一种震后可更换波纹板的双柱承载装配式异形柱的制作方法

本发明涉及一种震后可更换波纹板的双柱承载装配式异形柱，属于结构工程领域。

背景技术：

钢结构建筑的发展与钢结构住宅产业化的发展息息相关，实现钢结构住宅产业化就要实现部品部件的标准化，而目前高层建筑是我国建筑行业的主要方向，因此提出一种适用于高层建筑的新型高效装配式标准化钢结构体系及基于新型钢结构体系的装配式标准化构件是实现钢结构住宅产业化和推动钢结构建筑发展的基础。

钢结构建筑以其自重轻、抗震性能好、工业化生产、装配式安装等诸多优点成为我国住宅产业化项目中重点推广的项目之一。对于高层建筑的钢框架体系，侧向荷载效应处于主要影响地位，在风荷载、地震作用等水平荷载作用下钢框架体系的侧移较大，为了减小钢框架体系的侧移，设计人员不得不加大钢构件的截面积，这会导致结构的用钢量增大，造成浪费。此外，钢框架体系中框架柱在室内的“突柱”问题很难有效解决，“突柱”问题影响用户的使用体验。

目前高层建筑经常使用异形柱构件，这些异形柱构件由于自身构造等原因并不具有良好的力学性能和适用性。普通的混凝土异形柱的延性较差，主要运用在非抗震设计和8度(0.2g)以下的抗震设计，此外，普通的钢异形柱承载能力差，抗侧刚度小，在水平荷载下的侧向位移大，并不适用于高层建筑，而钢混组合异形柱虽然具有较好的竖向、水平承载力和抗侧刚度，但其构造多样，形式复杂，适用性差，一种钢混组合异形柱往往只适用于某种特定的结构体系，因此亟需提出一种即具有足够的竖向承载能力、水平承载能力又具有适用性的高层钢结构异形柱。为此，本专利提出一种震后可更换波纹板的双柱承载装配式异形柱。

该异形柱包括方钢管柱、h型钢柱、波纹板及连接装置；所述方钢管柱的高度和h型钢柱的高度相等；所述连接装置包括第一高强螺栓群、第二高强螺栓群、第三单边螺栓群和波纹形角钢；所述波纹板的波纹方向为纵向，波纹板的宽度不大于方钢管柱壁板宽度的2倍；所述波纹形角钢通过一块波纹板和一块单侧波纹平板焊接而成，波纹形角钢的波纹形状与波纹板相同；所述波纹板位于方钢管柱与h型钢柱之间，波纹板的中心线、方钢管柱壁板的中心线和h型钢柱翼缘的中心线位于同一平面内，波纹板一侧通过波纹形角钢、第一高强螺栓群、第二高强螺栓群与h型钢柱连接，波纹板另一侧通过波纹形角钢、第二高强螺栓群和第三单边螺栓群与方钢管柱连接，形成装配式异形柱；所述波纹板震后通过拆卸高强螺栓和单边螺栓即可实现更换。

该装配式异形柱通过方钢管柱和h型钢柱承担竖向荷载，方钢管柱、h型钢柱与波纹板共同承担水平荷载。异形柱具有较高的延性、良好的承载能力和抗震性能，同时具有较高的装配效率，可作为装配式高层钢结构中的结构柱；该装配式异形柱中波纹板在震后可以更换，更换波纹板后的异形柱仍具有原来的功能。

技术实现要素：

本发明提出了一种震后可更换波纹板的双柱承载装配式异形柱，其目的在于克服技术背景中的技术难题，提出一种适用于装配式高层钢结构建筑的柱构件。

为实现以上目的，本发明提供如下技术方案：

一种震后可更换波纹板的双柱承载装配式异形柱，其特征在于：该异形柱包括方钢管柱、h型钢柱、波纹板及连接装置；所述方钢管柱的高度和h型钢柱的高度相等；所述连接装置包括第一高强螺栓群、第二高强螺栓群、第三单边螺栓群和波纹形角钢；所述波纹板的波纹方向为纵向，波纹板的宽度不大于方钢管柱壁板宽度的2倍；所述波纹形角钢通过一块波纹板和一块单侧波纹平板焊接而成，波纹形角钢的波纹形状与波纹板相同；所述波纹板位于方钢管柱与h型钢柱之间，波纹板的中心线、方钢管柱壁板的中心线和h型钢柱翼缘的中心线位于同一平面内，波纹板一侧通过波纹形角钢、第一高强螺栓群、第二高强螺栓群与h型钢柱连接，波纹板另一侧通过波纹形角钢、第二高强螺栓群和第三单边螺栓群与方钢管柱连接，形成装配式异形柱；所述波纹板震后通过拆卸高强螺栓和单边螺栓即可实现更换。

