專利名稱：抗力矩鋼框架梁柱結(jié)合的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，更具體來說，涉及新穎的抗力矩鋼框架(SMRF)結(jié)合和連接結(jié)構(gòu)鋼立柱和水平梁的拼合接頭。以及更具體來說，涉及在原始或翻新的單層或多層建筑結(jié)構(gòu)中使用的上述結(jié)合和拼合接頭。
現(xiàn)有技術(shù)中有許多用于抗力矩結(jié)合結(jié)構(gòu)和其它有關(guān)的結(jié)構(gòu)鋼接頭的技術(shù)方案。這些技術(shù)方案集中在據(jù)稱可減小建筑成本和簡(jiǎn)化安裝方法的結(jié)合，或集中在改善已有接頭中的獨(dú)立荷載傳遞機(jī)構(gòu)的地震能吸收能力，同時(shí)忽略其它要求完成抗力矩鋼框架(SMRF)系統(tǒng)的臨界荷載傳遞機(jī)構(gòu)。十分重要的是，鑒于近年主要地震活動(dòng)中獲得的嚴(yán)重教訓(xùn)，現(xiàn)有技術(shù)的抗力矩鋼框架(SMRF)結(jié)合并不適用于地震活動(dòng)區(qū)域，實(shí)例可參閱美國專利第3,952,472號(hào)，第4,094,111號(hào)和第4,993,095號(hào)。
在最近報(bào)告的地震損壞之前，在大多數(shù)鋼框架建筑中使用的SMRF梁柱結(jié)合是由將水平梁的兩個(gè)梁凸緣連接于立柱凸緣的全穿透單斜槽焊接構(gòu)成的，以便抵抗剛性接頭/力矩框架作用中的地震側(cè)向力。重力是由抗剪切板抵抗的，抗剪切板是在車間焊接在立柱凸緣上的，并在現(xiàn)場(chǎng)用高強(qiáng)度螺栓單剪連接在梁腹上。
在地震區(qū)域中的SMRF系統(tǒng)中由建筑工程界所采用的設(shè)計(jì)方案假定系統(tǒng)韌性的有效水平是可發(fā)展的。如果防止了早期脆性破壞，這種韌性是可能在韌性鋼推架中得到的。在最近的嚴(yán)重地震活動(dòng)之后進(jìn)行的對(duì)于SMRF結(jié)合的試驗(yàn)表明，梁柱接頭的性能取決于沿荷載路徑在較脆的荷載傳遞機(jī)構(gòu)上的應(yīng)變率。
最近觀察到的地震對(duì)SMRF結(jié)合的損壞主要包括在梁凸緣和柱凸緣之間的全穿透單斜槽焊接的部分或全部破壞，這種破壞在焊接本身或沿柱凸緣的熱影響區(qū)發(fā)生，從柱凸緣表面拉掉一層柱的母體鋼材。裂縫的引發(fā)通常在槽焊接形狀的窄根部，由于其精細(xì)的幾何形狀，其固有地受到現(xiàn)場(chǎng)焊接過程中夾渣的影響。在地震的沖擊荷載過程中這些夾渣使應(yīng)力集中，引發(fā)裂縫。應(yīng)力集中也由于在實(shí)施焊接前使用襯棒跨接根部間隙而形成。襯盒通常定位焊在每根梁下并不去除。另外，梁凸緣與柱凸緣的破壞導(dǎo)致將梁腹連接于剪切板的高強(qiáng)度螺栓的剪切斷裂，上述剪切板裝在柱凸緣以上以支承重力荷載。
在其它的例子中，裂縫也開始于槽焊的根部，但是進(jìn)入柱凸緣并凸緣的整個(gè)厚度和寬度擴(kuò)散并進(jìn)入柱腹。這種特別的裂縫模式在大型柱的部分(輾壓及組合部分)表現(xiàn)尤為顯著。
在破壞了建筑中上述SMRF結(jié)合破壞的后果有三點(diǎn)(1)結(jié)合的抵抗地震側(cè)向荷載的整體性已受損，在延續(xù)的強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)或后震過程中可能導(dǎo)致重力支承損失和建筑的局部崩潰；(2)建筑物主人和商業(yè)財(cái)產(chǎn)保險(xiǎn)商已經(jīng)喪失對(duì)鋼建筑物抗震性能的信心，(3)建筑官員國際會(huì)議已發(fā)布緊急法規(guī)變更，由于抗力矩鋼框架梁柱結(jié)合在最近的地震和其后在Texas-Austin大學(xué)進(jìn)行的試驗(yàn)中的不良性能，因而刪除了預(yù)先具有資格的SMRF結(jié)合。
