專(zhuān)利名稱：失穩(wěn)變形方向可控的支撐及框架的制作方法
失穩(wěn)變形方向可控的支撐及框架技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于建筑工程領(lǐng)域，尤其是一種支撐構(gòu)件及框架。
背景技術(shù)：
目前，張緊柔性抗拉支撐作為多層裝配式輕型支撐鋼結(jié)構(gòu)建筑的主要抗側(cè)力構(gòu)件 時(shí)，往往安置于鋼框架平面內(nèi)，處于兩塊輕型墻面板的夾層之中。此類(lèi)支撐通常以交叉支撐 的形式成對(duì)出現(xiàn)，以抵抗兩個(gè)方向的水平作用。由于支撐的長(zhǎng)細(xì)比很大，受壓后極易失穩(wěn)。 因而在結(jié)構(gòu)分析中，僅考慮受拉支撐提供的水平抗力，認(rèn)為受壓支撐退出工作，將支撐構(gòu)件 作為拉桿來(lái)設(shè)計(jì)，并未考慮受壓支撐的失穩(wěn)變形形態(tài)對(duì)結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的不利影響。
由于輕型鋼結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸較小，且墻體厚度不大，使得鋼支撐的 安置空間極為有限，而有限的安置空間所提供的支撐平面外變形空間也是有限的；同時(shí)，柔 性支撐受壓，會(huì)在較小的作用力下產(chǎn)生較大的失穩(wěn)變形?；谏鲜鲈?，如果受壓支撐的失 穩(wěn)變形發(fā)生在框架平面外，過(guò)大的變形使得支撐接觸墻體并對(duì)墻體產(chǎn)生擠壓作用，極易導(dǎo) 致墻體材料的破壞，影響結(jié)構(gòu)的適用性。
現(xiàn)有的柔性抗拉支撐，包括圓鋼支撐和扁鋼支撐在內(nèi)，均難以保證在滿足安置空 間要求的同時(shí)不發(fā)生平面外失穩(wěn)，即難以控制其失穩(wěn)變形方向滿足特定的設(shè)計(jì)需要，容易 破壞建筑墻體，影響建筑結(jié)構(gòu)的適用性。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述的技術(shù)缺陷和應(yīng)用時(shí)的不利影響，本發(fā)明的目的是提供一種失穩(wěn)變形方 向可控的輕型鋼支撐，使得設(shè)計(jì)者可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要，控制輕型受壓支撐的撓曲變形方向。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
—種失穩(wěn)變形方向可控的支撐，包括張緊裝置，連接裝置，所述支撐還包括扁鋼 組件，所述扁鋼組件包括第一扁鋼段、第二扁鋼段和第三扁鋼段，其中第一扁鋼段與第二扁 鋼段正交并連接，第二扁鋼段和第三扁鋼段正交并連接。
所述張緊裝置包括第一圓鋼段、套筒和第二圓鋼，第一圓鋼段通過(guò)套筒和第二圓 鋼段相連，套筒中間部分留有實(shí)心部分。
所述套筒實(shí)心部分的外側(cè)為兩個(gè)互相平行的平臺(tái)。
所述第一扁鋼段、第三扁鋼段的連接部位分別有一槽口供第二扁鋼段對(duì)中塞入， 并用若干條角焊縫分別與第二扁鋼段連接。
所述第一扁鋼段、第三扁鋼段的連接部位分別用4條角焊縫與第二扁鋼段連接
所述第一圓鋼段和第二圓鋼段上分別設(shè)有方向相反的螺紋，套筒內(nèi)部?jī)啥嗽O(shè)有與 第一圓鋼段和第二圓鋼段相配合使用的螺紋。
所述連接裝置包括第一連接板和第二連接板，第一扁鋼段與第一連接板相連，所 述第二圓鋼段與第二連接板相連。
所述支撐的材質(zhì)為鋼。
本發(fā)明還公開(kāi)了一種支撐框架，包括兩個(gè)交叉的失穩(wěn)變形方向可控的支撐，所述 支撐的軸線通過(guò)所述框架的柱和梁的軸線的交點(diǎn)。
