柱與曲梁水平柔性連接空間結(jié)構(gòu)體系的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種柱與曲梁水平柔性連接空間結(jié)構(gòu)體系，柱與曲梁通過(guò)水平柔性連接裝置連接，水平柔性連接裝置包括柱連接件、曲梁連接件a、用于連接柱連接件和曲梁連接件的鋼拉桿；曲梁上還連接有豎向懸吊連接裝置，豎向懸吊連接裝置包括曲梁連接件b和可移動(dòng)鋼吊桿。本發(fā)明采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和懸索結(jié)構(gòu)相結(jié)合的空間結(jié)構(gòu)體系。在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系中，提高了網(wǎng)格曲梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和延性，顯著增加了曲梁的抗彎承載力和減少曲梁撓度變形。在懸索結(jié)構(gòu)中，采用柔性吊桿連接懸吊鋼結(jié)構(gòu)曲梁，其柔性連接特點(diǎn)使得整體外觀簡(jiǎn)潔，受力均勻、抗震耗能良好，且易于維修、保養(yǎng)，滿(mǎn)足懸吊式鋼結(jié)構(gòu)舒適度要求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】柱與曲梁水平柔性連接空間結(jié)構(gòu)體系

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種柱與曲梁水平柔性連接空間結(jié)構(gòu)體系。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外空間結(jié)構(gòu)蓬勃發(fā)展，建筑選型新穎、形式和種類(lèi)繁多，按空間結(jié)構(gòu)體系形式和分類(lèi)方法，可以分為薄殼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、薄膜結(jié)構(gòu)等空間結(jié)構(gòu)。但能結(jié)合空間結(jié)構(gòu)體系中的兩種或兩種以上的空間結(jié)構(gòu)并應(yīng)用于大開(kāi)間的中庭結(jié)構(gòu)體系中較少見(jiàn)。
[0003]目前，在大開(kāi)間的中庭結(jié)構(gòu)中，采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和懸索結(jié)構(gòu)的較為廣泛。然而，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的剛節(jié)點(diǎn)多采用焊接，在地震作用下，焊縫處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，甚至?xí)捎诤缚p質(zhì)量不過(guò)關(guān)導(dǎo)致焊縫撕裂，從而致使整體結(jié)構(gòu)失效。另外現(xiàn)場(chǎng)焊接需要大量設(shè)備和人員，且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)防火有一定隱患。懸索結(jié)構(gòu)大多為一種柔性連接結(jié)構(gòu)方式，所連接結(jié)構(gòu)形成的整體性不強(qiáng)，在地震作用下，會(huì)造成懸索桿件受力不均勻，從而致使結(jié)構(gòu)局部失效，發(fā)生破壞。
[0004]在大開(kāi)間的中庭結(jié)構(gòu)中，連接大廳底層和其它層平臺(tái)的通道大多使用兩跑或三跑或旋轉(zhuǎn)樓梯，或是電梯等，需在大廳中間設(shè)置豎向支撐柱，其占用空間大，不美觀，且連接復(fù)雜。結(jié)構(gòu)中荷載傳遞方式大多還是傳統(tǒng)的板、梁、柱體系傳遞方式，即豎向荷載通過(guò)板傳遞給梁，梁傳向柱后再通過(guò)柱傳給基礎(chǔ)，占用大量中庭面積。缺少一種施工進(jìn)度快、傳力途徑簡(jiǎn)單、耗能能力強(qiáng)的新型結(jié)構(gòu)體系。
