CN109235773A - 一种应用于大跨度桁架的格构式抗震钢管柱及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种应用于大跨度桁架的格构式抗震钢管柱及其施工方法，包括上部的组合管柱和底部的支撑底座；组合管柱由五根钢管组合而成，整体呈矩形，包括位于中间的主受力立柱和位于四个角部的次受力立柱；在顶部和底部位置主受力立柱与次受力立柱之间、相邻次受力立柱之间分别设置有水平横杆和水平斜杆；在中间位置主受力立柱与次受力立柱之间设置有水平缀杆；主受力立柱的中间位置与次受力立柱的顶部和底部之间还分别设置有斜向缀杆进行加强，支撑底座包括球型抗震支座和其底部的预埋件。本发明格构柱造型新颖独特，制作使用方便，结构强度高，可靠性好，矩形结构提供了与周边桁架组件的连接位点，特别适用于作为大跨度桁架的骨架造型立柱适用。

Description

一种应用于大跨度桁架的格构式抗震钢管柱及其施工方法

技术领域

本发明涉及大跨度桁架技术领域，具体涉及一种应用于大跨度桁架的格构式抗震钢管柱及其施工方法。

背景技术

随着国内经济不断发展，天桥、连廊、大型展馆不断涌现，造型各异的大跨度屋架层出不穷；结构形式的选取及结构设计是否得当直接决定了建筑结构的成本、刚度和稳定性，也关系到其承载的行人的安全度和舒适性。而桁架造型中需要立柱进行支撑，桁架结构跨度越大，造型越复杂，对立柱的要求越高，不仅需要较高的强度，且具有特定的外形要求，便于与周围结构连接固定。而现有的立柱结构或格构柱结构外形和强度均不适用于大跨度桁架施工。因此，目前急需一种应用于大跨度桁架的格构式抗震钢管柱。

发明内容

本发明目的在于提供一种应用于大跨度桁架的格构式抗震钢管柱及其施工方法，解决现有技术中立柱结构或格构柱结构外形和强度均不适用于大跨度桁架施工的技术问题。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种应用于大跨度桁架的格构式抗震钢管柱，其特征在于：由五根钢管组合而成，整体横截面为矩形，包括中间的主受力立柱和位于四个角部的次受力立柱；所述主受力立柱和次受力立柱上均设置有顶部连接点、腰部连接点和底部连接点；其中在相邻两根次受力立柱的顶部连接点之间、底部连接点之间分别设置有水平横杆；所述主受力立柱与四根次受力立柱的顶部连接点之间、底部连接点之间分别设置有水平斜杆；所述主受力立柱的腰部连接点与四根次受力立柱的腰部连接点之间设置有水平缀杆；所述主受力立柱的腰部连接点与四根次受力立柱的顶部连接点和底部连接点之间分别设置有斜向缀杆。

其中，作为本发明的优选技术方案，所述球型抗震支座为六层结构支座，自下而上包括下支座板、球面滑板、中间球冠板、平面滑板、不锈钢板和上支座板；其中下支座板和上支座板通过公母式卡槽进行限位卡接，使六层结构形成统一整体；所述球面滑板、中间球冠板和平面滑板和不锈钢板依次设于下支座板和上支座板卡接形成的中间空腔内。

进一步优选的，所述球型抗震支座的下支座板底部与预埋件焊接固定，上支座板上表面与主受力立柱的底部焊接固定。

进一步优选的，所述主受力立柱和次受力立柱的顶部连接点、腰部连接点和底部连接点分别位于上中下三个平面上。

进一步优选的，所述主受力立柱和次受力立柱的长度相同，为5～6m；相邻两根次受力立柱之间的距离为2～2.5m。

进一步优选的，所述顶部连接点位于主受力立柱和次受力立柱长度的1/5～1/3处；所述腰部连接点位于主受力立柱和次受力立柱长度的1/2 处；所述底部连接点位于主受力立柱和次受力立柱长度的4/5～2/3 处。

进一步优选的，所述主受力立柱的规格为φ720*50的无缝钢管，所述次受力立柱为规格φ457*20的无缝钢管；所述水平横杆、斜向缀杆和水平斜杆为规格相同的无缝钢管；为直径范围为450～500m；所述水平缀杆为直径为299mm的无缝钢管。