進(jìn)一步，所述第二扁鋼段的中部通過(guò)兩個(gè)支撐的交叉點(diǎn)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果
本發(fā)明在扁鋼組件中采用了兩兩相鄰正交的三段扁鋼，通過(guò)調(diào)節(jié)三段扁鋼的相對(duì) 長(zhǎng)度，從而實(shí)現(xiàn)在這兩個(gè)正交方向上的失穩(wěn)變形方向可控。通過(guò)控制失穩(wěn)變形方向，可以在 滿足多層裝配式輕型支撐鋼結(jié)構(gòu)建筑有限安置空間的條件下，保證支撐不發(fā)生框架平面外 失穩(wěn)，有效地保護(hù)了輕型墻體的安全，提高了鋼結(jié)構(gòu)建筑的適用性。
本發(fā)明的輕型鋼支撐的制作工藝較為簡(jiǎn)單，并且具有良好的延性性能，能滿足“強(qiáng) 連接弱構(gòu)件”的抗震要求。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的主視圖2為本發(fā)明實(shí)施例的俯視圖3為圖1中沿A-A向的剖面圖
圖4為圖1中沿B-B向的剖面圖
圖5為圖1中沿C-C向的剖面圖
圖6為圖1中沿D-D向的剖面圖
圖7為圖1中沿E-E向的剖面圖
圖8為圖1中沿F-F向的剖面圖
圖9為圖1中沿G-G向的剖面圖
圖10為應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的支撐框架立面圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步描述。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例失穩(wěn)變形方向可控的輕型鋼支撐的主視圖。本發(fā)明中的失穩(wěn) 變形方向可控的輕型鋼支撐由扁鋼組件、張緊部件和設(shè)置在支撐兩端的連接部件組成，其 中扁鋼組件由第一扁鋼段3、第二扁鋼段4和第三扁鋼段5組成，張緊部件由第一圓鋼段6、 套筒8和第二圓鋼段9組成，連接部件由第一連接板I和第二連接板10組成，各個(gè)部件的 軸線均處于同一直線上。第一連接板I和和第二連接板10上分別開(kāi)有連接孔2和連接孔 11，以便與鋼框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)板進(jìn)行連接，并可減少連接部位對(duì)支撐端部的轉(zhuǎn)動(dòng)約束。
第一扁鋼段3和第一連接板I采用焊接連接，請(qǐng)同時(shí)參閱圖3、圖4，第一扁鋼段3 的平面與第一連接板I的平面相互垂直，具體制作方式為先在第一扁鋼段3的連接部位 線切割出一定長(zhǎng)度的關(guān)于軸線對(duì)稱的槽口，將第一連接板I塞入第一扁鋼段3的槽中，并保 證兩者對(duì)中，再用若干條角焊縫連接，譬如用4條角焊縫連接，如此即可保持整個(gè)支撐在兩 個(gè)主軸方向的對(duì)稱性，做到軸心受壓，角焊縫需要進(jìn)行端部繞焊，將所有縫隙填死。請(qǐng)同時(shí) 參閱圖5、圖6，第一扁鋼段3和第二扁鋼段4采用焊接連接，該兩扁鋼段平面相互垂直，制 作方式與第一扁鋼段3和第一連接板I的制作方式類(lèi)似，槽口位于第一扁鋼段3的另一端。 第二扁鋼段4和第三扁鋼段5采用焊接連接，兩扁鋼段平面相互垂直，制作方式與第一扁鋼段3和第一連接板I的制作方式類(lèi)似，槽口位于第三扁鋼段5的一端。
圖7為圖1中沿E-E向的剖面圖，第三扁鋼段5和第一圓鋼段6采用焊接連接，具 體制作方式為在第三扁鋼段5的連接部位線切割出一定長(zhǎng)度的關(guān)于軸線對(duì)稱的槽口，將 第一圓鋼段6塞入第三扁鋼段5的槽中，保持兩者對(duì)中；再用若干條角焊縫連接，譬如用4 條角焊縫連接，如此即可保持整個(gè)支撐在兩個(gè)主軸方向的對(duì)稱性，做到軸心受壓，角焊縫需 要進(jìn)行端部繞焊，將所有縫隙填死。圖9為圖1中沿GG向的剖面圖，第二圓鋼段9和第二 連接板10采用焊接連接，具體制作方式與第三扁鋼段5和第一圓鋼段6的制作方式類(lèi)似， 槽口位于第二連接板10上。
