CN116201264A - 一种可修梁柱双节点的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构 - Google Patents

一种可修梁柱双节点的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种可修梁柱双节点的装配式异形柱钢框架‑剪力墙结构，其属于结构设计领域，其技术要点在于，一个带悬臂梁段的异形边柱单元、一个带悬臂梁段的异形角柱单元、两组连梁式梁柱节点连接件、一个带加劲肋的工字梁段、一个一字型钢板剪力墙、两组第一连接装置和一组第二连接装置。本申请的一种可修梁柱双节点的装配式异形柱钢框架‑剪力墙结构系，其具有良好的抗震效果。

Description

一种可修梁柱双节点的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构
技术领域
本申请涉及结构工程领域，具体而言，涉及一种可修梁柱双节点的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构。
背景技术
北京工业大学在CN112302169A提出了一种L形异形柱，所述L形异形柱由第一波形板钢柱、第二波形板钢柱和L形角钢柱焊接组成；第一波形板钢柱、第二波形板钢柱均由内侧翼缘板、外侧翼缘板、波形板和托板焊接组成。
北京工业大学在CN112160419A提出了一种十字形异形柱，所述波十字形异形柱包括方钢管柱、H形型钢柱、波形板和法兰端板；所述H形型钢柱的截面为工字形。
两种波形型异形柱均有较好的抗震效果。然而，现有技术仍然存在两个不足：
1)波形型腹板不易加工。因此需要研发异形柱的可加工性的结构是一个技术需求。
2)异形柱使用时，需要纳入到抗震体系中；然而，现有技术并未对相关的抗震体系进行研究。
发明内容
本申请提供了一种可修梁柱双节点的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构，旨在解决现有技术的问题。
一种可修梁柱双节点的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构，包括：一个带悬臂梁段的异形边柱单元、一个带悬臂梁段的异形角柱单元、两组连梁式梁柱节点连接件、一个带加劲肋的工字梁段、一个一字型钢板剪力墙、两组第一连接装置和一组第二连接装置；
所述连梁式梁柱节点连接件包括：一个工字型连梁、四个倒L型带肋版的腹板剪切板、两个上翼缘内盖板、一个下翼缘外盖板和高强螺栓群；两个上翼缘内盖板通过高强螺栓群连接在工字型连梁上翼缘内侧，分列于工字型连梁腹板两侧对称布置，带肋版的倒L型腹板剪切板通过高强螺栓群连接在带加劲肋的工字梁段上，分列于工字型连梁腹板两侧对称布置，且其L型拐角位置靠近上翼缘，下翼缘外盖板通过高强螺栓群连接在工字型连梁下翼缘外侧；
所述中间带加劲肋的工字型梁段两端的上下翼缘和腹板左右两侧预留螺栓孔洞，通过两组连梁式梁柱节点连接件和两组第一连接装置分别与带悬臂梁段的异形边柱单元和带悬臂梁段的异形角柱单元连接，通过第二连接装置与一字型钢板剪力墙连接，形成一种采用波形板异形柱且带可修复的连梁式梁柱双节点的装配式钢框架-剪力墙结构。
进一步的设计，所述连梁式梁柱双节点的装配式钢框架-剪力墙结构的各构件都由工厂加工而成，现场全由高强螺栓群连接安装。
进一步的设计，所述的带悬臂梁段的异形边柱单元包括一个上异形边柱段和一个带法兰盘的下异形柱边柱；
所述上异形边柱段由T字型波形板异形柱、中间节点域和一个悬臂梁段组成；
