專利名稱：抗力矩建筑框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件及方法
背景技術(shù)：
和

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明(結(jié)構(gòu)及方法)涉及建筑結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種新型柱/梁/柱環(huán)互連結(jié)構(gòu)體系(以及相關(guān)方法)，用于為一建筑物形成一改進(jìn)的并且抗力矩性能非常好的框架。本發(fā)明的實(shí)際特點(diǎn)在于，它是一種獨(dú)特的支承面柱環(huán)互連結(jié)構(gòu)，它將相鄰的柱與梁在二者之間的交叉節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行連接。
在努力改進(jìn)建筑框架結(jié)構(gòu)的過程中，尤其是將這種結(jié)構(gòu)改進(jìn)成可更好地處理劇烈的橫向荷載，例如地震荷載的過程中，人們已經(jīng)將注意力更多地集中在立柱與水平梁的連接方式上。本發(fā)明主要針對這一問題，并在建筑框架施工以及最終的建筑框架性能方面，提供了許多獨(dú)特和重要的優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選方案及實(shí)施方式，本發(fā)明提供了一種柱-梁互連結(jié)構(gòu)體系及方法，其中，梁的端部通過獨(dú)特的柱環(huán)結(jié)構(gòu)在交叉節(jié)點(diǎn)處與柱相連，該柱環(huán)結(jié)構(gòu)有效地圍繞著柱的側(cè)面和長軸，以通過對置支承面?zhèn)鬟f壓力荷載，所述壓力荷載源于梁所承受的力矩荷載。特別地，通過梁所承受的力矩荷載的壓力向柱所進(jìn)行的傳送包括柱內(nèi)形成的豎向的反向抵消壓力荷載，該壓力荷載在柱中形成相關(guān)的力矩。對于根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造而成的建筑框架所承受的各個(gè)橫向荷載而言，所有的橫向負(fù)載基本上由所有的柱分擔(dān)；其次，與通常所建的建筑框架結(jié)構(gòu)相比，由本發(fā)明所構(gòu)建的建筑框架結(jié)構(gòu)防止任何單個(gè)柱比任一其他柱所傳遞的荷載更多。在下文中可以明確的是，本發(fā)明的主要實(shí)施特點(diǎn)在于，按照這種方式所構(gòu)造的建筑物可在許多情況下超出建筑規(guī)范要求的最低限度，從而為本發(fā)明的建筑框架在傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)無法滿足規(guī)范要求的場合的應(yīng)用提供了機(jī)會(huì)。
通過實(shí)施本發(fā)明而形成的節(jié)點(diǎn)連接用于在梁與柱之間形成所謂的三維、多軸向、力矩耦合、荷載傳遞的互連以及相互作用關(guān)系。
針對發(fā)生在一特定單個(gè)柱和與之相連接的一承受力矩荷載的單個(gè)梁之間的特定荷載傳遞相互作用而言，該荷載通過關(guān)聯(lián)的單個(gè)節(jié)點(diǎn)柱環(huán)結(jié)構(gòu)、在繞柱的長軸角向間隔布置的若干支承面區(qū)域處按壓力方式接入柱內(nèi)。壓力荷載傳遞接合并非僅限于一個(gè)作用面，或僅限于一個(gè)局部的荷載傳遞。壓力力偶的形成使得柱的荷載處理能力得到了更加充分地利用。
所提出的節(jié)點(diǎn)柱環(huán)結(jié)構(gòu)包括通過例如焊接而固定于柱的外表面上的內(nèi)部部件；以及一外部柱環(huán)，由適于同樣通過焊接方式而固定于梁的相對端上的部件組成。內(nèi)部以及外部柱環(huán)部件優(yōu)選地并希望由精密鑄造和/或切削加工而成，并且還優(yōu)選在一自動(dòng)化工廠型環(huán)境，而不是在室外的施工工地，與柱和梁預(yù)先連接在一起。因此，所發(fā)明的柱環(huán)部件適于與柱和梁進(jìn)行低成本、高精度的制造安裝，然后，可再將其運(yùn)送至工地以備精確安裝。
根據(jù)對本發(fā)明所提出的柱環(huán)部件的相應(yīng)幾何形狀的理解，可以得知，這些部件在建筑框架安裝的初期以及后期最終的建筑性能方面起著重要作用。
在梁和柱之間的連接區(qū)域，以及相對于在工地上的空間內(nèi)大致準(zhǔn)確地豎立(豎直地)的相鄰各對柱而言，當(dāng)梁被放低至水平位置時(shí)，安裝在其相對端部的外部柱環(huán)部件便在重力的作用下，通過設(shè)置于其內(nèi)以及對置內(nèi)柱部件內(nèi)的特殊角形支承面幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行定位。該支承面幾何結(jié)構(gòu)有效地將一放下的梁以及相關(guān)聯(lián)的兩根柱引導(dǎo)和納入至穩(wěn)定的重力鎖定的狀態(tài)，然后，這些目前已關(guān)聯(lián)的梁與柱構(gòu)件相互之間在空間中基本準(zhǔn)確地對準(zhǔn)并定位。在重力的作用下，形成于內(nèi)部和外部柱環(huán)部件的對置支承面部位內(nèi)并與其相鄰的插入/內(nèi)接式楔子/插口結(jié)構(gòu)在建筑施工初期，不僅能使關(guān)聯(lián)的框架部件實(shí)現(xiàn)重力鎖定和定位，而且還能建立起快速、可靠的穩(wěn)定性以及對橫向荷載的阻力矩，即使在柱—梁交叉點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)位置尚未設(shè)其他的組件時(shí)亦是如此。
