WO2022057642A1 - 一种波纹板连接的钢异形柱 - Google Patents
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Abstract
一种波纹板连接的钢异形柱，该钢异形柱包括四个波纹腹板型钢柱，波纹腹板型钢柱包括内侧翼缘板（1）、外侧翼缘板（2）和波纹板（3），波纹板（3）作为腹板，内侧翼缘板（1）和外侧翼缘板（2）作为波纹板（3）两侧的翼缘板，波纹板（3）的中心线与两侧翼缘板宽度方向的中心线对齐，波纹板（3）与内侧翼缘板（1）和外侧翼缘板（2）焊接形成波纹腹板型钢柱，四个波纹腹板型钢柱的内侧翼缘板（1）相互焊接形成封闭的方钢管柱，四个波纹腹板型钢柱组合形成十字形截面的异形柱；该钢异形柱可有效减少构件的用钢量和提高异形柱抗侧能力。
Description
本专利涉及一种波纹板连接的钢异形柱，属于结构工程技术领域。
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，本专利提出一种波纹板连接的钢异形柱。
一种波纹板连接的钢异形柱，其特征在于：该异形柱包括四个波纹腹板型钢柱；所述波纹腹板型钢柱包括内侧翼缘板、外侧翼缘板和波纹板；所述内侧翼缘板和外侧翼缘板的长度与波纹板的高度相等；所述外侧翼缘板宽度为内侧翼缘板宽度的1.0～2.4倍；所述波纹板的波纹方向为纵向，波纹板的宽度为内侧翼缘板宽度的0.8-2.0倍；所述的波纹板作为 腹板，内侧翼缘板和外侧翼缘板作为波纹板两侧的翼缘板，波纹板的中心线与两侧翼缘板宽度方向的中心线对齐，波纹板与内侧翼缘板和外侧翼缘板焊接形成波纹腹板型钢柱；所述四个波纹腹板型钢柱的内侧翼缘板相互焊接形成封闭的方钢管柱，四个波纹腹板型钢柱组合形成十字形截面的异形柱。
该异形柱通过内侧翼缘板焊接围成的方钢管柱和外侧翼缘板承担竖向荷载，通过内侧翼缘板围成的方钢管柱、外侧翼缘板和波纹板承担水平荷载，异形柱具有较高的延性、良好的承载能力和抗震性能。波纹板的使用可以有效减小板件的宽厚比，减少构件的用钢量，提高经济性。在角钢与异形柱围成的空腔和方钢管柱中浇筑混凝土的异形柱具有更高的强度、刚度、稳定性和延性性能。
发明内容
本发明专利提出一种波纹板连接的钢异形柱，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：
一种波纹板连接的钢异形柱，该异形柱包括四个波纹腹板型钢柱；所述波纹腹板型钢柱包括内侧翼缘板、外侧翼缘板和波纹板；所述内侧翼缘板和外侧翼缘板的长度与波纹板的高度相等；所述外侧翼缘板宽度为内侧翼缘板宽度的1.0～2.4倍；所述波纹板的波纹方向为纵向，波纹板的宽度为内侧翼缘板宽度的0.8-2.0倍；所述的波纹板作为腹板，内侧翼缘板和外侧翼缘板作为波纹板两侧的翼缘板，波纹板的中心线与两侧翼缘板宽度方向的中心线对齐，波纹板与内侧翼缘板和外侧翼缘板焊接形成波纹腹板型钢柱；所述四个波纹腹板型钢柱的内侧翼缘板相互焊接形成封闭的方钢管柱，四个波纹腹板型钢柱组合形成十字形截面的异形柱。
作为本发明的进一步方案：所述波纹板的波纹形式选用正弦波浪形式、三角形波折形式、梯形波折形式或直角波折形式，波纹板波形截面所示波幅不小于20mm；波纹板的构造形式选用单层波纹板或双层波纹板。
作为本发明的进一步方案：所述波纹腹板型钢柱在内侧翼缘板一侧的翼缘外表面采用焊接栓钉、横向肋板或纵向肋板作为抗剪连接件，所述带有抗剪连接件的波纹腹板型钢柱的内侧翼缘板相互焊接，其中四个内侧翼缘板在焊接后围成方钢管柱构件，方钢管柱构件 内可浇筑混凝土。
作为本发明的进一步方案：所述的异形柱可在外侧翼缘板处焊接带有抗剪连接件的角钢，角钢与异形柱围成闭合十字形截面空腔异形柱，角钢与异形柱围成的空腔中可浇筑混凝土形成十字形劲性组合异形柱。
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，构件简单，设计方便。异形柱采用波纹板抗侧构造，方钢管柱、外侧翼缘板和波纹板组合形成了一个完整的抗侧截面，在承受水平荷载时，组合抗侧截面为异形柱提供了足够的抗侧刚度，可有效减小异形柱的侧移。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，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，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、本申请专利所述内侧翼缘板围成的方钢管柱和异形柱与角钢围成的空腔中浇筑混凝土，能进一步提高异形柱的强度、刚度、稳定性和延性性能。
