超高层钢框架-核心筒结构伸臂桁架用应力应变监测装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种超高层钢框架-核心筒结构伸臂桁架用应力应变监测装置，包括应力应变测试仪和应力应变监测体系，应力应变监测体系包括第一应力应变监测结构、第二应力应变监测结构和第三应力应变监测结构；伸臂桁架连接于核心筒与框架柱之间且其包括上下两根弦杆和多根腹杆；第三应力应变监测结构包括多个分别布设在两根弦杆上的第三应力应变测试元件；第一应力应变监测结构包括上下两个布设在框架柱上的第一应力应变测试元件，第二应力应变监测结构包括一个或多个布设在核心筒上的第二应力应变监测点。本实用新型结构简单、设计合理且安装布设及操作简便、使用效果好，能对伸臂桁架及其所连接钢框架和核心筒的应力应变进行有效监测。
【专利说明】
超高层钢框架-核心筒结构伸臂桁架用应力应变监测装置
技术领域
[0001]本实用新型属于建筑施工技术领域，尤其是涉及一种超高层钢框架-核心筒结构伸臂桁架用应力应变监测装置。
【背景技术】
[0002]核心筒结构，属于高层建筑结构。简单来讲，外围是由梁柱构成的框架受力体系，而中间是筒体(比如电梯井等)，由于筒体在中间，所以称为核心筒，又名“框架-核心筒结构”。外围框架由多个框架柱和支撑于多个所述框架柱的框架梁连接而成。核心筒就是在建筑的中央部分，由电梯井道、楼梯、通风井、电缆井、公共卫生间、部分设备间围护等形成中央核心筒，与外围框架形成一个外框内筒结构，核心筒以钢筋混凝土浇筑。而外围框架为钢筋混凝土框架或钢框架，且当外围框架为钢框架时，框架-核心筒结构为钢框架-核心筒结构。
[0003]在高层、超高层框架-核心筒结构设计中，为控制结构水平位移过大经常在芯筒(即核心筒)与外排柱(即外围框架结构中的框架柱)之间设置伸臂构件，以提高结构的抗侧刚度。其中，超高层就是40层以上或高度100米以上的建筑。超高层的伸臂构件一般设置在建筑设备层、避难层等楼层，设置伸臂构件的楼层为加强层。上述伸臂构件通常采用桁架结构，也称为伸臂桁架，且加强层也称为伸臂桁架加强层。伸臂桁架加强层是指采用斜腹杆桁架、实体梁、箱形梁、空腹桁架等水平伸臂构件，在平面内将内部核心筒和外围框架柱连接为整体，控制结构整体侧移的水平加强层。伸臂桁架是采用桁架结构方式做成的梁，带加强层的框架-核心筒结构在伸臂桁架的作用下，能形成更大的刚度以抵抗倾覆力矩。现如今，所采用伸臂桁架的类型较多，主要包括K形、V形、人字形等形状的伸臂桁架。
[0004]对超高层钢框架-核心筒结构来说，考虑钢框架与核心筒在应力、应变增长速度以及自重荷载、施工荷载有效面积、材料时变、施工速度等方面的差异，在施工过程中，外框柱(即外围框架中的框架柱，通常采用钢管柱)与内部混凝土核心筒的竖向变形之间会产生一定的差值，竖向变形差进而对伸臂桁架产生附加应力。因此，如果提前将伸臂桁架进行焊接固定，会使伸臂桁架上部楼层的竖向荷载大部分被伸臂桁架承受，而无法通过外框柱向下传递，导致原本设计用来主要承受竖向荷载的外框柱严重浪费;相反，平时作为储备且一旦遇到大风、地震等特殊情况才发挥主要抗侧力作用的伸臂桁架则提前服役，伸臂桁架提前服役的直接影响是在伸臂桁架构件内部产生不必要的残余应力，伸臂桁架节点处的焊缝可能被撕裂或因受拉而变形;伸臂桁架的间接影响是在钢框架-核心筒结构建成后，在还未达到极限荷载状态的情况下结构就可能失效，这是在结构设计中并没有考虑的情况。