CN216405709U - 组合装配式钢结构以及模型 - Google Patents

Abstract

本申请属于钢结构技术领域，尤其涉及组合装配式钢结构以及模型，包括持力层，持力层上端设置有多根平行排布的竖柱，竖柱上端设置有横梁，竖柱之间设置有竖直布置的外包式混凝土墙板、实腹式混凝土墙板以及钢筋混凝土墙板，竖柱和横梁之间设置有侧向支撑，侧向支撑包括斜支撑和屈曲约束支撑，斜支撑一端与横梁或竖柱固定连接，斜支撑的另一端与横梁或竖柱固定连接，屈曲约束支撑的一端与横梁或竖柱铰接连接，屈曲约束支撑的另一端与横梁或竖柱铰接连接，利用梁柱和剪力墙相配合，以斜支撑和屈曲约束支撑等侧向支撑体系作为辅助支撑形成钢结构，使得整体钢结构的强度、提高其抗震性能，并使得整体钢结构装配方便，制作快速。

Description

组合装配式钢结构以及模型

技术领域

本申请属于钢结构技术领域，尤其涉及组合装配式钢结构以及模型。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本申请相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

钢结构是目前最常用的建筑应用，例如高铁站修建、快速通道修建等方面，目前钢结构注重装配方便、整体强度，主要是以梁柱结构为主，但还应该注意抗震性能、经济性能、节点处的结构强度。

发明内容

本申请为了解决上述问题，本申请提供组合装配式钢结构以及模型。

本申请的第一目的是提供组合装配式钢结构，利用梁柱和剪力墙相配合，以斜支撑和屈曲约束支撑等侧向支撑体系作为辅助支撑形成钢结构，使得整体钢结构的强度、提高其抗震性能，并使得整体钢结构装配方便，制作快速。

本申请的第二目的是提供组合装配式钢结构模型，制作一个钢结构模型，用于展示本申请的钢结构模型，并利用该模型为客户、学生等群体展示，在实地教学、模拟教学、结构实际研究和理论研究达到效果。

为实现本申请的第一目的，本申请的技术方案为：

组合装配式钢结构，包括持力层，以持力层为底层支撑结构，以竖柱、横梁、墙板等作为支撑结构，具体为：持力层上端设置有多根平行排布的竖柱，竖柱上端设置有位于同一平面上的横梁，竖柱之间设置有竖直布置的外包式混凝土墙板、实腹式混凝土墙板以及钢筋混凝土墙板中的任一一种或多种，竖柱和横梁之间设置有侧向支撑，侧向支撑包括斜支撑和屈曲约束支撑，斜支撑一端与横梁或竖柱固定连接，斜支撑的另一端与横梁或竖柱固定连接，屈曲约束支撑的一端与横梁或竖柱铰接连接，屈曲约束支撑的另一端与横梁或竖柱铰接连接。

进一步的，持力层为整个钢结构的基础，持力层基础牢固才能使得钢结构牢固，本申请的持力层包括管桩，管桩下端设置有底板，管桩的上端设置有承台，竖柱固定设置在承台上，底板上端、承台下方形成持力层，底板和承台之间设置有土。

进一步的，本申请为进一步增强持力层的结构的稳定性，管桩采用圆钢管，管桩内灌设有混凝土。

进一步的，本申请采用一类或多类墙板作为梁柱之间的支撑结构，其中，外包式混凝土墙板包括外侧钢板，外侧钢板围成具有空腔的钢柱结构，空腔内灌设有混凝土，作为第二类墙板，实腹式混凝土墙板包括钢管混凝土柱，钢管混凝土柱位于墙板的端部以及角部，钢管混凝土柱之间设置有钢板，钢板内间隔设置有筋板，筋板上开设有孔，筋板和钢板围成空隔，空隔内灌设有混凝土。

进一步的，横梁为工字梁，工字梁的两端设置有突出工字梁的翼缘板，翼缘板与竖柱抵接在一起，翼缘板通过螺栓与竖柱固定连接。

进一步的，竖柱内为中空结构，中空结构内灌设有混凝土，竖柱外侧为钢材质外皮，钢材质外皮包覆混凝土。

进一步的，作为本申请的特殊也是核心结构之一，屈曲约束支撑包括铰接座和铰接杆，竖柱或横梁上固定设置有铰接座，铰接杆的端头插设在铰接座内，铰接杆的端头与铰接座间隙配合，铰接杆的端头与铰接座铰接连接。