[0005]對(duì)于網(wǎng)格狀曲梁部分，傳統(tǒng)建筑多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或純鋼結(jié)構(gòu)。然而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工復(fù)雜、施工周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)影響了其在空間結(jié)構(gòu)中的發(fā)展，而且曲梁若為懸吊結(jié)構(gòu)，增大了施工現(xiàn)場(chǎng)空中制模的難度，自重大，抗震性能差；純鋼結(jié)構(gòu)多采用桁架梁、箱型梁或H型鋼梁形式，這些形式均為剛性連接且需要較大的支座預(yù)埋件，且在地震作用下，多為脆性破壞。純鋼結(jié)構(gòu)受溫度變化影響較大，占用空間大、造價(jià)高，不具有較好建筑美觀效果O


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種傳力途徑簡(jiǎn)單、受力均勻穩(wěn)定、抗震性能優(yōu)良、安裝便捷高效、美觀堅(jiān)固的，將柱與曲梁進(jìn)行水平柔性連接的空間結(jié)構(gòu)體系。
[0007]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]柱與曲梁水平柔性連接空間結(jié)構(gòu)體系，包括柱、曲梁，所述柱與曲梁通過(guò)水平柔性連接裝置連接，所述水平柔性連接裝置包括柱連接件、曲梁連接件a、用于連接柱連接件和曲梁連接件的鋼拉桿；
[0009]所述曲梁上還連接有豎向懸吊連接裝置，所述豎向懸吊連接裝置包括曲梁連接件b和可移動(dòng)鋼吊桿。
[0010]所述曲梁由多個(gè)方形管網(wǎng)格單元構(gòu)成螺旋網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，所述網(wǎng)格單元由曲梁內(nèi)弦桿、曲梁外弦桿、曲梁X形斜腹桿和曲梁梯形直腹桿組成。
[0011]所述一套水平柔性連接裝置包括一個(gè)固定于柱側(cè)壁上的柱連接件，兩個(gè)連接于曲梁外弦桿處的曲梁連接件a，以及相對(duì)應(yīng)的兩根鋼拉桿；
[0012]所述兩根鋼拉桿通過(guò)螺栓連接于柱連接件；
[0013]所述兩根鋼拉桿與兩個(gè)曲梁連接件a也通過(guò)螺栓連接。
[0014]所述兩根鋼拉桿間的夾角為15?90°。
[0015]所述曲梁連接件b連接于曲梁梯形直腹桿的兩側(cè)。
[0016]所述兩個(gè)曲梁連接件a，以設(shè)置于曲梁外弦桿處的曲梁連接件b為中心對(duì)稱(chēng)設(shè)置。
[0017]所述可移動(dòng)鋼吊桿包括吊桿和可移動(dòng)連接件，所述曲梁連接件b通過(guò)可移動(dòng)連接件與吊桿連接。
[0018]所述吊桿采用自上而下一體連續(xù)式。
[0019]所述柱為多根，兩相鄰柱之間曲梁對(duì)應(yīng)的圓心角為30?60°。
[0020]所述柱為鋼管混凝土柱或鋼筋混凝土柱或純鋼柱。
[0021]本發(fā)明的有益效果為:
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在:
[0023]1、本發(fā)明采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和懸索結(jié)構(gòu)相結(jié)合的空間結(jié)構(gòu)體系。在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系中，提高了網(wǎng)格曲梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和延性，顯著增加了曲梁的抗彎承載力和減少曲梁撓度變形。在懸索結(jié)構(gòu)中，采用柔性吊桿連接懸吊鋼結(jié)構(gòu)曲梁，其柔性連接特點(diǎn)使得整體外觀簡(jiǎn)潔，受力均勻、抗震耗能良好，且易于維修、保養(yǎng)，滿(mǎn)足懸吊式鋼結(jié)構(gòu)舒適度要求。
