柱与曲梁水平柔性连接空间结构体系的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种柱与曲梁水平柔性连接空间结构体系，柱与曲梁通过水平柔性连接装置连接，水平柔性连接装置包括柱连接件、曲梁连接件a、用于连接柱连接件和曲梁连接件的钢拉杆；曲梁上还连接有竖向悬吊连接装置，竖向悬吊连接装置包括曲梁连接件b和可移动钢吊杆。本实用新型采用网架结构和悬索结构相结合的空间结构体系。在网架结构体系中，提高了网格曲梁结构的强度和延性，显著增加了曲梁的抗弯承载力和减少曲梁挠度变形。在悬索结构中，采用柔性吊杆连接悬吊钢结构曲梁，其柔性连接特点使得整体外观简洁，受力均匀、抗震耗能良好，且易于维修、保养，满足悬吊式钢结构舒适度要求。
【专利说明】 柱与曲梁水平柔性连接空间结构体系
【技术领域】
[0001]本实用新型属于建筑【技术领域】，具体涉及一种柱与曲梁水平柔性连接空间结构体系O
【背景技术】
[0002]近年来，国内外空间结构蓬勃发展，建筑选型新颖、形式和种类繁多，按空间结构体系形式和分类方法，可以分为薄壳结构、网架结构、网壳结构、悬索结构、薄膜结构等空间结构。但能结合空间结构体系中的两种或两种以上的空间结构并应用于大开间的中庭结构体系中较少见。
[0003]目前，在大开间的中庭结构中，采用网架结构和悬索结构的较为广泛。然而，网架结构的刚节点多采用焊接，在地震作用下，焊缝处会产生应力集中，甚至会由于焊缝质量不过关导致焊缝撕裂，从而致使整体结构失效。另外现场焊接需要大量设备和人员，且对现场防火有一定隐患。悬索结构大多为一种柔性连接结构方式，所连接结构形成的整体性不强，在地震作用下，会造成悬索杆件受力不均匀，从而致使结构局部失效，发生破坏。
[0004]在大开间的中庭结构中，连接大厅底层和其它层平台的通道大多使用两跑或三跑或旋转楼梯，或是电梯等，需在大厅中间设置竖向支撑柱，其占用空间大，不美观，且连接复杂。结构中荷载传递方式大多还是传统的板、梁、柱体系传递方式，即竖向荷载通过板传递给梁，梁传向柱后再通过柱传给基础，占用大量中庭面积。缺少一种施工进度快、传力途径简单、耗能能力强的新型结构体系。
[0005]对于网格状曲梁部分，传统建筑多采用钢筋混凝土结构或纯钢结构。然而钢筋混凝土结构施工复杂、施工周期长的缺点影响了其在空间结构中的发展，而且曲梁若为悬吊结构，增大了施工现场空中制模的难度，自重大，抗震性能差；纯钢结构多采用桁架梁、箱型梁或H型钢梁形式，这些形式均为刚性连接且需要较大的支座预埋件，且在地震作用下，多为脆性破坏。纯钢结构受温度变化影响较大，占用空间大、造价高，不具有较好建筑美观效果O
实用新型内容
[0006]针对以上现有技术中存在的不足，本实用新型提供了一种传力途径简单、受力均匀稳定、抗震性能优良、安装便捷高效、美观坚固的，将柱与曲梁进行水平柔性连接的空间结构体系。
[0007]本实用新型是通过以下技术方案实现的:
[0008]柱与曲梁水平柔性连接空间结构体系，包括柱、曲梁，所述柱与曲梁通过水平柔性连接装置连接，所述水平柔性连接装置包括柱连接件、曲梁连接件a、用于连接柱连接件和曲梁连接件的钢拉杆；
[0009]所述曲梁上还连接有竖向悬吊连接装置，所述竖向悬吊连接装置包括曲梁连接件b和可移动钢吊杆。