根據(jù)上述建筑業(yè)的危機(jī)，從業(yè)的建筑工程師以及大學(xué)中的研究人員、冶金和焊接工程師鋼材和焊接電極制造商及煉鋼和安裝商分別地或共同地致力于改進(jìn)和/或修正傳統(tǒng)的SMRF結(jié)合結(jié)構(gòu)。這種對(duì)傳統(tǒng)的SMRF結(jié)合的改進(jìn)和/或修正不幸仍基本依賴于大型高度約束的全穿透單斜槽焊接(在難于控制的條件下進(jìn)行，可很大地影響焊接韌性)或在地震沖擊力影響下在厚度方向即與焊接縱向成90°或垂直于鋼材軋制晶粒形狀)上的結(jié)構(gòu)鋼立柱形狀的后屈服應(yīng)變。如最近觀察和報(bào)告的廣泛損壞和其后的試驗(yàn)可明確顯示的那樣，這些接頭結(jié)構(gòu)特征并未提供地震能的耗散的可靠機(jī)制，并且可能導(dǎo)致脆斷。脆斷違反統(tǒng)一建筑法典中規(guī)定的SMRF設(shè)計(jì)原理。因此需要一種可消除上述負(fù)面特征的新穎SMRF梁柱結(jié)合，這正是本發(fā)明的主題。
因此，本發(fā)明克服了上述問題和難點(diǎn)，本發(fā)明涉及新穎的SMRF結(jié)合結(jié)構(gòu)，對(duì)新建筑結(jié)構(gòu)，它使用全部的車間填角焊和全部的現(xiàn)場(chǎng)螺栓拼裝。這種的SMRF結(jié)合是柱樹組件(column tree assembly)的一部分，它由主干組件接合副枝組件構(gòu)成。主干組件包括一個(gè)軋制柱的寬凸緣部分或一個(gè)組合部分，它在梁柱接頭部位裝配有兩對(duì)水平腹板加勁板(即，在每個(gè)梁凸緣的部位處有一對(duì))，并且沿每個(gè)梁凸緣端部的外角邊緣固定在兩個(gè)垂向平行的聯(lián)接板上，從而形成在平行聯(lián)接板之間的水平間隙，其寬度等于柱的凸緣寬度。柱的腹板加勁板和平行的聯(lián)接板都是在車間填角焊接在柱上的。主干組件包括在柱的一端上的基礎(chǔ)錨固結(jié)構(gòu)(當(dāng)適用時(shí))和在另一端上的柱拼接(現(xiàn)場(chǎng)用螺栓拼接或焊接)，包括柱腹連接板以便于安裝。副枝組件在平行的聯(lián)接板之間垂直于主干組件固定。副枝組件由一個(gè)軋制的寬凸緣或組合短梁部分構(gòu)成，它裝配有固定在短梁部分的梁腹上和固定在主干組件平行末端上的一對(duì)垂向剪力傳遞板(其用于將SMRF剪切傳至平行聯(lián)接板)，而且僅對(duì)軋制梁部分來說，一凸緣蓋板固定在短梁的每個(gè)凸緣上和平行聯(lián)接板上，以便水平地跨接平行聯(lián)接板之間的間隙，并且在其來自主干組件的末端處包括一垂向剪切連接板(以便為連接梁提供暫時(shí)的支承和最后的重力支承，上述連接梁使并置的柱樹(column tree)相互連接以完成本發(fā)明的SMRF系統(tǒng))，垂向剪切連接板固定在短梁的梁腹上并在其自由邊緣附近備有螺栓孔。連接于短梁部分的所有板(即，剪力傳遞板，凸緣蓋板(如適用時(shí))和腹板剪切連接板)都是在車間填角焊接在短梁部分上和平行聯(lián)接板上的。在短梁部分的端部和柱凸緣的表面之間留有一個(gè)垂向凈間隙。短梁部分的每個(gè)凸緣的自由端備有具有余量的螺栓孔。一個(gè)完全的SMRF系統(tǒng)是通過在一定的層面用連接梁將并置的柱樹組件接合起來獲得的。組件使用凸緣拼合板和焊接在短梁部分的腹板上的剪切連接板通過螺栓裝在副枝組件的末端上。連接梁的端部在每個(gè)凸緣上備有尺寸有余量的螺栓孔和在腹板上的螺栓孔。
對(duì)于翻新的建筑來說，將借助襯墊的半圓鑿和蓋頂連接水平梁凸緣和立柱凸緣的全穿透焊接除去。并設(shè)置帶有光滑切口的平行聯(lián)接板(切口是為了在將聯(lián)接板裝在現(xiàn)有立柱上時(shí)便于焊接操作的)，從而徹底改變了現(xiàn)有的SMRF結(jié)合。如果在現(xiàn)有的柱中無加固腹板區(qū)的連續(xù)板，那么，在固定平行聯(lián)接板之前要局部加固柱凸緣。另外，為了跨接柱凸緣寬度和梁凸緣寬度之差，一對(duì)凸緣蓋板固定在上、下梁凸緣上。所有的板(即，柱腹板加勁板，平行聯(lián)接板和梁凸緣蓋板)都是在現(xiàn)場(chǎng)填角焊接在現(xiàn)有的柱和梁上的。
尤其要注意的是，在柱樹組件(包括主干組件和帶有相關(guān)連接板的副枝組件)的末端處的所有凸緣拼接結(jié)合都可在現(xiàn)場(chǎng)使用高強(qiáng)度的滑動(dòng)臨界(slip-critical)螺栓雙剪力進(jìn)行連接。所有腹板連接板結(jié)合都在現(xiàn)場(chǎng)使用高強(qiáng)度螺栓單剪力或雙剪力地進(jìn)行連接。拼合螺栓結(jié)合處于降低撓曲(flectural)要求的位置。使用螺栓的拼合板利用有余量的孔來方便安裝工作和實(shí)現(xiàn)制造/安裝公差，以及通過螺栓在高應(yīng)力水平下的打滑來實(shí)現(xiàn)能量的耗散。