因而，有必要对超高层钢框架-核心筒结构中伸臂桁架及其所连接钢框架和核心筒的应力应变进行有效监测。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种超高层钢框架-核心筒结构伸臂桁架用应力应变监测装置，其结构简单、设计合理且安装布设及操作简便、使用效果好，能对伸臂桁架及其所连接钢框架和核心筒的应力应变进行有效监测。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种超高层钢框架-核心筒结构伸臂桁架用应力应变监测装置，其特征在于:包括应力应变测试仪和与应力应变测试仪连接的应力应变监测体系，所述应力应变监测体系包括第一应力应变监测结构、第二应力应变监测结构和第三应力应变监测结构；
[0007]所述第三应力应变监测结构布设在所施工超高层建筑中伸臂桁架加强层的伸臂桁架上;所施工超高层建筑为钢框架-核心筒结构，所述钢框架-核心筒结构包括核心筒和位于核心筒外侧的外围框架，所述外围框架为钢框架且其包括多个位于核心筒外侧的框架柱和多个搭设于多个所述框架柱上的框架梁;所述伸臂桁架连接于所述伸臂桁架加强层中的核心筒与一个所述框架柱之间;所述伸臂桁架为钢桁架且其包括上下两根弦杆和多根由前至后连接于两根所述弦杆之间的斜腹杆;每根所述弦杆均由内至外分为内侧弦杆节段、中部弦杆节段和外侧弦杆节段，所述中部弦杆节段与所述内侧弦杆节段和所述外侧弦杆节段之间均通过多个第一连接螺栓进行连接;所述中部弦杆节段的内外两端、所述内侧弦杆节段的外端和所述外侧弦杆节段的内端均设置有一个第三应力应变监测点，每个所述第三应力应变监测点上均设置有一个与应力应变测试仪连接的第三应力应变测试元件;所述伸臂桁架上布设的所有第三应力应变测试元件组成所述第三应力应变监测结构；
[0008]所述伸臂桁架加强层中的框架柱上设置有上下两个第一应力应变监测点，两个所述第一应力应变监测点分别位于两根所述弦杆的外端与框架柱之间的连接位置处，每个所述第一应力应变监测点上均设置有一个与应力应变测试仪连接的第一应力应变测试元件，两个所述第一应力应变测试元件组成所述第一应力应变监测结构；
[0009]所述伸臂桁架加强层中的核心筒上设置有第二应力应变监测点，所述第二应力应变监测点的数量为一个或多个，每个所述第二应力应变监测点上均布设有一个与应力应变测试仪连接的第二应力应变测试元件;所述伸臂桁架加强层中核心筒上布设的所有第二应力应变测试元件组成所述第二应力应变监测结构。
[0010]上述超高层钢框架-核心筒结构伸臂桁架用应力应变监测装置，其特征是:所述第一应力应变测试元件为对所布设位置处的竖向应变进行实时测试的应变片，所述第二应力应变测试元件为对所布设位置处的竖向应变进行实时测试的混凝土应变计且其布设在核心筒内。
[0011 ]上述超高层钢框架-核心筒结构伸臂桁架用应力应变监测装置，其特征是:所述第二应力应变监测点的数量为两个，两个所述第二应力应变监测点均布设在核心筒的内侧中部且其布设高度分别与两根所述弦杆的内端高度相同。
[0012]上述超高层钢框架-核心筒结构伸臂桁架用应力应变监测装置，其特征是:所述第三应力应变测试元件为应变片或三向应变计。
[0013]上述超高层钢框架-核心筒结构伸臂桁架用应力应变监测装置，其特征是:所述第三应力应变监测点位于弦杆的中心轴线上。