所述中间节点域包括一个端板、一个预留螺栓孔洞的法兰盘和一个T字型异形柱段；
T字型异形柱段是将所述T字型波形板异形柱的波形板置换为平板的异形柱段，端板焊接在异形柱段的上翼缘，法兰盘焊接在异形柱段的下翼缘；
所述悬臂梁端的截面为普通工字型截面，工型梁的腹板高度为翼缘板长度的2倍，悬臂梁段上下翼缘预留螺栓孔洞；
所述T字型波形板异形柱下柱的上端焊接一个预留螺栓孔洞的法兰盘，通过高强螺栓群与中间节点域的法兰盘连接，T字型波形板异形柱下柱的法兰盘与中间节点域的法兰盘***表面平齐，高强螺栓群沿板件四周呈环形布置，T字型波形板异形柱上柱的下端焊接在中间节点域的端板上，悬臂梁段的上下翼缘分别焊接在中间节点域的端板和法兰盘上，形成一个带悬臂梁段的异形边柱单元。
进一步的设计，所述带悬臂梁段的异形角柱单元，包括一个上异形角柱段和一个带法兰盘的下异形柱角柱；
所述上异形角柱段由L字型波形板异形柱、中间节点域和一个悬臂梁段组成；
所述中间节点域包括一个端板、一个预留螺栓孔洞的法兰盘和一个L字型异形柱段；
L字型异形柱段是将所述L字型波形板异形柱的波形板置换为平板的异形柱段，端板焊接在异形柱段的上翼缘，法兰盘焊接在异形柱段的下翼缘；
所述悬臂梁端的截面为普通工字型截面，工型梁的腹板高度为翼缘板长度的2倍，悬臂梁段上下翼缘预留螺栓孔洞；
所述L字型波形板异形柱下柱的上端焊接一个预留螺栓孔洞的法兰盘，通过高强螺栓群与中间节点域的法兰盘连接，L字型波形板异形柱下柱的法兰盘与中间节点域的法兰盘***表面平齐，高强螺栓群沿板件四周呈环形布置，L字型波形板异形柱上柱的下端焊接在中间节点域的端板上，悬臂梁段的上下翼缘分别焊接在中间节点域的端板和法兰盘上，形成一个带悬臂梁段的异形角柱单元。
进一步的设计，所述T字型波形板异形柱是类工字构件拓展截面的钢异形柱，是由高度相同的一个工字型钢柱和两个波形腹板型钢柱焊接组成；
所述工字型钢柱的腹板高度为翼缘板长度的2倍；
所述波形腹板型钢柱是由内侧翼缘板、外侧翼缘板和波形腹板焊接而成，为加强构件间的连接性，内侧翼缘板宽度控制在60-100mm之间，外侧翼缘板长度为内侧翼缘板长度的2.0～3.0倍，外侧翼缘板长度与工字型钢柱翼缘板长度相同；
波形腹板的波形方向为纵向波形，波形腹板与两侧翼缘板焊接，波形腹板截面与两翼缘板截面组成工字型构件截面，波形腹板型钢柱的内翼缘左右分别焊接在工字型钢柱腹板靠近下翼缘处，波形腹板型钢柱外翼缘板的一端与工字型钢柱下翼缘内侧位于同一平面内，形成T字型截面的波形板异形边柱。
进一步的设计，所述L型波形板异形柱包括高度相同的一个工字型钢柱和一个波形腹板型钢柱，波形腹板异形柱焊接在工字型钢柱腹板靠近下翼缘处，波形腹板型钢柱外翼缘板的一端与工字型钢柱下翼缘内侧位于同一平面内，形成L型波形板异形柱。
进一步的设计，所述第一连接装置包括高强螺栓群。所述的第二连接装置包一个倒T字型钢板、一个连接板和高强螺栓群，倒T字型钢板的腹板一侧和连接板一侧对应位置焊接三角型加劲肋板，且三角型加劲肋板反向布置，倒T字型钢板和连接板通过高强螺栓群连接，连接板焊接在中间带端板的普通梁段的下翼缘，倒T字型钢板焊接在一字型钢板剪力墙上。
进一步的设计，第二连接装置中带肋版的倒T字型钢板腹板在工厂预留大于螺栓杆截面面积的长圆孔，连接板与倒T型连接板通过高强螺栓进行连接且上下方留有一定空隙，目的在于工字梁受力时两块连接板通过相对滑移吸收能量，在地震作用时可提高框架的耗能能力，且震后通过更换耗能元件即可恢复正常使用。
进一步的设计，所述一字型钢板剪力墙选用单钢板剪力墙或双钢板剪力墙，钢板剪力墙的支座处焊接有肋板。
进一步的设计，所述波形板的波形形状选用正弦波浪形式、三角形波折形式、梯形波折形式或直角波折形式；波形板的构造形式选用单层波形板或双层波形板。