因此，本發(fā)明的主要目的之一是提供一種新穎的SMRF梁柱結(jié)合結(jié)構(gòu)和安裝，它可完全消除大型高度限制的全穿透單斜槽焊接和/或穿過厚度的方向上的結(jié)構(gòu)鋼柱形狀的后屈服應(yīng)變，并用簡(jiǎn)單的無限制的填角焊組結(jié)構(gòu)和螺柱拼合結(jié)構(gòu)來替代上述消積屬性，這種技術(shù)方案被認(rèn)為是固有的韌性構(gòu)制和安裝作法，在地震沖擊力作用下性能極好，并且并不受可變的現(xiàn)場(chǎng)條件制約。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種新穎的SMRF梁柱結(jié)構(gòu)，它可方便地適用于新建筑及翻新建筑。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種新穎的接頭結(jié)構(gòu)，其在抗力矩單層或多層鋼框架建筑中用在梁柱力矩結(jié)合中，它完全符合最近由建筑官員國際會(huì)議發(fā)布的緊急法規(guī)的規(guī)定。
本發(fā)明的與一個(gè)目的是提供一種新穎的SMRF梁柱結(jié)合，它是為了新建筑完全在離開現(xiàn)場(chǎng)的車間中制造的，并且運(yùn)至建筑工地，以便用螺栓固定，從而完成SMRF系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種新穎的SMRF梁柱結(jié)合，它部分是在離開工地的車間中為翻新的建筑制造的，然后運(yùn)至建筑工地，以便進(jìn)行簡(jiǎn)單的填角焊接固定，從而完成SMRF系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在SMRF立柱和水平SMRF梁的端部之間的填角焊接和螺栓固定的建筑組合，它能夠傳遞和耗散地震側(cè)向沖擊力同時(shí)也在主地震之中和之后提供可靠的重力支承。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是在新建筑中固定連接梁組件時(shí)采用有余量的螺栓孔以便于安裝裝配，適應(yīng)制造和安裝公差并提供一種通過螺栓在高應(yīng)力水平下的打滑來耗散能量的機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的新穎特征特別在權(quán)利要求書中進(jìn)行闡述。本發(fā)明的機(jī)構(gòu)操作方式及其另外的目的和優(yōu)點(diǎn)可對(duì)照以下附圖閱讀以下的說明而得到最佳的理解。


圖1是采用本發(fā)明的新穎的SMRF梁柱結(jié)合的多層，SMRF建筑的局部剖開的示意圖；圖2是沿圖1中2-2箭頭的頂視平面圖；圖3是本發(fā)明的立柱和水平梁之間的SMRF結(jié)合結(jié)構(gòu)的放大視圖；圖4是沿圖3中4-4箭頭通過短梁的剖視圖；圖5是圖3所示SMRF結(jié)合結(jié)構(gòu)的放大頂視平面圖，部分剖開以表示其下部的接頭；圖6是圖3，4和5所示SMRF結(jié)合結(jié)構(gòu)的分解立體圖，用來表示所有構(gòu)件的相對(duì)關(guān)系；圖7類似于圖3，用來表示在翻新的建筑中采用的SMRF結(jié)合結(jié)構(gòu)；圖8是圖7所示SMRF結(jié)合結(jié)構(gòu)的端視圖；圖9是圖7和8所示SMRF結(jié)合結(jié)構(gòu)的頂視平面圖；圖10是圖7所示SMRF結(jié)合結(jié)構(gòu)的部分分解立體圖；圖11是副枝組件短梁部分的末端和連接梁組件之間的螺栓凸緣的放大橫剖圖，用于表示穿過其設(shè)置高強(qiáng)度滑動(dòng)臨界螺栓的尺寸有余量的孔。