在框架初步組裝之后，在柱環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)宜優(yōu)選地導(dǎo)入合適的抗拉螺栓，特別是將其導(dǎo)入外部柱環(huán)結(jié)構(gòu)的部件內(nèi)，從而有效地將內(nèi)部和外部柱環(huán)結(jié)構(gòu)鎖定于適當(dāng)?shù)奈恢靡苑婪蛛x，同時(shí)將有效的拉伸負(fù)荷支承分力引入外部柱環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)。這種拉伸負(fù)荷支承起著重要的作用，以此，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)將梁的力矩載荷多方位地集中并耦合至柱內(nèi)。
位于內(nèi)部與外部柱環(huán)部件之間的對置面起著支承面的作用，以將力矩荷載(由梁傳送)直接作為壓力荷載傳遞或轉(zhuǎn)移至柱內(nèi)。特別地，這些支承面將這種壓力在多個(gè)位置處傳送至柱，該位置繞柱的長軸相隔一定角度布置(這是由于柱環(huán)的軸向環(huán)繞特性所致)。這種荷載分布基本上完全利用了柱相對于對梁的力矩荷載反應(yīng)的承載能力。
因此，根據(jù)本發(fā)明的建筑框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一個(gè)非常穩(wěn)定的且功能非常強(qiáng)的框架。其中，所有的橫向荷載通過壓力方式多軸向地由各分布節(jié)點(diǎn)傳入柱內(nèi)，并且以基本上較為平衡和均勻的分布方式由整個(gè)框架結(jié)構(gòu)承擔(dān)。這種框架結(jié)構(gòu)無需系桿或剪力墻，并且易于接納后續(xù)的外表面表層結(jié)構(gòu)與內(nèi)部地板結(jié)構(gòu)的結(jié)合(接合進(jìn)一正在施工的建筑物)。
本發(fā)明的梁與柱之間的互連節(jié)點(diǎn)至少從一組視點(diǎn)來看，可視為非連續(xù)的不固定連接一非連續(xù)的含義是指沒有不間斷的(同系的)金屬或其他材料路徑，該路徑在結(jié)構(gòu)上由梁向柱慣連，不固定的含義則是指梁和柱如果需要的話，可為任何特殊目的無破壞地加以斷開。從另一個(gè)角度來思考后一含義，本發(fā)明的梁與柱之間的連接界面包括一在荷載傳送期間不發(fā)生變形的部位。此部位存在于節(jié)點(diǎn)接觸面處梁與柱之間的間斷區(qū)。
結(jié)合附圖，并通過下面的描述將可以更加清楚地了解本發(fā)明所提供的以上以及其他各種特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。


圖1為根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)造的一建筑框架結(jié)構(gòu)的局部軸測圖，所示為在安裝的某一階段，所述框架構(gòu)造于一支承在一預(yù)制的下部基礎(chǔ)建筑結(jié)構(gòu)之上，此處所述建筑結(jié)構(gòu)是指一墩座墻結(jié)構(gòu)。
圖2為圖1中本發(fā)明建筑框架結(jié)構(gòu)內(nèi)一節(jié)點(diǎn)位置處所使用的柱環(huán)結(jié)構(gòu)的局部分解軸測圖。
圖3、4和5分別為圖2中大致沿線3-3、4-4和5-5的局部橫斷面圖。
圖6為根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)造出的并發(fā)揮作用的一對內(nèi)部和外部柱環(huán)部件的結(jié)構(gòu)及其操作關(guān)系的局部角向分解軸測圖。
圖7和8為兩個(gè)不同視圖，模仿示出了本發(fā)明的特點(diǎn)，包括一水平梁如何依靠重力下降到相鄰柱對之間的位置，用于立即形成一具有阻力矩的，在空間上適當(dāng)組成的整個(gè)建筑框架結(jié)構(gòu)。
圖9和10此處示出了根據(jù)本發(fā)明所制造的柱環(huán)部件是如何用于處理梁的力矩荷載并將其傳入柱內(nèi)的一般方式。
詳細(xì)描述和實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方式現(xiàn)在參閱附圖，并首先參見圖1，圖中總標(biāo)號20指的是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的一建筑框架結(jié)構(gòu)。此處，該結(jié)構(gòu)亦指建筑結(jié)構(gòu)，同時(shí)亦指一構(gòu)造體系。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，框架結(jié)構(gòu)20可在任何適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)支承結(jié)構(gòu)例如地面上進(jìn)行施工和增高，但是，具體在圖1中所示的安裝中，所示結(jié)構(gòu)20支承并增高于一預(yù)先構(gòu)成的基礎(chǔ)“墩座”建筑結(jié)構(gòu)22，例如一停車庫上。