3、本申请专利所述波纹腹板型钢柱的腹板为波纹板，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。
4、本申请专利所述方钢管柱的壁板宽度和波纹腹板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，有效地解决了“突柱”的问题，节约了建筑空间，具有良好的美观性。
图1为一种波纹板连接的钢异形柱的三维图；
图2为一种波纹板连接的钢异形柱的拆分图；
图3为一种波纹板连接的钢异形柱的截面图；
图4为一种波纹板连接的钢异形柱的波纹板位置和参数示意图；
图5为一种波纹板连接的钢异形柱的波纹板波纹形状示意图；
图6为一种波纹板连接的钢异形柱的内侧翼缘板焊接栓钉示意图；
图7为一种波纹板连接的钢异形柱的内侧翼缘板焊接横向肋板示意图；
图8为一种波纹板连接的钢异形柱的内侧翼缘板焊接纵向肋板示意图；
图9为一种波纹板连接的钢异形柱的方钢管内浇筑混凝土示意图；
图10为一种波纹板连接的钢异形柱形成的十字形劲性组合异形柱示意图；
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，一种波纹板连接的钢异形柱包括以下部件：
1——内侧翼缘板
2——外侧翼缘板
3——波纹板
4——混凝土
5——角钢
6——栓钉
7——横向肋板
8——纵向肋板
下面将结合附图具体说明本发明异形柱的具体连接方式。
本发明异形柱由4个波纹腹板型钢柱焊接组成；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，先在四块波纹板(3)两侧焊接内侧翼缘板(1)和外侧翼缘板(2)形成以波纹板(3)为腹板，内侧翼缘板(1)和外侧翼缘板(2)为翼缘的波纹腹板型钢柱，再将四个波纹腹板型钢柱的内侧翼缘板(1)焊接成封闭的方钢管柱，组成“十”字 形截面的的钢异形柱。
如图4所示，图中给出了波纹板长度、波纹板宽度、波纹板厚度、波纹板中心线和纵向这五个参数的定义。波纹板中心线和内侧翼缘板(1)和外侧翼缘板(2)宽度方向的中心对齐，波纹板(3)与内侧翼缘板(1)和外侧翼缘板(2)焊接形成波纹腹板型钢柱
如图5所示，波纹板(3)为正弦波浪形式、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6、7、8、9所示，所述波纹腹板型钢柱在内侧翼缘板(1)一侧的翼缘外表面可焊接栓钉(6)、横向肋板(7)或纵向肋板(8)作为抗剪连接件，以进一步提高混凝土与波纹腹板型钢柱的黏结性能。所述带有抗剪连接件的波纹腹板型钢柱的内侧翼缘板(1)相互焊接，其中四个内侧翼缘板(1)在焊接后形成方钢管柱构件，方钢管柱构件内浇筑混凝土(4)能进一步提高异形柱的强度、刚度、稳定性和延性性能。
如图10所示，在外侧翼缘板(2)处焊接将异形柱外围闭合成十字形截面的角钢(5)，并在异形柱与角钢围成的空腔中浇筑混凝土，形成十字形劲性组合异形柱，以进一步提高异形柱的强度、刚度、稳定性和延性性能。
Claims (4)
- 一种波纹板连接的钢异形柱，其特征在于：该异形柱包括四个波纹腹板型钢柱；所述波纹腹板型钢柱包括内侧翼缘板、外侧翼缘板和波纹板；所述内侧翼缘板和外侧翼缘板的长度与波纹板的高度相等；所述外侧翼缘板宽度为内侧翼缘板宽度的1.0～2.4倍；所述波纹板的波纹方向为纵向，波纹板的宽度为内侧翼缘板宽度的0.8～2.0倍；所述的波纹板作为腹板，内侧翼缘板和外侧翼缘板作为波纹板两侧的翼缘板，波纹板的中心线与两侧翼缘板宽度方向的中心线对齐，波纹板与内侧翼缘板和外侧翼缘板焊接形成波纹腹板型钢柱；所述四个波纹腹板型钢柱的内侧翼缘板相互焊接形成封闭的方钢管柱，四个波纹腹板型钢柱组合形成十字形截面的异形柱。
- 根据权利要求1所述的异形柱，其特征在于：所述波纹板的波纹形式选用正弦波浪形式、三角形波折形式、梯形波折形式或直角波折形式，波纹板波形截面所示波幅不小于20mm；波纹板的构造形式选用单层波纹板或双层波纹板。
- 根据权利要求1所述的异形柱，其特征在于：所述波纹腹板型钢柱在内侧翼缘板一侧的翼缘外表面采用焊接栓钉、横向肋板或纵向肋板作为抗剪连接件，所述带有抗剪连接件的波纹腹板型钢柱的内侧翼缘板相互焊接，其中四个内侧翼缘板在焊接后围成的方钢管柱构件内可浇筑混凝土。
- 根据权利要求1所述的异形柱，其特征在于：所述的异形柱可在外侧翼缘板处焊接带有抗剪连接件的角钢，角钢与异形柱围成闭合十字形截面空腔异形柱，角钢与异形柱围成的空腔中可浇筑混凝土形成十字形劲性组合异形柱。
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