CN212388852U - 一种空腹式组合梁 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种空腹式组合梁，该组合梁基于空腹式钢骨架与混凝土结合，其中钢骨架包括上、下翼缘板、中间的桁架角钢或钢筋、以及上、下翼缘板内壁边缘的拉结筋，通过结构设计令钢骨架受力构件形成一受力钢结构整体，并通过钢骨架形成的腔体对所浇筑的混凝土进行约束，形成钢包覆混凝土的开口构件。本实用新型组合梁受力机理类似于钢结构构件，钢结构腔体对混凝土形成约束，使混凝土可以分担轴力，同时混凝土能约束钢板屈曲，形成组合作用，整个组合梁的钢结构截面均参与受力，抗震性能优于传统混凝土包覆钢的组合结构。本实用新型的钢骨架在浇筑混凝土时充当浇筑模板，省去了额外支模的麻烦，具有用钢量低、承载力好的优点。

Description

一种空腹式组合梁

技术领域

本实用新型涉及装配式建筑领域，具体涉及一种空腹式组合梁。

背景技术

我国在大力推进传统建筑向工业化建筑转型。传统建筑中，绝大部分的工作需在施工现场完成，施工周期长、环境污染严重、堆料场地大、施工人员短缺等问题成为抑制建筑产业进步的壁垒。2020年初新冠病毒疫情中大放光彩的火神山、雷神山项目使装配式建筑相关技术走到了大众的面前，其工业化生产、快速部署、即刻投入使用等特点令人印象深刻，开拓了一片新的市场。

在民用建筑中，现较为成熟的装配式建筑结构体系主要包括PC结构、钢结构及钢混组合结构。PC结构应用较为广泛，但其存在着竖向拼接节点可靠性等问题而饱受诟病，且由于其自重大，影响安装效率。钢结构虽具有较为可靠的节点构造且其施工质量易于保证，但结构自身存在隔音保温较差、刚度低、舒适度不佳、需要额外进行防火防腐处理等问题，这在住宅建筑中是必须克服的难关。而钢混组合结构兼具有上述两种结构的优点，其部分结构体系例如部分包覆混凝土组合结构，因其主体大面积包覆混凝土，而又具备与钢结构相同的连接节点，完美地克服了钢结构及PC结构的不足，但依然具有用钢量较高的问题。

钢混H型钢梁是目前装配式建筑中常用的结构，这种钢混组合梁以H型钢作为骨架，在H型钢的腹板两侧空腔浇筑混凝土，通常在工厂浇筑时需要分两次进行双面浇筑成型，制作工艺相对繁琐。即使在H型钢的腹板上开孔方便一次混凝土浇筑成型，腹板上开孔作业又增加了额外的工序，并且这种开孔浇筑易产生空鼓不密实等问题。

桁架梁是桥梁、建筑中广泛应用的一种结构，由许多腹杆组成，具有优良的抗弯性能和较强的变形协调能力。本实用新型也采用空腹式钢骨架结构作为支撑，将钢桁架结构与混凝土进行结合，利用所设计的钢骨架形成的腔体约束混凝土，使混凝土能够分担轴力，同时混凝土还能约束钢板屈曲，两者形成组合作用，在减少用钢量的同时，提高梁的承载力，本案由此而生。

实用新型内容

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种空腹式组合梁，包括上、下翼缘钢板，上、下翼缘钢板之间焊接固定倾斜设置的桁架角钢或桁架钢筋，所述桁架角钢或桁架钢筋双排阵列且留有间隙，每排桁架角钢或桁架钢筋的外侧竖向设有若干拉结筋，拉结筋的两端折弯焊接于上、下翼缘钢板内壁上，上、下翼缘钢板之间浇筑混凝土填充。

进一步，所述桁架角钢或桁架钢筋的两端直接焊接在上、下翼缘钢板内壁上。

进一步，所述上、下翼缘钢板的内壁上对称焊接双排搭筋板，桁架角钢或桁架钢筋的两端焊接在搭筋板外侧面上。

进一步，所述每排桁架钢筋以交叉方式布设，桁架钢筋交叉处捆扎固定。

进一步，所述上、下翼缘钢板的两侧端部焊接连接板，连接板上下两端分别与上、下翼缘钢板内壁焊接且令断面呈工字型结构，连接板中部两侧对称焊接封头板，封头板与连接板垂直，并将连接板分隔为外侧连接段和内侧延伸段，外侧连接段上开设安装孔，内侧延伸段与上、下翼缘钢板连接处设有焊接过渡板，焊接过渡板为直角三角形，两个直角边分别与连接板延伸段及翼缘钢板焊接固定，封头板与上、下翼缘钢板围合区域浇筑混凝土。

