CN107299679A - 一种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系 - Google Patents

一种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系 Download PDF

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Abstract

一种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系，属于结构工程技术领域，包括外节点模块、角节点模块和内节点模块。本发明提出一种新型装配式模块，截取框架的节点及反弯点处作为整体进行装配，框架反弯点弯矩很小，柱与柱可采用较弱的连接方式，而且连接方式灵活，减少钢用量和降低连接难度。预应力钢绞线的设计，可以减小框架节点在地震后的残余变形，并实现自复位的效果。托板，盖板和外肋的设置，可使梁精准定位的同时，提节点的稳定性。外肋设置在梁翼缘内部，提高局部承载力的同时，还可以达到美观的效果。而且在钢结构体系的生产和施工中，将模块化，工厂化，标准化和装配化相结合，实现了工厂化生产，降低了工程造价。

Description

一种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系
技术领域
本发明涉及一种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系，属于结构工程技术领域。
背景技术
我国每年城乡新建房屋面积20亿平方米，其中80％以上为高能耗建筑，我国单位建筑面积能耗是发达国家的2倍以上。据中国钢协统计，2011年我国钢产量突破7亿吨大关，连续16年稳居世界各国钢产量首位，发达国家钢结构建筑面积占总建筑面积50％以上，日本占到80％，而我国不到4％。中国作为世界上建筑规模、钢材产量最大的国家，房屋钢结构的发展严重滞后。
目前，国内外对高层钢结构住宅的***研究正处于起步阶段，工业化装配式高层钢结构体系创新势在必行。传统的钢结构住宅建筑施工时采用了大量的焊接，施工速度慢，对环境的污染严重，最重要的是焊缝的质量不宜控制，严重影响建筑物的安全性能。
发明内容
本发明提出了一种属于结构工程技术领域的一种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系。其目的在于提出一种新型装配式模块，截取框架的节点及反弯点处作为整体进行装配，框架反弯点弯矩很小，柱与柱可采用较弱的连接方式，而且连接方式灵活，减少钢用量和降低连接难度。预应力钢绞线的设计，可以减小框架节点在地震后的残余变形，并实现自复位的效果。托板，盖板和外肋的设置，可使梁精准定位的同时，提节点的稳定性。外肋设置在梁翼缘内部，提高局部承载力的同时，还可以达到美观的效果。而且在钢结构体系的生产和施工中，将模块化，工厂化，标准化和装配化相结合，实现了工厂化生产，现场快速装配，在保证施工质量的前提下，提高了施工速度，减少了施工工期，降低了工程造价。
一种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系，该体系包括外节点模块(A)、角节点模块(B)和内节点模块(C)。所述角节点模块(B)和内节点模块(C)与外节点模块(A)组成及结构相似，角节点模块(B)为L形结构，内节点模块(C)为十字形结构，外节点模块(A)为T形结构。外节点模块(A) 设置在异形柱框架体系的***中间，角节点模块(B)设置在异形柱框架体系的角部，内节点模块(C)设置在异形柱框架体系的中间位置。
所述外节点模块(A)包括T形异形柱(1)、梁(2)、预应力钢绞线I(3)、预应力钢绞线II(4)、托板(5)、盖板(6)、外肋(7)、加筋肋(8)、梁端板 (9)、端板I(10)、内肋I(13)和内肋II(14)。T形异形柱(1)长度为层高，在T形异形柱(1)中部相邻三面焊接托板(5)，并保证托板(5)水平，在托板 (5)上方距离一个梁高的地方水平焊接盖板(6)，并保证托板(5)上表面到盖板(6)下表面之间的距离为一个梁高。在每个托板(5)的两侧竖直焊接外肋(7)。端板I(10)焊接在T形异形柱(1)的侧面，并保证端板I(10)在托板(5) 上表面与盖板(6)下表面之间。