进一步优选的，所有外露面涂刷有防护层，自内而外包括镀锌材料层和环氧树脂层。

更优选的，所述预埋件底部的地锚钢筋预埋在主体结构混凝土柱的柱内钢筋内，与柱内钢筋固定。

本发明还提供上述抗震钢管柱的施工方法，先地面拼装，再整体吊装，具体包括如下步骤：

步骤一、预埋件预先埋设进主体结构混凝土柱的顶部；

步骤二、主体结构混凝土柱强度达到设计值后，进行测量放线，安装球型抗震支座，球型抗震支座的底座与埋件板焊接；

步骤三、在地面搭设拼装胎具，并进行定位放线；

步骤四、拼装主受力立柱，并进行定位；

步骤五、拼装外侧次受力立柱，并进行定位；

步骤六、确认主受力立柱和次受力立柱的顶部连接点、腰部连接点和底部连接点位置；

步骤七、拼装腰部连接点处主受力立柱和次受力立柱之间的水平缀杆，并进行定位焊接连接；

步骤八、拼装腰部连接点与顶部连接点、底部连接点受力立柱与次受力立柱之间的斜向缀杆，定位后两端焊接连接；

步骤九、拼装顶部连接点和底部连接点处主受力立柱与次受力立柱之间的水平横杆和相邻次受力立柱之间的水平斜杆，并与主受力立柱与次受力立柱焊接连接，格构柱主体结构拼装完成；

步骤十、进行整体吊装，将步骤九拼装的格构柱主体结构的主受力立柱与球型抗震支座上支座板焊接；

步骤十一、整体质检，确保连接点处的连接强度；至此，安装完成。

与现有技术相比，本发明的技术优势为：

本发明格构柱采用管立柱形式，通过设置上中下三层连接杆将中间主立杆与四角次立杆及次立杆之间相连，同时在上下层与中间层之间设置斜向缀杆进行进一步加强，形成格构式立柱，保证了桁架的刚性；本发明格构柱造型新颖独特，制作使用方便，结构强度高，可靠性好，矩形结构提供了与周边桁架组件的连接位点，特别适用于作为大跨度桁架的骨架造型立柱适用。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：

图1为本发明涉及的应用于大跨度桁架的格构式抗震钢管柱的整体结构示意图；

图2为本发明涉及的球型抗震支座的内部结构示意图。

附图标记：1-主受力立柱、2-次受力立柱、3-水平横杆、4-水平缀杆、5-斜向缀杆、6-水平斜杆、7-顶部连接点、8-腰部连接点、9-底部连接点、10-球型抗震支座、10.1-下支座板、10.2-球面滑板、10.3-中间球冠板、10.4-平面滑板、10.5-不锈钢板、10.6-上支座板、11-预埋件。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的一种应用于大跨度桁架的格构式抗震钢管柱及其施工方法的实施例。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。如图1，一种应用于大跨度桁架的格构式抗震钢管柱，其特征在于：包括上部的组合管柱和底部的支撑底座；所述组合管柱由五根钢管组合而成，整体横截面为矩形，包括中间的主受力立柱1和位于四个角部的次受力立柱2；主受力立柱1和次受力立柱2上均设置有顶部连接点7、腰部连接点8和底部连接点9；其中在相邻两根次受力立柱2的顶部连接点7之间、底部连接点9之间分别设置有水平横杆3；主受力立柱31与四根次受力立柱32的顶部连接点6之间、底部连接点8之间分别设置有水平斜杆9；主受力立柱31的腰部连接点7与四根次受力立柱32的腰部连接点7之间设置有水平缀杆4；主受力立柱31的腰部连接点7与四根次受力立柱32的顶部连接点7和底部连接点9之间分别设置有斜向缀杆5。主受力立柱1和次受力立柱2的顶部连接点7、腰部连接点8和底部连接点9分别位于上中下三个平面上。所述支撑底座包括固定在组合管柱底部的球型抗震支座10和固定在球型抗震支座10底部的预埋件11，所述组合管柱、球型抗震支座10和预埋件11三者竖向共轴设置。

其中，为进一步增加强度，主受力立柱1和次受力立柱2的长度优选为5～6m；相邻两根次受力立柱2之间的距离为2～2.5m。顶部连接点7位于主受力立柱1和次受力立柱2长度的1/5～1/3 处；腰部连接点8位于主受力立柱1和次受力立柱2长度的1/2 处；底部连接点9位于主受力立柱1和次受力立柱2长度的4/5～2/3 处。

