工業化裝配式多、高層鋼結構管形單板自復位防屈曲中心支撐體系的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種能夠實現快速安裝的工業化裝配式多、高層鋼結構管形單板自復位防屈曲中心支撐體系，包括鋼結構主體板架、自復位支撐構件、柱子系統，鋼結構主體板架包括基礎板架、樓板。本發明在實施時，在工廠將寬梁（3）、窄梁（4）和柱座（7）組裝成基礎板架，將所述基礎板架、樓板做成一體，寬梁和窄梁均為在工廠由槽鋼焊接而成。管線在寬梁和窄梁的腹板槽鋼間通過，從而形成A、B、C基礎板架。在基礎板架與柱座連接部位、寬梁與窄梁連接處采用高強螺栓連接及部分焊接，所述柱座與所述柱子之間采用高強螺栓法蘭連接。本發明的結構體系具有施工速度快，結構承載力高、抗側移能力好等優點。
【專利說明】工業化裝配式多、高層鋼結構管形單板自復位防屈曲中心支撐體系
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種新型結構體系，特別是建筑領域應用的一種工業化裝配式鋼結構中心支撐體系。
【背景技術】
[0002]普通的鋼結構的施工在現場大量使用焊接，不僅影響施工速度而且施工質量也很難控制，最近幾年出現的由于鋼結構施工質量造成的工程質量問題不勝枚舉，現場焊接是其中一個重要的因素，現場焊接質量不易控制，而且對環境造成很大的污染。
[0003]傳統的鋼筋混凝土結構需要現場綁扎鋼筋、澆注混凝土，需要大量的人工及養護時間，工程造價大大提高。并且建筑拆除時造成大量的建筑垃圾。
[0004]最近幾年，國內學者對裝配式鋼結構的研究僅限于多層，并且施工速度只是稍有提高，并未真正實現鋼結構的快速安裝，體現鋼結構的優勢。
[0005]防屈曲支撐構件作為應用于多、高層結構中的抗側力耗能裝置，在中震或大震作用下，防屈曲支撐構件在拉、壓時均能實現全截面充分屈服而不出現支撐構件的整體或局部屈曲破壞，使原來通過主體結構梁端塑性鉸的耗能方式轉變為只在防屈曲支撐部件上集中耗能，從而較好地保護了主體結構。但是傳統防屈曲支撐在強震作用下產生的殘余變形仍不可恢復，并且傳統防屈曲支撐還具有混凝土外圍約束構件(2-3)所導致的加工精度控制困難、濕作業工作量大等諸多問題。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于克服現有工程的上述缺陷，提供一種多、高層鋼結構快速施工的結構體系，該結構體系能夠實現主體鋼結構和自復位支撐構件的快速安裝，并且能夠抵抗高烈度地震，體現出鋼結構的優勢。
[0007]為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0008]工業化裝配式多、高層鋼結構管形單板自復位防屈曲中心支撐體系包括鋼結構主體板架、自復位支撐構件、柱子系統，鋼結構主體板架包括基礎板架、樓板。在工廠將寬梁、窄梁、樓板做成一體，寬梁和窄梁均在工廠由管形單板焊接而成。管線在寬梁和窄梁的腹板管形單板間通過，從而形成A基礎板架、B基礎板架和C基礎板架。在基礎板架板與柱座連接部位，寬梁與窄梁連接處采用螺栓連接及部分焊接(僅限于工廠內)。柱座與柱子之間采用螺栓通過法蘭連接。