如圖1所示，一個(gè)抗力矩鋼框架建筑物10包括一個(gè)外部幕墻系統(tǒng)11，該系統(tǒng)包括鄰近各地板層的適當(dāng)?shù)拇皯艉陀糜谶M(jìn)出建筑物的適當(dāng)?shù)拈T。在外部幕墻系統(tǒng)11內(nèi)設(shè)有完全的SMRF系統(tǒng)，其用于抵抗地震側(cè)向力并將作用在建筑物上的重力支承在地基12上。這種新穎的SMRF系統(tǒng)由多個(gè)并置的柱樹組件13構(gòu)成，組件13在各地板層由連接梁組件16側(cè)向連接，并且(適用時(shí))由柱拼接件15垂向連接。柱樹組件13包括一根立柱14，該立柱可包括拼接件15，以便在安裝建筑物框架時(shí)可將多個(gè)柱樹組件連接起來。采用本發(fā)明的新穎的柱樹組件13由連接副枝組件18的主干組件17構(gòu)成。應(yīng)注意的是，連接梁組件16的方向是水平的，使連接架19的每端鄰近于副枝組件的自由端以便拼合，從而完成SMRF系統(tǒng)。
雖然畫出了一個(gè)完成的結(jié)構(gòu)，但是，包括連接梁的主干組件和副枝組件顯然可以作為分離的構(gòu)件在車間制造，在運(yùn)至安裝工地之前將主干組件和副枝組件在車間連接成一個(gè)柱樹組件。這樣，所有的焊接過程可以在車間里在受控的條件下完成，而連接于并置的柱樹組件的拼合部20可以在工地現(xiàn)場(chǎng)用螺栓安裝。SMRF結(jié)合的車間填角焊接可在車間里進(jìn)行，以便在車間組裝主干組件17，而利用螺栓結(jié)合尺寸有余量的螺栓孔的能量耗散機(jī)構(gòu)20可以在工地構(gòu)制。
現(xiàn)參閱圖2，帶有混凝土填注的典型金屬鋪面或其它適當(dāng)?shù)牡匕逑到y(tǒng)的標(biāo)號(hào)為21，地面覆蓋物的標(biāo)號(hào)為22。地板是由典型的地板梁23支承的。
下面描述主干組件、副技組件以及連接梁組件。一般來說，柱樹組件全部由填角焊構(gòu)件結(jié)構(gòu)組成，將主干組件和副枝組件結(jié)合在一塊兒。副枝組件自由端在連接梁組件上的安裝是在現(xiàn)場(chǎng)使用螺栓進(jìn)行的，其包括能量耗散機(jī)構(gòu)。
用于新建筑物的本發(fā)明的SMRF梁柱結(jié)合結(jié)構(gòu)表示在圖3-6中。連接梁和短梁部分的柱可采用鋼軋制的寬凸緣形式或者也可以是由鋼板構(gòu)成組合部分。主干組件17由一個(gè)柱部14構(gòu)成，在每梁柱部位(即，每個(gè)梁凸緣的垂向位置附近)上該柱部由兩對(duì)加勁板27加勁，并沿著每個(gè)柱凸緣的末端的外角邊緣固定在兩個(gè)垂向平行的聯(lián)接板25和26上。平行的聯(lián)接板和柱腹加勁板填角焊接在柱部上。一副枝組件18在平行聯(lián)接板25和26的間隙中垂直地固定在主干組件17上。副枝組件18由一短梁部30構(gòu)成，短梁部裝配有一對(duì)垂向剪力傳遞板32，連接于平行的腔接板25和26。在短梁部30的終止端和立柱15的相對(duì)凸緣面之間設(shè)有間隙。當(dāng)短梁部30是一個(gè)軋制結(jié)構(gòu)件時(shí)，設(shè)有一凸緣蓋板18，其固定在短梁的每個(gè)凸緣及平行的聯(lián)接板25和26上，水平地跨接平行聯(lián)接板之間的間隙。當(dāng)短梁部是使用鋼板的組合部時(shí)，組合部的凸緣寬度被切割得可以跨接上述間隙，從而無需凸緣蓋板。副枝組件在其遠(yuǎn)離主桿組件的末端裝有垂向剪切連接板38，其固定在短梁的腹板上，在其自由邊緣附近備有螺栓孔，以便在現(xiàn)場(chǎng)用螺栓拼接連接梁組件16的腹板。固定在短梁部上的所有板(即，32，28和38)都是在車間填角焊接在短梁部30和平行聯(lián)接板25和26上的。短梁部的每個(gè)凸緣的自由端設(shè)有尺寸有余量的螺栓孔39，以便在現(xiàn)場(chǎng)用螺栓拼接凸緣連接板33以連接連接梁組件16。連接梁組件16的凸緣的端部也設(shè)有尺寸有余量的孔以便拼接連接板33。