如图2，所述球型抗震支座10的具体结构自下而上包括下支座板10.1、球面滑板10.2、中间球冠板10.3、平面滑板10.4、不锈钢板10.5、上支座板10.6, 球面滑板10.2、平面滑板10.4材料为MHP滑板，板表面储油槽内涂以5201-2硅脂润滑油。下支座板10.1、上支座板10.6通过“公母”式卡槽进行限位，使6层结构形成统一整体。所述预埋件11具体结构自下而上包括地锚钢筋、埋件板,地锚钢筋穿焊与埋件板上，预埋件中的地锚钢筋预埋在混凝土柱的柱内钢筋内，与柱内钢筋固定，然后浇筑混凝土，预埋件中的埋件板上表面裸露在外。球型抗震支座10的下支座板与预埋件11进行焊接。

在材料使用上，所述主受力立柱的规格为φ720*50的无缝钢管，所述次受力立柱为规格φ457*20的无缝钢管。水平横杆3、斜向缀杆5和水平斜杆9为规格相同的无缝钢管，为直径范围为450～500mm,本实施例中用的是457mm，水平缀杆4直径为299mm的无缝钢管。整体结构外露面涂刷有防护层，自内而外包括镀锌材料层和环氧树脂层。

上述格构式抗震钢管柱在时间施工中，先地面拼装，再整体吊装，具体操作步骤如下：

步骤一、预埋件11预先埋设进混凝土柱顶；

步骤二、混凝土柱强度达到设计值后，进行测量放线，安装球型抗震支座10，球型抗震支座10的底座与埋件板焊接；

步骤三、搭设拼装胎具，并进行定位放线；

步骤四、拼装主受力立柱1，并进行定位；

步骤五、拼装外侧次受力立柱2，并进行定位；

步骤六、确认主受力立柱1和次受力立柱2的顶部连接点7、腰部连接点8和底部连接点9位置；

步骤七、拼装腰部连接点8处主受力立柱1和次受力立柱2之间的水平缀杆4，并进行定位焊接连接；

步骤八、拼装腰部连接点8与顶部连接点7、底部连接点9受力立柱1与次受力立柱2之间的斜向缀杆5，定位后两端焊接连接；

步骤九、拼装顶部连接点7和底部连接点9处主受力立柱1与次受力立柱2之间的水平横杆3和相邻次受力立柱2之间的水平斜杆9，并与主受力立柱1与次受力立柱2焊接连接；

步骤十、在球型抗震支座10上支座板测量放线后，安装主受力立柱1、次受力立柱2、水平横杆3、水平缀杆4、斜向缀杆5、水平斜杆6拼装完成的格构柱，并将主受力立柱1与球型抗震支座10上支座板焊接。

步骤十一、整体质检，确保连接点处的连接强度；至此，安装完成。

本发明格构柱作为定位立柱在大跨度桁架中使用，与桁架其他结构结合性强，有效保证了大跨度桁架的整体强度。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于大跨度桁架的格构式抗震钢管柱，其特征在于：包括上部的组合管柱和底部的支撑底座；所述组合管柱由五根钢管组合而成，整体横截面为矩形，包括中间的主受力立柱（1）和位于四个角部的次受力立柱（2）；所述主受力立柱（1）和次受力立柱（2）上自下而上分别设置有顶部连接点（7）、腰部连接点（8）和底部连接点（9）；其中在相邻两根次受力立柱（2）的顶部连接点（7）之间、底部连接点（9）之间分别设置有水平横杆（3）；所述主受力立柱（1）与四根次受力立柱（2）的顶部连接点（6）之间、底部连接点（8）之间分别设置有水平斜杆（9）；所述主受力立柱（1）的腰部连接点（7）与四根次受力立柱（2）的腰部连接点（7）之间设置有水平缀杆（4）；所述主受力立柱（1）的腰部连接点（7）与四根次受力立柱（2）的顶部连接点（7）和底部连接点（9）之间分别设置有斜向缀杆（5）；所述支撑底座包括固定在组合管柱底部的球型抗震支座（10）和固定在球型抗震支座（10）底部的预埋件（11），所述组合管柱、球型抗震支座（10）和预埋件（11）三者竖向共轴设置。