本申请的有益效果在于：
本申请的结构设计，在受力时通过翼缘盖板、倒T字型钢板和高强螺栓群自身的屈曲变形来吸收能量，提高框架的承载能力，同时梁端间能够错动变形，实现协调转动，使剪力墙上部工字型梁端变为弹性构件和有效防止梁端和异形柱单元间的节点区间发生破坏，起到保护框架主要受力构件的作用。而且所述翼缘盖板和倒T字型钢板震后可更换，仅需拆卸高强螺栓即可恢复使用功能，适应装配式钢结构的发展。本申请专利所述的钢板剪力墙与工字梁段通过第二连接装置实现连接，其中连接板焊接在工字梁下翼缘板外侧，倒T型连接板焊接在钢板剪力墙顶部且预留长圆孔，连接板与倒T型连接板通过高强螺栓进行连接且上下方留有一定空隙，目的在于工字梁受力时两块连接板通过相对滑动吸收能量，使结构承载力提升。同时钢板剪力墙震后可更换，仅需拆卸高强螺栓便可实现钢板剪力墙的更换，适应装配式钢结构的发展。
附图说明
图1为一种采用波形板异形柱且带可修复的连梁式梁柱双节点的装配式钢框架-剪力墙结构体系的三维图。
图2为一种采用波形板异形柱且带可修复的连梁式梁柱双节点的装配式钢框架-剪力墙结构体系的拆分图。
图3为一种采用波形板异形柱且带可修复的连梁式梁柱双节点的装配式钢框架-剪力墙结构体系的正视图。
图4为一种采用波形板异形柱且带可修复的连梁式梁柱双节点的装配式钢框架-剪力墙结构体系的俯视图。
图1-图4的附图标记如下：
1——L型波形板异形柱；
2——T字型波形板异形柱；
3——中间节点域；
4——悬臂梁段；
5——法兰盘；
6——带加劲肋的工字梁段；
7——钢板剪力墙；
8——连梁式梁柱节点；
9——第一连接装置；
10——第二连接装置；
11——工字型连梁；
12——上翼缘内盖板；
13——下翼缘外盖板；
14——倒L型腹板剪切板；
15——倒T字型钢板；
16——连接板；
17——三角型加劲肋板；
18——高强螺栓群。
具体实施方式
以下结合附图1～图4由具体实例对本申请的具体实施方式进一步说明。
实施例一
本发明结构体系组成构件包括：L型波形板异形柱1、T字型波形板异形柱2、中间节点域3、悬臂梁段4、法兰盘5、带加劲肋的工字梁段6、钢板剪力墙7、连梁式梁柱节点8、第一连接装置9、第二连接装置10、工字型连梁11、上翼缘内盖板12、下翼缘外盖板13、倒L型腹板剪切板14、倒T字型钢板15、连接板16、三角型加劲肋板17、高强螺栓群18。
所述的带悬臂梁段的异形角柱单元包括上异形角柱段和下异形角柱段。其中，上异形角柱段由L型波形板异形柱1与中间节点域3、悬臂梁段4焊接组成。其中，下异形角柱段由L型波形板异形柱1与法兰盘5焊接组成。
所述的带悬臂梁段的异形边柱单元包括上异形边柱段和带法兰盘的下异形边柱段。其中，上异形边柱段由T字型波形板异形柱2与中间节点域3、悬臂梁段4焊接组成。带法兰盘的下异形边柱段由T型波形板异形柱2与法兰盘5焊接组成。
所述的连梁式梁柱节点8由工字型连梁11、上翼缘内盖板12、下翼缘外盖板13、倒L型腹板剪切板14和高强螺栓群组成；所述的第一连接装置由高强螺栓群组成。
所述的第二连接装置由倒T字型钢板15、连接板16、三角型加劲肋板17和高强螺栓群组成；各构件在工厂内预制并焊接完成，然后将预制的钢构件运输到施工现场安装并与高强螺栓群连接。
在组装时，上异形角柱段和下异形角柱段通过高强螺栓群18连接形成带悬臂梁段的异形角柱单元，上异形边柱段和下异形边柱段通过高强螺栓群18连接形成带悬臂梁段的异形边柱单元，异形角柱单元和异形边柱单元与带加劲肋的工字梁段6通过连梁式梁柱节点8和第一连接装置9进行连接，带加劲肋的工字梁段6与钢板剪力墙7通过第二连接装置10进行连接，形成采用波形板异形柱且带可修复的连梁式梁柱双节点的装配式钢框架-剪力墙结构体系。
