CN112696075A - 一种框筒屈曲支撑结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种框筒屈曲支撑结构及其施工方法，包括框架，所述框架由上下框架梁及框架柱组成，所述框架内设置有支撑，所述支撑包括竖向支撑和斜支撑，所述竖向支撑位于框架结构两侧，所述斜支撑为矩形，其强轴方向在框架组成的平面外，其弱轴方向在平面内，且所述框架柱、框架梁、竖向支撑和斜支撑之间通过螺栓固定连接。当梁柱将地震力传递到框架内的斜支撑时，斜支撑的六个自由度均被约束，因此不会产生塑性变形从而达到屈曲约束的作用。内外墙板与防火防水材料、保温材料与构件紧密的联系在一起，空间组合紧致合理，各司其职又相互关联，对建筑结构的整体安全性和施工产生了传统钢结构建筑不能比拟的便利。
Description
技术领域
本发明涉及钢结构建筑领域，尤其涉及一种框筒屈曲支撑结构及其施工方法。
背景技术
在钢结构建筑领域，特别是高层建筑或超高层建筑中，为了增加建筑的抗侧力性能需要在***钢结构梁柱之间增加支撑，来抵抗风荷载和地震荷载，增加抗侧力使结构的用钢量极大增加，因为每增加一级地震相当于提高了30倍的能量。
目前国际上采用的抗侧力结构中，以支撑和巨型结构、筒结构为主，再通过软件分析计算和不断的调整，最终虽然解决了建筑的抗侧力问题，但是常规支撑和屈曲约束支撑也占用了一定的位置，通常采用在主框架的外侧挂长条形墙板，不仅使厚度增加，而且结构的负荷进一步加大，也给施工造成极大的不便。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出适合高层或超高层建筑的一种框筒屈曲支撑结构及其施工方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种框筒屈曲支撑结构，包括框筒，所述框筒由框架和支撑组成，框架包括框架柱和框架梁，支撑包括竖向支撑和斜支撑，所述竖向支撑位于斜支撑的两侧，所述框架柱、框架梁、竖向支撑和斜支撑之间通过螺栓固定连接，所述斜支撑设置在两根框架柱之间的框架梁的下方，所述斜支撑为矩形，其强轴的轴线方向在框架的平面外，且与竖向支撑相连，在框架传递水平力的作用下，斜支撑的弱轴方向首先产生向上或向下的弯曲，与斜支撑相连的竖向支撑被迫发生弯曲，从而抵抗斜支撑不至产生塑性变形，达到屈曲约束的作用。
进一步地，所述竖向支撑为几字形或Z字形中任意一种或两种的组合。
进一步地，所述相邻两个竖向支撑的底边之间安放有保温板，所述竖向支撑的外立面固定连接有防水材料和外墙板。
进一步地，所述斜支撑为人字形支撑或十字交叉形支撑中任意一种或两种的组合。
进一步地，所述斜支撑的截面形状为矩形，斜支撑较宽的一面为强轴，其轴线的方向在框架平面外，两侧与竖向支撑相连。
进一步地，所述竖向支撑与斜支撑安装时可跃层安装，一次安装可以跃过两个以上楼层。
进一步地，所述竖向支撑的相邻间距按600到610毫米的模数布置，数量较密的竖向支撑将每个建筑的房间围成了一个个筒体，多个房间形成束筒结构。
一种框筒屈曲支撑结构的施工方法，包括以下步骤：
步骤1：梁、柱的安装参考传统方法和工艺。当选用的斜支撑为十字交叉形时，支撑截面采用矩形结构，其宽度不大于框架梁，弱轴方向的尺寸比强轴的尺寸小，以保证轴向受压时弱轴先产生弯曲变形；其轴向二端分别与框架柱和框架梁连接，轴向二端被约束；外侧的竖向支撑与斜支撑在相接处进行连接，对斜支撑的Z向产生了约束，因竖向支撑有一定的刚度，又分布在斜支撑的两侧，对斜支撑强轴的方向也产生了约束；
步骤2：竖向支撑采用几字形或Z字形结构，以常规模数的尺寸进行组装，间距为600到610毫米的倍数排布，在两个竖向支撑的中间空档位置安放保温材料，保温材料的厚度控制到与竖向支撑的外平面齐平；