[0009]自復位支撐構件可以為彈簧，彈簧通套在支撐柱上與連接板連接。當水平力作用于結構時，自復位支撐構件水平力分量減小甚至抵消作用于結構的水平力，使結構的層間位移為較小值，滿足規范的要求。
[0010]有益效果
[0011]本發明采用施工階段能夠實現快速裝配、并能夠有效抵抗水平側移的高層鋼結構自復位支撐體系。這種結構形式不僅能夠有效地實現鋼結構構件加工的工業化而且能夠極大地提高施工速度并大幅度降低用鋼量。
[0012]通過工程實踐和1:10振動臺實驗發現，該高層鋼結構自復位支撐體系比普通結構體系施工速度提高了 500%，而且用鋼量降低50%，并且實現施工現場的“無水、無火、無塵”，減小了現場施工的安全隱患，減小環境污染。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1本發明結構主板架平面圖
[0014]圖2本發明結構整體板架組合圖
[0015]圖3本發明結構框架支撐圖
[0016]圖4本發明結構A板架圖
[0017]圖5本發明結構B板架圖
[0018]圖6本發明結構B板架節點6凸起圖
[0019]圖7本發明結構B板架節點5凸起圖
[0020]圖8本發明結構C板架圖
[0021]圖9本發明結構C板架節點8凹槽圖
[0022]圖10本發明結構C板架節點7凹槽圖
[0023]圖11本發明結構節點I圖
[0024]圖12本發明結構節點I詳圖
[0025]圖13發明結構節點2圖
[0026]圖14本發明結構節點2詳圖
[0027]圖15本發明結構節點3圖
[0028]圖16本發明結構節點3詳圖
[0029]圖17本發明結構節點4圖
[0030]圖18本發明結構節點4詳圖
[0031]圖19本發明結構節點5圖
[0032]圖20本發明結構節點5詳圖
[0033]圖21本發明結構節點6圖
[0034]圖22本發明結構節點6詳圖
[0035]圖23本發明結構節點7圖
[0036]圖24本發明結構節點7詳圖
[0037]圖25本發明結構節點8圖
[0038]圖26本發明結構節點8詳圖
[0039]圖27本發明結構柱座圖
[0040]圖28本發明結構柱座詳圖
[0041]圖29本發明結構壓型鋼板圖
[0042]圖30本發明支撐構件構造圖
[0043]圖31本發明支撐構件剖面圖
[0044]圖32本發明支撐構件內部耗能內芯圖[0045]圖33本發明支撐構件外部鋼管約束構件圖
[0046]圖34本發明支撐構件外部鋼管約束構件剖面圖
[0047]圖35本發明支撐構件外部鋼管約束構件截面圖
[0048]其中，1-主體板架；2-自復位支撐構件；2_1:管形單板形裝配式鋼結構自復位防屈曲支撐；2-2:內部耗能內芯；2-3:外部鋼管約束構件；2-4:彈簧；2-5:上連接板；2_6:下連接板；2_8:隔板；2-9:外部鋼管；2-10:上下連接板加勁肋；2-11:支撐柱；2_12:連接板；2-13:擠壓板；3-寬梁；4_窄梁；5_壓型鋼板；6_混凝土 ；7_柱座；7_1:柱座連接件；7_2:柱壤；7_3:柱座法蘭；8_柱子；9_耳板；10-連接管形單板；11_1柱蓋板I ;11-2蓋板II ; 11_3柱蓋板III ; 11-4蓋板IV ;11_5柱蓋板V ; 12-加勁板；14-段封板；15-樓板；16-柱子系統。
