十字工型截面钢构件的四向分叉柱结构的制作方法

本发明涉及一种十字工型截面钢构件的四向分叉柱结构，属于建筑钢结构设计与施工领域。

背景技术：

随着社会的发展，人们对于建筑空间和建筑细部的要求越来越高，这直接催生了建筑师对结构构件的形式和式样提出更高的要求，产生了结构构件截面型式的非常规性，如衍生出来的十字型，构件截面尺寸的缩小化，如衍生出来的细长柱等；在开敞空间内，钢结构柱的截面形式一般有圆形、矩形以及工字型等，十字型截面由于其抗扭刚度差而很少采用，但是十字型结构在建筑美学上满足了建筑师的一定需求，因此在结构设计满足承载力极限状态以及正常使用的极限状态要求前提下，应试图建造出相应的既符合美学要求又符合建筑要求的结构。

技术实现要素：

本发明提供一种十字工型截面钢构件的四向分叉柱结构，在满足小截面十字型钢构件规范长细比要求的前提下，使十字型钢构件在开敞建筑空间内的应用成为可能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种十字工型截面钢构件的四向分叉柱结构，包括十字工型钢构件本体，还包括四向分叉柱结构本体，十字工型钢构件本体上设有分叉点，四向分叉柱结构本体在分叉点处与十字工型钢构件本体连接，上部钢梁通过四向分叉柱结构本体与十字工型钢构件本体固定；

作为本发明的进一步优选，前述的四向分叉柱结构本体包括盖板和四个工字型钢柱，盖板呈方形结构，每个工字型钢柱的上翼缘与盖板的其中一个侧边贴合连接，同一个工字型钢柱的下翼缘与紧邻的十字工型钢构件本体的翼缘贴合连接；

作为本发明的进一步优选，前述的四向分叉柱结构本体包括双向腹板和t型钢柱，双向腹板的平台固定在十字工型钢构件本体的腹板截面上，在双向腹板的翘起部分分别与t型钢柱的腹板底端固定连接，t型钢柱的翼缘与紧邻的十字工型钢构件本体的翼缘贴合连接；

作为本发明的进一步优选，以穿过盖板中心且垂直地面的中心线为基准线，中心线与相邻工字型钢柱的腹板之间形成分叉角，分叉角的角度范围为22.5°-45°；

作为本发明的进一步优选，以穿过双向腹板的平台中心且垂直地面的中心线为基准线，中心线与相邻t型钢柱的腹板之间形成分叉角，分叉角的角度范围为22.5°-45°。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明将十字工型钢构件本体的柱体在一定高度位置处进行四向分叉，使得整个结构在获得较小截面尺寸的情况下，同时满足长细比的规范要求；

2、本发明的四向分叉柱结构本体提供的实施例中，四向分叉柱结构本体为四个工字型钢柱时，在分叉处通过设置盖板，解决了十字工型钢构件本体的翼缘交错的问题；

3、本发明的四向分叉柱结构本体提供的实施例中，四向分叉柱结构本体为为四个t型钢柱时，通过双向腹板在分叉处平面内提供出内圆弧倒角，实现t型钢柱截面柱的自然分叉；

4、本发明实施例中提供四个方向的分叉结构，根据建筑室内空间实际需求，对某一方向的分叉结构靠近隔墙或者玻璃幕墙时，可以取消此方向的分叉结构，退化成三向分叉柱；

5、本发明在满足运输和工地现场吊装的条件下，十字工型钢构件本体以及四向分叉柱结构本体可作为一个整体，全部在工厂完成放样、下料以及拼装制作。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的十字工型钢构件本体的结构示意图；

