CN116290486A - 一种可恢复功能的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构体系 - Google Patents
一种可恢复功能的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构体系 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种可恢复功能的装配式异形柱钢框架‑剪力墙结构体系，其属于结构设计领域，其技术要点在于，包括：第一带悬臂梁段的异形柱单元、第二带悬臂梁段的异形柱单元、一个带端板的工字梁、一个钢板剪力墙、两个带端板的连梁、两组第一连接装置和一组第二连接装置。采用本申请的一种可恢复功能的装配式异形柱钢框架‑剪力墙结构体系，其具有良好的抗震效果。
Description
技术领域
本申请涉及结构工程领域，具体而言，涉及一种可恢复功能的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构体系。
背景技术
北京工业大学在CN112302167A提出了一种装配式钢结构异形柱框架结构体系，属于结构工程技术领域，包括结构体系、屋面板体系和围护结构。屋面板体系铺设在结构体系的钢梁上，围护体系填充在结构体系的梁柱立面框架之间，结构体系采用装配式钢结构异形柱框架体系，波形板抗侧异形柱包括方钢管柱、型钢柱和波形板，体系的连接节点由波形板抗侧异形柱、带端板的工字梁、带突柱的梁柱-柱连接件和高强螺栓组成。
上述CN112302167A虽然引入了“波形板”的概念，但是其异形边柱、中柱的结构仍然有待改进。同时，其结构体系也缺乏抗震整体设计。
发明内容
本申请提供了一种可恢复功能的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构体系，旨在解决现有技术的问题。
一种可恢复功能的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构体系，其包括：第一带悬臂梁段的异形柱单元、第二带悬臂梁段的异形柱单元、一个带端板的工字梁、一个钢板剪力墙、两个带端板的连梁(所述连梁的端部焊接有带螺栓孔的端板)、两组第一连接装置和一组第二连接装置；
其中，第一带悬臂梁段的异形柱单元、连梁、工字梁、连梁、第二悬臂梁段的异形柱单元依次连接；
其中，第一带悬臂梁段的异形柱单元与连梁之间、连梁与工字梁之间、连梁与第二悬臂梁段的异形柱单元之间均通过两组第一连接装置实现连接；
其中，在工字梁的下侧连接有钢板剪力墙；钢板剪力墙通过第二连接装置与工字梁段下翼缘板连接，形成一种采用波形板异形柱且带剪切耗能梁段的可恢复功能装配式异形柱钢结构-剪力墙结构体系；
其中，所述第一连接装置包括两个上翼缘盖板和高强螺栓群，上翼缘盖板分别用于连接连梁段与异形柱单元的悬臂梁段和工字梁段，连梁段端板与悬臂梁段端板和工字梁段端板通过高强螺栓实现连接；
其中，所述第二连接装置包括一个倒T型连接板、2个连接板、三角型加劲肋板和高强螺栓群；所述倒T型连接板由腹板和底板垂直焊接组成，所述倒T型连接板的腹板预留长圆孔，所述倒T型连接板的底板焊接在钢板剪力墙顶部；连接板为L型板，连接面的水平面焊接在工字梁下翼缘板外侧，连接面的竖向面预留有螺栓孔且通过高强螺栓与倒T型连接板的腹板连接，在倒T型连接板的底板和连接板的水平面焊接有竖向设置的三角型加劲肋板。
进一步，所述连梁截面与所述工字梁截面相同。
进一步，所述工字梁上对应于剪力墙部分的腹板两侧成对焊接加劲肋，所述工字梁的端部焊接有带螺栓孔的端板，端部焊接预留螺栓孔的端板。
进一步，所述钢板剪力墙有单侧钢板剪力墙、双侧钢板剪力墙等多种形式；钢板剪力墙震后可更换，通过拆卸高强螺栓可实现钢板剪力墙的更换。
进一步，所述第一带悬臂梁段的异形柱单元为带悬臂梁段的异形中柱单元或为带悬臂梁段的异形边柱单元；所述第二带悬臂梁段的异形柱单元为带悬臂梁段的异形中柱单元或为带悬臂梁段的异形边柱单元。
进一步，所述带悬臂梁段的异形中柱单元，其包括：带悬臂梁段的异形中柱上段和带法兰盘的异形中柱下段；
其中，异形中柱上段由十字型波形板异形柱、节点域、悬臂梁段和法兰盘组成；
其中，异形中柱下段由十字型波形板异形柱和法兰盘组成；
异形中柱上段和异形中柱下段通过法兰盘和高强螺栓实现连接，高强螺栓沿板件四周呈环形布置，法兰盘的***表面平齐，组成带悬臂梁段的异形中柱单元；