内肋I(13)和内肋II(14)分别焊接在T形异形柱(1)内，内肋I(13)和内肋II(14)的高度位置分别在托板(5)上表面处和盖板(6)下表面处。梁(2)采用H型钢，在靠近柱的梁端焊接梁端板(9)，在梁中部竖直焊接加筋肋(8)。预应力钢绞线I(3)从一侧梁中的加筋肋(8) 穿越T形异形柱(1)到另一侧梁中的加筋肋(8)；预应力钢绞线I(3)在加筋肋(8)外侧用锁头锁住。预应力钢绞线II(4)从T形异形柱(1)一侧端板I (10)处穿越T形异形柱(1)到另一侧梁中的加筋肋(8)；预应力钢绞线II(4) 分别在加筋肋(8)处和端板I(10)处，同时用锁头锁住。
所述角节点模块(B)包括L形异形柱(15)、梁(2)、预应力钢绞线II(4)、托板(5)、盖板(6)、外肋(7)、加筋肋(8)、梁端板(9)、端板II(16)、端板Ⅲ(17)、内肋II(14)、内肋Ⅲ(18)和内肋Ⅳ(19)。L形异形柱(15)长度为层高，在L形异形柱(15)中部相邻两面焊接托板(5)，并保证托板(5) 水平，在托板(5)上方距离一个梁高的地方水平焊接盖板(6)，并保证托板(5) 上表面到盖板(6)下表面之间的距离为一个梁高。在每个托板(5)两侧竖直焊接外肋(7)。端板II(16)和端板Ⅲ(17)分别焊接在L异形柱(15)另两面，并保证端板II(16)与端板Ⅲ(17)在托板(5)上表面与盖板(6)下表面之间。内肋II(14)、内肋Ⅲ(18)和内肋Ⅳ(19)分别焊接在L形异形柱(15) 柱内，内肋II(14)、内肋Ⅲ(18)和内肋Ⅳ(19)的高度位置分别在托板(5) 上表面和盖板(6)下表面处。梁(2)采用H型钢，在靠近柱的梁端焊接梁端板 (9)，在梁中部竖直焊接加筋肋(8)。预应力钢绞线I(3)从一侧梁中的加筋肋(8)穿越L形异形柱(15)到另一侧梁中的加筋肋(8)；预应力钢绞线I(3) 在加筋肋(8)外侧用锁头锁住。预应力钢绞线II(4)从L形异形柱(15)一侧端板I(10)处穿越L形异形柱(15)到另一侧梁中的加筋肋(8)；预应力钢绞线II(4)分别在加筋肋(8)处和端板I(10)处，同时用锁头锁住。
所述内节点模块(C)包括十字形异形柱(18)、梁(2)、预应力钢绞线I(3)、托板(5)、盖板(6)、外肋(7)、加筋肋(8)、梁端板(9)、内肋I(13)。十字形异形柱(18)长度为层高，在十字形异形柱(18)中部四个面焊接托板(5)，并保证托板(5)水平，在托板(5)上方距离一个梁高的地方水平焊接盖板(6)，并保证托板(5)的上表面到盖板(6)的下表面之间的距离为一个梁高。在每个托板(5)两侧竖直焊接外肋(7)。内肋I(13)焊接在十字形异形柱(18)柱内，内肋I(13)的高度位置分别在托板(5)上表面和盖板(6)下表面处。梁 (2)采用H型钢，在靠近柱的梁端焊接梁端板(9)，在梁中部竖直焊接加筋肋 (8)。梁(2)采用H型钢，在靠近柱的梁端焊接梁端板(9)，在梁中部竖直焊接加筋肋(8)。预应力钢绞线I(3)从一侧梁中的加筋肋(8)穿越十字形异形柱(18)到另一侧梁中的加筋肋(8)；预应力钢绞线I(3)在加筋肋(8)外侧用锁头锁住。预应力钢绞线II(4)从十字形异形柱(18)一侧端板I(10)处穿越十字形异形柱(18)到另一侧梁中的加筋肋(8)；预应力钢绞线II(4)分别在加筋肋(8)处和端板I(10)处，同时用锁头锁住。
所述多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系中各模块之间的梁采用连接板I(11)、连接板II(12)和螺栓连接；连接板I(11)置于梁翼缘外侧，连接板II(12)置于梁翼缘内侧。但是梁与梁之间的连接形式不仅限于此形式，还可以采用其他螺栓连接形式。
所述多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系中各模块之间柱的连接可以采用螺栓连接或焊接连接，根据不同条件可选择不同的连接方式。
托板(5)和盖板(6)具有相同尺寸，端板I(9)和端板II(10)与柱具有位置相对、大小相同的螺栓孔。各模块之间梁的连接中，连接板I(11)和连接板II(12)具有相同长度，具有位置相对、大小相同的螺栓孔，该螺栓孔布置为单排或多排螺栓连接，螺栓数量、规格根据具体情况而定。