进一步的，作为竖向结构体系的优选结构，钢管混凝土柱的截面长度与宽度之比小于等于4，实腹式混凝土墙板的截面长度与宽度之比大于4。

为实现本申请的第二目的，本申请的技术方案为：

组合装配式钢结构模型，为上述的组合装配式钢结构的1：N比例模型，所述N为大于等于1的自然数，根据不同的场景，可以对自然数N进行不同的选择，例如，在大厅展示为本申请的钢结构缩小模型，供客户参观，在车间展示为本申请的钢结构的剖切模型，展示竖柱内灌注的混凝土，墙板的内部结构等，在工厂的空地上搭建1：1等比例的组合装配式钢结构，用于结构研究、教学方面。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

1.本申请的钢结构以持力层作为基础，在持力层上安装以竖柱和横梁相配合的竖向支撑体系和横向支撑体系，在竖柱和横梁之间安装墙体或侧向支撑，形成稳定可靠的钢与混凝土混合的钢结构，这类钢结构制作简单快捷，承载力强，并且，由于屈曲约束支撑的存在使得整个钢结构抗震性能好。

2.本申请的屈曲约束支撑采用铰接杆和铰接座配合，形成具有一定活动量的侧向支撑，提高了整个钢结构的抗震性能，且屈曲约束支撑也能够承受轴力，且加工制作成本较低。

3.本申请的持力层包括以管桩支撑为主，管桩内灌注混凝土，在管桩的上、下端分别安装承台和底板，并在填埋土的配合下形成稳定的持土层结构，为整个钢结构提供稳定的支撑。

4.本申请以钢结构为基础通过等比例或缩小比例制作成模型，根据场景不同可以选择不同的模型适用，在钢结构整体展示、结构研究、教学等方面均具有重要作用。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本申请钢结构在一个方向上的整体结构示意图；

图2为本申请钢结构在第二个方向上的整体结构示意图；

图3为本申请钢结构在第三个方向上的整体结构示意图；

图4为本申请钢结构在第四个方向上的整体结构示意图；

图5为本申请钢结构在俯视方向上的结构示意图。

图中：

1.底板，2.管桩，3.承台，4.竖柱，5.横梁，6.翼缘板，7.斜支撑，8.屈曲约束支撑，9.外包式混凝土墙板，10.铝合金墙板，11.加强肋板，12.实腹式混凝土墙板。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本申请作进一步说明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

实施例1

本实施例为本申请的组合装配式钢结构，重点介绍钢结构所采用材质、形状、构造以及它们之间相应的组合，本实施例的组合装配式钢结构，以持力层作为底部的基础，持力层也是钢结构的重要组成部分，在持力层的上端安装梁柱结构以及侧向支撑、墙板，形成稳定的钢结构，持力层是以管桩2作为支撑基础，在本实施例中，管桩2采用圆柱形的钢管结构，管桩2的内部是中空的，管桩2的下端是底板1，底板1是一种厚钢板，钢板埋设在土里或钢板垫在土里较硬的土层部分，管桩2的下端与钢板的上端面焊接在一起，进而形成一个整体，然后将底板1下放至土中，在管桩2内灌注C40混凝土，灌注后的管桩2内部空间被填满，允许存在细微气泡和孔洞，管桩2之间填埋泥土并压紧，使得泥土填充满持土层，在管桩2的上端安装承台3，承台3的厚度比底板1大，管桩2与承台3固定连接在一起，作为一种实施方案，管桩2与承台3通过螺栓固定在一起，管桩2的上端具有翼板，先将C40混凝土灌设在管桩2内，然后再将泥土填埋在持力层，然后在持力层上墩设承台3，利用螺栓将承台3和管桩2上端的翼板连接在一起，形成一体结构，作为第二种实施方案，管桩2与承台3通过焊接固定在一起，先将C40混凝土灌设在管桩2内，然后再将承台3和管桩2焊接，然后再将土填埋在管桩2之间，使得承台3位于土里，但承台3的上端露出土面，或者承台3的下端面与土面接触，使得整个承台3露出土面，作为第三种实施方案，管桩2为预制混凝土管桩，在使用前提前制作然后再组装、埋设形成持力层。