2.根据权利要求1所述的一种应用于大跨度桁架的格构式抗震钢管柱，其特征在于：所述球型抗震支座（10）为六层结构支座，自下而上包括下支座板（10.1）、球面滑板（10.2）、中间球冠板（10.3）、平面滑板（10.4）、不锈钢板（10.5）和上支座板（10.6）；其中下支座板（10.1）和上支座板（10.6）通过公母式卡槽进行限位卡接，使六层结构形成统一整体；所述球面滑板（10.2）、中间球冠板（10.3）和平面滑板（10.4）和不锈钢板（10.5）依次设于下支座板（10.1）和上支座板（10.6）卡接形成的中间空腔内。

3.根据权利要求2所述的一种应用于大跨度桁架的格构式抗震钢管柱，其特征在于：所述球型抗震支座（10）的下支座板（10.1）底部与预埋件（11）焊接固定，上支座板（10.6）上表面与主受力立柱（1）的底部焊接固定。

4.根据权利要求1所述的一种应用于大跨度桁架的格构式抗震钢管柱，其特征在于：所述主受力立柱（1）和次受力立柱（2）的顶部连接点（7）、腰部连接点（8）和底部连接点（9）分别位于上中下三个平面上。

5.根据权利要求1所述的一种应用于大跨度桁架的格构式抗震钢管柱，其特征在于：所述主受力立柱（1）和次受力立柱（2）的长度相同，为5～6m；相邻两根次受力立柱（2）之间的距离为2～2.5m。

6.根据权利要求1所述的一种应用于大跨度桁架的格构式抗震钢管柱，其特征在于：所述顶部连接点（7）位于主受力立柱（1）和次受力立柱（2）长度的1/5～1/3 处；所述腰部连接点（8）位于主受力立柱（1）和次受力立柱（2）长度的1/2 处；所述底部连接点（9）位于主受力立柱（1）和次受力立柱（2）长度的4/5～2/3 处。

7.根据权利要求1所述的一种应用于大跨度桁架的格构式抗震钢管柱，其特征在于：所述主受力立柱（1）的规格为φ720*50的无缝钢管，所述次受力立柱（2）为规格φ457*20的无缝钢管；所述水平横杆（3）、斜向缀杆（5）和水平斜杆（9）为规格相同的无缝钢管；为直径范围为450～500m；所述水平缀杆（4）为直径为299mm的无缝钢管。

8.根据权利要求7所述的一种应用于大跨度桁架的格构式抗震钢管柱，其特征在于：所述预埋件（11）底部的地锚钢筋预埋在主体结构混凝土柱的柱内钢筋内，与柱内钢筋固定。

9.根据权利要求1～8任意一项所述的一种应用于大跨度桁架的格构式抗震钢管柱，其特征在于：格构式抗震钢管柱的所有外露面涂刷有防护层，自内而外包括镀锌材料层和环氧树脂层。

10.一种权利要求1-9任意一项所述的应用于大跨度桁架的格构式抗震钢管柱的施工方法，其特征在于，先地面拼装，再整体吊装，具体包括如下步骤：

步骤一、预埋件（11）预先埋设进主体结构混凝土柱的顶部；

步骤二、主体结构混凝土柱强度达到设计值后，进行测量放线，安装球型抗震支座（10），球型抗震支座（10）的底座与埋件板焊接；

步骤三、在地面搭设拼装胎具，并进行定位放线；

步骤四、拼装主受力立柱（1），并进行定位；

步骤五、拼装外侧次受力立柱（2），并进行定位；

步骤六、确认主受力立柱（1）和次受力立柱（2）的顶部连接点（7）、腰部连接点（8）和底部连接点（9）位置；

步骤七、拼装腰部连接点（8）处主受力立柱（1）和次受力立柱（2）之间的水平缀杆（4），并进行定位焊接连接；

步骤八、拼装腰部连接点（8）与顶部连接点（7）、底部连接点（9）受力立柱（1）与次受力立柱（2）之间的斜向缀杆（5），定位后两端焊接连接；

步骤九、拼装顶部连接点（7）和底部连接点（9）处主受力立柱（1）与次受力立柱（2）之间的水平横杆（3）和相邻次受力立柱（2）之间的水平斜杆（9），并与主受力立柱（1）与次受力立柱（2）焊接连接，格构柱主体结构拼装完成；

步骤十、进行整体吊装，将步骤九拼装的格构柱主体结构的主受力立柱（1）与球型抗震支座（10）上支座板焊接；

步骤十一、整体质检，确保连接点处的连接强度；至此，安装完成。