【具體實施方式】
[0049]下面結合附圖具體說明所述結構體系的實現方式。
[0050]如圖所示，本發明為一種工業化裝配式多、高層鋼結構管形單板自復位防屈曲中心支撐體系，包括鋼結構主體板架、自復位支撐構件、柱子系統，鋼結構主體板架包括基礎板架、樓板(15)，鋼結構主體板架(I)由A、B、C三種基礎板架組成的基本單元構成，其中A基礎板架為邊緣部位的基礎板架，B、C兩基礎板架為中間位置的板架，且B、C基礎板架交替連接。
[0051]三種基礎板架中，不與其他基礎板架相鄰一邊的梁均為寬梁(3);與其他基礎板架相鄰一邊的梁均為窄梁(4)。窄梁的梁寬為寬梁梁寬的一半，寬梁的梁寬小于或等于柱座法蘭的寬度。寬梁，窄梁的構造相同，都是桁架梁。其中桁架梁的上下弦桿、腹桿均為槽鋼，腹桿與弦桿成30度-60度的角度。每個桁架梁上下弦桿間至少布置有3個帶螺栓孔的連接槽鋼(10)，桁架梁兩端各有一塊帶螺栓孔的矩形的端封板。桁架梁的上下弦桿、腹桿、連接槽鋼、端封板之間均為焊接。
[0052]A、B、C三種基礎板架中相互垂直的兩梁，沿梁高與兩塊加勁板(12)通過焊接連接；并排相鄰的梁在兩梁相同位置的連接槽鋼用螺栓連接。帶柱座(7)的基礎板架中，柱座與相鄰的梁用螺栓連接。
[0053]A基礎板架為主體板架(I)的外側基礎板架，為寬梁(3)和窄梁(4)組成的矩形的基礎板架，A板架的中間位置有兩個并排相連的窄梁(4)，且兩窄梁用螺栓將處于兩梁相同位置的連接槽鋼連接在一起。A基礎板架的外側長邊一邊布置柱子(8 );與其他基礎板架相鄰的長邊一邊不布置柱子。
[0054]B基礎板架，C基礎板架為中間類型的兩種矩形的基礎板架。其中B基礎板架與A基礎板架相鄰的窄梁邊不布置柱子(8 )。與C基礎板架相鄰的窄梁邊布置柱子(8 )，形成節點，其中中間節點為節點6，兩端的節點為節點5。節點6為T形，由于柱座法蘭寬大于或等于窄梁梁寬的兩倍，所以把窄梁與柱座法蘭的中心線對齊后，就使得柱座凸出連接在柱座兩側、由窄梁組成的長邊半個柱座的寬度。節點5為L形，其中柱座與相互垂直的一條寬梁、一條窄梁用螺栓連接在一起，寬梁與柱座法蘭中相互垂直的兩條中心線中的一條對齊；窄梁與兩條中心線中的另一條對齊，由于窄梁的梁寬小于或等于柱座法蘭寬度的一半，所以柱座也會凸出由窄梁組成的長邊半個柱座的寬度。即B基礎板架節點5、節點6處的柱座凸出相連的窄梁半個柱座，形成一個凸起。
[0055]C基礎板架與B基礎板架、A基礎板架相鄰的兩長邊均不布置柱子，C基礎板架與B基礎板架相鄰的長邊的節點，中間位置節點是節點8，兩端是節點7。節點8為四條窄梁組成，其中兩窄梁共線；另外兩窄梁位于C基礎板架中間位置，并排連接且與共線窄梁垂直。兩共線窄梁分別與并排窄梁的不相鄰長邊垂直對齊。節點7為相互垂直的一條窄梁和一條寬梁組成。窄梁與寬梁的內側長邊垂直對齊。即C基礎板架節點8、節點7均形成凹槽，使得節點8凹槽與B基礎板架節點5的凸起相吻合、節點7凹槽與B基礎板架節點6的凸起相吻合。
[0056]柱座(7)為上下帶柱座法蘭、四周由帶螺栓孔的柱座連接件(7-1)包裹的柱墩。各部件通過焊接連接在一起。柱子(8)與柱蓋板通過焊接連接在一起。將柱蓋板、柱座法蘭、梁用螺栓連接在一起。
