CN113982113A - 一种三段梁与柱结构及其组合框架式结构 - Google Patents

一种三段梁与柱结构及其组合框架式结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种三段梁与柱组合框架式结构，包括多根立柱；每根所述立柱上设有二牛腿组和二预应力拉结件，所述牛腿组包括二牛腿，每组所述牛腿组的二所述牛腿设于所述立柱的相对两个侧面，二所述牛腿组沿纵横方向设于所述立柱上，相邻所述立柱的所述牛腿之间连接有中间梁，每一所述预应力拉结件位于每一所述牛腿组顶部并拉结于所述牛腿组的二所述牛腿的端部之间；所述中间梁与所述中间梁两端的牛腿形成三段梁结构，所述立柱之间的所述三段梁结构以所述立柱为节点形成组合框架结构。本技术方案通过将预应力拉结件引入组合框架结构中，可有效利用预应力拉结件的高强度性能，提高牛腿端面抗弯模量，从而显著降低钢梁用钢量。

Description

一种三段梁与柱结构及其组合框架式结构
技术领域
本发明涉及装配式梁柱结构，尤其涉及到一种三段梁与柱结构及其组合框架式结构。
背景技术
目前用于钢框架结构与立柱相连的钢梁用钢量大，造价高，阻碍了钢结构的推广，且钢梁与柱牛腿的节点一般采用栓焊连接，现场焊接存在速度慢，质量不可控的问题。为此提出一种降低用钢量、简化安装工序的梁柱结构是技术亟需。
发明内容
本发明首要解决的技术问题是如何通过结构的力学改造来降低钢用量。为此，本发明提供了一种三段梁与柱组合框架式结构，包括多根立柱；每根所述立柱上设有二牛腿组和二预应力拉结件，所述牛腿组包括二牛腿，每组所述牛腿组的二所述牛腿设于所述立柱的相对两个侧面，二所述牛腿组沿纵横方向设于所述立柱上，相邻所述立柱的所述牛腿之间连接有中间梁，每一所述预应力拉结件位于每一所述牛腿组顶部并拉结于所述牛腿组的二所述牛腿的端部之间；所述中间梁与所述中间梁两端的牛腿形成三段梁结构，所述立柱之间的所述三段梁结构以所述立柱为节点形成组合框架结构。
采用以上技术方案的有益效果为：
本技术方案通过将预应力拉结件引入组合框架结构中，可有效利用预应力拉结件的高强度性能，提高牛腿端面抗弯模量，从而显著降低钢梁用钢量，具体的，预应力拉结件对牛腿组的牛腿两端之间预应力的施加会使得牛腿上翼缘受压，而使用荷载作用下会导致牛腿段上翼缘两端受拉，故预应力的加入大大增强了牛腿的抗弯承载力，以此形成的框架结构，大大提高了梁柱节点处的抗弯能力，整体提高了框架结构的抗弯性能，节省了钢梁的用钢量，有利于钢结构建筑的推广，并为社会节能减排减碳做出贡献。
作为本技术方案一较佳技术实施方式，所述牛腿的端部设有与所述中间梁连接的拼接结构，所述拼接结构包括第一拼接端板、第二拼接端板和连接螺栓；所述第一拼接端板设于所述牛腿的端部，所述第二拼接端板设于所述中间梁的端部；所述第一拼接端板和所述第二拼接端板通过所述连接螺栓过孔连接。
作为本技术方案一较佳技术实施方式，所述预应力拉结件拉结于所述牛腿组的二所述牛腿的所述拼接结构之间。
作为本技术方案一较佳技术实施方式，所述第一拼接端板的顶部延伸形成有第一拉结板，所述第二拼接端板的顶部延伸形成有第二拉结板；所述预应力钢筋的端部具有螺纹段，所述螺纹段穿设而过所述第一拉结板和所述第二拉结板后被一预应力调节螺栓螺纹套接，通过所述预应力调节螺栓的旋拧形成所述预应力钢筋对所述第一拉结板和所述第二拉结板的拉结效应。