所述节点域的构件均为水平板，截面形式与十字型波形板异形柱相同，上端部焊接有端板，下端部焊接有带螺栓孔的法兰盘，即所述法兰盘预留螺栓孔，分别焊接在节点域的下端和异形中柱下段的上端；
所述悬臂梁段截面与工字梁段相同，一端焊接有带螺栓孔的端板；
十字型波形板异型柱与节点域上端板焊接连接，悬臂梁段与节点域焊接连接，悬臂梁段上下两翼缘与节点域上端板和节点域下端的法兰盘表面平齐，组成带悬臂梁段的异形中柱上段。
进一步，所述十字型波形板异形柱由一个工字型钢柱和两个不等宽波形板钢柱组成；
其中，不等宽波形板钢柱由内侧翼缘板、外侧翼缘板和波形板组成；内侧翼缘板宽度在60～100之间且小于外侧翼缘板宽度；波形板的波形方向为纵向波形；波形板与内侧翼缘板、外侧翼缘板焊接；波形腹板截面与两翼缘板截面组成工字型构件截面；
其中，两个不等宽波形板钢柱的内侧翼缘板分别焊接在工字型钢柱腹板中央两侧，形成十字型波形板异形柱。
进一步，十字型波形板异形柱与法兰盘焊接连接，组成带法兰盘的异形中柱下段。
进一步，所述带悬臂梁段的异形边柱单元，其包括：带悬臂梁段的异形边柱上段和带法兰盘的异形边柱下段；
其中，异形边柱上段由T字型波形板异形柱、节点域、悬臂梁段和法兰盘组成；
其中，异形边柱下段由T字型波形板异形柱和法兰盘组成；
异形边柱上段和异形边柱下段通过法兰盘和高强螺栓实现连接，高强螺栓沿板件四周呈环形布置，法兰盘的***表面平齐，组成带悬臂梁段的异形边柱单元；
所述节点域的构件均为水平板，截面形式与T字型波形板异形柱相同，上端部焊接有端板，下端部焊接有带螺栓孔的法兰盘，即所述法兰盘预留螺栓孔，分别焊接在节点域的下端和异形边柱下段的上端；
所述悬臂梁段截面与工字梁段相同，一端焊接有带螺栓孔的端板；
T字型波形板异型柱与节点域上端板焊接连接，悬臂梁段与节点域焊接连接，悬臂梁段上下两翼缘与节点域上端板和节点域下端的法兰盘表面平齐，组成带悬臂梁段的异形边柱上段。
进一步，所述T字型波形板异形柱由一个工字型钢柱和一个不等宽波形板钢柱组成；
其中，不等宽波形板钢柱由内侧翼缘板、外侧翼缘板和波形板组成；内侧翼缘板宽度在60～100之间且小于外侧翼缘板宽度；波形板的波形方向为纵向波形；波形板与内侧翼缘板、外侧翼缘板焊接；波形腹板截面与两翼缘板截面组成工字型构件截面；
其中，一个不等宽波形板钢柱的内侧翼缘板分别焊接在工字型钢柱腹板的中部一侧，形成T字型波形板异形柱。
进一步，T字型波形板异形柱与法兰盘焊接连接，组成带法兰盘的异形边柱下段。
本申请的有益效果在于：
(1)超长超重型构件分段化。本发明基于构件分段装配式设计理念，将结构整体分为若干段，包括异形柱单元、工字梁段、钢板剪力墙和连梁段，各部分通过高强螺栓连接为一体，安装快速，避免了因施工现场焊接环境差而出现的焊缝质量问题。另外，该体系可有效克服传统长、重型构件在加工、运输、安装过程中的诸多不便，减少运输、吊装成本，降低造价。
(2)第二连接装置有效耗能且钢板剪力墙震后可恢复。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。
(3)剪切耗能连梁段。两个带悬臂梁段的异形柱单元、工字梁段和两个剪切耗能连梁段通过两组第一连接装置实现连接。在框架结构中加入两个剪切耗能连梁段，能够起到协调变形和耗能的作用。荷载作用下，由于第二连接装置的滑移耗能和工字梁段的弯曲变形，会引起连梁两端的竖向位移差，这也将在连梁内产生内力。同时连梁端部的弯矩、剪力和轴力又反过来减少了悬臂梁段和工字梁段的内力和变形，对悬臂梁段和工字梁段起到一定的约束作用。在这一过程中，连梁不仅能够协调梁段变形，尽可能保证上部梁段处于弹性工作状态，同时也起到了一种耗能的作用，有利于提高整体结构的承载能力。另外，为避免连梁局部失稳并传递集中力，连梁腹板两侧成对焊接加劲肋，提高连梁的稳定性和抗扭性能。
(4)本申请提出了异形中柱、异形边柱的设计。
附图说明
图1为实施例1的三维示意图。
图2为实施例1的拆分图。
图3为实施例1的正视图。
图4为一种采用波形板异形柱且带剪切耗能梁段的可恢复功能装配式异形柱钢框架-剪力墙结构体系的俯视图。
图1-图4的附图标记如下：
1——十字型波形板异形柱；
2——T型波形板异形柱；
3——节点域；
4——悬臂梁段；
5——法兰盘；
6——带端板的工字梁段；
7——钢板剪力墙；
8——带端板的连梁；
9——第一连接装置；
10——第二连接装置；
11——上翼缘盖板；