此處在文中示出墩座結(jié)構(gòu)22頂部的結(jié)構(gòu)20的原因之一在于指出本發(fā)明結(jié)構(gòu)的重要特征，后文還將對此進(jìn)行充分的描述。在這時(shí)應(yīng)當(dāng)注意，與圖1所示相關(guān)的是，在墩座結(jié)構(gòu)22所包括的其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件之中，有如22a處所示的行列陣列分布的柱。在文中即將描述的以上所建議的本發(fā)明結(jié)構(gòu)的特征和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)指出的是，水平分布的柱22a的行和列位置與下面將更加充分論述的框架結(jié)構(gòu)20內(nèi)的柱是不同的。
因此，包含并設(shè)置于框架結(jié)構(gòu)20內(nèi)的被稱為行列陣列的是若干如24、26、28處所示的豎直的長形柱。柱24、26、28的長軸分別示為24a、26a、28a。在框架結(jié)構(gòu)20內(nèi)的某一高程處，通過柱環(huán)結(jié)構(gòu)或多個(gè)柱環(huán)(亦稱為柱環(huán)形互連結(jié)構(gòu))30、32、34相應(yīng)連接至柱24、26、28上的分別為長形的水平梁36、38、40、42、44、46、48。對于(以及相對于)用于框架結(jié)構(gòu)20內(nèi)的其他所有柱環(huán)而言，柱環(huán)30、32、34在結(jié)構(gòu)上確實(shí)基本相似。柱環(huán)30使得梁36、38適宜連接于柱24上；柱環(huán)32使得梁38、40、42連接于柱26上；柱環(huán)34則使得梁42、44、46、48連接于柱28上。
從而應(yīng)當(dāng)理解，目前所描述的本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提出了一體系，用于在單一連接節(jié)點(diǎn)處將一柱與至多總共四根梁連接。此處，隨著對發(fā)明描述的展開，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，可以非常容易地對本發(fā)明提出改進(jìn)方案，并加以應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)在一特定的“連接節(jié)點(diǎn)”處適應(yīng)更多數(shù)目的連接。
此處所提出的本發(fā)明的具體實(shí)施方式
和方法是相對于一個(gè)建筑框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖示和描述的，其中所述由鋼形成的柱實(shí)質(zhì)上為空心，通常為一方形斷面，具有四個(gè)正交連接的朝外的正對側(cè)面或表面。同樣，此處本發(fā)明結(jié)合使用傳統(tǒng)的工字梁結(jié)構(gòu)梁進(jìn)行描述。
這些柱和梁橫斷面形狀的選擇應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是舉例說明，而非限制本發(fā)明的有效范圍、所提供的優(yōu)點(diǎn)和特征。亦即，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法適應(yīng)寬泛范圍內(nèi)的梁和柱形狀以及材料。
現(xiàn)在繼續(xù)描述圖1，應(yīng)注意到框架結(jié)構(gòu)20中柱的行和列陣列的形式為，關(guān)聯(lián)柱的長軸并非一一對應(yīng)地與前述墩座結(jié)構(gòu)22中柱的長軸對齊。還應(yīng)當(dāng)注意的是，結(jié)構(gòu)20中柱的底部可以任意的適當(dāng)方式在靠近墩座結(jié)構(gòu)上部的位置處進(jìn)行固定，具體情況在這里既沒有明確示出也未進(jìn)行論述，因?yàn)檫@些固定連接件不屬于本發(fā)明的組成部分。
現(xiàn)在把注意力轉(zhuǎn)向圖1-6，包括本發(fā)明的柱和梁之間的互連或接觸面區(qū)域，下面針對柱28與梁42、44、46、48的相鄰端部連接的區(qū)域進(jìn)行具體論述。該連接區(qū)域，即一節(jié)點(diǎn)區(qū)域(或節(jié)點(diǎn))，為一使用前述柱環(huán)34的區(qū)域。應(yīng)當(dāng)理解，現(xiàn)在按照柱環(huán)本身所進(jìn)行的描述實(shí)質(zhì)上是對其他所有應(yīng)用于框架結(jié)構(gòu)20中的所有其他柱環(huán)的詳細(xì)說明。針對此描述，柱28中包括四個(gè)正交相連的面朝外的平面28b、28c、28d、28e。
此處還應(yīng)注意的一點(diǎn)是，在圖2中，46a處所示的虛線表示一可選用的常規(guī)梁“保險(xiǎn)絲”，如果需要的話，可用于結(jié)構(gòu)20的梁中。作為一塑性變形保護(hù)裝置，這種保險(xiǎn)絲的功能很容易理解。典型的保險(xiǎn)絲46a僅在圖2中出現(xiàn)。