拼合板在有關(guān)梁的凸緣上的安裝是通過多個(gè)螺栓如螺栓37來完成的。完成的SMRF系統(tǒng)的所有使用螺栓的拼接，包括主干組件、副枝組件和連接梁組件都是在現(xiàn)場(chǎng)使用高強(qiáng)度滑動(dòng)臨界螺栓雙剪力地完成的。所有腹板連接板結(jié)合是在現(xiàn)場(chǎng)以單剪力或雙剪力用螺栓實(shí)現(xiàn)的，如必要也可使用高強(qiáng)度螺栓。拼接結(jié)合位于降低撓曲要求框架點(diǎn)。用螺栓的凸緣拼接利用在基梁部上的尺寸有余量的孔，如圖11所示，作為一個(gè)例子，螺栓37的柄部穿過例如凸級(jí)拼合板35和36之間的梁30的凸緣上的尺寸有余量的孔39。這些尺寸有余量的孔，不管它們位于有關(guān)梁的腹板還是凸緣上，都可便于安裝裝配并適應(yīng)制造/安裝公差，并且通過螺栓在高應(yīng)力水平下的滑動(dòng)而形成能量耗散機(jī)構(gòu)。因此，從圖3-6所示新穎的SMRF梁柱結(jié)合可以看出，整個(gè)SMRF柱樹組件適用于新建筑結(jié)構(gòu)在車間中的制造。
現(xiàn)在參閱圖7至10，其中的SMRF梁柱結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)在鋼建筑物中現(xiàn)存的傳統(tǒng)式抗地震力矩鋼框架接頭結(jié)合的翻新和修復(fù)。翻新的SMRF結(jié)合是用箭頭標(biāo)號(hào)41表示的，用于連接現(xiàn)有的SMRF水平梁42的一端，現(xiàn)有水平梁42與現(xiàn)有SMRF立柱46構(gòu)成一梁柱接頭。翻新式SMRF結(jié)合包括一對(duì)平行聯(lián)接板43和44，它們放置在現(xiàn)有立柱46的兩側(cè)并通過填角焊及一對(duì)上、下立柱加勁板47與其連接。加勁4板及平行聯(lián)接板類似于前述新結(jié)構(gòu)中的那些。應(yīng)注意的是，在新穎的SMRF梁柱結(jié)合的這種應(yīng)用中，在每個(gè)同組的聯(lián)結(jié)板中需要特制的光滑切口50和51，以便在現(xiàn)場(chǎng)提供方便，沿柱凸緣和末端進(jìn)行垂向填角焊接。在安裝同組聯(lián)接板之前，在現(xiàn)有的便于焊接的腹板孔的位置，通過半圓鑿，打掉凸緣材料，如標(biāo)號(hào)52所示，并將凸級(jí)焊接材料磨至柱面，形成一個(gè)光滑的構(gòu)件表面，從而除去在每個(gè)梁凸緣處現(xiàn)有約束的全穿透單斜槽焊接。另外，在梁的上、下凸緣上需要焊接兩個(gè)新的梁凸緣蓋板53和54，以便跨接柱凸緣和梁凸緣的寬度差。如果在現(xiàn)有的柱板區(qū)(column panel zone)沒有連續(xù)板，立柱在安裝同組聯(lián)接板之前在每個(gè)梁凸緣垂向位置附近用兩對(duì)腹板加勁板46和47加勁?，F(xiàn)有梁的剪切連接板結(jié)合，如標(biāo)號(hào)55所示，留下未改變，或者，如認(rèn)為需要，圍繞連接板自由邊緣的周邊可通過填角焊接進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)。
總之，結(jié)構(gòu)工程界，以及鋼框架建筑物所有者和材料/焊接專家仍對(duì)近來地震活動(dòng)中鋼建筑物采用的傳統(tǒng)的抗力矩鋼框架(SMRF)梁柱接頭結(jié)合的嚴(yán)重、廣泛的損壞而感到不知所措。
報(bào)導(dǎo)的由地震造成的SMRF結(jié)合的破壞特別讓人感到難于預(yù)測(cè)，因?yàn)樵跈z測(cè)中它們表現(xiàn)得使人難以置信。在許多例子中，結(jié)構(gòu)損壞只是伴隨對(duì)建筑裝修相對(duì)微小的應(yīng)力而發(fā)生，事實(shí)上結(jié)構(gòu)并沒有顯著發(fā)生不垂直狀態(tài)。由于結(jié)構(gòu)損壞一般不易在建筑裝修異常的基礎(chǔ)上檢測(cè)出來，因而有理由認(rèn)為，在其它地震活動(dòng)區(qū)中，具有SMRF結(jié)合的鋼框架建筑物的類似損壞也許已經(jīng)存在而尚未檢測(cè)出來。