进一步，所述拉结筋沿梁长度方向间隔布设，靠近梁的连接端的拉结筋布设密度大于梁的中间段布设密度。

本实用新型还公开另外一种结构的空腹式组合梁，具体采用如下技术实现：

一种空腹式组合梁，包括上、下T型翼缘板，上、下T型翼缘板的腹板相对且间隔距离布设，在上、下T型翼缘板两个端部分别设置与腹板共面的连接板，连接板与腹板焊接固定；在上、下T型翼缘板的腹板同侧焊接固定倾斜设置的桁架角钢或桁架钢筋，桁架角钢或桁架钢筋焊接在腹板外表面，在两端连接板的中部段的两侧分别焊接封头板，封头板与连接板垂直，封头板顶部和底部分别焊接在上、下T型翼缘板内壁上；在两端封头板之间区域，位于上、下T型翼缘板两侧内壁边缘处分别沿梁长度方向间隔焊接若干竖向拉结筋，拉结筋的两端折弯焊接于上、下T型翼缘板内壁上，靠近封头板处拉结筋间距要小于中间段拉结筋间距，在上、下T型翼缘板及两端封头板围合区域浇筑混凝土填充。

本实用新型还公开第三种结构的空腹式组合梁，具体采用如下技术实现：

一种空腹式组合梁，包括上、下T型翼缘板，上、下T型翼缘板的腹板相对且间隔距离布设，在上、下T型翼缘板两个端部分别设置与腹板共面的连接板，连接板与腹板焊接固定，在上、下T型翼缘板的腹板同侧间隔焊接若干扁钢条，扁钢条与T型翼缘板垂直布设；在两端连接板的中部段的两侧分别焊接封头板，封头板与连接板垂直，封头板顶部和底部分别焊接在上、下T型翼缘板内壁上；由上、下两条水平钢筋以及垂直焊接于两条水平钢筋之间的若干拉结筋构成钢筋网片，将两片钢筋网片分别置于扁钢条的两侧，并将两条水平钢筋分别焊接于T型翼缘板的内壁上，在上、下T型翼缘板及两端封头板围合区域浇筑混凝土填充。

本实用新型所公开的空腹式组合梁，以空腹式钢骨架作为内部支撑，并对钢骨架结构进行优化设计，令钢骨架受力构件形成一受力钢结构整体，并通过钢骨架形成的腔体对所浇筑的混凝土进行约束，形成钢包覆混凝土的开口构件，该结构形成的组合梁不同于钢管混凝土桁架梁以及钢混凝土梁，其受力机理类似于钢结构构件，但钢结构腔体又约束混凝土，使混凝土可以分担轴力，同时混凝土能约束钢板屈曲，形成组合作用，整个组合梁的钢结构截面均参与受力，抗震性能优于传统混凝土包覆钢的组合结构。本实用新型的钢骨架结构为一次性浇筑混凝土提供了便利，能在浇筑混凝土时充当浇筑模板，省去了额外支模的麻烦。本实用新型提供的空腹式组合梁具有用钢量低、装配便捷、承载力好的特点。