承台3上端面固定安装竖柱4，在本实施例中，竖柱4采用矩形方钢管，竖柱4的下端为平面板，平面板采用平面钢板，竖柱4与平面板焊接固定在一起，平面板下端与承台3的上端面抵接在一起，并利用螺栓将平面板和承台3固定在一起，进而使得竖柱4固定安装在承台3上，更具体的，竖柱4与平面板之间安装加强肋板11，加强肋板11采用钢材质，作为一种实施方案，加强肋板11采用直角梯形，加强肋板11的一条直角边与竖柱4焊接在一起，加强肋板11相对斜边的一条直角边与平面板焊接在一起，作为具体的实施方案，一根竖柱4上的加强肋板11采用8片加强肋板11，由于竖柱4一共具有4个侧面，每一个侧面上均焊接固定安装2片加强肋板11，加强竖柱4与承台3连接的稳定性和安全性，作为更进一步的实施方案，竖柱4的内部具有中空结构，且中空结构也是立方体形，更具体的是正方体形，在竖柱4内部的中空结构内灌注C40混凝土，并在竖柱4的上端开口处安装封堵板，封堵板焊接在竖柱4的上端，将C40混凝土封在竖柱4内。

本实施例的竖柱4为竖向结构体系的主要结构，在本实施例中，竖向结构体系主要包括两类，第一类是格构式钢管混凝土组合柱，第二类是实腹式钢管混凝土组合柱，具体的，格构式钢管混凝土组合柱的构造是在组合柱的端部、角部采用热轧或高频焊接矩形钢管混凝土柱，矩形钢管混凝土柱之间用钢支撑相连，作为优选的，钢支撑采用侧向支撑之一的斜支撑7，斜支撑7采用方钢管材质，斜支撑7与格构式钢管混凝土组合柱焊接在一起，其优点是这种竖向结构体系便于实施焊接，且整体构造以方钢管和混凝土为主，加工制造成本低，在这类体系中，竖柱4和斜支撑7主要承受轴向力，承载效率高，使得整体钢消耗量降低，而竖柱4之间的横杆可以采用耗能材质，进一步增强竖向结构体系的抗震性能，第二类是实腹式钢管混凝土组合柱，在组合柱的端部、角部采用热轧或高频焊接矩形钢管混凝土柱，在钢管内灌注C40混凝土，实腹式钢管混凝土组合柱的截面长度与宽度之比小于等于4，虽然用钢量和混凝土用量有所增加，但整体结构强度高，承载力高。

在竖柱4之间安装横梁5形成梁柱结构，横梁5安装在竖柱4的上端侧面，具体的，横梁5为钢制工字梁，工字梁的上、下端均为钢制翼板，上端翼板和下端翼板之间为竖板，工字梁的两端安装有突出工字梁的翼缘板6，竖板的侧面与翼缘板6固定连接在一起，更具体的，竖板与翼缘板6通过螺栓固定连接，翼缘板6另一端与竖柱4的侧面抵接在一起，并通过螺栓与竖柱4的侧面固定安装在一起，并且，横梁5的端面与竖柱4的侧面存在间隙，本实施例中，横梁5采用钢制结构，竖柱4内的C40混凝土外侧为钢制外皮，利用钢制外皮包覆C40混凝土，形成竖柱4。