柱環(huán)34包括一內(nèi)部柱環(huán)結(jié)構(gòu)(或柱連接構(gòu)件)50，以及一外部柱環(huán)結(jié)構(gòu)52。此處，這些內(nèi)部和外部柱環(huán)結(jié)構(gòu)也被稱為利用重力的支承面結(jié)構(gòu)或子結(jié)構(gòu)。內(nèi)部柱環(huán)結(jié)構(gòu)由四個(gè)部件組成，示為54、56、58、60。外部柱環(huán)結(jié)構(gòu)由四個(gè)部件(或梁端連接構(gòu)件)62、64、66、68組成。上述各內(nèi)部和外部柱環(huán)部件優(yōu)選地在工地之外通過精密鑄造和/或切削加工而成，其中上述各部件同樣在工地外的某一地點(diǎn)處，優(yōu)選地適于預(yù)先裝配有一柱或一梁。內(nèi)部柱環(huán)部件54、56、58、60分別被適當(dāng)?shù)睾附又林?8中的表面28b、28c、28d、28e。外部柱環(huán)部件62、64、66、68分別被適當(dāng)?shù)睾附又寥鐖D2-6中所示靠近柱28的梁42、44、46、48的端部。這種預(yù)先裝配有柱和梁的精密制造將產(chǎn)生被認(rèn)為是框架20內(nèi)的柱和梁之間具有一精確度極高的互連系統(tǒng)。
上文剛剛描述過的組成內(nèi)部柱環(huán)結(jié)構(gòu)50的四個(gè)部件(54、56、58、60)中的每一個(gè)均基本上與其他的上述部件相同，因此，下文僅對部件58進(jìn)行詳細(xì)描述。部件58包括一略微類似于平面的平板狀主體56a，具有一與柱面28d齊平的內(nèi)部平面58b。平板體56a還包括一平面外表面58c，該表面位于由柱28的長軸28a向下傾斜并略微朝外遠(yuǎn)離長軸的一平面內(nèi)(具體參見圖3和5)。表面58c此處為一支承面。
如圖所示，如同島狀由表面58c向外伸出的是一向上漸細(xì)的楔形楔子58d，該楔子大致上厚度不變地由略微高于部件58的縱向中線處延伸至其底部。楔子58d向側(cè)和向上的邊緣為下斜面，其理由很快即會(huì)清楚。該下斜面在圖3、4和6中看得最為清楚。此處，楔子58d也可為楔子結(jié)構(gòu)以及重力有效的第一性結(jié)構(gòu)。
在建筑結(jié)構(gòu)20中，內(nèi)部柱環(huán)部件58以下文將要描述的互補(bǔ)方式與外部柱環(huán)結(jié)構(gòu)52中的外部柱環(huán)部件66相連。類似平面體的部件66具有一焊接至梁46上以及在結(jié)構(gòu)20內(nèi)縱向布置的外表面66a。部件66還具有一寬的內(nèi)表面66b，該表面所在的平面基本上與上述內(nèi)部柱環(huán)部件58內(nèi)的部件表面58c的平面相平行。表面66b此處同樣也是一支承面。
在部件66的主體內(nèi)恰當(dāng)形成、并由表面66b伸入該主體內(nèi)的是一傾斜的楔形插口66c，其大小適于可緊貼并互補(bǔ)地容納前述楔子58d。楔子58d及插口66c此處統(tǒng)稱為重力配合楔子及插口結(jié)構(gòu)。插口66c的三個(gè)外側(cè)壁被加工成適當(dāng)?shù)慕嵌纫耘c楔子58d中的三個(gè)下斜面(嚴(yán)密地)接合。此處，插口66c也是作為重力有效的第二性結(jié)構(gòu)。
下面參見部件58、66，以及對其相應(yīng)結(jié)構(gòu)的完整描述，形成于部件66兩個(gè)側(cè)面的是四個(gè)如66d、66e、66f、66g處所示的鉆孔，即螺栓安裝鉆孔。形成于部件主體58a側(cè)面邊緣上的是三個(gè)如58e、58f、58g處所示的相關(guān)切口。當(dāng)部件58、66彼此之間如圖1-5所示嚴(yán)格定位時(shí)，切口58e、58f、58g分別與鉆孔66e、66f、66g對齊。圖4、5和6中適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)劃線和十字標(biāo)記表示這些鉆孔(以及其他非構(gòu)件)的中心軸，并表示這些軸(它們中的某些)與所述和所示切口對齊的方式。此處，切口也稱為螺栓間隙通道。
現(xiàn)在回到一“較宏觀”角度來考慮柱環(huán)34處所建立的節(jié)點(diǎn)連接，可以看出，此處四根梁通過柱環(huán)的內(nèi)部和外部柱環(huán)結(jié)構(gòu)部件與柱28相連，兩種部件組成整個(gè)柱環(huán)34。特別應(yīng)當(dāng)注意到，也是沿其長軸所示28a，柱環(huán)34實(shí)質(zhì)上圍繞或環(huán)繞在柱28的外側(cè)。外部柱環(huán)結(jié)構(gòu)52不固定并且非連續(xù)地(如前所述)安裝于內(nèi)部柱環(huán)結(jié)構(gòu)50上。
下面對圖1-6作詳細(xì)說明，適當(dāng)?shù)目估菟ㄒ约奥菽附M用于將組成外部柱環(huán)結(jié)構(gòu)的部件鎖定在一起。對于通過柱環(huán)34所建立的連接而言，四組四個(gè)螺母和螺栓組件將外部柱環(huán)結(jié)構(gòu)部件62、64、66、68的側(cè)面連接起來，所述部件如圖所示成一定角度穿過所產(chǎn)生的外部柱環(huán)結(jié)構(gòu)的角部。四個(gè)這類組件在圖2中總體示為70、72、74、76。如圖4所示，組件74包括一具有一長形柄74b的螺栓74a，該長形柄延伸于由切口58f及存在于相鄰部件56內(nèi)的對應(yīng)切口所形成的螺栓間隙通道中。