附图说明

图1为本实用新型组合梁钢骨架采用连接板+搭筋板+双侧桁架角钢结构示意图；

图2为图1组合梁钢骨架与次梁连接节点结构示意图；

图3为图1中钢骨架中间空腹段浇筑混凝土后的正面结构示意图；

图4为图3组合梁的中部断面结构示意图；

图5为本实用新型组合梁钢骨架采用连接板+双侧桁架角钢结构示意图；

图6为本实用新型组合梁钢骨架采用搭筋板+双侧桁架角钢结构示意图；

图7为图6中钢骨架浇筑混凝土后的正面结构示意图；

图8为图7中组合梁与柱连接节点示意图；

图9为本实用新型组合梁钢骨架采用连接板+搭筋板+双侧交叉桁架钢筋结构示意图；

图10为本实用新型组合梁钢骨架采用T型翼缘板+连接板+单侧桁架角钢结构示意图；

图11为图10组合梁钢骨架的正面结构示意图；

图12为图11中A-A处剖面结构示意图；

图13为图11中B-B处剖面结构示意图；

图14为本实用新型组合梁钢骨架采用T型翼缘板+连接板+扁钢条+钢筋网片结构示意图；

图15为图14中钢筋网片结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本实施例分别公开一种空腹式组合梁结构，组合梁的内部钢骨架采用空腹式结构设计，通过空腹式桁架结构降低用钢量以及自重，钢骨架也充当了浇筑混凝土时的模板，免去了支模的麻烦，方便装配后向其内部空腔浇筑混凝土作业。在设计空腹式结构时，还需考虑各个受力构件是否能够形成受力整体，以便提高梁的承载力，以及如何能对混凝土形成良好约束，还要考虑内部结构如何与混凝土形成组合作用，使得全部钢结构截面均参与受力，在抗震性能上优于传统混凝土包覆钢的组合结构。因此，本实用新型首要技术核心就是对钢骨架结构的设计，下面将结合附图逐一说明其具体结构。

实施例1：如图1所示的一种空腹式组合梁，包括位于上部和下部的两块翼缘钢板1，在上、下翼缘钢板1的两侧端部各焊接一块连接板2，连接板2上、下两端分别与上、下翼缘钢/1的内壁焊接且令断面呈工字型结构，连接板2中部的两侧对称焊接封头板3，封头板3与连接板2垂直，并将连接板2分隔为外侧连接段和内侧延伸段15，外侧连接段上开设若干安装孔，内侧延伸段15与上、下翼缘钢板1的连接处设有焊接过渡板4，焊接过渡板4为直角三角形，两个直角边分别与连接板延伸段15及翼缘钢板1焊接固定。在两端封头板3之间的区域，且位于上、下翼缘钢板1的内壁上对称焊接有一定间隙的双排搭筋板5，搭筋板5沿梁长度方向布设，其长度根据设计要求选择，在每排同侧的上下搭筋板5的外表面之间焊接桁架角钢6或桁架钢筋7(本实施例附图1以桁架角钢为例展示)，桁架角钢6或桁架钢筋7斜向45度角设置，并且相邻两根倾斜方向相反。每排桁架角钢6或桁架钢筋7的外侧竖向设有若干拉结筋9(图1省略了拉结筋结构，可参考图10)，拉结筋9的两端呈折弯状，折弯部焊接于上、下翼缘钢板1的内壁边缘处，折弯部的焊缝长度为5倍拉结筋9的直径。拉结筋9沿梁长度方向间隔布设若干个，在布设时，越靠近梁的连接端(即封头板3)的拉结筋9间距越小，从梁的中部向两端间距从大逐渐变小，即中间稀疏两端稠密，增强两端连接处的强度，最后在由上、下翼缘钢板1及两端封头板3围合的区域腔体内浇筑混凝土11进行填充，形成本实施例的组合梁结构(如图3和图4所示)。

上述实施例中的双侧桁架角钢6或桁架钢筋7、以及双侧拉结筋9的存在，使得钢骨架与混凝土11之间的组合作用得到了保障，桁架角钢6或桁架钢筋7保证了上、下翼缘钢板1能够协同工作。拉结筋9的主要作用为约束混凝土11的外侧变形，可以提高混凝体11对钢骨架的稳定性。设置焊接过渡板4是考虑到连接板2与翼缘钢板1连接处易形成应力集中，从而会导致连接板2与两侧翼缘钢板1撕裂，造成钢构件本身承载力大大削弱，焊接过渡板4可以将此部位应力过渡到上下翼缘钢板1上，保证节点区域节点的强度，而拉结筋9也发挥着共同承担承载力的作用。桁架角钢6或桁架钢筋7以倾斜45度角设置，是考虑到钢骨架内部填充混凝土受力时易形成45度的剪切破坏，将桁架角钢6或桁架钢筋7倾斜45度角设置，能起到钢与混凝土之间的组合拉结共同受力的作用，还能起到抵抗斜裂缝的受剪破坏。

本实施例结构中的组合梁，在与柱连接时，通过两端的连接板2与柱实现栓焊混合连接，连接板2的设置为梁与柱的快速连接提供了便利，也形成连接节点的后浇段，由于梁的中间段是在工厂内预先浇筑好的，只有连接板2的外侧连接段需要施工现场浇筑。当该结构的组合梁需要与面外次梁连接时，如图2所示，钢骨架浇筑混凝土前，先将次梁节点连接板10焊接在上下翼缘钢板1的内壁上，然后将次梁节点连接板10按设计计算要求与次梁进行栓接或栓焊混合连接。