步骤3：在保温材料与竖向支撑组成的平面外铺装防水材料及外墙板，并在外墙板的外面做外墙涂料，形成对内部支撑及主框架的保温隔热防水与耐老化的长效保护；
步骤4：十字交叉支撑的空档处安装玻璃保温棉后，再安装内侧竖向支撑与内墙的结构防火棉、防火内墙板。
步骤5：当斜支撑形状为人字形或单根偏心支撑时，其截面如步骤1所述为矩形，强轴的轴线方向在框架的平面外，且宽度不大于框架梁，弱轴尺寸小于强轴的尺寸，竖向支撑安装同步骤2；
保温板、防水材料和外墙板的安装同步骤3。
室内保温防火材料的安装同步骤4。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种框筒屈曲支撑结构及其施工方法，即框架两侧的竖向支撑与梁下方的斜支撑连接后，当遇到地震时，钢框架将地震力传递给斜支撑，斜支撑的轴向两端与框架连接被约束住无法移动，当受到外力时、其本体构造会在最薄弱的一面发生弯曲变形，人为的把斜支撑设计成矩形管，并让斜支撑的强轴方向与墙体厚度方向平行，即强轴的轴线方向在梁柱组成的平面外，弱轴的方向在梁柱组成的平面内。于是受力时弱轴方向就会先于强轴方向产生沿着Z向也即是竖向支撑的轴向方向的弯曲变形，而竖向支撑又与斜支撑通过螺栓相连，所以竖向支撑会在斜支撑弱轴的作用力下产生压弯变形，当竖向支撑承受压力达到最大时会产生向墙外的弯曲，在这个过程中，弯曲的竖向支撑也增加了斜支撑弱轴方向的抵抗力。
并且，竖向支撑安装在斜支撑的强轴方向的两侧，也对强轴方向的位移产生了约束作用。
在结构受到水平力的整个受力过程中，竖向支撑对斜支撑产生了平面外和平面内的约束力，使斜支撑受力变形后不会发生进一步的破坏性变形，起到了屈曲约束支撑的作用。竖向支撑不仅充当着屈曲约束作用，还被当作安装内外墙板的作用，相邻两个竖向支撑之间的台阶上，还安装了保温板，保温板与竖向支撑的外立面齐平，在这个齐平的平面上，全部用防水卷材铺粘，起到钢结构防水的作用，也会对整个建筑形成较好的气密性，在防水卷材的外侧安装外墙板。在室内一侧，相邻两个竖向支撑之间填充的保温棉也对钢框架起到了防火作用，加上内墙防火板，形成了非常好的并符合防火构造要求的防火层，并且，建筑结构的主体梁柱和斜支撑不需要额外的涂装防火材料，节省了成本。
在整体构造上，框架的梁柱与斜支撑、竖向支撑将每个房间围成了一个个筒体，多个房间又组成了束筒结构，同时合理组合好材料间的每一个空间，将保温防水与钢结构防火，内外墙板紧密的组织在一起，15-20毫米厚的内外墙板对结构又产生蒙皮效应，使整个建筑浑然一体，各司其职又相互关联，整个结构几乎没有湿作业，干作业达到了百分九十以上，对建筑结构的安全性和施工安装产生了传统钢结构建筑难以达到的便利性和经济性。
附图说明
图1为本发明提出的一种框筒屈曲支撑结构及其施工方法的立体结构示意图；
图2为本发明提出的一种框筒屈曲支撑结构及其施工方法的主视图；
图3为本发明提出的一种框筒屈曲支撑结构及其施工方法的外墙示意图；
图4为本发明提出的一种框筒屈曲支撑结构及其施工方法的墙体剖面示意图。
图中：1、框架柱；2、框架梁；3、斜支撑；4、保温板；5、竖向支撑；6、防水材料；7、外墙板；8、结构防火棉；9、防火内墙板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1-4，一种框筒屈曲支撑结构，包括框筒，所述框筒由框架和支撑组成，框架包括框架柱1和框架梁2，支撑包括竖向支撑5和斜支撑3，所述竖向支撑5位于斜支撑3的两侧，所述框架柱1、框架梁2、竖向支撑5和斜支撑3之间通过螺栓固定连接，所述斜支撑3为矩形、设置在两根框架柱1之间的框架梁2的下方，所述斜支撑3的强轴方向的两侧面与竖向支撑5相连，在框架柱1和框架梁2传递的水平力作用下，斜支撑3的弱轴方向首先产生向上或向下的弯曲，与斜支撑3相连的竖向支撑5被迫发生弯曲，从而抵抗斜支撑3不至产生塑性变形，达到屈曲约束的作用。