作为本技术方案一较佳技术实施形式，所述牛腿和所述中间梁上部设有混凝土楼板，所述预应力钢筋、所述第一拉结板和所述第二拉结板被后浇筑于所述混凝土楼板中。
作为本技术方案一较佳技术实施形式，所述预应力拉结件至少为并排拉结的二根预应力钢筋。或者为更多，其具体数量根据实际需求为主，预应力钢筋采用高强度预应力筋，通过螺母锁紧的方式对钢筋施加预应力，施加预应力后牛腿上翼缘处于受压状态。预应力的数值以使用阶段高强预应力钢筋和牛腿上翼缘同时达到屈服的状态作为最佳预应力状态计算而得。
作为本技术方案一较佳技术实施形式，二所述预应力钢筋的并排间距大于或者等于所述立柱的宽径，二所述预应力钢筋并排于所述立柱的两侧；或者，二所述预应力钢筋的并排间距小于所述立柱的宽径，二所述预应力钢筋穿孔而过所述立柱。
作为本技术方案一较佳技术实施形式，所述立柱为矩形钢管或者H型钢，所述牛腿和所述中间梁为H型钢。
作为本技术方案一较佳技术实施形式，所述拼接结构的底部设有抗剪托板支托于所述牛腿。中间梁传递给牛腿的竖向剪力由抗剪托板承担，减小了高强度的连接螺栓的组合受力，同时抗剪托板可作为施工用临时支撑板，从而在高强度的连接螺栓施工时不用吊车持续吊着中间梁，大幅提高了吊车的使用效率。
本申请还提供了一种三段梁与柱组合结构，旨在于单方向提供一种梁柱结构，来提高梁柱节点处的结构强度，包括多根立柱、每根所述立柱上设有一牛腿组和一预应力拉结件；所述牛腿组包括二牛腿，二所述牛腿设于所述立柱的相对两个侧面，相邻所述立柱的所述牛腿之间连接有中间梁，所述预应力拉结件位于所述牛腿组顶部并拉结于所述牛腿组的二所述牛腿的端部之间，所述中间梁与所述中间梁两端的牛腿形成三段梁结构。
采用以上技术方案的有益效果为：
本技术方案通过将预应力拉结件引入梁柱结构中，可有效利用预应力拉结件的高强度性能，提高牛腿端面抗弯模量，从而显著降低钢梁用钢量，具体的，预应力拉结件对牛腿组的牛腿两端之间预应力的施加会使得牛腿上翼缘受压，而使用荷载作用下会导致牛腿段上翼缘两端受拉，故预应力的加入大大增强了牛腿的抗弯承载力，能够承载中间梁的安装，有利于钢结构建筑的推广，并为社会节能减排减碳做出贡献。
附图说明
图1为三段梁与柱组合框架式结构的结构安装效果图。
图2为三段梁与柱组合框架式结构的正视图。
图3为图2中A-A截面图。
图4为三段梁与柱组合框架式结构的俯视图。
图5为三段梁与柱组合结构的俯视图。
具体实施方式
本发明首要解决的技术问题是如何通过结构的力学改造来弥补降低用钢量后产生的结构强度之差，从而在降低钢用量的基础上提高或者保持结构强度。为此，请结合图1～图4，本发明提供了一种三段梁与柱组合框架式结构，包括多根立柱1；每根所述立柱1上设有二牛腿组和二预应力拉结件4，所述牛腿组包括二牛腿3，每组所述牛腿组的二所述牛腿3设于所述立柱1的相对两个侧面，二所述牛腿组沿纵横方向设于所述立柱1上，相邻所述立柱1的所述牛腿3之间连接有中间梁2，每一所述预应力拉结件4位于每一所述牛腿组顶部并拉结于所述牛腿组的二所述牛腿3的端部之间；所述中间梁2与所述中间梁2两端的牛腿3形成三段梁结构，所述立柱1之间的所述三段梁结构以所述立柱1为节点形成组合框架结构。本技术方案通过将预应力拉结件4引入组合框架结构中，可有效利用预应力拉结件4的高强度性能，提高牛腿3端面抗弯模量，从而显著降低钢梁用钢量，具体的，预应力拉结件4对牛腿组的牛腿3两端之间预应力的施加会使得牛腿3上翼缘受压，而使用荷载作用下会导致牛腿段上翼缘两端受拉，故预应力的加入大大增强了牛腿3的抗弯承载力，能够承载中间梁2的安装，以此形成的框架结构，大大提高了梁柱节点处的抗弯能力，整体提高了框架结构的稳定性和抗弯性，有利于钢结构建筑的推广，并为社会节能减排减碳做出贡献。