所述螺母及螺栓組件有效地將外部柱環(huán)結(jié)構(gòu)鎖定于內(nèi)部柱環(huán)結(jié)構(gòu)的周圍，并阻止外部柱環(huán)結(jié)構(gòu)相對于內(nèi)部柱環(huán)結(jié)構(gòu)作豎向移動(dòng)。相對于通過柱環(huán)結(jié)構(gòu)34連接至柱28上的梁所承受的力矩荷載，螺母及螺栓組件還在相鄰?fù)獠恐h(huán)部件之間起到拉力傳遞元件的作用。螺母及螺栓組件確保各梁中的力矩荷載由柱環(huán)34以環(huán)繞的方式傳送至柱28。
下面參見圖7-10，這四幅圖(其中使用不同的附圖標(biāo)記)有助于示出由本發(fā)明提供的某些安裝和操作特征及優(yōu)點(diǎn)。圖7和8示出在建筑框架安裝初期，當(dāng)將梁降低到位以通過柱環(huán)連接至柱時(shí)所發(fā)生的穩(wěn)固、定位及對齊作業(yè)。圖9和10總體上示出了本發(fā)明的裝置用于處理已形成力矩荷載的方式，尤其是這些荷載如何通過支承面擠壓而被傳遞至一柱的長軸及其周圍的方式。顯然，圖9和10中所示的某些力矩處理功能也在圖7和8中所示的情況發(fā)生過程中出現(xiàn)。
下面論述圖7所示的方案，此處用實(shí)線(移動(dòng)位置)示出了兩個(gè)直立柱100、102和一尚未到位的大致水平的梁104的局部圖。在一期望的高程處，柱100適當(dāng)?shù)嘏鋫溆幸粌?nèi)部柱環(huán)結(jié)構(gòu)106，而柱102則配置一類似的內(nèi)部柱環(huán)結(jié)構(gòu)108。為了解釋清楚，圖7中所示兩個(gè)特殊部段中，只有內(nèi)部柱環(huán)結(jié)構(gòu)106，108是相關(guān)的。柱環(huán)106中包括一傾斜支承面106a以及一相關(guān)的楔子106b，而在柱環(huán)108中則包括一傾斜支承面108a以及一突出的楔子108b。
如上所述，焊接至梁104相對端上的是兩個(gè)外部柱環(huán)結(jié)構(gòu)部件110、112。由于焊接至柱100、102上的所述內(nèi)部柱環(huán)結(jié)構(gòu)部件與部件110、112一樣，故需特別指出和描述的僅為兩個(gè)相關(guān)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，包括部件110中的一傾斜支承面110a和一插口110b，以及部件112中的一傾斜支承面112a和一插口112b。
實(shí)線所示的柱100、102在圖7所示的平面內(nèi)彼此斜向分離，且具體為，其各自的長軸100a、102a相對于豎向分別具有一向外的位移角α1、α2。這些向外的位移角是相對于圖7的豎向中心線形成的。還應(yīng)注意的是，此處為了說明和示意，柱100、102中所示的未對準(zhǔn)豎向角被夸大。
一般而言，尚未根據(jù)本發(fā)明而連接的柱經(jīng)常(或總是)偏離真正的豎直狀態(tài)時(shí)，該非豎直狀態(tài)(作為一種實(shí)際情況)通常會(huì)足夠輕微，從而可通過將一梁下放到位用于連接，例如將梁110放下用于(通過柱環(huán)部件106、108、110、112)與柱100、102連接，對置支承面以及存在于梁相對端的楔子和插口結(jié)構(gòu)之間的距離近得足以使得無需再另行費(fèi)力使部件接合。
如箭頭113所示放下梁104，并且假設(shè)圖7中夸大的角度未對準(zhǔn)狀態(tài)并非那么嚴(yán)重，部件106、110開始相互接觸，部件108、112亦是如此。更為具體地，隨著梁不斷放低，各相對(并且目前正在接合)楔子和插口開始互補(bǔ)嵌套。楔子側(cè)表面的下邊緣同聚集插口內(nèi)相配的互補(bǔ)側(cè)表面一起，將兩個(gè)柱朝向彼此拉攏。特別地，所述兩個(gè)柱斜角朝向彼此移動(dòng)(參見箭頭115、117)至恰當(dāng)?shù)南鄬﹂g距、定位以及相對的角度位置，而梁110則停止于一準(zhǔn)確的水平位置。當(dāng)然，梁104這種準(zhǔn)確的水平狀態(tài)取決于柱具有準(zhǔn)確的相對縱排列。將梁放低，并且將柱推入剛剛提及的位置，結(jié)果，借助于重力使梁有效地“鎖定”于柱之間的一種狀態(tài)中，其中楔子以及安裝插口完全密切接合，并且具有互相接觸的主要對置支承面106a、110a以及108a、112a。
從而，可以清楚的是，將梁放低到位的動(dòng)作使得重力在一對柱和一根梁之間有效地形成一種穩(wěn)定且定位鎖定的關(guān)系。除此之外，該動(dòng)作還形成了下面一種情形，其中彼此相對靠近梁的相對端，以及位于相關(guān)的內(nèi)部和外部柱環(huán)結(jié)構(gòu)部件之間的支承面，立即自我定位(受重力作用所致)，以便立刻在此后以及整個(gè)建筑框架結(jié)構(gòu)的制造過程中應(yīng)付一定的力矩荷載，該力矩荷載可由梁承受。
顯然，圖7已說明兩根柱有效地遠(yuǎn)離對方向外傾斜所在的一單一平面內(nèi)的一種特定狀況，該柱可能相對于豎向成許多不同相對角而布置。例如，它們可能事實(shí)上如圖7所示向相同的方向傾斜，或者可能彼此相向傾斜。此外，它們可能以所有各種不同的情況傾斜，并且傾斜至圖7平面內(nèi)和/或從中傾斜出來。