[0014]上述超高层钢框架-核心筒结构伸臂桁架用应力应变监测装置，其特征是:所述应力应变监测体系还包括第四应力应变监测结构;所述伸臂桁架中每根所述斜腹杆的上下两端分别通过一个连接件固定在两根所述弦杆上，所述连接件固定在弦杆上;所述斜腹杆与所述连接件之间均通过多个第二连接螺栓进行连接，所述斜腹杆与所述连接件之间的连接处上下两侧均设置有一个第四应力应变监测点，两个所述第四应力应变监测点分别布设在斜腹杆和所述连接件上，每个所述第四应力应变监测点上均布设有一个与应力应变测试仪连接的第四应力应变测试元件;所述伸臂桁架上布设的所有第四应力应变测试元件组成所述第四应力应变监测结构。
[0015]上述超高层钢框架-核心筒结构伸臂桁架用应力应变监测装置，其特征是:所述第四应力应变测试元件为应变片或三向应变计。
[0016]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0017]1、结构简单、设计合理且投入成本较低。
[0018]2、伸臂桁架及与其所连接钢框架和核心筒上的应力应变监测点布设位置合理，并且安装布设及操作简便。所采用的应力应变测试仪为常规的应力应变测试装置，设备投入成本较低。
[0019]3、使用效果好且实用价值高，能对伸臂桁架及与其所连接钢框架和核心筒的应力应变进行有效监测。实际对伸臂桁架进行安装时，根据本实用新型的监测结果，且采用延迟连接安装方法对伸臂桁架进行安装，能有效减小外伸桁架(即伸臂桁架)构件的施工次应力(也称为二次应力)，确保伸臂桁架不会提前服役，使得伸臂桁架的服役期能有效保证。
[0020]综上所述，本实用新型结构简单、设计合理且安装布设及操作简便、使用效果好，能对伸臂桁架及其所连接钢框架和核心筒的应力应变进行有效监测。
[0021]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型的电路原理框图。
[0023]图2为本实用新型应力应变监测体系中各应力应变监测点的布设位置示意图。
[0024]附图标记说明:
[0025]I 一框架柱；1-1 一第一应力应变监测点；
[0026]1-2—第一应力应变测试元件；2—伸臂桁架；2-1—弦杆；
[0027]2-2 一斜腹杆；2_3 一竖向腹杆； 3—核心筒；
[0028]3-1—第二应力应变测试元件；4 一第一连接螺栓；
[0029]5-1—第三应力应变监测点；5-2—第四应力应变监测点；
[0030]6—第二连接螺栓；7—第三应力应变测试元件；
[0031]8—第四应力应变测试元件；9 一应力应变测试仪。
【具体实施方式】
[0032]如图1、图2所示，本实用新型包括应力应变测试仪9和与应力应变测试仪9连接的应力应变监测体系，所述应力应变监测体系包括第一应力应变监测结构、第二应力应变监测结构和第三应力应变监测结构。
[0033]所述第三应力应变监测结构布设在所施工超高层建筑中伸臂桁架加强层的伸臂桁架2上;所施工超高层建筑为钢框架-核心筒结构，所述钢框架-核心筒结构包括核心筒3和位于核心筒3外侧的外围框架，所述外围框架为钢框架且其包括多个位于核心筒3外侧的框架柱I和多个搭设于多个所述框架柱I上的框架梁;所述伸臂桁架2连接于所述伸臂桁架加强层中的核心筒3与一个所述框架柱I之间；所述伸臂桁架2为钢桁架且其包括上下两根弦杆2-1和多根由前至后连接于两根所述弦杆2-1之间的斜腹杆2-2;每根所述弦杆2-1均由内至外分为内侧弦杆节段、中部弦杆节段和外侧弦杆节段，所述中部弦杆节段与所述内侧弦杆节段和所述外侧弦杆节段之间均通过多个第一连接螺栓4进行连接;所述中部弦杆节段的内外两端、所述内侧弦杆节段的外端和所述外侧弦杆节段的内端均设置有一个第三应力应变监测点5-1，每个所述第三应力应变监测点5-1上均设置有一个与应力应变测试仪9连接的第三应力应变测试元件7;所述伸臂桁架2上布设的所有第三应力应变测试元件7组成所述第三应力应变监测结构。