为了适应装配式结构的技术所趋，将牛腿3和中间梁2的连接方式优选为装配式安装，为实现这一目的，所述牛腿3的端部设有与所述中间梁2连接的拼接结构，所述拼接结构包括第一拼接端板52、第二拼接端板51和连接螺栓53；所述第一拼接端板52设于所述牛腿3的端部，所述第二拼接端板51设于所述中间梁2的端部；所述第一拼接端板52和所述第二拼接端板51通过所述连接螺栓53过孔连接。实际安装过程中，如果所述第一拼接端板52和所述第二拼接端板51之间存在间隙，则用薄钢板插入间隙使之密实。但是需要注意的是，行业内牛腿3与梁的安装方式包括多种，比如还可以法兰盘方式、套箍方式，此处例举一项加以具体展现以方便本领域普通技术人员理解和实施，但不应局限于此。更进一步的，在达到本技术方案对牛腿3端部抗弯性能提升的效果上，牛腿3与中间梁2的焊接连接方式也应包括在内。
以牛腿3与中间梁2通过拼装结构连接为例，所述预应力拉结件4拉结于所述牛腿组的二所述牛腿3的所述拼接结构之间。同理，预应力拉结件4也可以拉结于法兰盘、套箍之间，本处不予以具体图示。进一步的，如无装配式技术要求，牛腿3与中间梁2之间采用焊接方式时，则在牛腿3的端部要另设拉结板，具体可结合以下描述得到。
拼接结构的设置以装配式技术要求所需，为适配所述预应力拉结件4拉结结构，所述第一拼接端板52的顶部延伸形成有第一拉结板61，所述第二拼接端板51的顶部延伸形成有第二拉结板62；所述预应力钢筋的端部具有螺纹段，所述螺纹段穿设而过所述第一拉结板61和所述第二拉结板62后被一预应力调节螺栓63螺纹套接，通过所述预应力调节螺栓63的旋拧形成所述预应力钢筋对所述第一拉结板61和所述第二拉结板62的拉结效应。进一步的，顺接上述所记载，如无装配式技术要求，牛腿3与中间梁2之间采用焊接方式时，第一拉结板61和第二拉结板62则应对应安装在牛腿3端部和中间梁2端部。
作为本技术方案一较佳技术实施形式，所述牛腿3和所述中间梁2上部浇筑混凝土楼板，所述预应力钢筋、所述第一拉结板61和所述第二拉结板62被后浇筑于所述混凝土楼板中。具体的，拼接结构的端板上部埋入混凝土楼板(即楼层楼板)，拼接结构的端板贯通到下翼缘，上部楼板为下翼缘提供了强有力的约束作用，为受压下翼缘的侧向失稳提供了侧向支撑，故无需另外设置正交钢梁之间的隅撑，提升了建筑效果，且第一拉结板61和第二拉结板62也为钢梁与混凝土楼板及梁侧混凝土提供了抗剪(顶紧)承载力，起到了类似栓钉的作用。
作为本技术方案一较佳技术实施形式，所述预应力拉结件4至少为并排拉结的二根预应力钢筋。或者为更多，其具体数量根据实际需求为主，预应力钢筋采用高强度预应力筋，通过螺母锁紧的方式对钢筋施加预应力，施加预应力后牛腿3上翼缘处于受压状态。预应力的数值以使用阶段高强预应力钢筋和牛腿3上翼缘同时达到屈服的状态作为最佳预应力状态计算而得。
也可以将预应力钢筋设置为高延性耗能钢筋，提高三段梁结构的耗能能力，从而提高结构在地震时消耗地震能量的能力，提高结构的延性。