綜上所述，可以看出，本發(fā)明的SMRF梁柱結(jié)合結(jié)構(gòu)和制造提供了一種與傳統(tǒng)的SMRF梁柱接頭結(jié)構(gòu)和制造方法完全不同的技術(shù)方案，完全消除了在抗地震力矩框架梁的凸緣和柱凸緣表面之間的不適當(dāng)?shù)暮附咏Y(jié)合，這種不適當(dāng)?shù)暮附咏Y(jié)合基本上依賴于(1)在難于控制的，極大影響焊縫韌性的現(xiàn)場(chǎng)條件下進(jìn)行的大型高度約束的全穿透單斜槽焊縫和/或(2)在穿過厚度的方向(即與焊縫成90°或垂直于軋制的鋼形狀的晶粒)上的結(jié)構(gòu)鋼立柱形狀的后屈服應(yīng)變來抵抗地震沖擊力。本發(fā)明所公開的新穎的SMRF梁柱結(jié)合結(jié)構(gòu)和制造方案代之以簡(jiǎn)單的非約束的，固有韌性的制造和安裝作法，其在過去的地震中性能良好，無嚴(yán)重事故，并且不受可變現(xiàn)場(chǎng)條件的約束。用于新建筑的本發(fā)明的SMRF梁柱結(jié)合由全部在車間中填角焊接的結(jié)構(gòu)和全部在現(xiàn)場(chǎng)用螺栓拼接的結(jié)合構(gòu)成。本發(fā)明的SMRF梁柱結(jié)合在翻新現(xiàn)有傳統(tǒng)的SMRF結(jié)合中的應(yīng)用是全部現(xiàn)場(chǎng)填角焊接結(jié)構(gòu)。在新穎的SMRF結(jié)合結(jié)構(gòu)中涉及的荷載傳遞機(jī)構(gòu)并不利用填角焊縫或在穿過厚度方向上結(jié)構(gòu)鋼立柱形狀的后屈服應(yīng)變。另外，填角焊縫的尺寸較小，這是由于與接頭結(jié)構(gòu)成比例的平行聯(lián)接板提供了充分的尺寸。另外，由于采用了全填角焊結(jié)構(gòu)，因而完全消除了單斜槽焊接的根部夾渣或留在原位的定位焊的襯棒引起的應(yīng)力集中在地震中引發(fā)的裂縫問題。對(duì)于新建筑來說，本發(fā)明的SMRF梁柱結(jié)合中的填角焊結(jié)構(gòu)的整體性進(jìn)一步得到了加強(qiáng)，這是由于它是全部在車間中進(jìn)行的，在車間中對(duì)質(zhì)量的控制易于執(zhí)行，因避開了可變的現(xiàn)場(chǎng)條件。因此，本發(fā)明是與迄今以來設(shè)計(jì)和制造抗地震力矩框架系統(tǒng)的通常作法根本不同的技術(shù)方案。本發(fā)明的所有接關(guān)結(jié)合可以設(shè)計(jì)得滿足超過需要的梁容量的塑性力矩容量(Mp)的1.5倍。
上述適應(yīng)和變化的實(shí)例包括在每個(gè)主要建筑方向上為一定的SMRF立柱提供抗力矩的能力，其中采用了一對(duì)副平行聯(lián)接板(其用于抵抗弱的立柱軸線力矩)，它們填角焊接在一對(duì)主平行聯(lián)接板(其用于抵抗強(qiáng)立柱軸線力矩)上，以便接合垂直于立柱弱軸線的正交槽(orthogroove)副枝組件。上述主要建筑方向是指圍繞立柱的強(qiáng)、弱軸線。另外，適應(yīng)還包括在每個(gè)主要建筑方向上為一定的箱形柱提供抗力矩能力，其中采用了一對(duì)副平行聯(lián)接板，其具體設(shè)置在實(shí)例中已描述，上述主要建筑方向指圍繞箱形柱的兩個(gè)軸線。
雖然已經(jīng)圖示和描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，但是，本專業(yè)技術(shù)人員顯然懂得可作各種適應(yīng)和改變而并不超出本發(fā)明的范圍，因此，權(quán)利要求的目的是覆蓋落入本發(fā)明范圍的上述修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于使水平連接梁與一立柱相連接的抗力矩鋼框架結(jié)合，這種組合包括一個(gè)副枝組件，它具有在所述立柱和所述連接梁之間設(shè)置的相對(duì)的兩端；一個(gè)主干組件，它將所述副枝組件的一端固定在所述立柱上；一個(gè)能量耗散機(jī)構(gòu)，它將所述副枝組件的另一端固定在所述水平連接架上；填角焊固定連接所述主干組件與所述立柱，并將所述主干組件固定在所述副枝組件上以形成非約束的，因有韌性的結(jié)構(gòu)接頭，其可消除在穿過厚度方向上的約束全穿透單斜槽焊接和結(jié)構(gòu)鋼立柱形狀的后屈服應(yīng)變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，其特征在于所述能量耗散機(jī)構(gòu)包括通過填角焊固定在所述副枝組件上且通過剪切連接螺栓緊固件固定在所述連接梁上的剪切連接板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的本發(fā)明，其特征在于所述能量耗散機(jī)構(gòu)還包括多個(gè)固定在所述副枝組件和所述連接梁之間的凸緣拼合板；所述凸緣拼合板與所述剪切連接板間隔開并被其分開；以及所述凸緣拼合板具有尺寸有余量的孔，用于接納板的螺栓緊固件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的本發(fā)明，其特征在于包括一個(gè)將所述副枝組件的一端連接于所述主干組件的剪力傳遞板裝置；以及所述剪力傳遞板裝置填角焊接固定在所述主干組件上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的本發(fā)明，其特征在于所述主干組件包括由多處填角焊接連接于所述立柱及連接于所述主干組件的立柱腹板加勁板。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的本發(fā)明，其特征在于所述主干組件包括一對(duì)平行聯(lián)接板，其相對(duì)的兩端借助填角焊接固定在所述立柱、所述副枝組件的所述一端，所述立柱腹板加勁板及所述剪力傳遞板上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，其特征在于所述主干組件包括一對(duì)相互間隔開來的平行聯(lián)接板，其具有相對(duì)兩端；所述平行聯(lián)接板的一選定端形成一個(gè)軛狀物，其具有在由所述立柱占據(jù)的那對(duì)相對(duì)的聯(lián)接板之間的空間；所述聯(lián)接板的所述另一端固定在所述副枝組件上并由其分開；以及所述填角焊接將所述聯(lián)接板固定在所述立柱和所述副枝組件上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的本發(fā)明，其特征在于所述副枝組件包括一個(gè)具備相對(duì)兩端的短梁，其一選定端固定在所述聯(lián)接板上，另一端由所述能量耗散機(jī)構(gòu)固定在所述連接梁上；所述能量耗散機(jī)構(gòu)包括多個(gè)凸緣拼合板，相互連接所述短梁與所述連接梁；以及所述短梁和連接梁構(gòu)件具有相對(duì)于將所述短梁連接于所述連接梁的螺栓緊固件尺寸有余量的孔。
9.在有凸緣的立柱和有凸緣的水平梁之間現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)抗力矩結(jié)合中的改進(jìn)，其包括一對(duì)由所述立柱和所述梁分開的平行聯(lián)接板；多個(gè)將所述聯(lián)結(jié)板連接于所述梁的凸緣拼合板；所述平行聯(lián)接板具有鄰近于所述梁的后切口，便于對(duì)所述梁和所述聯(lián)接板進(jìn)行焊接；立柱腹板加勁板，其鄰近所述平行聯(lián)接板設(shè)置在所述有凸緣的立柱上；以及填角焊接將所述平行聯(lián)接板固定在所述立柱和所述梁上，將所述凸緣拼合板固定在所述平行聯(lián)接板上，并將所述立柱腹板加勁板固定在所述立柱和所述平行聯(lián)接板上，從而形成一種非約束的，固有韌性的結(jié)合接頭，其可以消除在通過厚度的方向上約束的全穿透單斜槽焊接和鋼結(jié)構(gòu)立柱形狀的后屈服應(yīng)變。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的本發(fā)明，其特征在于包括一個(gè)以相對(duì)于所述平行聯(lián)接板間隔開來的關(guān)系固定在所述梁和所述立柱之間的現(xiàn)有剪切連接板。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的本發(fā)明，其特征在于所述立柱和所述梁形成一種在車間制造的預(yù)制框架系統(tǒng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1和9所述的本發(fā)明，其特征在于所述立柱和所述梁具有一個(gè)連續(xù)腹板分開的上、下凸緣；以及所述平行聯(lián)接板固定在所述立柱凸緣和所述梁凸緣的相對(duì)的外側(cè)面并由其分離開。
