工業化裝配式多、高層鋼結構十字自復位中心支撐體系的制作方法
【專利摘要】工業化裝配式多、高層鋼結構十字自復位中心支撐體系，屬于建筑施工【技術領域】。其括鋼結構主體板架、自復位支撐構件、柱子系統，其特征在于：所述鋼結構主體板架包括基礎板架、柱子系統。在工廠將寬梁、窄梁和柱座組裝成基礎板架，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基礎板架、B基礎板架和C基礎板架。在所述基礎板架板與所述柱座連接部位、所述寬梁與所述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、無污染等優點，能夠充分發揮材料的強度。
【專利說明】工業化裝配式多、高層鋼結構十字自復位中心支撐體系
【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減少，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，完美地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、高層鋼結構十字自復位中心支撐體系，包括主體板架I和柱子系統16、自復位支撐構件2 ;主體板架包括:基礎板架、樓板15 ；
[0009]所述主體板架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兩基礎板為中間位置的板架，且B、C基礎板架交替連接；
[0010]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；
[0011]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；
[0012]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；
[0013]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JPB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；
[0014]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(: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；
[0015]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；
[0016]樓板15澆注在于A、B、C基礎板架上，與基礎板架形成整體；
[0017]結構自復位支撐構件，所述為一種角鋼裝配式鋼結構自復位防屈曲支撐，該支撐由內部耗能內芯20、外圍角鋼約束構件24、彈簧18三部分構成；內部耗能內芯20插入外圍角鋼約束構件24的中間空隙中；支撐柱17穿過內芯連接板28對稱布置角鋼端部，數量由計算確定，彈黃18套在支撐柱17上,加設在內芯連接板28與角鋼端板29之間；彈黃18只在內芯連接板28擠壓時起作用；為使內部耗能內芯20軸向變形耗能，使得內部耗能內芯20比外圍角鋼約束構件24長一個距離D，D值有計算確定；
[0018]支撐柱17穿過內芯連接板28，對稱布置在角鋼端板29與方鋼管端板27之間，數量由計算確定，彈簧18套在支撐柱17上，加設在內芯連接板28與角鋼端板29之間；支撐柱17的數量以及彈簧18的預應力大小由計算確定；角鋼兩端各套入一段方鋼管19，套入的具體長度由計算確定，方鋼管19與角鋼端板29焊接連接，方鋼管19 一端加設兩塊固定板，即方鋼管端板27，另一端與角鋼端板29相連，以固定支撐柱17，將彈簧18套在支撐柱17上，內芯的對應位置處，上下各焊接一塊帶孔的板，即內芯連接板28，其孔徑大小與支撐柱17相同，以使支撐柱17能穿過此板，彈簧18設在內芯連接板28與角鋼端板29之間，起到支撐自復位防屈曲的功能，增強構件的耗能能力；[0019]內部耗能內芯20為十字型雙片鋼板；為使耗能內芯易于進入塑性耗能，削弱芯片板中部，呈圓弧形；耗能內芯一端為兩塊與之垂直的連接板:上連接板21、下連接板22，與耗能內芯垂直焊接連接；最上面一塊連接板帶有螺栓孔，由高強螺栓與框架連接在一起；上、下面兩連接板由短加勁肋焊接連接在一起；短加勁肋與兩板均垂直；內芯連接板28用來約束支撐柱17，并隨內芯板的抽動來壓縮彈簧18，實現支撐構件的自復位功能；
[0020]外圍角鋼約束構件24為四個角鋼，四個角鋼排成十字形，兩兩相對的肢背用螺栓連接，相對的肢間用螺栓連接；每個螺栓套有套管25，套管25長度與耗能內芯厚度相同；套筒位于螺栓連接的兩肢背間；每個角鋼的雙肢間均連有橫向加勁肋。