第一圓鋼段6和第二圓鋼段9上分別車(chē)有一定長(zhǎng)度的螺紋7和螺紋12，螺紋7和 螺紋12的方向相反。第一圓鋼段6和第二圓鋼段9之間通過(guò)套筒8進(jìn)行機(jī)械連接，該連接 可在施工現(xiàn)場(chǎng)完成。套筒8的制作方式為在一直徑較大的圓鋼兩端車(chē)出一定長(zhǎng)度螺紋方 向相反的螺孔，兩端的螺孔不必貫穿整個(gè)圓鋼，圓鋼中部留有一定長(zhǎng)度的實(shí)心部分，其長(zhǎng)度 以稍大于普通扳手的夾持頭寬度為宜。為方便扳手夾持，可以在套筒8的外側(cè)加工出利于 扳手夾持的平臺(tái)，為保證套筒8兩端含螺孔截面不因夾持平臺(tái)而被進(jìn)一步削弱，可以在套 筒8的實(shí)心部分的外側(cè)加工出利于扳手夾持的平臺(tái)，這也就是需要在套筒8中部留有實(shí)心 部分的原因。當(dāng)然，實(shí)心部分的位置并非限定在嚴(yán)格的幾何中心，可以根據(jù)工程的施工的需 要進(jìn)行調(diào)整。圖8為圖1中沿F-F向的剖面圖，套筒8的實(shí)心部分的外側(cè)被加工成為兩個(gè) 互相平行的平臺(tái)。
本發(fā)明的扁鋼組件中第一扁鋼段3與第二扁鋼段4正交，第二扁鋼段4和第三扁 鋼段5正交。如果支撐僅包含張緊部分和第二扁鋼段，失穩(wěn)變形會(huì)發(fā)生在框架平面外，僅引 入第一或第三扁鋼段也無(wú)法實(shí)現(xiàn)失穩(wěn)變形會(huì)發(fā)生在框架平面內(nèi)，故本發(fā)明同時(shí)引入兩者來(lái) 調(diào)節(jié)失穩(wěn)方向，控制支撐失穩(wěn)變形發(fā)生在框架平面內(nèi)。如果扁鋼組件分段數(shù)增加，那么第二 扁鋼段所占比例也會(huì)增加。通過(guò)調(diào)節(jié)三段扁鋼的相對(duì)長(zhǎng)度，可以改變支撐在兩個(gè)正交方向 上的抗彎剛度的相對(duì)大小，從而實(shí)現(xiàn)在這兩個(gè)正交方向上的失穩(wěn)變形方向可控。如此，就可 以在滿足有限安置空間的條件下，保證支撐不發(fā)生框架平面外失穩(wěn)，有效地保護(hù)了輕型墻 體的安全，提高了鋼結(jié)構(gòu)建筑的適用性。
以多層裝配式輕型支撐鋼結(jié)構(gòu)建筑中框架內(nèi)的中心支撐為例，說(shuō)明通過(guò)調(diào)節(jié)三段 兩兩正交扁鋼的相對(duì)長(zhǎng)度，可以實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)正交方向上的失穩(wěn)變形方向可控。圖10為該支 撐框架的立面圖,框架13柱高3000mm，跨度1200mm，支撐軸線通過(guò)框架13柱和框架梁軸線 的交點(diǎn)，使得支撐在理論分析時(shí)，可以簡(jiǎn)化為兩端鉸接的軸心受壓變截面桿件，支撐的總長(zhǎng) 度可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。支撐被安放在墻體內(nèi)部，為降低對(duì)安置空間的要求，第二扁鋼段 4的中部(即不能為開(kāi)槽段)通過(guò)兩個(gè)支撐的交叉點(diǎn)處。
