CN1865615A - 加横向约束的h型钢构件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加横向约束的H型钢构件，该H型钢构件为钢梁或钢柱，所述钢梁或钢柱上靠近端部或底部处设有横向约束并在横向约束和钢梁或钢柱的端部或底部之间设有柔性隔垫，该横向约束包括包裹于H型钢构件周边的外包物以及设于H型钢构件翼缘和腹板之间空腔内的填充物；所述外包物与H型钢构件的外轮廓之间设有第一间隙，所述填充物与H型钢构件表面之间设有第二间隙。本发明是一种能够有效增强钢结构的抗震性能、提高其延性，且成本较低、施工简便的加横向约束的H型钢构件，从而解决了H型钢构件在地震作用下所出现的局部稳定问题，提高了其稳定性。

Description

加横向约束的H型钢构件

技术领域

本发明主要涉及到用于建筑结构中的钢结构构件领域，特指一种可用于抗震地区房屋建筑结构设计施工中的加横向约束的H型钢构件。

背景技术

钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、地基费用省、占用面积小、工业化程度高、外形美观等一系列优点，与混凝土结构相比，采用钢结构更加环保且还可再次利用，也是易于产业化的结构。美国、日本、德国等发达国家在工程建设中广泛采用钢结构，钢结构建筑要占整个建筑的40％以上，而目前我国的钢结构建筑所占的比重还不到5％，这与过去我国钢材产量不足有关。近年来我国钢产量大幅度提升，转而成为供大于求。《中国建筑技术政策》(1996-2010)的公布，对钢结构的发展是一个有力的推动，开创了钢结构在建筑中应用的新时期，使建筑钢结构得到了迅速发展。《国家建筑钢结构产业“十五”计划和2015年发展规划纲要(草案)》指出十五期间建筑钢结构的发展目标是争取达到每年建筑钢结构用钢材占全国钢材产量的3％；2015年建筑钢结构的发展目标是争取每年建筑钢结构的用钢量达到钢材总产量的6％。可以预见，今后钢结构将越来越多的应用于建筑工程中。

H型钢是一种截面经优化而形成的各项性能均优于普通工字钢的型材。H型钢依据制造工艺不同可分为：热轧H型钢和焊接H型钢。H型钢可作为各类钢结构建筑的主要用材。据统计，在世界最高的13栋高层钢结构中基本都是采用H型钢组成结构受力体系，其H型钢用钢量占总用钢量的40％～80％。上世纪90年代马钢利用国产设备对650轧机进行改造建成了第一条H型钢生产线。以后莱钢、鞍山一轧、江阴兴澄等引进国外技术和设备相继建成了热轧H型钢生产线。据估计2005年我国H型钢产能近400万吨，并在天津、北京、山东、河北、安徽等地推出了一批钢结构住宅示范工程。H型钢应用之所以这么广泛是因为他具有以下优点：(1)与工字钢相比翼缘宽，侧向刚度大；翼缘两表面相互平行，连接构造方便；(2)与混凝土结构相比结构自重轻，施工速度快。另外对于轧制H型钢，由于没有焊缝，残余应力小、延性好。

1995年发生在日本Hyogoken-Nanbu的强烈地震中，钢结构发生的典型破坏主要有局部屈曲、脆性断裂和低周疲劳破坏。钢构件之所以在弯矩最大截面附近产生局部失稳破坏，主要是由于设计中对钢构件有重要影响的板件宽厚比的限值不能满足循环荷载作用下的塑性变形和耗能要求，特别是在轴向荷载比较大的情况下，情况更加明显。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够有效增强钢结构的抗震性能、提高其延性，且成本较低、施工简便的加横向约束的H型钢构件，从而解决了H型钢构件在地震作用下所出现的局部稳定问题，提高其稳定性。

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：一种加横向约束的H型钢构件，该H型钢构件为钢梁或钢柱，其特征在于：所述钢梁或钢柱上靠近端部或底部处设有横向约束并在横向约束和钢梁或钢柱的端部或底部之间设有柔性隔垫，该横向约束包括包裹于H型钢构件周边的外包物以及设于H型钢构件翼缘和腹板之间空腔内的填充物；所述外包物与H型钢构件的外轮廓之间设有第一间隙，所述填充物与H型钢构件表面之间设有第二间隙。

所述外包物为包裹于H型钢构件外轮廓的纤维增强塑料布、或钢环、或钢板、或钢筋混凝土、或钢丝网砂浆外包壳。

所述填充物为混凝土。

所述外包物与H型钢构件外轮廓之间的第一间隙以及填充物与H型钢构件表面之间的第二间隙中填充有柔性材料。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：

1、本发明加横向约束的H型钢构件，该钢构件主要为钢梁或钢柱，对钢梁或钢柱上靠近端部或底部处加横向约束后，能够有效地限制H型钢构件在地震或其他作用下可能产生的局部失稳破坏，但是它并不改变H型钢构件在弹性阶段的受力性能；