作为本发明的进一步方案：所述波纹板的波纹形式选用正弦波浪形式、三角形波折形式、梯形波折形式或直角波折形式；波纹板的构造形式选用单层波纹板或双层波纹板；所述的位于方钢管柱和h型钢柱间的波纹板选用一整块波纹板或多块波纹板，当选用一整块波纹板时，波纹板的高度与方钢管柱和h型钢柱的高度相等，当选用多块波纹板时，波纹板的高度为方钢管柱板壁宽度的2～4倍。

作为本发明的进一步方案：所述方钢管柱的数量为1，h型钢柱的数量为2，方钢管柱、h型钢柱和波纹板组成的异形柱横截面呈“l”形，该异形柱在结构中用作角柱；所述方钢管柱的数量为1，h型钢柱的数量为3，方钢管柱、h型钢柱和波纹板组成的异形柱横截面呈“t”形，该异形柱结构中用作边柱；所述方钢管柱的数量为1，h型钢柱的数量为4，方钢管柱、h型钢柱和波纹板组成的异形柱横截面呈“十”字形，该异形柱在结构中用作中柱。

与现有技术相比，本专利的优点主要在以下几个方面：

1、本申请专利异形柱力流传递合理，受力明确，构造简单，设计方便。该异形柱采用波纹板抗侧构造，波纹板、方钢管柱和h型钢柱组合形成一个完整的抗侧截面，组合抗侧截面为异形柱提供足够的抗侧刚度，可以有效减小结构的侧移。本申请专利所述异形柱在保证竖向承载力的同时具有足够的抗侧刚度，是一种介于框架柱和剪力墙的异形柱构件，其与常见的钢框架中的结构柱相比，具有更高的抗侧刚度和竖向、水平承载力，能够有效减小钢结构的侧向变形，并减少围护结构的破坏；与剪力墙结构中的剪力墙相比，本申请专利所述异形柱具有良好的抗震性能，同时具有质量轻、连接简单、可快速装配、空间布置灵活的优势，本申请专利所述异形柱适用于各类民用与工业建筑。

2、本申请专利所述异形柱基于损伤控制理念和震后可修复理念，通过调整钢构件的板件和波纹板的高厚比、宽厚比等因素，将地震作用引起的塑性损伤控制在波纹板上，震后通过拆卸高强螺栓、单边螺栓即可实现波纹板的拆卸和更换，更换波纹板的异形柱仍具有原来的力学性能。

3、本申请专利所述波纹板在自身厚度较小的情况下能保持良好的面外稳定性。波纹板在异形柱的加工、运输和安装过程中可为异形柱提供充足的面外刚度，使异形柱获得良好的面外稳定性，方便异形柱的加工、运输和安装。波纹板作为方钢管柱和型钢柱的连接构件能够以较低的用钢量保证合理的异形柱截面高度，极大地提高钢材的使用效率，具有良好的经济性。

4、本申请专利所述方钢管柱的壁板宽度和h型钢柱的翼缘宽度小于或等于建筑中墙体的厚度，异形柱的设置不影响框架截面内门窗的开设，有效解决了“突柱”的问题，节约了建筑空间，具有良好的美观性。本申请专利所述“l”型异形柱可用作结构中的角柱、“t”型异形柱可用作结构中的边柱、“十”字型异形柱可用作结构中的中柱，异形柱在建筑平面中布置灵活。