本实施例的侧向支撑包括斜支撑7和屈曲约束支撑8，斜支撑7采用钢制方钢管或者H型钢材，屈曲约束支撑8也是本实施例的核心结构之一，在本实施例中，在竖柱4或横梁5上安装铰接座，铰接座通过螺栓或者焊接技术固定安装在竖柱4或横梁5上，并在铰接座上铰接安装铰接杆，铰接杆插在铰接座内，并且铰接杆在铰接座内具有间隙，使得铰接杆能够在铰接座内轻微活动，铰接座为一根钢制杆，钢制杆的端头处开设通孔，将一根铰接轴穿设在铰接座和通孔内，进而使得铰接杆与铰接座铰接连接，侧向支撑可以提高结构侧向刚度和整体抗扭刚度，而本实施例中的屈曲约束支撑8则可以提高整体结构的抗震性能，作为具体的实施方案，铰接轴采用螺栓，螺栓穿设在铰接座和铰接杆的通孔内，螺栓穿出铰接座的一端与螺母螺接连接在一起，使得螺栓作为铰接轴，螺栓采用特制螺栓，螺栓的头端具有螺纹，剩余部分除大头端外均为光杆，屈曲约束支撑8则可以采用H型钢或者方形钢管，更优选的是，屈曲约束支撑8采用套筒式结构，即其分为大套筒和小套筒，大套筒内开设有圆柱形的凹陷，小套筒则穿设再大套筒内且与凹陷间隙配合，凹陷内填充记忆合金材料，使得屈曲约束支撑8可以发生较大形变，记忆合金材料选用SMA形状记忆合金材料，这类屈曲约束支撑8可以应用在关键位置。

本实施例的墙板安装在横梁5下方，竖柱4之间，本实施例中的墙板包括三类，第一类是外包式混凝土墙板9，第二类是实腹式混凝土墙板12，第三类是钢筋混凝土墙板，作为具体的方案，外包式混凝土墙板9以钢板和C40混凝土作为组成部分，外侧钢板围成具有空腔结构的钢柱结构，该钢柱结构是指长方形的板型，因此，形成的空腔也是长方形的板型空腔，在空腔内灌注混凝土，进而形成外包式混凝土墙板9，这种墙板承载力强，制作简单，但用钢材量、混凝土量较多，这种外包式混凝土墙板9可以设计成L型，I型、T型等形状，在本实施例中，外包式混凝土墙板9做成L型，进而形成钢结构的墙体，实腹式混凝土墙板12包括钢管混凝土柱，钢管采用方形钢管，钢管混凝土柱位于墙板的端部以及角部，钢管混凝土柱之间布置钢板，钢板内间隔设置有筋板，筋板上开设有孔，筋板和钢板围成空隔，空隔内灌设有混凝土，孔使得钢板内的混凝土连接在一起，提高了整体强度，与实腹式混凝土墙板12相比，外包式混凝土墙板9的施工相对而言更为简单，根据不同的场景，合理的采用外包式混凝土墙板9和实腹式混凝土墙板12。

钢筋混凝土墙板则较为简单，即在混凝土墙体内埋设钢筋，具体的做法为：先将钢筋焊接在承台3上，利用钢丝将钢筋捆扎在一起，然后在限位木板的作用下围成用于盛放混凝土的空间，将混凝土灌设在空间内，待混凝土冷却后撤去限位木板，形成钢筋混凝土墙体，钢筋混凝土墙体制造简单快捷，钢材用量少，但承载能力略小于上述的两种混凝土墙板，但施工快速，本实施例可以根据不同的场景，合理的采用外包式混凝土墙板9、实腹式混凝土墙板12和钢筋混凝土墙板。

作为另一种墙板结构，这是独立于上述三类墙板中的第四类墙板，也可以在本实施例的钢结构中使用，在此称为铝合金墙板10，第四类墙板的主要结构为两侧的铝合金支撑柱以及两侧铝合金支撑柱之间的铝合金板，铝合金板上开设有条形孔，这类墙板在本实施例的钢结构中也偶有应用，主要应用在不需要太大承载力的场景下。

为增强本申请的防火性能，在本实施例的钢结构采用防火涂料和防火板。

作为另外的实施方案，根据应用场景不同，本实施例所采用的混凝土还可以使用C30混凝土，只要其强度符合规定即可。

实施例2

本实施例提供一种模型，是一种组合装配式钢结构模型，采用实施例1中的组合装配式钢结构的1：N比例模型，N是大于等于1的自然数，根据N的取值以及模型所用材质不同，使得模型可以应用在不同的场合，在本实施例中，列举3中场合，分别是大厅展示所使用的缩小比例的钢结构模型，车间展示所使用的等比例的钢结构内部模型以及搭建的等比例的钢结构模型。