所述多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系中，所有构件均在工厂内预制加工完成，并在工厂内完成各模块的拼装。先将梁与柱及上面相关肋板焊接完成，再将梁放置到托板(5)与盖板(6)之间，然后穿预应力钢绞线进行张拉并锚固，即可实现各模块的制作。在现场只需要进行柱与柱的连接和梁与梁的螺栓连接即可完成框架。
本发明的有益效果是，上述的多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系中的所有的模块都在工厂加工预制，现场只需进行模块间连接件的安装就可以完成建设。由于框架反弯点弯矩很小，柱与柱可采用较弱的连接方式，而且连接方式灵活，减少钢用量和降低连接难度。预应力钢绞线的设计，可以减小框架节点在地震后的残余变形，并实现自复位的效果。托板，盖板和外肋的设置，可使梁精准定位的同时，提节点的稳定性。外肋设置在梁翼缘内部，提高局部承载力的同时，还可以达到美观的效果。而且在钢结构体系的生产和施工中，将模块化，工厂化，标准化和装配化相结合，实现了工厂化生产，现场快速装配，在保证施工质量的前提下，提高了施工速度，减少了施工工期，降低了工程造价。
附图说明
图1是本发明的装配式模块化自复位框架示意图
图2是本发明的外节点模块示意图
图3是本发明的梁构造示意图
图4是本发明的柱构造示意图
图5是本发明的异形柱柱平面示意图
图6是本发明的预应力钢绞线I示意图
图7是本发明的预应力钢绞线II示意图
图8是本发明的各模块梁连接示意图
图9是角节点模块的剖面图。
图10是内节点模块结构图。
图11是内节点模块的剖面图。
图12是连接板I和连接板II的连接图。
图中：1—T形异形柱，2—梁，3—预应力钢绞线I，4—预应力钢绞线II，5—托板，6—盖板，7—外肋，8—加筋肋，9—端板I，10—端板II，11—连接板I，12—连接板II，13—内肋，14—内肋II，15—L形异形柱，16—端板II， 17—端板Ⅲ，18—内肋Ⅲ，19—内肋Ⅳ。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
如图3所示，所述多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系中的梁 (2)采用H型钢，在靠近柱的梁端焊接端板I(9)，在梁中部竖直焊接加筋肋 (8)。
如图2、4、5所示，所述多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系中的T形异形柱(1)长度为层高，在T形异形柱(1)中部相邻三面焊接托板(5)，并保证托板(5)水平，在托板(5)上方距离一个梁高的地方水平焊接盖板(6)，并保证托板(5)上表面到盖板(6)下表面之间的距离为一个梁高。在每个托板 (5)两侧竖直焊接外肋(7)。端板I(10)焊接在异形柱(1)最后一面，并保证端板I(10)在托板(5)上表面与盖板(6)下表面之间。内肋I(13)和内肋II(14)分别焊接在T形异形柱(1)柱截面图阴影部分内，其高度位置分别在托板(5)上表面和盖板(6)下表面处。梁(2)采用H型钢，在靠近柱的梁端焊接梁端板(9)，在梁中部竖直焊接加筋肋(8)。预应力钢绞线I(3)从一侧梁中的加筋肋(8)穿越异形柱(1)到另一侧梁中的加筋肋(8)；预应力钢绞线I(3)在加筋肋(8)外侧用锁头锁住。预应力钢绞线II(4)从异形柱(1) 一侧端板I(10)处穿越异形柱(1)到另一侧梁中的加筋肋(8)；预应力钢绞线II(4)分别在加筋肋(8)处和端板I(10)处用锁头锁住。如图5所示，内肋(13)分别焊接在异形柱(1)阴影部分内，其高度位置分别在托板(5)上表面和盖板(6)下表面处。
如图6、7、8、9所示，所述角节点模块(B)包括L形异形柱(15)、梁(2)、预应力钢绞线II(4)、托板(5)、盖板(6)、外肋(7)、加筋肋(8)、梁端板 (9)、端板II(16)、端板Ⅲ(17)、内肋II(14)、内肋Ⅲ(18)和内肋Ⅳ(19)。其特征在于：L形异形柱(15)长度为层高，在L形异形柱(15)中部相邻两面焊接托板(5)，并保证托板(5)水平，在托板(5)上方距离一个梁高的地方水平焊接盖板(6)，并保证托板(5)上表面到盖板(6)下表面之间的距离为一个梁高。在每个托板(5)两侧竖直焊接外肋(7)。端板II(16)和端板Ⅲ(17) 分别焊接在L异形柱(15)另两面，并保证端板II(16)与端板Ⅲ(17)在托板(5)上表面与盖板(6)下表面之间。内肋II(14)、内肋Ⅲ(18)和内肋Ⅳ (19)分别焊接在L形异形柱(15)柱截面图阴影部分内，其高度位置分别在托板(5)上表面和盖板(6)下表面处。其他则与外节点模块(A)相似，不再赘述。