附图说明

图1为一种震后可更换波纹板的双柱承载装配式异形柱的三维图；

图2为一种震后可更换波纹板的双柱承载装配式异形柱的拆分图；

图3为一种震后可更换波纹板的双柱承载装配式异形柱的截面图；

图4为一种震后可更换波纹板的双柱承载装配式异形柱的波纹板示意图；

图5为一种震后可更换波纹板的双柱承载装配式异形柱的构件参数示意图；

图6为一种震后可更换波纹板的双柱承载装配式异形柱采用多块波纹板连接构造的三维示意图；

图7为一种震后可更换波纹板的双柱承载装配式异形柱采用多块波纹板连接构造的拆分示意图；

图8为一种震后可更换波纹板的双柱承载装配式异形柱的单边螺栓示意图；

图9为一种震后可更换波纹板的双柱承载装配式异形柱的角钢示意图；

图10为一种震后可更换波纹板的双柱承载装配式“l”形异形柱的俯视图；

图11为一种震后可更换波纹板的双柱承载装配式“t”形异形柱的俯视图；

图12为一种震后可更换波纹板的双柱承载装配式“十”字形异形柱的俯视图；

具体实施方式

下面结合附图1～12，详细说明本专利的实施方式。

一种震后可更换波纹板的双柱承载装配式异形柱的构造形式包括以下部件：

1—方钢管柱

2—h型钢柱

3—波纹板

4—波纹形角钢

5—第一高强螺栓群

6—第二高强螺栓群

7—第三单边螺栓群

下面将结合附图具体说明本发明异形柱的具体连接方式。

本发明异形柱的组成构件包括：方钢管柱(1)、h型钢柱(2)、波纹板(3)、波纹形角钢(4)、高强螺栓和单边螺栓；方钢管柱(1)、h型钢柱(2)、波纹板(3)、波纹形角钢(4)在工厂内预制并预留螺栓孔；可根据实际情况需要，将组成构件在工厂内组装成异形柱后运输到施工现场安装，也可将组成构件运输到施工现场后再组装。

如图1、2、3所示，在组装时，先将方钢管柱(1)和h型钢柱(2)对齐并吊装在预设位置，然后将波纹板(3)安装在方钢管柱(1)与h型钢柱(2)之间，从上至下依次将波纹形角钢(4)的螺栓孔与波纹板(3)两侧钢柱的螺栓孔对齐，通过第一高强螺栓群(5)实现波纹形角钢(4)与h型钢柱(2)连接，通过第二高强螺栓群(6)实现波纹板(3)与波纹形角钢(4)的连接，通过第三单边螺栓群(7)实现方钢管柱(1)与波纹形角钢(4)的连接，三种螺栓群自上而下依次连接后即可得到异形柱。

如图4所示，波纹板(3)采用正弦波浪形式、三角形波折形式、梯形波折形式、直角波折形式或双层梯形波折式。双层梯形波折式波纹板由两个梯形波折形式的波纹板在板边接触处焊接连接组成。

如图5所示，图中给出了双层梯形波折式波纹板中心线、波纹板高度、波纹板厚度、波纹板宽度、纵向方向、h型钢柱翼缘宽度、h型钢柱翼缘中心线、h型钢柱高度、方钢管柱壁板宽度、方钢管柱高度、方钢管柱壁板中心线、双层梯形波折式波纹板中心线所在平面的定义。波纹板中心线、方钢管柱壁板中心线和h型钢柱翼缘中心线位于同一平面内。方钢管柱(1)的高度与h型钢柱(2)的高度相等，波纹板(3)的宽度不大于方钢管柱壁板宽度的2倍。当方钢管柱和h型钢柱中间的波纹板为一整块波纹板时，波纹板的高度与方钢管柱的高度相等；当方钢管柱和h型钢柱中间的波纹板为多块波纹板时，波纹板的高度为方钢管柱柱壁宽度的2～4倍。

如图1、2、6、7所示，位于h型钢柱(2)和方钢管柱(1)中间的波纹板(3)选用一整块波纹板或多块波纹板。当选用一整块波纹板时，波纹板(3)的高度与方钢管柱(1)和h型钢柱(2)的高度相等，当选用多块波纹板时，波纹板(3)的纵向长度为方钢管柱(1)板壁宽度的2～4倍。

如图8所示，在安装第三单边螺栓群时，安装前先将滑块收拢在滑槽内，安装时将螺母安装于螺杆上，将带滑块的一段安装至螺孔中，旋转90度释放滑块，使其与螺杆垂直，最后拧紧螺母完成安装。

如图9所示，所述波纹形角钢(4)通过一块波纹板和一块单侧波纹平板焊接而成，钢板上预留有螺栓孔。

如图10所示，所述方钢管柱的数量为1，h型钢柱的数量为2，方钢管柱、h型钢柱和波纹板组成的异形柱横截面呈“l”形，该异形柱在结构中用作角柱。

如图11所示，所述方钢管柱的数量为1，h型钢柱的数量为3，方钢管柱、h型钢柱和波纹板组成的异形柱横截面呈“t”形，该异形柱结构中用作边柱。

如图12所示，所述方钢管柱的数量为1，h型钢柱的数量为4，方钢管柱、h型钢柱和波纹板组成的异形柱横截面呈“十”字形，该异形柱在结构中用作中柱。

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