[0021]所述自復位支撐構件可以為彈簧，所述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，所述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。
[0022]有益效果
[0023]本發明采用施工階段能夠實現快速裝配式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。
[0024]通過工程實踐和1:10振動臺實驗發現，所述新型結構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】
[0025]圖1本發明結構主板架平面圖
[0026]圖2本發明結構整體板架組合圖
[0027]圖3本發明結構框架支撐圖
[0028]圖4本發明結構A板架圖
[0029]圖5本發明結構B板架圖
[0030]圖6本發明結構B板架節點6凸起圖
[0031]圖7本發明結構B板架節點5凸起圖
[0032]圖8本發明結構C板架圖
[0033]圖9本發明結構C板架節點8凹槽圖
[0034]圖10本發明結構C板架節點7凹槽圖
[0035]圖11本發明結構節點I圖
[0036]圖12本發明結構節點I詳圖
[0037]圖13發明結構節點2圖
[0038]圖14本發明結構節點2詳圖
[0039]圖15本發明結構節點3圖
[0040]圖16本發明結構節點3詳圖
[0041]圖17本發明結構節點4圖
[0042]圖18本發明結構節點4詳圖
[0043]圖19本發明結構節點5圖[0044]圖20本發明結構節點5詳圖
[0045]圖21本發明結構節點6圖
[0046]圖22本發明結構節點6詳圖
[0047]圖23本發明結構節點7圖
[0048]圖24本發明結構節點7詳圖
[0049]圖25本發明結構節點8圖
[0050]圖26本發明結構節點8詳圖
[0051]圖27本發明結構柱座圖
[0052]圖28本發明結構柱座詳圖
[0053]圖29本發明結構壓型鋼板圖
[0054]圖30本發明自復位支撐構件構造圖
[0055]圖31本發明支撐構件構造分解構造圖
[0056]圖32本發明自復位支撐構件內部耗能內芯圖
[0057]圖33本發明自復位支撐構件外部角鋼約束構件圖
[0058]其中，1-主體板架；2_自復位支撐構件；3_寬梁；4_窄梁；5_壓型鋼板；6_混凝土 -J-柱座；7-1:柱座連接件；7-2:柱墩；7-3:柱座法蘭；8_柱子；9-1:單連接耳板；9_2:雙連接耳板；10_連接槽鋼；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；13-端頭；14-段封板；15-樓板；16-柱子系統。17-支撐柱；18-彈簧；19_方鋼管；20_內部耗能內芯；21_上連接板；22_下連接板；23_上下連接板加勁肋；24_外部角鋼約束構件；25_套管；26_角鋼加勁肋；27_方鋼管端板；28_內芯連接板；29_角鋼端板；
[0059]具體實現方式
[0060]下面結合附圖具體說明所述結構體系的實現方式。
[0061]如圖1?9所示，本發明為一種工業化裝配式多、高層鋼結構十字角鋼防屈曲中心支撐體系，括鋼結構主體板架、自復位支撐構件、柱子系統，其特征在于:所述鋼結構主體板架包括基礎板架、柱子系統。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。此處自復位支撐構件以一種普通形式說明。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10-圖25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26-圖27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30-31所示，為結構自復位支撐構件，所述為一種角鋼裝配式鋼結構自復位防屈曲支撐，該支撐由內部耗能內芯20、外圍角鋼約束構件24、彈簧18三部分構成。內部耗能內芯20插入外圍角鋼約束構件24的中間空隙中。支撐柱17穿過內芯連接板28對稱布置角鋼端部，數量由計算確定，彈簧18套在支撐柱17上，加設在內芯連接板28與角鋼端板29之間。彈簧18只在內芯連接板28擠壓時起作用。為使內部耗能內芯20軸向變形耗能，使得內部耗能內芯20比外圍角鋼約束構件24長一個距離D，D值有計算確定。