作为本技术方案一较佳技术实施形式，二所述预应力钢筋的并排间距大于或者等于所述立柱1的宽径，二所述预应力钢筋并排于所述立柱1的两侧；或者，二所述预应力钢筋的并排间距小于所述立柱1的宽径，二所述预应力钢筋穿孔而过所述立柱1。
作为本技术方案一较佳技术实施形式，所述立柱1为矩形钢管或者H型钢，所述牛腿3和所述中间梁2为H型钢。
作为本技术方案一较佳技术实施形式，所述拼接结构的底部设有抗剪托板7支托于所述牛腿3。中间梁2传递给牛腿3的竖向剪力由抗剪托板7承担，减小了高强度的连接螺栓53的组合受力，同时抗剪托板7可作为施工用临时支撑板，从而在高强度的连接螺栓53施工时不用吊车持续吊着中间梁2，大幅提高了吊车的使用效率。
本实施方案记载中的钢梁即为三段梁结构的现实通俗表达，因梁结构通常为钢材料，即本领域人员通俗统称为钢梁。
本身技术方案的有益效果包括：
1、通过以下三个方面，本发明可以有效降低框架梁的用钢量，从而达到节能减排，降低碳排放的目的：
(1)高强钢筋预应力的施加会使得牛腿段上翼缘受压，而使用荷载作用下会导致牛腿段上翼缘受拉，故预应力的加入大大增强了三段梁结构的抗弯承载力；且高强度钢筋的价格仅略高于钢梁，但设计强度远高于钢梁，故材料性价比更高。
(2)高强钢筋高于三段梁结构上翼缘顶部，故高强钢筋与H型三段梁结构组成的组合截面的边缘离中和轴的距离大于纯H型钢的相应距离，因此增加了截面的抵抗矩，从而可以提高截面的抗弯能力；
(3)高强度钢筋的屈服强度远大于H型钢的屈服强度，而高强度钢筋离中和轴的距离相对H型钢上翼缘更远，所以能够有效的充分利用两种材质的强度，降低用钢量。
2、施加预应力会使牛腿段产生反拱，与使用阶段牛腿3的位移方向相反，从而相当于给钢梁进行了起拱，减小了钢梁在使用阶段的挠度。
3、预应力钢筋通过牛腿3的拼接端板对拉，可以增大拼接端板节点的抗弯承载力，或减少端板螺栓的使用。
4、拼接结构的拼接节点采用端板连接，全螺栓连接，可避免焊接。
5、拼接端板上部的拉结板埋入混凝土楼板，拼接端板贯通到钢梁(即三段梁结构)下翼缘，上部楼板为下翼缘提供了强有力的约束作用，为受压下翼缘的侧向失稳提供了侧向支撑，故无需另外设置正交钢梁之间的隅撑，提升了建筑效果，且端板也为钢梁与混凝土楼板及梁侧混凝土提供了抗剪(承压)承载力，起到了类似栓钉的作用。
6、中间梁2传递给牛腿3的竖向剪力由抗剪托板7承担，减小了高强度连接螺栓53的组合受力。同时抗剪托板7可作为施工用临时支撑板，从而在高强度连接螺栓53施工时不用吊车持续吊着中间梁2，大幅提高了中间梁2安装效率和吊车的使用效率。
请参阅图5，并结合图1～图4，本技术方案还记载了一种三段梁与柱组合结构，旨在于单方向提供一种梁柱结构，来提高梁柱节点处的结构强度，包括多根立柱1、每根所述立柱1上设有一牛腿组和一预应力拉结件4；所述牛腿组包括二牛腿3，二所述牛腿3设于所述立柱1的相对两个侧面，相邻所述立柱1的所述牛腿3之间连接有中间梁2，所述预应力拉结件4位于所述牛腿组顶部并拉结于所述牛腿组的二所述牛腿3的端部之间，所述中间梁2与所述中间梁2两端的牛腿3形成三段梁结构。本方案通过将预应力拉结件4引入梁柱结构中，可有效利用预应力拉结件4的高强度性能，提高牛腿3端面抗弯模量，从而显著降低钢梁用钢量，具体的，预应力拉结件4对牛腿组的牛腿3两端之间预应力的施加会使得牛腿3上翼缘受压，而使用荷载作用下会导致牛腿段上翼缘两端受拉，故预应力的加入大大增强了牛腿3的抗弯承载力，能够承载中间梁2的安装，有利于钢结构建筑的推广，并为社会节能减排减碳做出贡献。