2、本发明加横向约束的H型钢构件，该横向约束能有效地防止或延迟H型钢构件在塑性铰区域可能产生的局部屈曲的发展以及低周疲劳破坏，减缓钢构件在达到极限承载力之后承载能力的迅速下降，从而提高H型钢构件的延性，改善结构的抗震性能；

3、本发明加横向约束的H型钢构件，仅对钢梁或钢柱的端部或底部加横向约束，即仅对可能出现塑性铰的部位施加横向约束，这样的话，不会改变传统钢框架结构体系设计、施工，且本发明的横向约束结构简单、施工工艺简便，可以方便的推广到许多现有的抗震区钢框架结构中；

4、本发明加横向约束的H型钢构件也可以同时对现有的钢结构建筑进行改造，只需对现有的钢结构建筑中H型钢构件的端部或底部加横向约束，从而完成对现有钢结构建筑的加固、修复或改善工作。

附图说明

图1是本发明实施例1中H型钢柱的主视结构示意图；

图2是本发明实施例1中H型钢柱的截面示意图；

图3是本发明实施例2中H型钢梁的主视结构示意图；

图4是本发明实施例2中H型钢梁的截面示意图；

图5是本发明实施例3中H型钢柱的主视结构示意图；

图6是本发明实施例3中H型钢柱的截面示意图。

图例说明

1、钢梁                 2、钢柱

3、端部                 4、底部

5、外包物               6、填充物

7、第一间隙             8、第二间隙

10、柔性隔垫            11、横向约束

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1：如图1和图2所示，本发明加横向约束的H型钢构件，该H型钢构件可以为钢梁1或钢柱2，其结构体系仍与普通H型钢构件的结构体系一致，在本实施例中以钢柱2为例，在钢柱2上层楼板浇筑完成以后在钢柱2上制作横向约束11，该横向约束11包括包裹于H型钢构件周边的外包物5以及设于H型钢构件翼缘和腹板之间空腔内的填充物6；外包物5与H型钢构件的外轮廓之间设有第一间隙7，填充物6与H型钢构件表面之间设有第二间隙8。施工时，横向约束11的制作在钢柱2和钢梁1安装完成，楼板混凝土浇注之后进行，然后制作横向约束11并使横向约束11与钢柱2上的相应位置处预留间隙；作为填充物6的材料可以现场浇注，也可以预制后安装。具体步骤，如图所示的本实施例，在钢梁1和钢柱2连接后，在钢梁1与钢柱2连接的靠近端部3处以及靠近钢柱2的底部4处分别设置有横向约束11，横向约束11与钢梁1的端部3及钢柱2的底部4之间预留间隙并设有柔性隔垫10以避免传递纵向应力。在H型钢构件翼缘和腹板之间的空腔内放置有填充物6，该填充物6可以采用预制的混凝土块等填充材料(也可现场浇灌)；填充物6与H型钢柱2表面之间设有第二间隙8，该第二间隙8中可以填充泡沫等柔性材料；最后在H型钢柱2的周边加外包物5，本实施例中该外包物5采用钢环或钢板，钢环或钢板与H型钢柱2的外轮廓间设有第一间隙7，第一间隙7中可以填充泡沫等柔性材料，利用第一间隙7可以推迟作为外包物5的钢环或钢板参与工作的时间，从而避免或减少不必要的承载力提高。该横向约束11能有效地防止或延迟H型钢构件在塑性铰区域可能产生的局部屈曲的发展以及低周疲劳破坏，减缓钢构件在达到极限承载力之后承载能力的迅速下降，从而提高H型钢构件的延性，改善结构的抗震性能。

实施例2：如图3和图4所示，本发明的加横向约束的H型钢构件，该H型钢构件可以为钢梁1或钢柱2，其结构体系仍与普通H型钢构件的结构体系一致，在本实施例中以钢梁1为例，H型钢梁1中横向约束11的制作与钢柱2有所不同，其上部为现浇钢筋混凝土楼板。该横向约束11包括包裹于H型钢构件周边的外包物5以及设于H型钢构件翼缘和腹板之间空腔内的填充物6；外包物5与H型钢构件的外轮廓之间设有第一间隙7，填充物6与H型钢构件表面之间设有第二间隙8。施工时，横向约束11的制作在钢柱2和钢梁1安装完成，楼板混凝土浇注之后进行，然后制作横向约束11并使横向约束11与钢柱2上的相应位置处预留间隙；作为填充物6的材料可以现场浇注，也可以预制后安装。具体步骤，如图所示的本实施例，在钢梁1和钢柱2连接时，在钢梁1上靠近端部3处设置有横向约束11，横向约束11与钢梁1的端部3之间预留间隙并设有柔性隔垫10以避免传递纵向应力。在H型钢构件翼缘和腹板之间的空腔内放置有填充物6，该填充物6可以采用预制的混凝土块等填充材料(也可现场浇灌)；填充物6与H型钢梁1表面之间设有第二间隙8，该第二间隙8中可以填充泡沫等柔性材料；最后在H型钢梁1的周边加外包物5，本实施例中该外包物5采用纤维增强塑料层(FRP布)，FRP布与钢筋混凝土楼板底部要留有一定的搭接长度L，FRP布与H型钢梁1的外轮廓间设有第一间隙7，第一间隙7中可以填充泡沫等柔性材料，利用第一间隙7可以推迟作为外包物5的FRP布参与工作的时间，从而避免或减少不必要的承载力提高。该横向约束11能有效地防止或延迟H型钢构件在塑性铰区域可能产生的局部屈曲的发展以及低周疲劳破坏，减缓钢构件在达到极限承载力之后承载能力的迅速下降，从而提高H型钢构件的延性，改善结构的抗震性能。