[0024]2、本發(fā)明采用網(wǎng)格螺旋曲梁現(xiàn)場(chǎng)裝配連接，減少了現(xiàn)場(chǎng)焊接工作，保證了現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量，提高了建筑工業(yè)化裝配效率。與網(wǎng)格螺旋曲梁相連接的豎向和水平連接裝置均采用螺栓連接形式傳力合理，即使在罕遇地震后修復(fù)和更換代價(jià)小，且整體結(jié)構(gòu)耗能能力和延性更加優(yōu)越。
[0025]3、本發(fā)明具體應(yīng)用組成一個(gè)水平柔性連接的三角式橫向支撐體系，有效的約束了網(wǎng)格螺旋曲梁的側(cè)向位移，同時(shí)也限制了網(wǎng)格螺旋曲梁的平面外的扭轉(zhuǎn)，最大程度上防止了網(wǎng)格螺旋曲梁的側(cè)向傾覆；豎向連接裝置改變了傳統(tǒng)豎向承重結(jié)構(gòu)中由只柱承受豎向荷載的受力方式。實(shí)現(xiàn)了通過(guò)外力對(duì)可移動(dòng)豎向吊桿施加預(yù)緊力，可移動(dòng)鋼吊桿為自上而下一體式連續(xù)吊桿，使得豎向承重體系具有一定的受力連續(xù)性，避免出現(xiàn)吊桿受力不均勻的現(xiàn)象。
[0026]4、本發(fā)明提出的組合柱與懸吊網(wǎng)格螺旋曲梁水平柔性連接空間結(jié)構(gòu)體系，是一種裝配式新型結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)體系抗震性能好，抗側(cè)移剛度大，延性好，通透性好，造型優(yōu)美，具體藝術(shù)感，尤其適用于大開(kāi)間的中庭結(jié)構(gòu)，起到了合理利用空間資源的作用?？梢詫?shí)現(xiàn)施工速度快、現(xiàn)場(chǎng)工作量少、結(jié)構(gòu)可靠的目標(biāo)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為網(wǎng)格螺旋曲梁結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為網(wǎng)格螺旋曲梁豎向、水平連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4為水平柔性連接裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖5為豎向懸吊連接裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖中標(biāo)號(hào):1為柱，2為曲梁，3為水平柔性連接裝置，4為豎向懸吊連接裝置，5為網(wǎng)格單元，6為曲梁內(nèi)弦桿，7為曲梁外弦桿，8為柱連接件，9為曲梁連接件a，10為鋼拉桿，11為曲梁連接件b，12為可移動(dòng)鋼吊桿，13為曲梁X形斜腹桿，14為曲梁梯形直腹桿，15為吊桿，16為可移動(dòng)連接件。

【具體實(shí)施方式】
[0033]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0034]本發(fā)明提供了一種柱與曲梁水平柔性連接空間結(jié)構(gòu)體系，如圖1所示，結(jié)構(gòu)體系包括柱I和曲梁2。柱I與曲梁2之間通過(guò)水平柔性連接裝置3和豎向懸吊連接裝置4實(shí)現(xiàn)連接。如圖2所示，曲梁2由多個(gè)方形管網(wǎng)格單元5構(gòu)成螺旋網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。具體來(lái)說(shuō)，網(wǎng)格單元5由曲梁內(nèi)弦桿6、曲梁外弦桿7、曲梁X形斜腹桿13和曲梁梯形直腹桿14通過(guò)焊接組成，提高了網(wǎng)格螺旋曲梁結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度和延性，顯著增加了曲梁的抗彎承載力，減少曲梁撓度變形。而結(jié)構(gòu)體系中的柱采用多根設(shè)置，一般多使用鋼管混凝土柱或鋼筋混凝土柱或純鋼柱。其中鋼管混凝土柱可包括方鋼管混凝土柱或圓鋼管混凝土柱，純鋼柱也可包括方鋼柱或圓鋼柱，而如果使用鋼筋混凝土柱，則可在柱內(nèi)預(yù)埋連接件，用于后序焊接使用。至此，本發(fā)明技術(shù)方案具體為，提供一種組合柱與懸吊網(wǎng)格螺旋曲梁水平柔性連接空間結(jié)構(gòu)體系。