12——连接板；
13——倒T型连接板；
14——三角型加劲肋板；
15——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
如图1～4所示，一种采用波形板异形柱且带剪切耗能梁段的可恢复功能装配式异形柱钢框架-剪力墙结构体系：
下面将结合附图具体说明本发明装配式异形柱钢框架-剪力墙结构体系的具体实施方式。
本发明结构体系组成构件包括：十字型波形板异形柱(1)、T型波形板异形柱(2)、节点域(3)、悬臂梁段(4)、法兰盘(5)、带端板的工字梁段(6)、钢板剪力墙(7)、带端板的连梁(8)、第一连接装置(9)、第二连接装置(10)、上翼缘盖板(11)、连接板(12)、倒T型连接板(13)、三角型加劲肋板(14)、高强螺栓群(15)；所述的带悬臂梁段的异形中柱单元包括异形中柱上段和异形中柱下段，其中异形中柱上段由十字型波形板异形柱(1)与节点域(3)、悬臂梁段(4)焊接组成，异形中柱下段由十字型波形板异形柱(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异形边柱上段和异形边柱下段，其中异形边柱上段由T型波形板异形柱(2)与节点域(3)、悬臂梁段(4)焊接组成，异形边柱下段由T型波形板异形柱(2)与法兰盘(5)焊接组成；所述的第一连接装置(9)上翼缘盖板(11)和高强螺栓群组成；所述的第二连接装置(10)由连接板(12)、倒T型连接板(13)、三角型加劲肋板(14)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，异形中柱上段和异形中柱下段通过高强螺栓群(15)连接形成带悬臂梁段的异形中柱单元，异形边柱上段和异形边柱下段通过高强螺栓群(15)连接形成带悬臂梁段的异形边柱单元，异形中柱单元、异形边柱单元、带端板的工字梁段(6)和两个带端板的连梁(8)通过两组第一连接装置(9)进行连接，带端板的工字梁段(6)与钢板剪力墙(7)通过第二连接装置进行连接，形成异形柱钢框架-剪力墙结构体系。
所述内侧翼缘板厚度小于外侧翼缘板厚度；所述波形板的波形方向为纵向，波形板的宽度不大于内侧翼缘板宽度的2倍，波形板的中心线、内侧翼缘板中心线和外侧翼缘板中心线位于同一平面内。
波形板采用正弦波浪形式、三角形波折形式、梯形波折形式、直角波折形式或拼接的双层梯形波折式。双层梯形波折式波形板由两个梯形波折形式的波形板在板边接触处焊接连接。
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)
1.一种可恢复功能的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构体系，其特征在于，包括：第一带悬臂梁段的异形柱单元、第二带悬臂梁段的异形柱单元、一个带端板的工字梁、一个钢板剪力墙、两个带端板的连梁、两组第一连接装置和一组第二连接装置；
其中，第一带悬臂梁段的异形柱单元、连梁、工字梁、连梁、第二悬臂梁段的异形柱单元依次连接；
其中，第一带悬臂梁段的异形柱单元与连梁之间、连梁与工字梁之间、连梁与第二悬臂梁段的异形柱单元之间均通过两组第一连接装置实现连接；
其中，在工字梁的下侧连接有钢板剪力墙；钢板剪力墙通过第二连接装置与工字梁段下翼缘板连接，形成一种采用波形板异形柱且带剪切耗能梁段的可恢复功能装配式异形柱钢结构-剪力墙结构体系；
其中，所述第一连接装置包括两个上翼缘盖板和高强螺栓群，上翼缘盖板分别用于连接连梁段与异形柱单元的悬臂梁段和工字梁段，连梁段端板与悬臂梁段端板和工字梁段端板通过高强螺栓实现连接；
其中，所述第二连接装置包括一个倒T型连接板、2个连接板、三角型加劲肋板和高强螺栓群；所述倒T型连接板由腹板和底板垂直焊接组成，所述倒T型连接板的腹板预留长圆孔，所述倒T型连接板的底板焊接在钢板剪力墙顶部；连接板为L型板，连接面的水平面焊接在工字梁下翼缘板外侧，连接面的竖向面预留有螺栓孔且通过高强螺栓与倒T型连接板的腹板连接，在倒T型连接板的底板和连接板的水平面焊接有竖向设置的三角型加劲肋板。
2.根据权利要求1所述的一种可恢复功能的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构体系，其特征在于，所述工字梁上对应于剪力墙部分的腹板两侧成对焊接加劲肋，所述工字梁的端部焊接有带螺栓孔的端板，端部焊接预留螺栓孔的端板。