以上所举实施例为本申请的较佳实施方式，仅用来方便说明本申请，并非对本申请作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本申请所提技术特征的范围内，利用本申请所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本申请的技术特征内容，均仍属于本申请技术特征的范围内。

Claims (9)

1.一种可修梁柱双节点的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构，其特征在于，包括：一个带悬臂梁段的异形边柱单元、一个带悬臂梁段的异形角柱单元、两组连梁式梁柱节点连接件、一个带加劲肋的工字梁段、一个一字型钢板剪力墙、两组第一连接装置和一组第二连接装置；
所述连梁式梁柱节点连接件包括：一个工字型连梁、四个倒L型带肋版的腹板剪切板、两个上翼缘内盖板、一个下翼缘外盖板和高强螺栓群；两个上翼缘内盖板通过高强螺栓群连接在工字型连梁上翼缘内侧，分列于工字型连梁腹板两侧对称布置，带肋版的倒L型腹板剪切板通过高强螺栓群连接在带加劲肋的工字梁段上，分列于工字型连梁腹板两侧对称布置，且其L型拐角位置靠近上翼缘，下翼缘外盖板通过高强螺栓群连接在工字型连梁下翼缘外侧；
所述中间带加劲肋的工字型梁段两端的上下翼缘和腹板左右两侧预留螺栓孔洞，通过两组连梁式梁柱节点连接件和两组第一连接装置分别与带悬臂梁段的异形边柱单元和带悬臂梁段的异形角柱单元连接，通过第二连接装置与一字型钢板剪力墙连接，形成一种采用波形板异形柱且带可修复的连梁式梁柱双节点的装配式钢框架-剪力墙结构。
2.根据权利要求1所述的一种可修梁柱双节点的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构，其特征在于，所述的带悬臂梁段的异形边柱单元包括一个上异形边柱段和一个带法兰盘的下异形柱边柱；
所述上异形边柱段由T字型波形板异形柱、中间节点域和一个悬臂梁段组成；
所述中间节点域包括一个端板、一个预留螺栓孔洞的法兰盘和一个T字型异形柱段；
T字型异形柱段是将所述T字型波形板异形柱的波形板置换为平板的异形柱段，端板焊接在异形柱段的上翼缘，法兰盘焊接在异形柱段的下翼缘；
所述悬臂梁端的截面为普通工字型截面，工型梁的腹板高度为翼缘板长度的2倍，悬臂梁段上下翼缘预留螺栓孔洞；
所述T字型波形板异形柱下柱的上端焊接一个预留螺栓孔洞的法兰盘，通过高强螺栓群与中间节点域的法兰盘连接，T字型波形板异形柱下柱的法兰盘与中间节点域的法兰盘***表面平齐，高强螺栓群沿板件四周呈环形布置，T字型波形板异形柱上柱的下端焊接在中间节点域的端板上，悬臂梁段的上下翼缘分别焊接在中间节点域的端板和法兰盘上，形成一个带悬臂梁段的异形边柱单元。
3.根据权利要求1所述的一种可修梁柱双节点的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构，其特征在于，所述带悬臂梁段的异形角柱单元，包括一个上异形角柱段和一个带法兰盘的下异形柱角柱；
所述上异形角柱段由L字型波形板异形柱、中间节点域和一个悬臂梁段组成；
所述中间节点域包括一个端板、一个预留螺栓孔洞的法兰盘和一个L字型异形柱段；
L字型异形柱段是将所述L字型波形板异形柱的波形板置换为平板的异形柱段，端板焊接在异形柱段的上翼缘，法兰盘焊接在异形柱段的下翼缘；
所述悬臂梁端的截面为普通工字型截面，工型梁的腹板高度为翼缘板长度的2倍，悬臂梁段上下翼缘预留螺栓孔洞；