[0010]所述曲梁由多个方形管网格单元构成螺旋网格结构，所述网格单元由曲梁内弦杆、曲梁外弦杆、曲梁X形斜腹杆和曲梁梯形直腹杆组成。
[0011]所述一套水平柔性连接装置包括一个固定于柱侧壁上的柱连接件，两个连接于曲梁外弦杆处的曲梁连接件a，以及相对应的两根钢拉杆；
[0012]所述两根钢拉杆通过螺栓连接于柱连接件；
[0013]所述两根钢拉杆与两个曲梁连接件a也通过螺栓连接。
[0014]所述两根钢拉杆间的夹角为15?90°。
[0015]所述曲梁连接件b连接于曲梁梯形直腹杆的两侧。
[0016]所述两个曲梁连接件a，以设置于曲梁外弦杆处的曲梁连接件b为中心对称设置。
[0017]所述可移动钢吊杆包括吊杆和可移动连接件，所述曲梁连接件b通过可移动连接件与吊杆连接。
[0018]所述吊杆采用自上而下一体连续式。
[0019]所述柱为多根，两相邻柱之间曲梁对应的圆心角为30?60°。
[0020]所述柱为钢管混凝土柱或钢筋混凝土柱或纯钢柱。
[0021]本实用新型的有益效果为:
[0022]与现有技术相比，本实用新型的优势体现在:
[0023]1、本实用新型采用网架结构和悬索结构相结合的空间结构体系。在网架结构体系中，提高了网格曲梁结构的强度和延性，显著增加了曲梁的抗弯承载力和减少曲梁挠度变形。在悬索结构中，采用柔性吊杆连接悬吊钢结构曲梁，其柔性连接特点使得整体外观简洁，受力均匀、抗震耗能良好，且易于维修、保养，满足悬吊式钢结构舒适度要求。
[0024]2、本实用新型采用网格螺旋曲梁现场装配连接，减少了现场焊接工作，保证了现场施工质量，提高了建筑工业化装配效率。与网格螺旋曲梁相连接的竖向和水平连接装置均采用螺栓连接形式传力合理，即使在罕遇地震后修复和更换代价小，且整体结构耗能能力和延性更加优越。
[0025]3、本实用新型具体应用组成一个水平柔性连接的三角式横向支撑体系，有效的约束了网格螺旋曲梁的侧向位移，同时也限制了网格螺旋曲梁的平面外的扭转，最大程度上防止了网格螺旋曲梁的侧向倾覆；竖向连接装置改变了传统竖向承重结构中由只柱承受竖向荷载的受力方式。实现了通过外力对可移动竖向吊杆施加预紧力，可移动钢吊杆为自上而下一体式连续吊杆，使得竖向承重体系具有一定的受力连续性，避免出现吊杆受力不均匀的现象。
[0026]4、本实用新型提出的组合柱与悬吊网格螺旋曲梁水平柔性连接空间结构体系，是一种装配式新型结构体系。这种结构体系抗震性能好，抗侧移刚度大，延性好，通透性好，造型优美，具体艺术感，尤其适用于大开间的中庭结构，起到了合理利用空间资源的作用。可以实现施工速度快、现场工作量少、结构可靠的目标。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本实用新型整体结构示意图；
[0028]图2为网格螺旋曲梁结构示意图；
[0029]图3为网格螺旋曲梁竖向、水平连接结构示意图；
[0030]图4为水平柔性连接装置结构示意图；
[0031]图5为竖向悬吊连接装置结构示意图。
[0032]图中标号:1为柱，2为曲梁，3为水平柔性连接装置，4为竖向悬吊连接装置，5为网格单元，6为曲梁内弦杆，7为曲梁外弦杆，8为柱连接件，9为曲梁连接件a，10为钢拉杆，11为曲梁连接件b，12为可移动钢吊杆，13为曲梁X形斜腹杆，14为曲梁梯形直腹杆，15为吊杆，16为可移动连接件。
【具体实施方式】