第一連接板I和第二連接板10的長(zhǎng)度均為195mm,截面為矩形截面，板厚均為 8mm，故截面均為70X8的矩形截面。連接孔2和連接孔11均為圓孔，第二連接板10上開(kāi) 有長(zhǎng)75mm，寬25mm的槽口。第一扁鋼段3、第二扁鋼段4和第三扁鋼段的長(zhǎng)度分別為14、 13和12，可進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到失穩(wěn)變形方向可控的目的，三者截面均為扁鋼截面，第一扁鋼 段3和第三扁鋼段5的兩端均開(kāi)有長(zhǎng)度為75mm的槽。第一圓鋼段6、套筒8和第二圓鋼段9 的長(zhǎng)度分別為245mm、150mm和245mm，第一圓鋼段6和第二圓鋼段9的截面均為圓鋼截面， 兩者的一端分別車(chē)有正向螺紋和反向螺紋，螺紋長(zhǎng)度均為70mm ;套筒8由圓鋼加工而成，其兩端分別車(chē)有的正反向螺紋，螺紋長(zhǎng)度為60mm，其截面形狀沿長(zhǎng)度發(fā)生變化。安裝完成后， 第一圓鋼段6和第二圓鋼段9與套筒8的搭接長(zhǎng)度均為40mm，三者共同組成的張緊部分總 長(zhǎng)度為560mm。
運(yùn)用靜力法對(duì)上述支撐進(jìn)行彈性穩(wěn)定分析，所謂靜力法就是在原始平衡狀態(tài)附近 的新的位形上建立靜力平衡方程，并以新位形取得非零解的條件確定失穩(wěn)臨界荷載的方 法。通過(guò)比較兩個(gè)正交方向上支撐的臨界屈曲荷載，可以確定支撐的失穩(wěn)變形方向，定義 PcrE/Pcrl為框架平面外臨界屈曲荷載與框架平面內(nèi)臨界屈曲荷載之比。在保持12+13+14 恒定不變的情況下，隨著13的增大，PcrE逐漸增大，PcrI逐漸減小，PcrE/Pcrl逐漸增大， 當(dāng)PcrE/PcrI>l. O時(shí),支撐失穩(wěn)變形發(fā)生在框架平面外,而隨著13的減小,PcrE逐漸減小， PcrI逐漸增大，PcrE/Pcrl逐漸減小，當(dāng)PcrE/PcrI〈l. O時(shí),支撐失穩(wěn)變形發(fā)生在框架平面 內(nèi)。在滿足支撐的交叉點(diǎn)處由第二扁鋼段4通過(guò)，且不為開(kāi)槽段的前提下，根據(jù)靜力法可 知，當(dāng)12+14超過(guò)13的2倍時(shí)，PcrE/PcrKl.O，支撐平面內(nèi)失穩(wěn)；反之，則發(fā)生平面外失穩(wěn)。 故僅改變13與12+14的相對(duì)大小，即可實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)正交方向上的失穩(wěn)變形方向可控。
以下舉例計(jì)算說(shuō)明。若取(14，13，12)= (1255，350，775)，根據(jù)靜力法求解，得到 PcrE/PcrI=3. 24>1. 0，支撐失穩(wěn)變形方向被控制在了框架平面內(nèi)。若取(14，13,12)=(200, 1980，200)，得到PcrE/PcrI=0. 05<1. 0，支撐失穩(wěn)變形方向被控制在了框架平面外。由此，可 知，本發(fā)明可以根據(jù)工程的需要，調(diào)整扁鋼的長(zhǎng)度，進(jìn)而調(diào)整失穩(wěn)的方向。
本發(fā)明的輕型鋼支撐，其制作及拼裝方法包括以下步驟
首先，分別在第一連接板I和第二連接板10的一端開(kāi)孔，并在第二連接板10的另 一端開(kāi)槽，槽口關(guān)于軸線對(duì)稱；其次，在第一扁鋼段3和第三扁鋼段5的兩端開(kāi)槽,槽口關(guān)于 軸線對(duì)稱；然后，對(duì)第一圓鋼段6和第二圓鋼段9進(jìn)行螺紋加工；接著，套筒8的螺孔加工和 夾持平臺(tái)加工；然后，將第一連接板I和第一扁鋼段3用角焊縫焊接在一起，第一扁鋼段3 和第二扁鋼段4用角焊縫焊接在一起，將第二扁鋼段4和第三扁鋼段5用角焊縫焊接在一 起，將第三扁鋼段5和第一圓鋼段6用角焊縫焊接在一起，將第二圓鋼段9和第二連接板10 用角焊縫焊接在一起；最后，利用套筒8，將第一圓鋼段6和第二圓鋼段9連接起來(lái)，完成支 撐的拼裝。