圖8示出了柱的這種更為普遍且可能的非豎直狀態(tài)。它按某種三維方式進(jìn)行操作。此處，圖示單根長線代表一列柱(縱線)以及一層梁(斜線)，該梁通過以卵形表示的圍繞于梁與柱交叉點(diǎn)區(qū)域的柱環(huán)與柱互連。存在于表示梁的線的某些區(qū)域的黑色卵形點(diǎn)，沿著單線黑箭頭，其中黑色點(diǎn)表示相鄰柱上部區(qū)域先前的非豎直狀態(tài)、角度位置，而箭頭表示不同梁降低至柱之間的位置內(nèi)的各種校正方向。圖8中黑點(diǎn)和黑箭頭的布置清楚示出了可以說是一層梁被調(diào)整(由重力)到一框架結(jié)構(gòu)中一特定高程處的位置之前的一種非常典型的狀況，其中，柱可能具有非豎直狀態(tài)的各種情況和角度。
仍然參見圖8，該圖最左端出現(xiàn)的黑點(diǎn)和黑箭頭，沿著稍微位于圖8的下面及其左側(cè)的右面，一空心的小卵形點(diǎn)以及一空心的粗短箭頭總體上示出了由上面的圖7所示出的情況。
參照圖9和10，首先參照圖9，此處示出柱120具有一通過柱環(huán)122與四根梁相接合的長軸120a，所述四根梁中僅三根在圖9中示出，示為124、126、128。然后再參見示出相同的梁和柱布置的圖10，其中可看到第四根梁130。
在圖9中示出的梁124、128承載有力矩，分別由箭頭132、134示出。集中看這些力矩中的一個(gè)，具體而言是力矩132，該力矩通過柱環(huán)122的內(nèi)部和外部部件由支承面壓力接合，如箭頭136所示。從而，通過壓力，由梁124承受的至少部分力矩荷載便由柱環(huán)122被傳送至柱120。繼而，由于本發(fā)明的柱環(huán)122的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，以及由于柱環(huán)122中所存在的傳送壓力的螺母及螺栓組件，柱環(huán)122內(nèi)的外部柱環(huán)結(jié)構(gòu)同樣通過圖9中柱環(huán)122右側(cè)的支承面?zhèn)魉蛪毫ΑD9中的箭頭138示出了這種壓力傳送。
從而，力矩132便通過支承面壓力被傳送至角向隔開的位置處，即該位置繞柱120的長軸120a周圍(以相對于長軸的不同傾斜位置)進(jìn)行分布。因此，柱120的主要負(fù)載處理能力立即被調(diào)用以應(yīng)付力矩132。
如圖9所示方向的力矩134形成下面一種類似的反應(yīng)，即通過支承面由壓力傳送，該支承面繞柱120的軸線分布于按角向分隔的位置處。
從而可以看出，由于本發(fā)明梁、柱和柱環(huán)結(jié)構(gòu)之間的節(jié)點(diǎn)互連關(guān)系的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，力矩荷載基本上為柱提供了滿負(fù)荷處理手段。并且由于本發(fā)明所構(gòu)造的整個(gè)框架結(jié)構(gòu)是由一柱環(huán)形節(jié)點(diǎn)互連網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造組成并按文中所述進(jìn)行操作的，所以基本上各個(gè)傳入該建筑框架結(jié)構(gòu)中的橫向荷載均完全分布于整個(gè)結(jié)構(gòu)中，并且全部由所有包含及相關(guān)的柱相當(dāng)均勻地進(jìn)行處置。
圖10示出了橫向荷載可能在梁內(nèi)產(chǎn)生，以便在梁內(nèi)的一特定平面內(nèi)形成水平力矩荷載的方式，所述力矩荷載如箭頭140、142、144、146所示。如果這種力矩荷載出現(xiàn)，它們中的每一個(gè)作為支承面壓力通過柱環(huán)結(jié)構(gòu)有效地傳給若干角向分布的柱，例如柱120的側(cè)面。力矩荷載140、142、144、146的這種多方位傳遞由箭頭148、150、152、154表示。
由于在僅為概括描述的方式中，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)起到處置梁內(nèi)的力矩荷載的作用，所以根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)造的一框架可按圖1所示加以使用，即在一墩座結(jié)構(gòu)的頂部，上部結(jié)構(gòu)中柱未與墩座結(jié)構(gòu)中的柱軸向?qū)R。該優(yōu)點(diǎn)的重要原因在于，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)按如下方式分布荷載，從而行列陣列柱中的所有柱通過根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的柱環(huán)形節(jié)點(diǎn)相對均等地平分傳遞至上部結(jié)構(gòu)框架的支承橫向荷載。特別是，所有的柱按如下方式平分荷載，即它們可無需與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)柱對齊便可加以使用，該結(jié)構(gòu)柱的尺寸至少與某些上部結(jié)構(gòu)的建筑尺寸相等，而該建筑尺寸大于任何當(dāng)前適用的建筑規(guī)范的常規(guī)允許值。
上文已提及的本發(fā)明的另一重要特征是，柱環(huán)結(jié)構(gòu)的部件便于在工廠類環(huán)境中精確制造，甚至是在自動(dòng)控制的條件下，均可使一建筑框架可以極其簡單和精確的作業(yè)而加以施工。不僅如此，所提出的將梁與柱互連在一起的內(nèi)部和外部柱環(huán)部件的特定構(gòu)造使得框架在安裝期間，僅在重力作用下即可被鎖定于一穩(wěn)定和力矩荷載傳送能力相當(dāng)大的狀態(tài)，即使是在引入承拉螺栓組件，以將外部柱環(huán)結(jié)構(gòu)相對于其各種內(nèi)部部件鎖定于穩(wěn)定狀態(tài)、并且阻止內(nèi)部和外部柱環(huán)部件分離之前的情況下亦是如此。