[0034]所述伸臂桁架加强层中的框架柱I上设置有上下两个第一应力应变监测点1-1，两个所述第一应力应变监测点1-1分别位于两根所述弦杆2-1的外端与框架柱I之间的连接位置处，每个所述第一应力应变监测点1-1上均设置有一个与应力应变测试仪9连接的第一应力应变测试元件1-2，两个所述第一应力应变测试元件1-2组成所述第一应力应变监测结构。
[0035]所述伸臂桁架加强层中的核心筒3上设置有第二应力应变监测点，所述第二应力应变监测点的数量为一个或多个，每个所述第二应力应变监测点上均布设有一个与应力应变测试仪9连接的第二应力应变测试元件3-1;所述伸臂桁架加强层中核心筒3上布设的所有第二应力应变测试元件3-1组成所述第二应力应变监测结构。
[0036]本实施例中，所述第一应力应变测试元件1-2为对所布设位置处的竖向应变进行实时测试的应变片，所述第二应力应变测试元件3-1为对所布设位置处的竖向应变进行实时测试的混凝土应变计且其布设在核心筒3内。
[0037]本实施例中，所述第二应力应变监测点的数量为两个，两个所述第二应力应变监测点均布设在核心筒3的内侧中部且其布设高度分别与两根所述弦杆2-1的内端高度相同。
[0038]实际施工时，可根据具体需要，对所述第二应力应变监测点的数量进行相应调整。
[0039]本实施例中，所述第三应力应变测试元件7为应变片或三向应变计。
[0040]并且，所述第三应力应变监测点5-1位于弦杆2-1的中心轴线上。
[0041]本实施例中，所述应力应变监测体系还包括第四应力应变监测结构;所述伸臂桁架2中每根所述斜腹杆2-2的上下两端分别通过一个连接件固定在两根所述弦杆2-1上，所述连接件固定在弦杆2-1上;所述斜腹杆2-2与所述连接件之间均通过多个第二连接螺栓6进行连接，所述斜腹杆2-2与所述连接件之间的连接处上下两侧均设置有一个第四应力应变监测点5-2，两个所述第四应力应变监测点5-2分别布设在斜腹杆2-2和所述连接件上，每个所述第四应力应变监测点5-2上均布设有一个与应力应变测试仪9连接的第四应力应变测试元件8;所述伸臂桁架2上布设的所有第四应力应变测试元件8组成所述第四应力应变监测结构。
[0042]并且，所述第四应力应变测试元件8为应变片或三向应变计。
[0043]本实施例中，所述伸臂桁架2为为平面桁架且其还包括连接于上下两根弦杆2-1之间的竖向腹杆2-3 ο多根所述斜腹杆2-2分为N组，其中N为正整数且N > I，每组所述斜腹杆2-2均包括两根呈对称布设的斜腹杆2-2，每组所述斜腹杆2-2中的两根所述斜腹杆2-2之间均设置有一根竖向腹杆2-3。
[0044]本实施例中，所述伸臂桁架2中斜腹杆2-2的数量为两根，且竖向腹杆2-3的数量为一根。实际施工时，可根据具体需要，对所述伸臂桁架2中斜腹杆2-2和竖向腹杆2-3的数量分别进行相应调整。
[0045]实际施工过程中，采用本实用新型对所述伸臂桁架加强层中的伸臂桁架2进行安装时，采用延迟连接法进行安装且其安装过程如下:
[0046]步骤一、弦杆临时连接:待所述伸臂桁架加强层中的核心筒3和所述外围框架均施工完成后，将所安装伸臂桁架2的两根所述弦杆2-1分别架设于已施工完成的核心筒3和框架柱I之间，并采用多个第一高强螺栓将两根所述弦杆2-1分别与框架柱I进行临时连接，同时采用多个第二高强螺栓将两根所述弦杆2-1分别与核心筒3进行临时连接；