上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā) 明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的 一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施 例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明的范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種失穩(wěn)變形方向可控的支撐，包括張緊裝置，連接裝置，其特征在于所述支撐還包括扁鋼組件，所述扁鋼組件包括第一扁鋼段、第二扁鋼段和第三扁鋼段，其中第一扁鋼段與第二扁鋼段正交并連接，第二扁鋼段和第三扁鋼段正交并連接。
2.如權(quán)利要求1所述的支撐，其特征在于所述張緊裝置包括第一圓鋼段、套筒和第二圓鋼，所述第一圓鋼段通過(guò)套筒和第二圓鋼段相連，其中所述套筒中間部分留有實(shí)心部分。
3.如權(quán)利要求2所述的支撐，其特征在于所述套筒實(shí)心部分的外側(cè)為兩個(gè)互相平行的平臺(tái)。
4.如權(quán)利要求1所述的支撐，其特征在于所述第一扁鋼段、第三扁鋼段的連接部位分別有一槽口供第二扁鋼段對(duì)中塞入，并用若干條角焊縫分別與第二扁鋼段連接。
5.如權(quán)利要求4所述的支撐，其特征在于所述第一扁鋼段、第三扁鋼段的連接部位分別用4條角焊縫與第二扁鋼段連接。
6.如權(quán)利要求1所述的支撐，其特征在于所述第一圓鋼段和第二圓鋼段上分別有方向相反的螺紋，所述套筒內(nèi)部?jī)啥嗽O(shè)有與第一圓鋼段和第二圓鋼段相配合使用的螺紋。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的支撐，其特征在于所述連接裝置包括第一連接板和第二連接板，所述第一連接板與第一扁鋼段相連，所述第二連接板與所述張緊裝置相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的支撐，其特征在于所述支撐的材質(zhì)為鋼。
9.一種采用權(quán)利要求1所述的支撐的框架，其特征在于包括兩個(gè)相交叉的所述支撐， 所述支撐的軸線通過(guò)所述框架柱和梁的軸線的交點(diǎn)。
10.如權(quán)利要求9所述的框架，其特征在于所述第二扁鋼段的中部通過(guò)兩個(gè)支撐的交叉點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種失穩(wěn)變形方向可控的支撐，包括張緊裝置，連接裝置和扁鋼組件，扁鋼組件包括第一扁鋼段、第二扁鋼段和第三扁鋼段，其中第一扁鋼段與第二扁鋼段正交并連接，第二扁鋼段和第三扁鋼段正交并連接。本發(fā)明還公開(kāi)了一種采用失穩(wěn)變形方向可控的支撐的框架，包括兩個(gè)相交叉的支撐，且支撐的軸線通過(guò)框架柱和梁的軸線的交點(diǎn)。本發(fā)明采用了兩兩相鄰正交的三段扁鋼，通過(guò)調(diào)節(jié)三段扁鋼的相對(duì)長(zhǎng)度，從而實(shí)現(xiàn)在這兩個(gè)正交方向上的失穩(wěn)變形方向可控。本發(fā)明可以在滿足多層裝配式輕型支撐鋼結(jié)構(gòu)建筑有限安置空間的條件下，保證支撐不發(fā)生框架平面外失穩(wěn)，有效地保護(hù)了輕型墻體的安全，且制作工藝簡(jiǎn)單，具有良好的延性性能。
文檔編號(hào)E04B1/24GK103061411SQ20131001847
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者陳以一, 徐婷, 王偉 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)