[0033]以下结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步详细说明。
[0034]本实用新型提供了一种柱与曲梁水平柔性连接空间结构体系，如图1所示，结构体系包括柱I和曲梁2。柱I与曲梁2之间通过水平柔性连接装置3和竖向悬吊连接装置4实现连接。如图2所示，曲梁2由多个方形管网格单元5构成螺旋网格结构。具体来说，网格单元5由曲梁内弦杆6、曲梁外弦杆7、曲梁X形斜腹杆13和曲梁梯形直腹杆14通过焊接组成，提高了网格螺旋曲梁结构的整体强度和延性，显著增加了曲梁的抗弯承载力，减少曲梁挠度变形。而结构体系中的柱采用多根设置，一般多使用钢管混凝土柱或钢筋混凝土柱或纯钢柱。其中钢管混凝土柱可包括方钢管混凝土柱或圆钢管混凝土柱，纯钢柱也可包括方钢柱或圆钢柱，而如果使用钢筋混凝土柱，则可在柱内预埋连接件，用于后序焊接使用。至此，本实用新型技术方案具体为，提供一种组合柱与悬吊网格螺旋曲梁水平柔性连接空间结构体系。
[0035]如图3和图4所示，一套水平柔性连接装置3包括一个柱连接件8、两个曲梁连接件a9和两根钢拉杆10构成。其中，柱连接件8固定在柱I的侧壁，若使用钢管混凝土柱，则可采用焊接固定。柱连接件8与钢拉杆10间通过螺栓连接。两个曲梁连接件a9分别连接于曲梁外弦杆7处，其与钢拉杆10也通过螺栓连接。可见，水平柔性连接装置3组成了一个三角式横向支撑体系，有效的约束了网格螺旋曲梁的侧向位移，同时也限制了网格螺旋曲梁的平面外的扭转，最大程度上防止了网格螺旋曲梁的侧向位移和受弯倾覆。整体结构在水平力作用下，曲梁2通过水平柔性连接装置3将剪力传递给柱1，得益于两者之间的螺栓连接，不会出现如焊缝撕裂这样的不利连接失效。
[0036]如图3和图5所示，曲梁2上还连接有竖向悬吊连接装置4，包括曲梁连接件bll和可移动钢吊杆12，其中可移动钢吊杆12由吊杆15和可移动连接件16构成。曲梁连接件bll通过可移动连接件16与吊杆15相连接，通过销栓进行固定。而曲梁连接件bll与曲梁的连接位置固定于曲梁梯形直腹杆14的两侧。作为网格螺旋曲梁的主要竖向承重构件，可移动钢吊杆12可以通过外力施加预紧力，如上端可固定于建筑物的穹顶，而下端可埋入地面的水平层。为避免出现吊杆受力不均匀的现象，吊杆15采用自上而下一体连续式，使得竖向承重体系具有一定的受力连续性，显著提高了结构的冗余度，使用一根吊杆就可将两层网格螺旋曲梁连接起来。
[0037]关于水平柔性连接装置3和竖向悬吊连接装置4的配合使用，如图3所示，曲梁连接件bll固定于曲梁梯形直腹杆14的两侧，而两个曲梁连接件a9，以曲梁连接件bll为中心，即同样以曲梁梯形直腹杆14为中心对称设置。为提高三角式横向支撑体系的效果，与两个曲梁连接件a9对应的两根钢拉杆10之间的夹角为15?90°。
[0038]同样，为了提高组合柱与悬吊网格螺旋曲梁水平柔性连接空间结构体系中柱与曲梁的装配度，建议两相邻柱之间曲梁对应的圆心角范围控制在30?60°。
[0039]本实用新型结构的安装方法为:
[0040]1、先安装若干可移动钢吊杆12 (图2、图5所示)；
[0041]2、以方形管网格单元5、曲梁连接件a9、曲梁连接件bll构成拼装单元，于工厂预制完成；
[0042]3、将曲梁连接件bll焊接到曲梁梯形直腹杆14的左、右两侧；
[0043]4、将网格螺旋曲梁吊装到空中与竖向吊杆15用销栓或螺栓进行可靠连接固定(图3、图5所示)；