此技术方案是三段梁与柱组合框架式结构的单方向表现形式，除没根立柱1上的牛腿组数量和预应力拉结件4的数量不同外，其他结构的功能相同。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种三段梁与柱组合框架式结构，其特征在于，包括：
多根立柱；每根所述立柱上设有二牛腿组和二预应力拉结件，所述牛腿组包括二牛腿，每组所述牛腿组的二所述牛腿设于所述立柱的相对两个侧面，二所述牛腿组沿纵横方向设于所述立柱上，相邻所述立柱的所述牛腿之间连接有中间梁，每一所述预应力拉结件位于每一所述牛腿组顶部并拉结于所述牛腿组的二所述牛腿的端部之间；所述中间梁与所述中间梁两端的牛腿形成三段梁结构，所述立柱之间的所述三段梁结构以所述立柱为节点形成组合框架结构。
2.如权利要求1所述的三段梁与柱组合框架式结构，其特征在于：所述牛腿的端部设有与所述中间梁连接的拼接结构，所述拼接结构包括第一拼接端板、第二拼接端板和连接螺栓；所述第一拼接端板设于所述牛腿的端部，所述第二拼接端板设于所述中间梁的端部；所述第一拼接端板和所述第二拼接端板通过所述连接螺栓过孔连接。
3.如权利要求2所述的三段梁与柱组合框架式结构，其特征在于：所述预应力拉结件拉结于所述牛腿组的二所述牛腿的所述拼接结构之间。
4.如权利要求3所述的三段梁与柱组合框架式结构，其特征在于：所述第一拼接端板的顶部延伸形成有第一拉结板，所述第二拼接端板的顶部延伸形成有第二拉结板；所述预应力钢筋的端部具有螺纹段，所述螺纹段穿设而过所述第一拉结板和所述第二拉结板后被一预应力调节螺栓螺纹套接，通过所述预应力调节螺栓的旋拧形成所述预应力钢筋对所述第一拉结板和所述第二拉结板的拉结效应。
5.如权利要求4所述的三段梁与柱组合框架式结构，其特征在于：所述牛腿和所述中间梁上部设有混凝土楼板，所述预应力钢筋、所述第一拉结板和所述第二拉结板被后浇筑于所述混凝土楼板中。
6.如权利要求1～5所述的三段梁与柱组合框架式结构，其特征在于：所述预应力拉结件至少为并排拉结的二根预应力钢筋。
7.如权利要求6所述的三段梁与柱组合框架式结构，其特征在于：二所述预应力钢筋的并排间距大于或者等于所述立柱的宽径，二所述预应力钢筋并排于所述立柱的两侧；或者，二所述预应力钢筋的并排间距小于所述立柱的宽径，二所述预应力钢筋穿孔而过所述立柱。
8.如权利要求7所述的三段梁与柱组合框架式结构，其特征在于：所述立柱为矩形钢管或者H型钢，所述牛腿和所述中间梁为H型钢。
9.如权利要求8所述的三段梁与柱组合框架式结构，其特征在于：所述拼接结构的底部设有抗剪托板支托于所述牛腿。
10.一种三段梁与柱组合结构，其特征在于，包括：
多根立柱、每根所述立柱上设有一牛腿组和一预应力拉结件；所述牛腿组包括二牛腿，二所述牛腿设于所述立柱的相对两个侧面，相邻所述立柱的所述牛腿之间连接有中间梁，所述预应力拉结件位于所述牛腿组顶部并拉结于所述牛腿组的二所述牛腿的端部之间，所述中间梁与所述中间梁两端的牛腿形成三段梁结构。
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