[0047]步骤二、竖向变形监测:对步骤一中两根所述弦杆2-1连接的核心筒3和框架柱I在竖直方向上的应变分别进行监测，即采用本实用新型中第一应力应变监测结构和第二应力应变监测结构分别对框架柱I和核心筒3在竖直方向上的应变进行监测；
[0048]步骤三、弦杆应力释放及固定连接:根据步骤二中的竖向变形监测结果，待核心筒3和框架柱I的竖向变形均稳定后，对两根所述弦杆2-1的应力进行释放，再将两根所述弦杆2-1分别与框架柱I和核心筒3进行固定连接；
[0049]步骤四、腹杆安装:在步骤三中两根所述弦杆2-1之间安装多根所述腹杆，完成伸臂桁架2的安装过程。
[0050]本实施例中，所述腹杆和两根所述弦杆2-1均为型钢且三者均为箱形梁。
[0051]并且，所述腹杆和两根所述弦杆2-1的横截面形状均为矩形。
[0052]本实施例中，采用将多个所述第一高强螺栓和多个所述第二高强螺栓均拧松的方式对两根所述弦杆2-1的应力进行释放，并且由先至后分别对多个所述第一高强螺栓进行拧松，同时由先至后分别对多个所述第二高强螺栓进行拧松。
[0053]本实施例中，步骤三中所述核心筒3和框架柱I的竖向变形均稳定后，所述核心筒3和框架柱I在竖直方向上的应变均保持不变。并且，待所述核心筒3和框架柱I上所布设应力应变测试元件测试出的应变值(即所有第二应力应变测试元件3-1和所有第一应力应变测试元件1-2测试出的应变值)均保持不变时，所述核心筒3和框架柱I的竖向变形均稳定。
[0054]步骤三中对两根所述弦杆2-1的应力进行释放过程中，根据两根所述弦杆2-1上所布设应力应变测试元件(即所有第三应力应变测试元件7)的测试结果，对两根所述弦杆2-1的应力释放状态分别进行判断，直至两根所述弦杆2-1的应力均释放完为止。
[0055]采用上述延迟连接安装方法对伸臂桁架2进行安装时，对于减小外伸桁架(即伸臂桁架2)构件的施工次应力(也称为二次应力)较为明显。其中，一次应力为外荷载引起的满足基本平衡条件的法向应力和剪应力，二次应力为相邻结构的约束或者结构自身约束引起的法向应力和剪应力。
[0056]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种超高层钢框架-核心筒结构伸臂桁架用应力应变监测装置，其特征在于:包括应力应变测试仪(9)和与应力应变测试仪(9)连接的应力应变监测体系，所述应力应变监测体系包括第一应力应变监测结构、第二应力应变监测结构和第三应力应变监测结构； 所述第三应力应变监测结构布设在所施工超高层建筑中伸臂桁架加强层的伸臂桁架(2)上;所施工超高层建筑为钢框架-核心筒结构，所述钢框架-核心筒结构包括核心筒(3)和位于核心筒(3)外侧的外围框架，所述外围框架为钢框架且其包括多个位于核心筒(3)夕卜侧的框架柱(I)和多个搭设于多个所述框架柱(I)上的框架梁;所述伸臂桁架(2)连接于所述伸臂桁架加强层中的核心筒(3)与一个所述框架柱(I)之间；所述伸臂桁架(2)为钢桁架且其包括上下两根弦杆(2-1)和多根由前至后连接于两根所述弦杆(2-1)之间的斜腹杆(2-2);每根所述弦杆(2-1)均由内至外分为内侧弦杆节段、中部弦杆节段和外侧弦杆节段，所述中部弦杆节段与所述内侧弦杆节段和所述外侧弦杆节段之间均通过多个第一连接螺栓(4)进行连接;所述中部弦杆节段的内外两端、所述内侧弦杆节段的外端和所述外侧弦杆节段的内端均设置有一个第三应力应变监测点(5-1 )，每个所述第三应力应变监测点(5-1)上均设置有一个与应力应变测试仪(9)连接的第三应力应变测试元件(7);所述伸臂桁架(2)上布设的所有第三应力应变测试元件(7)组成所述第三应力应变监测结构； 所述伸臂桁架加强层中的框架柱(I)上设置有上下两个第一应力应变监测点(1-1)，两个所述第一应力应变监测点(1-1)分别位于两根所述弦杆(2-1)的外端与框架柱(I)之间的连接位置处，每个所述第一应力应变监测点(1-1)上均设置有一个与应力应变测试仪(9)连接的第一应力应变测试元件(1-2)，两个所述第一应力应变测试元件(1-2)组成所述第一应力应变监测结构； 所述伸臂桁架加强层中的核心筒(3)上设置有第二应力应变监测点，所述第二应力应变监测点的数量为一个或多个，每个所述第二应力应变监测点上均布设有一个与应力应变测试仪(9)连接的第二应力应变测试元件(3-1);所述伸臂桁架加强层中核心筒(3)上布设的所有第二应力应变测试元件(3-1)组成所述第二应力应变监测结构。2.按照权利要求1所述的超高层钢框架-核心筒结构伸臂桁架用应力应变监测装置，其特征在于:所述第一应力应变测试元件(1-2)为对所布设位置处的竖向应变进行实时测试的应变片，所述第二应力应变测试元件(3-1)为对所布设位置处的竖向应变进行实时测试的混凝土应变计且其布设在核心筒(3)内。3.按照权利要求1或2所述的超高层钢框架-核心筒结构伸臂桁架用应力应变监测装置，其特征在于:所述第二应力应变监测点的数量为两个，两个所述第二应力应变监测点均布设在核心筒(3)的内侧中部且其布设高度分别与两根所述弦杆(2-1)的内端高度相同。4.按照权利要求1或2所述的超高层钢框架-核心筒结构伸臂桁架用应力应变监测装置，其特征在于:所述第三应力应变测试元件(7)为应变片或三向应变计。5.按照权利要求1或2所述的超高层钢框架-核心筒结构伸臂桁架用应力应变监测装置，其特征在于:所述第三应力应变监测点(5-1)位于弦杆(2-1)的中心轴线上。6.按照权利要求1或2所述的超高层钢框架-核心筒结构伸臂桁架用应力应变监测装置，其特征在于:所述应力应变监测体系还包括第四应力应变监测结构;所述伸臂桁架(2)中每根所述斜腹杆(2-2)的上下两端分别通过一个连接件固定在两根所述弦杆(2-1)上，所述连接件固定在弦杆(2-1)上;所述斜腹杆(2-2)与所述连接件之间均通过多个第二连接螺栓(6)进行连接，所述斜腹杆(2-2)与所述连接件之间的连接处上下两侧均设置有一个第四应力应变监测点(5-2)，两个所述第四应力应变监测点(5-2)分别布设在斜腹杆(2-2)和所述连接件上，每个所述第四应力应变监测点(5-2)上均布设有一个与应力应变测试仪(9)连接的第四应力应变测试元件(8);所述伸臂桁架(2)上布设的所有第四应力应变测试元件(8)组成所述第四应力应变监测结构。7.按照权利要求6所述的超高层钢框架-核心筒结构伸臂桁架用应力应变监测装置，其特征在于:所述第四应力应变测试元件(8)为应变片或三向应变计。
【文档编号】E04B1/00GK205530666SQ201620056036
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月20日
【发明人】张风亮, 高宗祺, 朱武卫, 陆建勇, 韩大富, 李增福, 田鹏刚, 王宝卿, 高远
【申请人】陕西省建筑科学研究院