[0035]如圖3和圖4所示，一套水平柔性連接裝置3包括一個(gè)柱連接件8、兩個(gè)曲梁連接件a9和兩根鋼拉桿10構(gòu)成。其中，柱連接件8固定在柱I的側(cè)壁，若使用鋼管混凝土柱，則可采用焊接固定。柱連接件8與鋼拉桿10間通過(guò)螺栓連接。兩個(gè)曲梁連接件a9分別連接于曲梁外弦桿7處，其與鋼拉桿10也通過(guò)螺栓連接?？梢?jiàn)，水平柔性連接裝置3組成了一個(gè)三角式橫向支撐體系，有效的約束了網(wǎng)格螺旋曲梁的側(cè)向位移，同時(shí)也限制了網(wǎng)格螺旋曲梁的平面外的扭轉(zhuǎn)，最大程度上防止了網(wǎng)格螺旋曲梁的側(cè)向位移和受彎傾覆。整體結(jié)構(gòu)在水平力作用下，曲梁2通過(guò)水平柔性連接裝置3將剪力傳遞給柱1，得益于兩者之間的螺栓連接，不會(huì)出現(xiàn)如焊縫撕裂這樣的不利連接失效。
[0036]如圖3和圖5所示，曲梁2上還連接有豎向懸吊連接裝置4，包括曲梁連接件bll和可移動(dòng)鋼吊桿12，其中可移動(dòng)鋼吊桿12由吊桿15和可移動(dòng)連接件16構(gòu)成。曲梁連接件bll通過(guò)可移動(dòng)連接件16與吊桿15相連接，通過(guò)銷(xiāo)栓進(jìn)行固定。而曲梁連接件bll與曲梁的連接位置固定于曲梁梯形直腹桿14的兩側(cè)。作為網(wǎng)格螺旋曲梁的主要豎向承重構(gòu)件，可移動(dòng)鋼吊桿12可以通過(guò)外力施加預(yù)緊力，如上端可固定于建筑物的穹頂，而下端可埋入地面的水平層。為避免出現(xiàn)吊桿受力不均勻的現(xiàn)象，吊桿15采用自上而下一體連續(xù)式，使得豎向承重體系具有一定的受力連續(xù)性，顯著提高了結(jié)構(gòu)的冗余度，使用一根吊桿就可將兩層網(wǎng)格螺旋曲梁連接起來(lái)。
[0037]關(guān)于水平柔性連接裝置3和豎向懸吊連接裝置4的配合使用，如圖3所示，曲梁連接件bll固定于曲梁梯形直腹桿14的兩側(cè)，而兩個(gè)曲梁連接件a9，以曲梁連接件bll為中心，即同樣以曲梁梯形直腹桿14為中心對(duì)稱(chēng)設(shè)置。為提高三角式橫向支撐體系的效果，與兩個(gè)曲梁連接件a9對(duì)應(yīng)的兩根鋼拉桿10之間的夾角為15?90°。
[0038]同樣，為了提高組合柱與懸吊網(wǎng)格螺旋曲梁水平柔性連接空間結(jié)構(gòu)體系中柱與曲梁的裝配度，建議兩相鄰柱之間曲梁對(duì)應(yīng)的圓心角范圍控制在30?60°。
[0039]本發(fā)明結(jié)構(gòu)的安裝方法為:
[0040]1、先安裝若干可移動(dòng)鋼吊桿12 (圖2、圖5所示)；
[0041]2、以方形管網(wǎng)格單元5、曲梁連接件a9、曲梁連接件bll構(gòu)成拼裝單元，于工廠預(yù)制完成；
[0042]3、將曲梁連接件bll焊接到曲梁梯形直腹桿14的左、右兩側(cè)；
[0043]4、將網(wǎng)格螺旋曲梁吊裝到空中與豎向吊桿15用銷(xiāo)栓或螺栓進(jìn)行可靠連接固定(圖3、圖5所示)；
[0044]5、柱連接件8、曲梁連接件a9和鋼拉桿10構(gòu)成。將柱連接件8焊接在柱I的側(cè)壁，與鋼拉桿10通過(guò)螺栓連接。曲梁連接件a9與鋼拉桿10通過(guò)螺栓連接組成一個(gè)三角式橫向支撐體系(圖3、圖4所示)；
[0045]6、依次安裝其他梯段，最后形成組合柱與懸吊網(wǎng)格螺旋曲梁水平柔性連接空間結(jié)構(gòu)體系(圖1所示)。