进一步地，所述竖向支撑5为几字形支撑或Z字形支撑中任意一种或两种的组合。
进一步地，所述相邻两个竖向支撑5的底边之间安放有保温板4，所述竖向支撑5的外立面固定连接有防水材料6和外墙板7。
进一步地，所述斜支撑3为人字形支撑或十字交叉形支撑中任意一种或两种的组合。
进一步地，所述斜支撑3的截面形状为矩形，斜支撑3较宽的一面为强轴方向，在平面外，与竖向支撑5相连。
进一步地，所述竖向支撑5与斜支撑3安装时可跃层安装，一次安装可以跃过两个以上楼层。
进一步地，所述竖向支撑5的相邻间距按600到610毫米的模数布置，数量较密的竖向支撑5将每个建筑的房间围成了一个个筒体，多个房间形成束筒结构。
一种框筒屈曲支撑结构的施工方法，包括以下步骤：
步骤1：当斜支撑3为十字交叉形时，其截面采用矩形结构，其宽度不大于框架梁2，弱轴比强轴的尺寸小，以保证轴向受压时弱轴先产生弯曲变形；其轴向二端分别与框架柱1和框架梁2连接，轴向二端被约束；外侧的竖向支撑5与斜支撑3在相接处进行连接，对斜支撑3的Z向产生了约束，因竖向支撑5有一定的刚度，又分布在斜支撑3的两侧，对斜支撑3的强轴方向也产生了约束；
步骤2：竖向支撑5采用几字形或Z字形构件，以常规模数的尺寸进行组装，间距为600到610毫米的倍数排布，在两个竖向支撑5的中间空档位置安放保温板4，保温材料的厚度控制到与竖向支撑5的外平面齐平；
步骤3：在保温板4与竖向支撑5组成的平面外铺装防水材料6及外墙板7，并在外墙板7的外面做外墙涂料，形成对内部支撑及主框架的保温隔热防水与耐老化的长效保护；
步骤4：十字交叉支撑的空档处安装玻璃保温板后，再安装内侧的竖向支撑5与结构防火棉8、防火内墙板9。
步骤5：当斜支撑形状为人字形或单根偏心支撑时，其截面如步骤1所述为矩形，强轴的宽度不大于框架梁2，弱轴尺寸小于强轴尺寸，竖向支撑5安装同步骤2；
保温板4、防水材料6和外墙板7的安装同步骤3；
室内保温防火材料的安装同步骤4。
本发明中，即框架两侧的竖向支撑与梁下方的斜支撑连接后，当遇到地震时，钢框架将地震力传递给斜支撑，斜支撑的轴向两端与框架连接被约束住无法移动，当受到外力时、其本体构造会在最薄弱的一面发生弯曲变形，人为的把斜支撑设计成矩形管，并让斜支撑的强轴的轴线方向与墙体厚度方向平行，即强轴的轴线方向在梁柱组成的平面外，弱轴的方向在梁柱组成的平面内。于是受力时弱轴方向就会先于强轴方向产生沿着Z向也即是竖向支撑的轴向方向的弯曲变形，而竖向支撑又与斜支撑通过螺栓相连，所以竖向支撑会在斜支撑弱轴的作用力下产生压弯变形，当竖向支撑承受压力达到最大时会产生向墙外的弯曲，在这个过程中，弯曲的竖向支撑增加了斜支撑弱轴方向的抵抗力。
并且，竖向支撑在斜支撑的强轴方向的两侧，也对强轴产生了一定的约束作用。在结构受到水平力的整个受力过程中，竖向支撑对斜支撑产生了平面外和平面内的约束力，当斜支撑受力变形后不会发生进一步的破坏性变形，起到了屈曲约束支撑的作用。
竖向支撑不仅充当着屈曲约束作用，还被当作安装内外墙板的作用，相邻两个竖向支撑之间的台阶上，还安装了保温板，保温板与竖向支撑的外立面齐平，在这个齐平的平面上，全部用防水卷材铺粘，起到钢结构防水的作用，也会对整个建筑形成较好的气密性，在防水卷材的外侧安装外墙板。在室内一侧，相邻两个竖向支撑之间填充的保温棉也对钢框架起到了防火作用，加上内墙防火板，形成了非常好的并符合防火构造要求的防火层，并且，作为建筑主结构的梁柱和斜支撑不需要额外的涂装防火材料，节省了成本。
在整体构造上，框架的梁柱与斜支撑、竖向支撑将每个房间围成了一个个筒体，多个房间又组成了束筒结构，同时合理组合好结构的每一个空间，将保温防水与钢结构防火、内外墙板紧密的组织在一起，15-20毫米厚的内外墙硅钙板对结构又产生蒙皮效应，使整个建筑浑然一体。