[0057]樓板(15)澆注在于A、B、C基礎板架上，與基礎板架形成整體。
[0058]自復位支撐構件(2)其實現形式為中心支撐。結構自復位支撐構件，為一種管形單板裝配式鋼結構自復位防屈曲支撐，由內部耗能內芯(2-2)、外圍鋼管約束構件(2-3)兩部分構成。內部耗能內芯(2-2)插入外圍鋼管約束構件(2-3)的中間空隙中。為使內部耗能內芯(2-2 )軸向變形耗能，使得內部耗能內芯(2-2 )比外圍框架約束構件(2-3 )長一個距離D，管形單板裝配式鋼結構自復位防屈曲支撐兩端構造完全相同。
[0059]結構自復位支撐構件的內芯構件(2-2)，所述內部一字型耗能內芯(2-2)為一塊一字型條狀鋼板。一字型耗能內芯的截面寬度與圍鋼管約束構件(2-3)內徑一樣大。為使耗能內芯(2-2)易于進入塑性耗能，削弱內芯板中部，呈圓弧形。一字型耗能內芯一端連有一塊與之垂直的方形連接板(2-12)，焊接連接。彈簧(2-4)套在支撐柱(2-11)上，支撐柱(2-11)的兩端分別與方形連接板(2-12)和下連接板(2-6)連接。兩板之間的距離由計算確定。上連接板(2-5)帶有螺栓孔，由高強螺栓與框架連接在一起；下連接板板面正中有一字型空洞，空洞面積尺寸與一字型耗能內芯(2-2)相同。一字型耗能內芯(2-2)穿過下連接板(2-6 )，與上連接板(2-5 )頂緊，三者截面中心對齊焊接在一起。一字型耗能內芯(2-2 )兩端構造完全形同。
[0060]結構自復位支撐構件的外部約束構件，所述外圍鋼管約束構件為方鋼管(或圓鋼管)(2-9)，底部與下連接板(2-6)焊接在一起。鋼管內部焊有四塊矩形鋼隔板(2-8)，四塊隔板中間留有一字型空洞，空洞大小與一字型耗能內芯(2-2)截面相同。隔板(2-8)間距由計算確定。
[0061]本發明涉及的工業化裝配式多、高層鋼結構管形單板自復位防屈曲中心支撐體系在實施時，在工廠將寬梁(3)、窄梁(4)和柱座(7)組裝成基礎板架，此處樓板以壓型鋼板混凝土為例，樓板還可以為鋼筋混凝土樓板等形式。將壓型鋼板(5)放置在于寬梁(3)和窄梁
(4)上，采用栓釘連接，在壓型鋼板(5)上澆筑混凝土(6)，利用寬梁(3)、窄梁(4)腹桿的空隙，放置管線等，最終形成A基礎板架、B基礎板架和C基礎板架，將A、B、C基礎板架按照附圖1所示通過螺栓連接，及焊接連接成主體板架。樓板(15)澆注在于A、B、C基礎板架上，與基礎板架形成整體。將柱子(8 )通過螺栓與柱座(7 )連接成整體框架，將耳板(9 )與主體框架連接后，再將自復位支撐構件(2)通過高強螺栓與整體框架的耳板(9)相連，形成整個結構體系。[0062]圖11-圖26為本結構節點的構造形式，其連接方式如下:柱(8)與柱蓋板在工廠焊接，寬梁(3)和窄梁(4)沿梁高與兩塊加勁板(12)通過焊接連接在一起形成基礎板架，最后用螺栓將柱座(7)、柱蓋板、基礎板架連接在一起形成節點。
[0063]圖27-圖28為本結構柱座構造圖。柱座(7)為上下帶柱座法蘭、四周由帶螺栓孔的柱座連接件(7-1)包裹的柱墩。各部件通過焊接連接在一起。柱子(8)與柱蓋板通過焊接連接在一起。將柱蓋板、柱座法蘭、梁用螺栓連接在一起。