如图10、11所示，所述内节点模块(C)包括十字形异形柱(18)、梁(2)、预应力钢绞线I(3)、托板(5)、盖板(6)、外肋(7)、加筋肋(8)、梁端板(9)、内肋I(13)。其特征在于：十字形异形柱(18)长度为层高，在十字形异形柱 (18)中部四个面焊接托板(5)，并保证托板(5)水平，在托板(5)上方距离一个梁高的地方水平焊接盖板(6)，并保证托板(5)上表面到盖板(6)下表面之间的距离为一个梁高。在每个托板(5)两侧竖直焊接外肋(7)。内肋I(13) 焊接在十字形异形柱(18)柱截面图阴影部分内，其高度位置分别在托板(5) 上表面和盖板(6)下表面处。梁(2)采用H型钢，在靠近柱的梁端焊接梁端板 (9)，在梁中部竖直焊接加筋肋(8)。其他则与外节点模块(A)相似，不再赘述。
如图1、2、6、10所示，所述节点模块中，托板(5)和盖板(6)具有相同尺寸，端板I(9)和端板II(10)与柱具有位置相对、大小相同的螺栓孔。各模块之间梁的连接中，连接板I(11)和连接板II(12)具有相同长度，具有位置相对、大小相同的螺栓孔，该螺栓孔布置为单排或多排螺栓连接，螺栓数量、规格根据具体情况而定。所述多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系中，所有构件均在工厂内预制加工完成，并在工厂内完成各模块的拼装。先将梁与柱及上面相关肋板焊接完成，再将梁放置到托板(5)与盖板(6)之间，然后穿预应力钢绞线进行张拉并锚固，即可实现各模块的制作。在现场只需要进行柱与柱的连接和梁与梁的螺栓连接即可完成框架。
如图11所示，所述多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系中各模块之间梁的连接采用螺栓连接，包括连接板I(11)和连接板II(12)。连接板I(11)置于梁翼缘外侧，连接板II(12)置于梁翼缘内侧。但是梁与梁之间的连接形式不仅限于此形式，还可以采用其他螺栓连接形式。

Claims (5)

1.一种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系，其特征在于：该体系包括外节点模块(A)、角节点模块(B)和内节点模块(C)；所述角节点模块(B)和内节点模块(C)与外节点模块(A)组成及结构相似，角节点模块(B)为L形结构，内节点模块(C)为十字形结构，外节点模块(A)为T形结构。外节点模块(A)设置在异形柱框架体系的***中间，角节点模块(B)设置在异形柱框架体系的角部，内节点模块(C)设置在异形柱框架体系的中间位置；
所述外节点模块(A)包括T形异形柱(1)、梁(2)、预应力钢绞线I(3)、预应力钢绞线II(4)、托板(5)、盖板(6)、外肋(7)、加筋肋(8)、梁端板(9)、端板I(10)、内肋I(13)和内肋II(14)；T形异形柱(1)长度为层高，在T形异形柱(1)中部相邻三面焊接托板(5)，并保证托板(5)水平，在托板(5)上方距离一个梁高的地方水平焊接盖板(6)，并保证托板(5)上表面到盖板(6)下表面之间的距离为一个梁高；在每个托板(5)的两侧竖直焊接外肋(7)；端板I(10)焊接在T形异形柱(1)的侧面，并保证端板I(10)在托板(5)上表面与盖板(6)下表面之间；内肋I(13)和内肋II(14)分别焊接在T形异形柱(1)内，内肋I(13)和内肋II(14)的高度位置分别在托板(5)上表面处和盖板(6)下表面处；梁(2)采用H型钢，在靠近柱的梁端焊接梁端板(9)，在梁中部竖直焊接加筋肋(8)；预应力钢绞线I(3)从一侧梁中的加筋肋(8)穿越T形异形柱(1)到另一侧梁中的加筋肋(8)；预应力钢绞线I(3)在加筋肋(8)外侧用锁头锁住；预应力钢绞线II(4)从T形异形柱(1)一侧端板I(10)处穿越T形异形柱(1)到另一侧梁中的加筋肋(8)；预应力钢绞线II(4)分别在加筋肋(8)处和端板I(10)处，同时用锁头锁住；