本發(fā)明的另一顯著優(yōu)點(diǎn)在于，由其所提出的部件施工極為簡單，制造成本可較為經(jīng)濟(jì)。
根據(jù)本發(fā)明，具有前文上述不固定和非連續(xù)特性的互連節(jié)點(diǎn)的存在使得框架結(jié)構(gòu)在若干強(qiáng)烈橫向荷載作用發(fā)生之后，基本“重新安置”回其預(yù)加負(fù)荷的狀態(tài)。
因此，雖然文中已經(jīng)圖示并描述了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例及其實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明精神的前提下，可進(jìn)行各種變化及改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種抗力矩柱/梁構(gòu)造體系，包括一長形柱；一長形梁；以及柱環(huán)結(jié)構(gòu)，所述柱環(huán)結(jié)構(gòu)將所述梁的一端與所述柱連接，從而力矩荷載通過若干對置的支承面在梁與柱之間通過壓力進(jìn)行傳遞，所述支承面圍繞所述柱的長軸成角向分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)造體系，其中，所述柱環(huán)結(jié)構(gòu)包括一與所述柱相連的柱連接(CA)構(gòu)件，以及一與所述梁相連的梁端連接構(gòu)件(BA)，并且所述梁端連接構(gòu)件基本在重力的作用下不固定地安裝于所述CA構(gòu)件上。
3.一種用于建筑物中的自穩(wěn)定、抗力矩、柱環(huán)形、長形柱/長形梁互連結(jié)構(gòu)，包括一具有若干互連支承面的柱環(huán)形柱連接(CA)構(gòu)件；以及一具有若干互連支承面的柱環(huán)形梁端連接(BA)構(gòu)件；所述CA及BA構(gòu)件為下坐式互連結(jié)構(gòu)，從而其各自的支承面可在重力作用下自動(dòng)尋找定位并且處于彼此對置、支承面相對的狀態(tài)中，因此無需任何其他互連結(jié)構(gòu)即可在所述兩個(gè)部件之間獲得標(biāo)準(zhǔn)的三維定位及抗力矩穩(wěn)定性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的互連結(jié)構(gòu)，其中，所述CA及BA構(gòu)件包括互補(bǔ)的成對楔子與插口結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的互連結(jié)構(gòu)，其中，所述BA構(gòu)件包括若干螺栓互連部件，而所述CA構(gòu)件則包括螺栓間隙通道，所述CA及BA構(gòu)件通過所述通道互相定位，并且通過具有螺栓桿的螺栓與所述BA副構(gòu)件互連，所述螺栓中的螺栓桿在所述間隙通道內(nèi)延伸以阻止所述兩個(gè)構(gòu)件移位。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的互連結(jié)構(gòu)，其中，通過所述CA與BA構(gòu)件互相定位，各所述支承面位于一向下傾斜并離開所述柱的長軸的平面內(nèi)。
7.一種可置于一外部支承結(jié)構(gòu)上的建筑結(jié)構(gòu)，包括若干如平面圖所示，按行列陣列分布的立柱，在所述陣列中，柱起到荷載傳送元件的作用，用于將所有荷載由所述建筑結(jié)構(gòu)傳送至所述外部支承結(jié)構(gòu)上；若干總體上為水平的梁，各梁延伸于不同的所述各成對柱之間；以及多軸向、立體、抗力矩、柱環(huán)形互連結(jié)構(gòu)，有效地將所述柱和梁按如下方式在它們之間的鄰接位置處進(jìn)行互連，所述方式為，所有傳入所述建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)的荷載實(shí)質(zhì)上由所有柱和梁承擔(dān)；特別地，所述方式可為，上述荷載被傳送至所有的荷載傳遞柱并有效地被其分擔(dān)。
8.抗力矩、空間定位以及穩(wěn)定互連結(jié)構(gòu)，用于在一建筑物施工的初期，將一大致為水平的長形梁的端部與一大致為直立的長形柱互連，所述互連結(jié)構(gòu)在實(shí)施狀態(tài)下包括一第一內(nèi)部互連柱環(huán)結(jié)構(gòu)，環(huán)繞所述柱的長軸固定于上述柱上，并且具有利用重力的第一支承面子結(jié)構(gòu)；以及第二外部互連柱環(huán)結(jié)構(gòu)，固定于上述梁端部的相鄰位置處，并具有利用重力的第二支承面子結(jié)構(gòu)；所述第二支承面子結(jié)構(gòu)在重力作用下，在建筑施工初期可適配地固定于所述第一支承面子結(jié)構(gòu)上，以在所述相關(guān)聯(lián)的柱與梁之間建立起一種重力鎖定以及穩(wěn)定的抗力矩連接關(guān)系，所述連接關(guān)系有助于獨(dú)立地形成所述建筑物中所述柱和梁的正確空間布置。
9.一種梁/柱、力矩荷載處置方法，包括準(zhǔn)備一長形柱，在其長度方向上的一特定位置處具有若干壓力承受支承面，所述支承面繞所述柱的長軸角向間隔地分布于若干不同的位置處；在與所述柱的選定位置相鄰之處，通過若干壓力傳遞支承面接合一長形梁的一端部，所述支承面彼此隔開并支承于不同的所述第一支承面上；對于由所述梁承受的力矩荷載，通過在若干所述壓力承受與所述壓力傳遞支承面之間同時(shí)產(chǎn)生的壓力將所述荷載傳送至所述柱上。
