异形柱。

如图4所示，波纹板(3)和波纹腹板采用正弦波浪形式、三角形波折形式、梯形波折形式、直角波折形式或双层梯形波折式。双层梯形波折式波纹板由两个梯形波折形式的波纹板在板边接触处焊接连接组成。

如图5所示，图中给出了波纹板中心线、波纹板高度、波纹板厚度、波纹板宽度、型钢柱翼缘宽度、型钢柱翼缘中心线、型钢柱高度、方钢管柱壁板宽度、方钢管柱高度、方钢管柱壁板中心线、纵向方向、侧视方向和波纹板中心线所在平面的定义。波纹板中心线、方钢管柱壁板中心线和H型钢柱翼缘中心线位于同一平面内。方钢管柱的高度与H型钢柱的高度相等，波纹板的宽度不大于方钢管柱壁板宽度的2倍。

如图1、6、7所示，波纹板(3)和波纹腹板的波纹相位差可以为0或半个波纹周期。图1所示波纹相位差为0时异形柱的三维示意图，图6所示波纹相位差为半个波纹周期是异形柱三维示意图。图7中左图所示为波纹相位差为0时，波纹板(3)与波纹腹板的波纹曲线侧视图；图7中右图所示为波纹相位差为半个波纹周期时，波纹板(3)与波纹腹板的形状曲线侧视图。波纹相位差为0时，波纹板与型钢柱的传力路径简单明确，异形柱具有良好的抗侧刚度；波纹相位差为半个波纹周期时，型钢柱的承载效率更高，异形柱具有更好的稳定性。

如图8、所示，所述方钢管柱的数量为1，型钢柱的数量为2，方钢管柱、型钢柱和波纹板组成的异形柱横截面呈“L”形，该异形柱在结构中用作角柱。

如图9所示，所述方钢管柱的数量为1，型钢柱的数量为3，方钢管柱、型钢柱和波纹板组成的异形柱横截面呈“T”形，该异形柱结构中用作边柱。

如图10所示，所述方钢管柱的数量为1，型钢柱的数量为4，方钢管柱、型钢柱和波纹板组成的异形柱横截面呈“十”字形，该异形柱在结构中用作中柱。

Claims (3)

1.一种双波纹板抗侧双柱承载的钢管-型钢异形柱，其特征在于：该异形柱包括方钢管柱、型钢柱与波纹板；所述型钢柱的腹板为波纹腹板；所述方钢管柱的高度、型钢柱的高度、波纹板的高度相等；所述波纹板和波纹腹板的波纹方向为纵向，波纹板的宽度不大于方钢管柱柱壁宽度的2倍；所述波纹板位于方钢管柱与型钢柱之间，波纹板的中心线、方钢管柱壁板的中心线和型钢柱翼缘的中心线位于同一平面内；所述波纹板与方钢管柱、型钢柱焊接连接形成异形柱。

2.根据权利要求1所述的异形柱，其特征在于：所述波纹板和波纹腹板的波纹形状相同；所述的波纹板和波纹腹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；波纹板和波纹腹板的构造形式选用单层波纹板或双层波纹板；波纹板与波纹腹板的相位差选用0或半个波纹周期。

3.根据权利要求1所述的异形柱，其特征在于：所述方钢管柱的数量为1，型钢柱的数量为2，方钢管柱、型钢柱和波纹板组成的异形柱横截面呈“L”形，该异形柱在结构中用作角柱；所述方钢管柱的数量为1，型钢柱的数量为3，方钢管柱、型钢柱和波纹板组成的异形柱横截面呈“T”形，该异形柱结构中用作边柱；所述方钢管柱的数量为1，型钢柱的数量为4，方钢管柱、型钢柱和波纹板组成的异形柱横截面呈“十”字形，该异形柱在结构中用作中柱。

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