[0046]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)結(jié)合安裝方法，以曲梁內(nèi)弦桿6、曲梁外弦桿7、曲梁X形斜腹桿13、曲梁梯形直腹桿14焊構(gòu)成預(yù)制焊接方形管網(wǎng)格單元5 ；以方形管網(wǎng)格單元5、曲梁連接件a9、曲梁連接件bll構(gòu)成拼裝單元，于工廠預(yù)制完成；將多個(gè)方形管網(wǎng)格單元現(xiàn)場(chǎng)焊接成網(wǎng)格螺旋曲梁；將鋼管混凝土柱、網(wǎng)格螺旋曲梁、水平柔性連接裝置和豎向懸吊連接裝置在現(xiàn)場(chǎng)以螺栓實(shí)施連接。有效地減少了現(xiàn)場(chǎng)焊接工作，節(jié)點(diǎn)安全可靠度。即便是在地震作用下，采用高強(qiáng)度螺栓與曲梁連接件a9連接，一方面保證連接部分可靠性，另一方面也可利用連接處螺栓耗能，保證了建筑的安全性。
【權(quán)利要求】
1.柱與曲梁水平柔性連接空間結(jié)構(gòu)體系，包括柱、曲梁，其特征在于所述柱與曲梁通過(guò)水平柔性連接裝置連接，所述水平柔性連接裝置包括柱連接件、曲梁連接件a、用于連接柱連接件和曲梁連接件的鋼拉桿； 所述曲梁上還連接有豎向懸吊連接裝置，所述豎向懸吊連接裝置包括曲梁連接件b和可移動(dòng)鋼吊桿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱與曲梁水平柔性連接空間結(jié)構(gòu)體系，其特征在于所述曲梁由多個(gè)方形管網(wǎng)格單元構(gòu)成螺旋網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，所述網(wǎng)格單元由曲梁內(nèi)弦桿、曲梁外弦桿、曲梁X形斜腹桿和曲梁梯形直腹桿組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柱與曲梁水平柔性連接空間結(jié)構(gòu)體系，其特征在于所述一套水平柔性連接裝置包括一個(gè)固定于柱側(cè)壁上的柱連接件，兩個(gè)連接于曲梁外弦桿處的曲梁連接件a，以及相對(duì)應(yīng)的兩根鋼拉桿； 所述兩根鋼拉桿通過(guò)螺栓連接于柱連接件； 所述兩根鋼拉桿與兩個(gè)曲梁連接件a也通過(guò)螺栓連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柱與曲梁水平柔性連接空間結(jié)構(gòu)體系，其特征在于所述兩根鋼拉桿間的夾角為15?90°。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柱與曲梁水平柔性連接空間結(jié)構(gòu)體系，其特征在于所述曲梁連接件b連接于曲梁梯形直腹桿的兩側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的柱與曲梁水平柔性連接空間結(jié)構(gòu)體系，其特征在于所述兩個(gè)曲梁連接件a，以設(shè)置于曲梁外弦桿處的曲梁連接件b為中心對(duì)稱(chēng)設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱與曲梁水平柔性連接空間結(jié)構(gòu)體系，其特征在于所述可移動(dòng)鋼吊桿包括吊桿和可移動(dòng)連接件，所述曲梁連接件b通過(guò)可移動(dòng)連接件與吊桿連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的柱與曲梁水平柔性連接空間結(jié)構(gòu)體系，其特征在于所述吊桿采用自上而下一體連續(xù)式。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱與曲梁水平柔性連接空間結(jié)構(gòu)體系，其特征在于所述柱為多根，兩相鄰柱之間曲梁對(duì)應(yīng)的圓心角為30?60°。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱與曲梁水平柔性連接空間結(jié)構(gòu)體系，其特征在于所述柱為鋼管混凝土柱或鋼筋混凝土柱或純鋼柱。
【文檔編號(hào)】E04B1/19GK104264780SQ201410456060
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】王靜峰, 王海濤, 萬(wàn)哲, 葉正林 申請(qǐng)人:安徽鴻路鋼結(jié)構(gòu)(集團(tuán))股份有限公司, 合肥工業(yè)大學(xué)