图3是本发明的优选实施例1的结构框图；

图4是图3中a-a处的剖视图；

图5是本发明的优选实施例2的结构框图；

图6是本发明优选实施例2中的双向腹板结构示意图；

图7是图5中b-b处的剖视图；

图8是在验证实施例1和实施例2时假定的十字工型钢构件本体的尺寸示意图；

图9是在验证实施例1时举例的工字型钢柱尺寸示意图；

图10是在验证实施例2时举例的t型钢柱尺寸示意图。

图中：1为十字工型钢构件本体，2为四向分叉柱结构本体，3为工字型钢柱，4为盖板，5为t型钢柱，6为双向腹板，7为平台，8为翘起部分，9为分叉点。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

在现有的敞开空间技术中，钢结构柱的截面形状一般采用圆形、矩形或者工字型，作为非常规的十字型结构采用的很少，究其原因，是因为如果钢结构柱采用十字型结构，其截面回转半径相对较小，带来的影响就是在承载力不变的情况下，不满足建筑抗震设计规范中针对长细比限值的规定。

图1所示，从整体结构来看，包括十字工型钢构件本体1以及四向分叉柱结构本体2，四向分叉柱结构本体2的底部连接在十字工型钢构件本体1的腹板截面上，也就是说在十字工型钢构件本体1上设置一个分叉点9，四向分叉柱结构本体2连接处即为十字工型钢构件本体1的分叉点9位置处，四向分叉柱结构本体2的顶部与上部钢梁固定连接；通过四向分叉柱结构本体2的设置，减小了十字工型钢构件本体1的高度，同时在承载力不变情况下，十字工型钢构件本体1的截面变小，并满足长细比限值的要求。

基于上述，满足条件的四向分叉柱结构本体2有多种形式，本申请中提供两个优选实施例，同时也对两种优选实施例做一个验证，证明其满足长细比的限制。

本申请中涉及到的十字工型钢构件本体1如图2所示，包括呈十字形结构设置的腹板结构，腹板结构包括四个端部，每个端部固设一个翼缘，在十字工型钢构件本体1中的翼缘分别与十字工型钢构件本体1的腹板垂直设置。

实施例1：

图3所示，四向分叉柱结构本体2包括盖板4和四个工字型钢柱3，盖板4呈方形结构，也就是说盖板4包括四个侧边，四个工字型钢柱3分别与四个侧边固连，每个工字型钢柱3与相邻侧边连接的方式为，工字型钢柱3的上翼缘与盖板4的侧边贴合连接，同一个工字型钢柱3的下翼缘与紧邻的十字工型钢构件本体1的翼缘贴合连接；

图3所示为第一种实施例的侧视图，以此图中具体位置为例，图中左侧的工字型钢柱3，其右侧的翼缘为工字型钢柱3的上翼缘a，中间为工字型钢柱3的腹板b，左侧为工字型钢柱3的下翼缘c，上翼缘a的短侧边与相邻盖板4的侧边固定连接，下翼缘c的短侧边与相邻的十字工型钢构件本体1的翼缘d固定连接，图4为图3中a-a处的剖视图，其中可以看出，腹板b与十字工型钢构件本体1的腹板e是在同一个平面内的，由此可以实现工字型钢柱3与十字工型钢构件本体1的连接，其余三个工字型钢柱3按照此种方式依次与十字工型钢构件本体1连接。

以穿过盖板4中心且垂直地面的中心线为基准线，中心线与相邻工字型结构的腹板之间形成分叉角，分叉角的角度范围为22.5°-45°；从图3中可以看出，若分叉角角度越大，那么从侧面可以很容易看出，整个结构在水平方向上的长度就会变大。

对实施例1进行验证，图8所示，举例假定整个结构的钢柱总高度h＝10.0m，上部钢梁为水平放置，十字工型钢构件本体1的截面参数为a(h250×50×10×16)，钢材材质q355b，抗震等级为四级，根据《建筑抗震设计规范gb50011-2010》8.3.1条，长细比限值为计算如下：