[0044]5、柱连接件8、曲梁连接件a9和钢拉杆10构成。将柱连接件8焊接在柱I的侧壁，与钢拉杆10通过螺栓连接。曲梁连接件a9与钢拉杆10通过螺栓连接组成一个三角式横向支撑体系(图3、图4所示)；
[0045]6、依次安装其他梯段，最后形成组合柱与悬吊网格螺旋曲梁水平柔性连接空间结构体系(图1所示)。
[0046]本实用新型的结构结合安装方法，以曲梁内弦杆6、曲梁外弦杆7、曲梁X形斜腹杆
13、曲梁梯形直腹杆14焊构成预制焊接方形管网格单元5 ；以方形管网格单元5、曲梁连接件a9、曲梁连接件bll构成拼装单元，于工厂预制完成；将多个方形管网格单元现场焊接成网格螺旋曲梁；将钢管混凝土柱、网格螺旋曲梁、水平柔性连接装置和竖向悬吊连接装置在现场以螺栓实施连接。有效地减少了现场焊接工作，节点安全可靠度。即便是在地震作用下，采用高强度螺栓与曲梁连接件a9连接，一方面保证连接部分可靠性，另一方面也可利用连接处螺栓耗能，保证了建筑的安全性。
【权利要求】
1.柱与曲梁水平柔性连接空间结构体系，包括柱、曲梁，其特征在于所述柱与曲梁通过水平柔性连接装置连接，所述水平柔性连接装置包括柱连接件、曲梁连接件a、用于连接柱连接件和曲梁连接件的钢拉杆； 所述曲梁上还连接有竖向悬吊连接装置，所述竖向悬吊连接装置包括曲梁连接件b和可移动钢吊杆。
2.根据权利要求1所述的柱与曲梁水平柔性连接空间结构体系，其特征在于所述曲梁由多个方形管网格单元构成螺旋网格结构，所述网格单元由曲梁内弦杆、曲梁外弦杆、曲梁X形斜腹杆和曲梁梯形直腹杆组成。
3.根据权利要求2所述的柱与曲梁水平柔性连接空间结构体系，其特征在于所述一套水平柔性连接装置包括一个固定于柱侧壁上的柱连接件，两个连接于曲梁外弦杆处的曲梁连接件a，以及相对应的两根钢拉杆； 所述两根钢拉杆通过螺栓连接于柱连接件； 所述两根钢拉杆与两个曲梁连接件a也通过螺栓连接。
4.根据权利要求3所述的柱与曲梁水平柔性连接空间结构体系，其特征在于所述两根钢拉杆间的夹角为15?90°。
5.根据权利要求2所述的柱与曲梁水平柔性连接空间结构体系，其特征在于所述曲梁连接件b连接于曲梁梯形直腹杆的两侧。
6.根据权利要求3或5所述的柱与曲梁水平柔性连接空间结构体系，其特征在于所述两个曲梁连接件a，以设置于曲梁外弦杆处的曲梁连接件b为中心对称设置。
7.根据权利要求1所述的柱与曲梁水平柔性连接空间结构体系，其特征在于所述可移动钢吊杆包括吊杆和可移动连接件，所述曲梁连接件b通过可移动连接件与吊杆连接。
8.根据权利要求7所述的柱与曲梁水平柔性连接空间结构体系，其特征在于所述吊杆采用自上而下一体连续式。
9.根据权利要求1所述的柱与曲梁水平柔性连接空间结构体系，其特征在于所述柱为多根，两相邻柱之间曲梁对应的圆心角为30?60°。
10.根据权利要求1所述的柱与曲梁水平柔性连接空间结构体系，其特征在于所述柱为钢管混凝土柱或钢筋混凝土柱或纯钢柱。
【文档编号】E04B1/98GK204212261SQ201420516062
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年9月9日 优先权日:2014年9月9日
【发明者】王静峰, 王海涛, 万哲, 叶正林 申请人:安徽鸿路钢结构(集团)股份有限公司, 合肥工业大学