所述L字型波形板异形柱下柱的上端焊接一个预留螺栓孔洞的法兰盘，通过高强螺栓群与中间节点域的法兰盘连接，L字型波形板异形柱下柱的法兰盘与中间节点域的法兰盘***表面平齐，高强螺栓群沿板件四周呈环形布置，L字型波形板异形柱上柱的下端焊接在中间节点域的端板上，悬臂梁段的上下翼缘分别焊接在中间节点域的端板和法兰盘上，形成一个带悬臂梁段的异形角柱单元。
4.根据权利要求2所述的一种可修梁柱双节点的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构，其特征在于，所述T字型波形板异形柱是类工字构件拓展截面的钢异形柱，是由高度相同的一个工字型钢柱和两个波形腹板型钢柱焊接组成；
所述工字型钢柱的腹板高度为翼缘板长度的2倍；
所述波形腹板型钢柱是由内侧翼缘板、外侧翼缘板和波形腹板焊接而成，为加强构件间的连接性，内侧翼缘板宽度控制在60-100mm之间，外侧翼缘板长度为内侧翼缘板长度的2.0～3.0倍，外侧翼缘板长度与工字型钢柱翼缘板长度相同；
波形腹板的波形方向为纵向波形，波形腹板与两侧翼缘板焊接，波形腹板截面与两翼缘板截面组成工字型构件截面，波形腹板型钢柱的内翼缘左右分别焊接在工字型钢柱腹板靠近下翼缘处，波形腹板型钢柱外翼缘板的一端与工字型钢柱下翼缘内侧位于同一平面内，形成T字型截面的波形板异形边柱。
5.根据权利要求3所述的一种可修梁柱双节点的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构，其特征在于，所述L型波形板异形柱包括高度相同的一个工字型钢柱和一个波形腹板型钢柱，波形腹板异形柱焊接在工字型钢柱腹板靠近下翼缘处，波形腹板型钢柱外翼缘板的一端与工字型钢柱下翼缘内侧位于同一平面内，形成L型波形板异形柱。
6.根据权利要求1所述的一种可修梁柱双节点的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构，其特征在于，所述第一连接装置包括高强螺栓群。所述的第二连接装置包一个倒T字型钢板、一个连接板和高强螺栓群，倒T字型钢板的腹板一侧和连接板一侧对应位置焊接三角型加劲肋板，且三角型加劲肋板反向布置，倒T字型钢板和连接板通过高强螺栓群连接，连接板焊接在中间带端板的普通梁段的下翼缘，倒T字型钢板焊接在一字型钢板剪力墙上。
7.根据权利要求1所述的一种可修梁柱双节点的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构，其特征在于，第二连接装置中带肋版的倒T字型钢板腹板在工厂预留大于螺栓杆截面面积的长圆孔，连接板与倒T型连接板通过高强螺栓进行连接且上下方留有一定空隙，目的在于工字梁受力时两块连接板通过相对滑移吸收能量，在地震作用时可提高框架的耗能能力，且震后通过更换耗能元件即可恢复正常使用。
8.根据权利要求1所述的一种可修梁柱双节点的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构，其特征在于，所述一字型钢板剪力墙选用单钢板剪力墙或双钢板剪力墙，钢板剪力墙的支座处焊接有肋板。
9.根据权利要求1所述的一种可修梁柱双节点的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构，其特征在于，所述波形板的波形形状选用正弦波浪形式、三角形波折形式、梯形波折形式或直角波折形式；波形板的构造形式选用单层波形板或双层波形板。
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