其中fay取值的355由钢材材质q355b确定；

未设置工字型钢柱3时，整个结构的钢柱两个方向计算长度l0x＝l0y＝h＝10000mm；十字工型钢构件本体1的钢柱截面两个方向回转半径ix＝iy＝90.4mm，钢柱两个方向长细比λx＝λy＝110.6＞97.6，长细比不满足要求；

根据长细比限值推算分叉柱的分叉点9高度，h＝97.6×90.4＝8823mm，取h＝8700mm，则在距离柱底8.7m处开始分叉，在验证过程中，取分叉角α＝β＝30°，分叉点9以上的竖直长度为(h-h)＝(10.0-8.7m)＝1.3m，可得两端刚接的分叉柱的计算长度l01x，l01y，l02x，l02y分别为与分叉角α、β相邻的工字型钢柱3在两个方向的计算长度；

当四向分叉柱结构本体2中的分叉为图9所示的工字型钢柱3时，其截面为h型截面，取为h100×50×10×16，其截面两个方向回转半径分别为ix＝12.1mm，iy＝36.9mm，则两个方向长细比由此可知实施例1满足长细比要求。

实施例2：

图5所示，四向分叉柱结构本体2包括双向腹板6和t型钢柱5，双向腹板6的结构如图6所示，包括一个平台7部分，平台7的两端为两个翘起部分8，双向腹板6的两个平台7呈十字形结构交叉设置固定在十字工型钢构件本体1的腹板截面上，两个平台7形成的四个端部分别设置翘起部分8，翘起部分8分别固定连接在一个t型钢柱5的腹板底端上，同一个t型钢柱5的翼缘与紧邻的十字工型钢构件本体1的翼缘贴合连接；

图7所示，是图5中b-b处的剖视图，双向腹板6平台7与翘起部分8连接处顺滑连接，形成一个圆弧倒角腹板分叉，从b-b处的剖视图可以看出，t型钢柱5的腹板f与十字工型钢构件本体1的腹板e是在同一个平面内的；

以穿过双向腹板6的平台7中心且垂直地面的中心线为基准线，中心线与相邻t型钢柱5的腹板之间形成分叉角，分叉角的角度范围为22.5°-45°。

对实施例2进行验证，图8所示，举例假定整个结构的钢柱总高度h＝10.0m，上部钢梁为水平放置，十字工型钢构件本体1的截面参数为a(h250×50×10×16)，钢材材质q355b，抗震等级为四级，根据《建筑抗震设计规范gb50011-2010》8.3.1条，长细比限值为计算如下：

同样的，fay取值的355由钢材材质q355b确定；

未设置t型钢柱5时，整个结构的钢柱两个方向计算长度l0x＝l0y＝h＝10000mm；十字工型钢构件本体1的钢柱截面两个方向回转半径ix＝iy＝90.4mm，钢柱两个方向长细比λx＝λy＝110.6＞97.6，长细比不满足要求；

根据长细比限值推算分叉柱的分叉点9高度，h＝97.6×90.4＝8823mm，取h＝8700mm，则在距离柱底8.7m处开始分叉，在验证过程中，取分叉角α＝β＝30°，分叉点9以上的竖直长度为(h-h)＝(10.0-8.7m)＝1.3m，可得两端刚接的分叉柱的计算长度l01x，l01y，l02x，l02y分别为与分叉角α、β相邻的工字型钢柱3在两个方向的计算长度；

当四向分叉柱结构本体2中的分叉为图10所示的t型钢柱5时，取为t75×50×10×16，其截面回转半径为ix＝11.1mm，iy＝21.8mm，则两个方向长细比由此可知实施例2满足长细比要求。

通过实施例1和实施例2的验证可知，对总高度为10.0m的十字工型截面钢结构分叉柱，十字工型截面为双h250×50×10×16，分叉点9距柱底8.7m，分叉角为30°时，可叉分出四根截面为h100×50×10×16的h型斜柱(即为本申请中的工字型钢柱3)，或叉分出四根截面为t75×50×10×16的t型斜柱(即为本申请中的t型钢柱5)。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。