实施例2：本实施例与实施例1不同之处在于：中间采用桁架钢筋7，且相邻桁架钢筋7以交叉形式布设，并且在交叉处将两根钢筋捆扎固定，所形成的组合梁结构如图9所示，其他结构同实施例1，不再详述。本实施例采用交叉形式设置桁架钢筋7，主要是考虑到梁受力时存在斜裂缝受剪破坏的激励，交叉钢筋是对斜裂缝的双重保护，可以提高组合梁的整体受力性能。

实施例3：本实施例与实施例1结构类似，不同之处在于：上、下翼缘钢板1内壁上不焊接搭筋板5，桁架角钢6或桁架钢筋7的上下两端是直接焊接在翼缘钢板1的内壁上的。搭筋板5的设计需求是根据实际工程受力设计而确定的，设计上有需要满足的焊接长度需求时就可设置搭筋板5，保证，桁架角钢6或桁架钢筋7两端有足够的焊接长度，如果没有特殊需求，可以不设置搭筋板5，采用点焊方式固定桁架角钢6或桁架钢筋7即可。本实施例对应的附图如图5所示，图5中展示的是桁架角钢6结构，桁架钢筋7结构同理设置。

实施例4：上述实施例1至3公开的组合梁都设计了连接板2作为后浇混凝土节点，这种结构的组合梁通过连接板2与柱的钢牛腿先进行栓焊连接，然后再支模对连接节点区域现浇混凝土，施工效率上会受到影响。因此，本实施例不设置后浇混凝土节点，如图6所示，钢骨架的中间段与实施例1完全相同，不同之处在于不设置两端的连接板2、封头板3、以及焊接过渡板4，其他结构同实施例1。由此形成的钢骨架通过两端支模在工厂内预先完成混凝土的浇筑，浇筑后形成的组合梁如图7所示。本实施例组合梁13与柱12连接时，如图8所示，施工现场将组合梁13与柱12通过连接角钢14栓接或焊接即可，无需进行节点后浇作业，施工效率得以提升。

实施例5：本实施例公开另外一种空腹式组合梁结构，如图10至图13所示，与实施例1不同之处在于：所使用的上、下翼缘钢板不是平钢板，而是采用T型翼缘板8进行替换，利用T型翼缘板8的腹板充当搭筋板的作用，直接将桁架角钢6或桁架钢筋7焊接在腹板上即可。此结构的组合梁只需设置一排桁架角钢6或桁架钢筋7，并且两端的连接板2与T型翼缘板8的腹板共面放置，连接板2直接与上、下腹板焊接固定即可。由于腹板的连续存在，也无需额外设置焊接过渡板4，其他结构同实施例1设置即可。T型翼缘板8可采用热轧T型钢，或者将宽翼缘H型钢腹板切割成两个T型钢来使用，如没有合适的型钢截面亦可以采用组焊构件形式实现。

采用实施例1至4中的翼缘钢板1结构形成的组合梁加工时比较简便，无需像实施例5中再焊接T型腹板段，用钢量上也相对更节省。实施例1至4中的翼缘钢板1结构组合梁，上、下翼缘钢板1用于抵抗受弯承载力，双侧桁架角钢6或桁架钢筋7既能抵抗受剪承载力，又起到拉结混凝土与钢构件形成组合作用。而实施例5中的T型翼缘板结构组合梁，T型翼缘板8用于抵抗受弯承载力，焊接在腹板上的单侧桁架钢筋或桁架角钢与T型腹板区一起抵抗受剪承载力，而两侧的拉结筋9主要起到拉结混凝土与钢构件形成组合作用的。

实施例6：本实施例公开与实施例5中比较类似的组合梁结构，如图14和图15所示，本实施例中组合梁的结构与实施例5相同之处直接参照实施例5描述即可，本实施例仅对不同之处进行描述，不同之处如下：本实施例中用直条形扁钢条18代替实施例5中的桁架角钢或桁架钢筋，将若干间隔一定距离的扁钢条18焊接在T型翼缘板8的腹板同侧。代替实施例5中拉结筋的是钢筋网片结构，钢筋网片由两条水平钢筋16以及若干拉结筋17组合而成，先将两条水平钢筋16按照设计距离放置好后，在两条水平钢筋16之间间隔焊接若干拉结筋17，拉结筋17与水平钢筋16保持垂直，为了增加两端连接处的强度，靠近水平钢筋16端部的拉结筋17布设相对稠密一些。将组合好的两片钢筋网片分别置于扁钢条18的两侧，将水平钢筋16与T型翼缘板的内壁焊接固定即可形成本实施例的钢骨架结构。