所述角节点模块(B)包括L形异形柱(15)、梁(2)、预应力钢绞线II(4)、托板(5)、盖板(6)、外肋(7)、加筋肋(8)、梁端板(9)、端板II(16)、端板Ⅲ(17)、内肋II(14)、内肋Ⅲ(18)和内肋Ⅳ(19)；L形异形柱(15)长度为层高，在L形异形柱(15)中部相邻两面焊接托板(5)，并保证托板(5)水平，在托板(5)上方距离一个梁高的地方水平焊接盖板(6)，并保证托板(5)上表面到盖板(6)下表面之间的距离为一个梁高；在每个托板(5)两侧竖直焊接外肋(7)；端板II(16)和端板Ⅲ(17)分别焊接在L异形柱(15)另两面，并保证端板II(16)与端板Ⅲ(17)在托板(5)上表面与盖板(6)下表面之间；内肋II(14)、内肋Ⅲ(18)和内肋Ⅳ(19)分别焊接在L形异形柱(15)柱内，内肋II(14)、内肋Ⅲ(18)和内肋Ⅳ(19)的高度位置分别在托板(5)上表面和盖板(6)下表面处；梁(2)采用H型钢，在靠近柱的梁端焊接梁端板(9)，在梁中部竖直焊接加筋肋(8)；预应力钢绞线I(3)从一侧梁中的加筋肋(8)穿越L形异形柱(15)到另一侧梁中的加筋肋(8)；预应力钢绞线I(3)在加筋肋(8)外侧用锁头锁住；预应力钢绞线II(4)从L形异形柱(15)一侧端板I(10)处穿越L形异形柱(15)到另一侧梁中的加筋肋(8)；预应力钢绞线II(4)分别在加筋肋(8)处和端板I(10)处，同时用锁头锁住；
所述内节点模块(C)包括十字形异形柱(18)、梁(2)、预应力钢绞线I(3)、托板(5)、盖板(6)、外肋(7)、加筋肋(8)、梁端板(9)、内肋I(13)；十字形异形柱(18)长度为层高，在十字形异形柱(18)中部四个面焊接托板(5)，并保证托板(5)水平，在托板(5)上方距离一个梁高的地方水平焊接盖板(6)，并保证托板(5)的上表面到盖板(6)的下表面之间的距离为一个梁高；在每个托板(5)两侧竖直焊接外肋(7)；内肋I(13)焊接在十字形异形柱(18)柱内，内肋I(13)的高度位置分别在托板(5)上表面和盖板(6)下表面处；梁(2)采用H型钢，在靠近柱的梁端焊接梁端板(9)，在梁中部竖直焊接加筋肋(8)；梁(2)采用H型钢，在靠近柱的梁端焊接梁端板(9)，在梁中部竖直焊接加筋肋(8)；预应力钢绞线I(3)从一侧梁中的加筋肋(8)穿越十字形异形柱(18)到另一侧梁中的加筋肋(8)；预应力钢绞线I(3)在加筋肋(8)外侧用锁头锁住；预应力钢绞线II(4)从十字形异形柱(18)一侧端板I(10)处穿越十字形异形柱(18)到另一侧梁中的加筋肋(8)；预应力钢绞线II(4)分别在加筋肋(8)处和端板I(10)处，同时用锁头锁住。
2.根据权利要求1所述的一种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系，其特征在于：多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系中各模块之间的梁采用连接板I(11)、连接板II(12)和螺栓连接；连接板I(11)置于梁翼缘外侧，连接板II(12)置于梁翼缘内侧。
3.根据权利要求1所述的一种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系，其特征在于：所述多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系中各模块之间柱的连接采用螺栓连接或焊接连接。
4.根据权利要求1所述的一种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系，其特征在于：托板(5)和盖板(6)具有相同尺寸，端板I(9)和端板II(10)与柱具有位置相对、大小相同的螺栓孔；各模块之间梁的连接中，连接板I(11)和连接板II(12)具有相同长度，具有位置相对、大小相同的螺栓孔，该螺栓孔布置为单排或多排螺栓连接。
5.根据权利要求1所述的一种多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系，其特征在于：所述多高层装配式模块化自复位钢结构异形柱框架体系中，所有构件均在工厂内预制加工完成，并在工厂内完成各模块的拼装；先将梁与柱及上面相关肋板焊接完成，再将梁放置到托板(5)与盖板(6)之间，然后穿预应力钢绞线进行张拉并锚固，即可实现各模块的制作；在现场只需要进行柱与柱的连接和梁与梁的螺栓连接即可完成框架。
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