3.根据权利要求1或2所述的一种可恢复功能的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构体系，其特征在于，所述第一带悬臂梁段的异形柱单元为带悬臂梁段的异形中柱单元或为带悬臂梁段的异形边柱单元；所述第二带悬臂梁段的异形柱单元为带悬臂梁段的异形中柱单元或为带悬臂梁段的异形边柱单元。
4.根据权利要求3所述的一种可恢复功能的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构体系，其特征在于，所述带悬臂梁段的异形中柱单元，其包括：带悬臂梁段的异形中柱上段和带法兰盘的异形中柱下段；
其中，异形中柱上段由十字型波形板异形柱、节点域、悬臂梁段和法兰盘组成；
其中，异形中柱下段由十字型波形板异形柱和法兰盘组成；
异形中柱上段和异形中柱下段通过法兰盘和高强螺栓实现连接，高强螺栓沿板件四周呈环形布置，法兰盘的***表面平齐，组成带悬臂梁段的异形中柱单元；
所述节点域的构件均为水平板，截面形式与十字型波形板异形柱相同，上端部焊接有端板，下端部焊接有带螺栓孔的法兰盘，即所述法兰盘预留螺栓孔，分别焊接在节点域的下端和异形中柱下段的上端；
所述悬臂梁段截面与工字梁段相同，一端焊接有带螺栓孔的端板；
十字型波形板异型柱与节点域上端板焊接连接，悬臂梁段与节点域焊接连接，悬臂梁段上下两翼缘与节点域上端板和节点域下端的法兰盘表面平齐，组成带悬臂梁段的异形中柱上段。
5.根据权利要求4所述的一种可恢复功能的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构体系，其特征在于，所述十字型波形板异形柱由一个工字型钢柱和两个不等宽波形板钢柱组成；
其中，不等宽波形板钢柱由内侧翼缘板、外侧翼缘板和波形板组成；内侧翼缘板宽度在60～100之间且小于外侧翼缘板宽度；波形板的波形方向为纵向波形；波形板与内侧翼缘板、外侧翼缘板焊接；波形腹板截面与两翼缘板截面组成工字型构件截面；
其中，两个不等宽波形板钢柱的内侧翼缘板分别焊接在工字型钢柱腹板中央两侧，形成十字型波形板异形柱。
6.根据权利要求5所述的一种可恢复功能的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构体系，其特征在于，十字型波形板异形柱与法兰盘焊接连接，组成带法兰盘的异形中柱下段。
7.根据权利要求3所述的一种可恢复功能的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构体系，其特征在于，所述带悬臂梁段的异形边柱单元，其包括：带悬臂梁段的异形边柱上段和带法兰盘的异形边柱下段；
其中，异形边柱上段由T字型波形板异形柱、节点域、悬臂梁段和法兰盘组成；
其中，异形边柱下段由T字型波形板异形柱和法兰盘组成；
异形边柱上段和异形边柱下段通过法兰盘和高强螺栓实现连接，高强螺栓沿板件四周呈环形布置，法兰盘的***表面平齐，组成带悬臂梁段的异形边柱单元；
所述节点域的构件均为水平板，截面形式与T字型波形板异形柱相同，上端部焊接有端板，下端部焊接有带螺栓孔的法兰盘，即所述法兰盘预留螺栓孔，分别焊接在节点域的下端和异形边柱下段的上端；
所述悬臂梁段截面与工字梁段相同，一端焊接有带螺栓孔的端板；
T字型波形板异型柱与节点域上端板焊接连接，悬臂梁段与节点域焊接连接，悬臂梁段上下两翼缘与节点域上端板和节点域下端的法兰盘表面平齐，组成带悬臂梁段的异形边柱上段。
8.根据权利要求7所述的一种可恢复功能的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构体系，其特征在于，所述T字型波形板异形柱由一个工字型钢柱和一个不等宽波形板钢柱组成；
其中，不等宽波形板钢柱由内侧翼缘板、外侧翼缘板和波形板组成；内侧翼缘板宽度在60～100之间且小于外侧翼缘板宽度；波形板的波形方向为纵向波形；波形板与内侧翼缘板、外侧翼缘板焊接；波形腹板截面与两翼缘板截面组成工字型构件截面；
其中，一个不等宽波形板钢柱的内侧翼缘板分别焊接在工字型钢柱腹板的中部一侧，形成T字型波形板异形柱。
9.根据权利要求8所述的一种可恢复功能的装配式异形柱钢框架-剪力墙结构体系，其特征在于，T字型波形板异形柱与法兰盘焊接连接，组成带法兰盘的异形边柱下段。
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