10.抗力矩互連結(jié)構(gòu)，用于在一長形柱與一長形梁之間建立一種立體、多軸向、力矩耦合、荷載傳遞互連關(guān)系和交互作用，所述互連結(jié)構(gòu)包括圍繞所述柱的長軸、可選擇性地固定于所述柱上的內(nèi)部柱環(huán)結(jié)構(gòu)；以及選擇性地可與所述梁的一端部相連的外部柱環(huán)結(jié)構(gòu)，并且構(gòu)造成以非連續(xù)、環(huán)繞、支承面的形式與所述內(nèi)部柱環(huán)結(jié)構(gòu)相接合，用于在所述相關(guān)聯(lián)的梁與柱之間以壓力方式傳送力矩荷載。
11.一種用于一長形柱與一長形梁之間的抗力矩、支承面形式的荷載傳送互連結(jié)構(gòu)，所述互連結(jié)構(gòu)在實(shí)施狀態(tài)下包括一第一支承面結(jié)構(gòu)，連接于所述一柱上，以形成一通常包圍所述柱的長軸的內(nèi)部柱環(huán)結(jié)構(gòu)，所述第一支承面結(jié)構(gòu)具有若干支承面，各支承面相對于所述柱的長軸向外，并且角向間隔布置于不同位置處；第二支承面結(jié)構(gòu)，連接于所述一梁的一端部上，以同樣形成一通常圍繞所述柱的長軸布置的一外部柱環(huán)結(jié)構(gòu)，并且布置為一圍繞所述內(nèi)部柱環(huán)結(jié)構(gòu)的護(hù)套形式，所述第二支承面結(jié)構(gòu)具有若干支承面，各支承面反向面對所述第一支承面結(jié)構(gòu)內(nèi)的至少一個(gè)所述支承面；以及連接件結(jié)構(gòu)，有效地將所述第一和第二支承面結(jié)構(gòu)相連接，從而所述第一和第二支承面結(jié)構(gòu)內(nèi)的相對支承面彼此對置，以利用這種源自所述梁內(nèi)承受的力矩荷載的荷載傳遞，來引起所述支承面之間、從而引起所述柱和梁之間的壓力荷載傳送。
12.重力鎖定、自定位和自穩(wěn)定力矩框架建筑結(jié)構(gòu)，包括若干長形柱，沿其各自的長度方向在一處或多處各配有軸向環(huán)繞的內(nèi)部柱環(huán)結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)部柱環(huán)結(jié)構(gòu)具有第一性的重力作用楔子結(jié)構(gòu)；若干長形梁，各長形梁在鄰接的相對端處與外部柱環(huán)結(jié)構(gòu)相連，所述外部柱環(huán)結(jié)構(gòu)具有第二性的重力作用楔子結(jié)構(gòu)，所述楔子結(jié)構(gòu)在重力作用下，可與所述第一性的楔子結(jié)構(gòu)互補(bǔ)配合；所述第一和第二性楔子結(jié)構(gòu)的重力配合在它們之間，并且從而在所述相關(guān)聯(lián)的柱與梁之間形成一種在所述柱與梁之間的重力鎖定、穩(wěn)定、相對準(zhǔn)確定位、抗力矩的互連關(guān)系。
13.一種抗力矩柱/梁結(jié)構(gòu)體系，包括一柱；一梁；以及有效地置于其間的互連結(jié)構(gòu)，將所述梁的一端與所述柱相連，從而由所述梁產(chǎn)生的力矩荷載基本上僅通過所述互連結(jié)構(gòu)、并且同時(shí)在若干繞所述柱的所述長軸角向分布的區(qū)域傳送至所述柱。
14.一種多軸向、二維、抗力矩建筑結(jié)構(gòu)，包括若干柱；若干梁；以及若干互連柱環(huán)，所述柱環(huán)在節(jié)點(diǎn)處使相鄰的柱和梁互連，從而傳入所述結(jié)構(gòu)的所有荷載由所述整個(gè)結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行分布和承載。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的建筑結(jié)構(gòu)，其中，所述柱環(huán)的設(shè)置使得梁內(nèi)的力矩荷載通過所述柱環(huán)以支承面壓力的方式分布至所述柱上。
全文摘要
柱－梁式建筑框架結(jié)構(gòu)(20)，其中柱(24、26)與梁(36、38)通過柱環(huán)(30、32、34)相互連接以分散和分擔(dān)所有的橫向載荷，所述柱環(huán)在柱(24、26)和梁(36、38)之間的連接節(jié)點(diǎn)(66)處環(huán)繞著柱。各柱環(huán)包括內(nèi)部部件(106)和外部部件(108)，所述部件在框架施工期間裝配并由重力咬合在一起，并且還為橫向載荷提供一定的瞬時(shí)阻力矩。拉力螺栓(74)及螺母組件將內(nèi)、外柱環(huán)部件鎖定在一起，并且當(dāng)上述組件安裝到位，柱環(huán)(圍繞在梁周圍)可將梁力矩荷載作為多位置角向分布的壓力荷載傳遞至柱的不同側(cè)面區(qū)域。
文檔編號E04B1/24GK1558981SQ01823730
公開日2004年12月29日 申請日期2001年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月30日
發(fā)明者羅伯特·J·西蒙斯, 沃里德·M·希海姆·那嘉, 康斯坦丁·J·舒海芭, M 希海姆 那嘉, 丁 J 舒海芭, 羅伯特 J 西蒙斯 申請人:羅伯特·J·西蒙斯, 沃里德·M·希海姆·那嘉, 康斯坦丁·J·舒海芭, 羅伯特 J 西蒙斯