实施例3：如图5和图6所示，本发明的加横向约束的H型钢构件，该H型钢构件可以为钢梁1或钢柱2，其结构体系仍与普通H型钢构件的结构体系一致，在本实施例中以钢柱2为例，在钢柱2上层楼板浇筑完成以后制作层间柱横向约束11，该横向约束11包括包裹于H型钢构件周边的外包物5以及设于H型钢构件翼缘和腹板之间空腔内的填充物6；外包物5与H型钢构件的外轮廓之间设有第一间隙7，填充物6与H型钢构件表面之间设有第二间隙8。施工时，横向约束11的制作在钢柱2和钢梁1安装完成，楼板混凝土浇注之后进行，然后制作横向约束11并使横向约束11与钢柱2上的相应位置处预留间隙；填充物6材料可以现场浇注，也可以预制后安装。具体步骤，如图所示的本实施例，在钢梁1和钢柱2连接后，在钢梁1与钢柱2连接的靠近端部3处以及靠近钢柱2的底部4处分别设置的横向约束11，横向约束11与钢梁1的端部3及钢柱2的底部4之间预留间隙并设有柔性隔垫10以避免传递纵向应力。在H型钢构件翼缘和腹板之间的空腔内放置有填充物6，该填充物6可以采用预制的混凝土块等填充材料(也可现场浇灌)；填充物6与H型钢柱2表面之间设有第二间隙8，该第二间隙8中可以填充泡沫等柔性材料；最后在H型钢柱2的周边加外包物5，本实施例中该外包物5采用钢筋混凝土或钢丝网砂浆外包壳，钢筋混凝土或钢丝网砂浆外包壳与H型钢柱2的外轮廓间设有第一间隙7，第一间隙7中可以填充泡沫等柔性材料，利用第一间隙7可以推迟作为外包物5的钢筋混凝土或钢丝网砂浆外包壳参与工作的时间，从而避免或减少不必要的承载力提高，同时使得H型钢构件表面与外包物5脱离以使其只对H型钢构件起横向约束11作用，该外包物5同时兼做耐火外覆，从而与传统的劲性钢筋混凝土或钢骨混凝土不同。该横向约束11能有效地防止或延迟H型钢构件在塑性铰区域可能产生的局部屈曲的发展以及低周疲劳破坏，减缓钢构件在达到极限承载力之后承载能力的迅速下降，从而提高H型钢构件的延性，改善结构的抗震性能。

Claims (5)

1、一种加横向约束的H型钢构件，该H型钢构件为钢梁(1)或钢柱(2)，其特征在于：所述钢梁(1)或钢柱(2)上靠近端部(3)或底部(4)处设有横向约束(11)并在横向约束(11)和钢梁(1)或钢柱(2)的端部(3)或底部(4)之间设有柔性隔垫(10)，该横向约束(11)包括包裹于H型钢构件周边的外包物(5)以及设于H型钢构件翼缘和腹板之间空腔内的填充物(6)；所述外包物(5)与H型钢构件的外轮廓之间设有第一间隙(7)，所述填充物(6)与H型钢构件表面之间设有第二间隙(8)。

2、根据权利要求1所述的加横向约束的H型钢构件，其特征在于：所述外包物(5)为包裹于H型钢构件外轮廓的纤维增强塑料布、或钢环、或钢板、或钢筋混凝土、或钢丝网砂浆外包壳。

3、根据权利要求1或2所述的加横向约束的H型钢构件，其特征在于：所述填充物(6)为混凝土。

4、根据权利要求1或2所述的加横向约束的H型钢构件，其特征在于：所述外包物(5)与H型钢构件外轮廓之间的第一间隙(7)以及填充物(6)与H型钢构件表面之间的第二间隙(8)中填充有柔性材料。

5、根据权利要求3所述的加横向约束的H型钢构件，其特征在于：所述外包物(5)与H型钢构件外轮廓之间的第一间隙(7)以及填充物(6)与H型钢构件表面之间的第二间隙(8)中填充有柔性材料。

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