上述给出的各个实施例中的组合梁若截面高度超过400mm，可以在钢骨架内部的桁架角钢6与拉结筋9之间的空腔横向穿入若干抗裂钢筋(图中未展示)，抗裂钢筋垂直于拉结筋9方向设置，抗裂钢筋的端部可以焊接在连接板2的内侧延伸段15上，内侧延伸段15此时充当搭筋板使用，抗裂钢筋也可以点焊在封头板3上防止浇筑时脱落，抗裂钢筋与拉结筋9、以及桁架角钢6进行绑扎固定，保证受力的连续性。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种空腹式组合梁，其特征在于：包括上、下翼缘钢板，上、下翼缘钢板之间焊接固定倾斜设置的桁架角钢或桁架钢筋，所述桁架角钢或桁架钢筋双排阵列且留有间隙，每排桁架角钢或桁架钢筋的外侧竖向设有若干拉结筋，拉结筋的两端折弯焊接于上、下翼缘钢板内壁上，上、下翼缘钢板之间浇筑混凝土填充。

2.根据权利要求1所述的一种空腹式组合梁，其特征在于：所述桁架角钢或桁架钢筋的两端直接焊接在上、下翼缘钢板内壁上。

3.根据权利要求1所述的一种空腹式组合梁，其特征在于：所述上、下翼缘钢板的内壁上对称焊接双排搭筋板，桁架角钢或桁架钢筋的两端焊接在搭筋板外侧面上。

4.根据权利要求1所述的一种空腹式组合梁，其特征在于：所述每排桁架钢筋以交叉方式布设，桁架钢筋交叉处捆扎固定。

5.根据权利要求1所述的一种空腹式组合梁，其特征在于：所述上、下翼缘钢板的两侧端部焊接连接板，连接板上下两端分别与上、下翼缘钢板内壁焊接且令断面呈工字型结构，连接板中部两侧对称焊接封头板，封头板与连接板垂直，并将连接板分隔为外侧连接段和内侧延伸段，外侧连接段上开设安装孔，内侧延伸段与上、下翼缘钢板连接处设有焊接过渡板，焊接过渡板为直角三角形，两个直角边分别与连接板延伸段及翼缘钢板焊接固定，封头板与上、下翼缘钢板围合区域浇筑混凝土。

6.根据权利要求1所述的一种空腹式组合梁，其特征在于：所述拉结筋沿梁长度方向间隔布设，靠近梁的连接端的拉结筋布设密度大于梁的中间段布设密度。

7.一种空腹式组合梁，其特征在于：包括上、下T型翼缘板，上、下T型翼缘板的腹板相对且间隔距离布设，在上、下T型翼缘板两个端部分别设置与腹板共面的连接板，连接板与腹板焊接固定；在上、下T型翼缘板的腹板同侧焊接固定倾斜设置的桁架角钢或桁架钢筋，桁架角钢或桁架钢筋焊接在腹板外表面，在两端连接板的中部段的两侧分别焊接封头板，封头板与连接板垂直，封头板顶部和底部分别焊接在上、下T型翼缘板内壁上；在两端封头板之间区域，位于上、下T型翼缘板两侧内壁边缘处分别沿梁长度方向间隔焊接若干竖向拉结筋，拉结筋的两端折弯焊接于上、下T型翼缘板内壁上，靠近封头板处拉结筋间距要小于中间段拉结筋间距，在上、下T型翼缘板及两端封头板围合区域浇筑混凝土填充。

8.一种空腹式组合梁，其特征在于：包括上、下T型翼缘板，上、下T型翼缘板的腹板相对且间隔距离布设，在上、下T型翼缘板两个端部分别设置与腹板共面的连接板，连接板与腹板焊接固定，在上、下T型翼缘板的腹板同侧间隔焊接若干扁钢条，扁钢条与T型翼缘板垂直布设；在两端连接板的中部段的两侧分别焊接封头板，封头板与连接板垂直，封头板顶部和底部分别焊接在上、下T型翼缘板内壁上；由上、下两条水平钢筋以及垂直焊接于两条水平钢筋之间的若干拉结筋构成钢筋网片，将两片钢筋网片分别置于扁钢条的两侧，并将两条水平钢筋分别焊接于T型翼缘板的内壁上，在上、下T型翼缘板及两端封头板围合区域浇筑混凝土填充。

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