[0064]如圖30和圖31所示，結構自復位支撐構件(2)，為一種管形單板裝配式鋼結構自復位防屈曲支撐，由內部耗能內芯(2-2)、外圍鋼管約束構件(2-3)兩部分構成。內部耗能內芯(2-2)插入外圍鋼管約束構件(2-3)的中間空隙中。為使內部耗能內芯(2-2)軸向變形耗能，使得內部耗能內芯(2-2 )比外圍框架約束構件(2-3 )長一個距離D，管形單板裝配式鋼結構自復位防屈曲支撐兩端構造完全相同。
[0065]如圖32所示:為結構自復位支撐構件的內芯(2-2)構件，所述內部一字型耗能內芯(2-2)為一塊一字型條狀鋼板。一字型耗能內芯的截面寬度與圍鋼管約束構件(2-3)內徑一樣大。為使耗能內芯(2-2)易于進入塑性耗能，削弱內芯板中部，呈圓弧形。一字型耗能內芯一端連有一塊與之垂直的方形連接板(2-12)，焊接連接。彈簧(2-4)套在支撐柱(2-11)上，支撐柱(2-11)的兩端分別與方形連接板(2-12)和下連接板(2-6)連接。兩板之間的距離由計算確定。上連接板(2-5)帶有螺栓孔，由高強螺栓與框架連接在一起；下連接板板面正中有一字型空洞，空洞面積尺寸與一字型耗能內芯(2-2)相同。一字型耗能內芯(2-2)穿過下連接板(2-6)，與上連接板(2-5)頂緊，三者截面中心對齊焊接在一起。一字型耗能內芯(2-2 )兩端構造完全形同。
[0066]如圖33-35所示:為結構自復位支撐構件的外部約束構件(2_3)，所述外圍鋼管約束構件為方鋼管(或圓鋼管)(2-9)，底部與下連接板(2-6)焊接在一起。鋼管內部焊有四塊矩形鋼隔板(2-8)，四塊隔板中間留有一字型空洞，空洞大小與一字型耗能內芯(2-2)截面相同。隔板(2-8)間距由計算確定。
【權利要求】
1.一種工業化裝配式多、高層鋼結構管形單板自復位防屈曲中心支撐體系，包括主體板架(1)和柱子系統(16)、自復位支撐構件(2)，其特征在于: 主體板架包括:基礎板架、樓板(15)； 主體板架(1)是由A、B、C三種基礎板架組成的基本單元構成，其中A基礎板架為邊緣部位的基礎板架，B、C兩基礎板架為中間位置的板架，且B、C基礎板架交替連接； 三種基礎板架中，不與其他基礎板架相鄰一邊的梁均為寬梁(3)，與其他基礎板架相鄰一邊的梁均為窄梁(4)，窄梁的梁寬為寬梁梁寬的一半，寬梁的梁寬小于或等于柱座法蘭的寬度，寬梁，窄梁的構造相同，都是桁架梁，其中桁架梁的上下弦桿、腹桿均為槽鋼，腹桿與弦桿成30度-60度的角度，每個桁架梁上下弦桿間至少布置有3個帶螺栓孔的連接槽鋼(10)，桁架梁兩端各有一塊帶螺栓孔的矩形的端封板，桁架梁的上下弦桿、腹桿、連接槽鋼、端封板之間均為焊接； A、B、C三種基礎板架中相互垂直的兩梁，沿梁高與兩塊加勁板(12)通過焊接連接；并排相鄰的梁在兩梁相同位置的連接槽鋼用螺栓連接，帶柱座(7)的基礎板架中，柱座與相鄰的梁用螺栓連接； A基礎板架為主體板架(1)的外側基礎板架，為寬梁(3)和窄梁(4)組成的矩形的基礎板架，A板架的中間位置有兩個并排相連的窄梁(4)，且兩窄梁用螺栓將處于兩梁相同位置的連接槽鋼連接在一起，A基礎板架的外側長邊一邊布置柱子(8);與其他基礎板架相鄰的長邊一邊不布置柱子； B基礎板架，C基礎板架為中間類型的兩種矩形的基礎板架，其中B基礎板架與A基礎板架相鄰的窄梁邊不布