[0065]如圖31所示:支撐柱17穿過內芯連接板28，對稱布置在角鋼端板29與方鋼管端板27之間，數量由計算確定，彈簧18套在支撐柱17上，加設在內芯連接板28與角鋼端板29之間。支撐柱17的數量以及彈簧18的預應力大小由計算確定。角鋼兩端各套入一段方鋼管19，套入的具體長度由計算確定，方鋼管19與角鋼端板29焊接連接，方鋼管19 一端加設兩塊固定板，即方鋼管端板27，另一端與角鋼端板29相連，以固定支撐柱17，將彈簧18套在支撐柱17上，內芯的對應位置處，上下各焊接一塊帶孔的板，即內芯連接板28，其孔徑大小與支撐柱17相同，以使支撐柱17能穿過此板，彈簧18設在內芯連接板28與角鋼端板29之間，起到支撐自復位防屈曲的功能，增強構件的耗能能力。
[0066]如圖32所示:所述內部耗能內芯20為十字型雙片鋼板。為使耗能內芯易于進入塑性耗能，削弱芯片板中部，呈圓弧形。耗能內芯一端為兩塊與之垂直的連接板:上連接板21、下連接板22，與耗能內芯垂直焊接連接。最上面一塊連接板帶有螺栓孔，由高強螺栓與框架連接在一起。上、下面兩連接板由短加勁肋焊接連接在一起。短加勁肋與兩板均垂直。內芯連接板28用來約束支撐柱17，并隨內芯板的抽動來壓縮彈簧18，實現支撐構件的自復位功能。
[0067]如圖33所示:所述外圍角鋼約束構件24為四個角鋼，四個角鋼排成十字形，兩兩相對的肢背用螺栓連接，相對的肢間用螺栓連接。每個螺栓套有套管25，套管25長度與耗能內芯厚度相同。套筒位于螺栓連接的兩肢背間。每個角鋼的雙肢間均連有橫向加勁肋，橫向加勁肋間距由計算確定。
【權利要求】
1.工業化裝配式多、高層鋼結構十字自復位中心支撐體系，包括主體板架(1)和柱子系統(16)、自復位支撐構件(2);主體板架包括:基礎板架、樓板(15)； 所述主體板架(1)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JPB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； 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；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； 結構自復位支撐構件，所述為一種角鋼裝配式鋼結構自復位防屈曲支撐，該支撐由內部耗能內芯(20)、外圍角鋼約束構件(24)、彈簧(18)三部分構成；內部耗能內芯(20)插入外圍角鋼約束構件(24)的中間空隙中；支撐柱(17)穿過內芯連接板(28)對稱布置角鋼端部，數量由計算確定，彈簧(18)套在支撐柱(17)上，加設在內芯連接板(28)與角鋼端板(29)之間；彈簧(18)只在內芯連接板(28)擠壓時起作用；為使內部耗能內芯(20)軸向變形耗能，使得內部耗能內芯(20)比外圍角鋼約束構件(24)長一個距離D，D值有計算確定； 支撐柱(17)穿過內芯連接板(28)，對稱布置在角鋼端板(29)與方鋼管端板(27)之間，數量由計算確定，彈簧(18)套在支撐柱(17)上，加設在內芯連接板(28)與角鋼端板(29)之間；支撐柱(17)的數量以及彈簧 (18)的預應力大小由計算確定；角鋼兩端各套入一段方鋼管(19)，套入的具體長度由計算確定，方鋼管(19)與角鋼端板(29)焊接連接，方鋼管(19)一端加設兩塊固定板，即方鋼管端板(27)，另一端與角鋼端板(29)相連，以固定支撐柱(17)，將彈簧(18)套在支撐柱(17)上，內芯的對應位置處，上下各焊接一塊帶孔的板，即內芯連接板(28)，其孔徑大小與支撐柱(17)相同，以使支撐柱(17)能穿過此板，彈簧(18)設在內芯連接板(28)與角鋼端板(29)之間，起到支撐自復位防屈曲的功能，增強構件的耗能能力； 內部耗能內芯(20)為十字型雙片鋼板；為使耗能內芯易于進入塑性耗能，削弱芯片板中部，呈圓弧形；耗能內芯一端為兩塊與之垂直的連接板:上連接板(21)、下連接板(22)，與耗能內芯垂直焊接連接；最上面一塊連接板帶有螺栓孔，由高強螺栓與框架連接在一起；上、下面兩連接板由短加勁肋焊接連接在一起；短加勁肋與兩板均垂直；內芯連接板(28)用來約束支撐柱(17)，并隨內芯板的抽動來壓縮彈簧(18)，實現支撐構件的自復位功能； 外圍角鋼約束構件(24)為四個角鋼，四個角鋼排成十字形，兩兩相對的肢背用螺栓連接，相對的肢間用螺栓連接；每個螺栓套有套管(25)，套管(25)長度與耗能內芯厚度相同；套筒位于螺栓連接的兩肢背間；每個角鋼的雙肢間均連有橫向加勁肋。
【文檔編號】E04B1/58GK103967117SQ201410147233
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月12日 優先權日:2014年4月12日
【發明者】張愛林, 葉全喜, 劉學春, 翟文博, 林娜, 李曉通 申請人:北京工業大學