缩小比例的钢结构模型，在持土层不再添加泥土，管桩2、竖柱4、横梁5、墙板等均采用树脂板材或者塑料板材，承台3、底板1等也均采用树脂板材或者塑料板材，作为具体的实施方案，本实施例为区分各个部件结构，塑料板材或者树脂板材采用不同颜色，利用颜色不同的板材对钢结构模型内的各个模型部件进行标识，原钢结构所采用的焊接、螺接等固定连接方式在本实施例的缩小模型中均采用胶接连接，利用胶水等胶接材料将板材粘结起来，形成模型，主要是可以摆放在大厅内的展台上，用于为客户展示、讲解结构，也可以作为相关人员的教学模型使用。

等比例的钢结构内部模型，主要展示竖柱4内部结构、墙板内部结构，为混凝土浇灌以及浇灌程度，样式提供参考依据，还可以为相关人员的理论研究、强度研究等提供模型基础。

等比例的钢结构模型，是钢结构的还原，这类模型可以用于结构研究、教学方面，N取值为1。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本申请的具体实施方式进行了描述，但并非对本申请保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本申请的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本申请的保护范围以内。

Claims (10)

1.组合装配式钢结构，其特征在于，包括持力层，所述持力层上端设置有多根平行排布的竖柱（4），竖柱（4）上端设置有横梁（5）；

所述竖柱（4）之间设置有竖直布置的外包式混凝土墙板（9）、实腹式混凝土墙板（12）、铝合金墙板（10）以及钢筋混凝土墙板中的一种或多种，竖柱（4）和横梁（5）之间设置有侧向支撑，所述侧向支撑包括斜支撑（7）和屈曲约束支撑（8），所述斜支撑（7）一端与横梁（5）或竖柱（4）固定连接，斜支撑（7）的另一端与竖柱（4）或横梁（5）固定连接，所述屈曲约束支撑（8）的一端与横梁（5）或竖柱（4）铰接连接，屈曲约束支撑（8）的另一端与横梁（5）或竖柱（4）铰接连接。

2.如权利要求1所述的组合装配式钢结构，其特征在于，所述持力层包括管桩（2），管桩（2）下端设置有底板（1），管桩（2）的上端设置有承台（3），所述竖柱（4）固定设置在承台（3）上；

底板（1）上端、承台（3）下方形成持力层，底板（1）和承台（3）之间设置有土，土埋设在管桩（2）之间。

3.如权利要求2所述的组合装配式钢结构，其特征在于，所述管桩（2）为圆钢管，管桩（2）内灌设有混凝土。

4.如权利要求1所述的组合装配式钢结构，其特征在于，所述外包式混凝土墙板（9）包括外侧钢板，外侧钢板围成具有空腔的钢柱结构，空腔内灌设有混凝土。

5.如权利要求1所述的组合装配式钢结构，其特征在于，所述实腹式混凝土墙板（12）包括钢管混凝土柱，钢管混凝土柱位于墙板的端部以及角部，钢管混凝土柱之间设置有钢板，钢板内间隔设置有筋板，筋板上开设有孔，筋板和钢板围成空隔，空隔内灌设有混凝土。

6.如权利要求1所述的组合装配式钢结构，其特征在于，所述横梁（5）为工字梁，工字梁的两端设置有突出工字梁的翼缘板，翼缘板通过螺栓与竖柱（4）固定连接。

7.如权利要求1所述的组合装配式钢结构，其特征在于，所述竖柱（4）内为中空结构，中空结构内灌设有混凝土，竖柱（4）外侧为钢材质外皮，钢材质外皮包覆混凝土。

8.如权利要求1所述的组合装配式钢结构，其特征在于，所述屈曲约束支撑（8）包括铰接座和铰接杆，所述竖柱（4）或横梁（5）上固定设置有铰接座，所述铰接杆的端头插设在铰接座内，铰接杆的端头与铰接座间隙配合，铰接杆的端头与铰接座铰接连接。

9.如权利要求5所述的组合装配式钢结构，其特征在于，所述钢管混凝土柱的截面长度与宽度之比小于等于4，实腹式混凝土墙板（12）的截面长度与宽度之比大于4。

10.组合装配式钢结构模型，其特征在于，为如权利要求1-9任一权利要求所述的组合装配式钢结构的1：N比例模型，所述N为大于等于1的自然数。

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