置柱子(8)，與C基礎板架相鄰的窄梁邊布置柱子(8)，形成中間節點及兩端節點，中間節點為T形，由于柱座法蘭寬大于或等于窄梁梁寬的兩倍，所以把窄梁與柱座法蘭的中心線對齊后，就使得柱座凸出連接在柱座兩側、由窄梁組成的長邊半個柱座的寬度，兩端節點為L形，其中柱座與相互垂直的一條寬梁、一條窄梁用螺栓連接在一起，寬梁與柱座法蘭中相互垂直的兩條中心線中的一條對齊；窄梁與兩條中心線中的另一條對齊，由于窄梁的梁寬小于或等于柱座法蘭寬度的一半，使得柱座也會凸出由窄梁組成的長邊半個柱座的寬度，即B基礎板架兩端節點、中間節點處的柱座凸出相連的窄梁半個柱座，形成凸起； C基礎板架與B基礎板架、A基礎板架相鄰的兩長邊均不布置柱子，C基礎板架與B基礎板架相鄰的長邊的節點包括中間位置節點，兩端位置節點，中間位置節點為四條窄梁組成，其中兩窄梁共線；另外兩窄梁位于C基礎板架中間位置，并排連接且與共線窄梁垂直，兩共線窄梁分別與并排窄梁的不相鄰長邊垂直對齊，兩端位置節點為相互垂直的一條窄梁和一條寬梁組成，窄梁與寬梁的內側長邊垂直對齊，即C基礎板架中間位置節點、兩端位置節點均形成凹槽，使得中間位置節點凹槽與B基礎板架中間節點的凸起相吻合、兩端位置節點凹槽與B基礎板架兩端節點的凸 起相吻合； 柱座(7)為上下帶柱座法蘭、四周由帶螺栓孔的柱座連接件(7-1)包裹的柱墩，各部件通過焊接連接在一起，柱子(8)與柱蓋板通過焊接連接在一起，將柱蓋板、柱座法蘭、梁用螺栓連接在一起； 樓板(15)澆注在于A、B、C基礎板架上，與基礎板架形成整體； 自復位支撐構件(2)為一種管形單板裝配式鋼結構自復位防屈曲支撐，由內部耗能內芯(2-2)、外圍鋼管約束構件(2-3)兩部分構成，內部耗能內芯(2-2)插入外圍鋼管約束構件(2-3)的中間空隙中，內部耗能內芯(2-2)比外圍鋼管約束構件(2-3)長一個距離D，自復位支撐構件兩端構造完全相同；內部耗能內芯為一塊一字型條狀鋼板，其截面寬度與外圍鋼管約束構件(2-3)內徑一樣大，為使耗能內芯(2-2)易于進入塑性耗能，內部耗能內芯中部內凹呈圓弧形，內部耗能內芯一端連有一塊與之垂直的方形連接板(2-12)，焊接連接，彈簧(2-4)套在支撐柱(2-11)上，支撐柱(2-11)的兩端分別與方形連接板(2-12)和下連接板(2-6)連接，上連接板(2-5)帶有螺栓孔，由高強螺栓與框架連接在一起；下連接板板面正中有一字型空洞，空洞面積尺寸與內部耗能內芯(2-2)相同，內部耗能內芯(2-2)穿過下連接板(2-6 )，與上連接板(2-5 )頂緊，三者截面中心對齊焊接在一起，內部耗能內芯(2-2 )兩端構造完全形同；結構自復位支撐構件的外圍鋼管約束構件為方鋼管(2-9)，底部與下連接板(2-6)焊接在一起，鋼管內部焊有四塊矩形鋼隔板(2-8)，四塊隔板中間留有一字型空洞，空洞大小與內部 耗能內芯(2-2 )截面相同。
【文檔編號】E04B1/58GK103912058SQ201410147194
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月11日 優先權日:2014年4月11日
【發明者】張愛林, 葉全喜, 劉學春, 封曉龍, 張勛, 郭志鵬 申請人:北京工業大學