结构紧凑，各司其职又相互关联，整个结构几乎没有湿作业，干作业达到了百分九十以上，对建筑结构的安全性和施工安装产生了传统钢结构建筑难以达到的便利性和经济性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种框筒屈曲支撑结构，包括框筒，所述框筒由框架和支撑组成，框架包括框架柱(1)和框架梁(2)，支撑包括竖向支撑(5)和斜支撑(3)，所述竖向支撑(5)位于斜支撑(3)的两侧，所述框架柱(1)、框架梁(2)、竖向支撑(5)和斜支撑(3)之间通过螺栓固定连接，其特征在于，所述斜支撑(3)设置在两根框架柱(1)之间的框架梁(2)的下方，所述斜支撑(3)的强轴的轴线方向在框架组成的平面外，且与竖向支撑(5)相连，在框架柱(1)和框架梁(2)传递的水平力作用下，斜支撑(3)的弱轴方向首先产生向上或向下的弯曲，与斜支撑(3)相连的竖向支撑(5)被迫发生弯曲，从而抵抗斜支撑(3)不至产生塑性变形，达到屈曲约束的作用。
2.根据权利要求1所述的一种框筒屈曲支撑结构，其特征在于，所述竖向支撑(5)为几字形支撑或Z字形支撑中任意一种或两种的组合。
3.根据权利要求2所述的一种框筒屈曲支撑结构，其特征在于，所述相邻两个竖向支撑(5)的底边之间安放有保温板(4)，所述竖向支撑(5)的外立面固定连接有防水材料(6)和外墙板(7)。
4.根据权利要求1所述的一种框筒屈曲支撑结构，其特征在于，所述斜支撑(3)为人字形支撑或十字交叉形支撑中任意一种或多种的组合。
5.根据权利要求4所述的一种框筒屈曲支撑结构，其特征在于，所述斜支撑(3)的截面形状为矩形，斜支撑(3)较宽的一面为强轴，其轴线方向在框架组成的平面外，与竖向支撑(5)相连。
6.根据权利要求1所述的一种框筒屈曲支撑结构，其特征在于，所述竖向支撑(5)与斜支撑(3)安装时可跃层安装，一次安装可以跃过两个以上楼层。
7.根据权利要求1所述的一种框筒屈曲支撑结构，其特征在于，所述竖向支撑(5)以一定的模数布置，数量较密，将每个建筑的房间围成了一个个筒体，多个房间形成束筒结构。
8.一种框筒屈曲支撑结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：框架安装完成后安装斜支撑(3)，当斜支撑(3)为十字交叉形时，其截面采用矩形结构，其宽度不大于框架梁(2)，弱轴比强轴的尺寸小，以保证斜支撑在轴向受压时弱轴先产生弯曲变形；其轴向二端分别与框架柱(1)和框架梁(2)连接，轴向二端被约束；外侧的竖向支撑(5)与斜支撑(3)在相接处进行连接，对斜支撑(3)的Z向产生了约束，因竖向支撑(5)有一定的刚度，又分布在斜支撑(3)的两侧，对斜支撑(3)的强轴的方向也产生了约束；
步骤2：竖向支撑(5)采用几字形或Z字形结构，先安装斜支撑(3)外侧的竖向支撑(5)，在两个竖向支撑(5)的中间空档位置安放保温板(4)，保温材料的厚度控制到与竖向支撑(5)的外平面齐平；
步骤3：在保温板(4)与竖向支撑(5)组成的平面外侧铺装防水材料(6)及外墙板(7)，并在外墙板(7)的外面做外墙涂料，形成对内部支撑及主框架的保温防水与抗老化的长效保护；
步骤4：在斜支撑(3)的空档处安装保温板(4)后，再安装内侧竖向支撑(5)与结构防火棉(8)和防火内墙板(9)。
步骤5：当斜支撑形状为人字形或单根偏心支撑时，其截面如步骤1所述为矩形，强轴的轴线方向在平面外且不大于框架梁(2)，弱轴尺寸小于强轴尺寸，竖向支撑(5)安装同步骤2；
保温板(4)、防水材料(6)和外墙板(7)的安装同步骤(3)；
室内结构防火棉(8)的安装同步骤4。
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