13.一種用于將具有上、下凸緣的水平梁連接于具有左、右凸緣的立柱的結(jié)構(gòu)接頭結(jié)合，所述接頭結(jié)合包括兩個(gè)適于以平行關(guān)系設(shè)置在所述立柱兩相對(duì)側(cè)面上、適于連接在所述立柱上且適于從所述立柱水平延伸的垂向板；抵靠所述水平梁凸緣設(shè)置且通過水平的填角焊接連接于所述凸緣的裝置，所述裝置還通過水平的填角焊接連接于所述垂向板；所述水平的填角焊接在所述梁的方向上縱向延伸。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的接頭結(jié)合，其特征在于所述水平梁是短梁，其中設(shè)有一個(gè)具有上、下凸緣的第二梁，其中還設(shè)有用于通過螺栓將所述短梁裝在所述第二梁上的裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的接頭結(jié)合，其特征在于所述用于通過螺栓將短梁裝在第二梁上的裝置包括一個(gè)或多個(gè)凸緣連接板，其適于用螺栓連接在所述短梁和所述第二梁的所述上、下凸緣上。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的接頭結(jié)合，其特征在于所述短梁由一腹板緊密連接短梁的上、下凸緣構(gòu)成，所述第二梁由一腹板緊密連接第二梁的上、下凸緣構(gòu)成，所述用于通過螺栓將短梁裝在第二梁上的裝置還包括一個(gè)通過垂向填角焊接連接于所述短梁的所述腹板上的垂向剪力傳遞板，所述垂向剪力傳遞板具有用于連接在所述第二梁的所述腹板上的螺栓孔。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的接頭結(jié)合，其特征在于所述短梁包括一個(gè)緊連上、下凸緣的腹板，在所述短梁的相對(duì)兩側(cè)面上設(shè)有兩個(gè)垂向剪力傳遞板，每個(gè)所述垂向剪力傳遞板通過垂向填角焊連接在所述短梁的腹板及一有關(guān)的垂向板上。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的接頭結(jié)合，其特征在于每個(gè)所述垂向剪力傳遞板還通過在其每端的填角焊接而連接在所述短梁凸緣上。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的接頭結(jié)合，其特征在于所述水平梁包括一個(gè)緊連所述上、下凸緣的腹板，在所述水平梁的腹板和所述立柱之間連接有一個(gè)或多個(gè)垂向剪力傳遞板，所述一個(gè)或多個(gè)垂向剪力傳遞板通過垂向填角焊接而連接于所述立柱。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的接頭結(jié)合，其特征在于所述梁包括一個(gè)緊連所述上、下凸緣的腹板，設(shè)有一個(gè)或多個(gè)垂向剪力傳遞板，每個(gè)垂向剪力傳遞板通過垂向填角焊接而連接于所述梁的腹板和所述平行垂向板之一上。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的接頭結(jié)合，其特征在于每個(gè)所述垂向剪力傳遞板具有相對(duì)的兩端，每個(gè)所述垂向剪力傳遞板在其相對(duì)的兩端還通過填角焊接而連接于所述梁的凸緣。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的接頭結(jié)合，其特征在于所述平行垂向板通過垂向填角焊拉而連接于所述立柱。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的接頭結(jié)合，其特征在于每個(gè)所述平行垂向板連接于所述左、右凸緣。
24.根據(jù)權(quán)利要求13所述的接頭結(jié)合，其特征在于所有所述焊接都是首先在車間條件下完成的，只留下螺栓連接在現(xiàn)場(chǎng)條件下進(jìn)行。
25.根據(jù)權(quán)利要求13所述的接頭結(jié)合，其特征在于所有所述焊接都是首先在車間條件下完成的，然后，只有螺栓連接在現(xiàn)場(chǎng)條件下進(jìn)行。
26.一種用于將水平梁連接于立柱的結(jié)構(gòu)接頭結(jié)合，所述接頭結(jié)合包括兩塊設(shè)置在所述立柱兩相對(duì)側(cè)面上的垂向板，設(shè)有將垂向板連接于所述立柱的裝置，所述垂向板設(shè)置得從所述立柱沿著所述梁的側(cè)面延伸，還設(shè)有將所述垂向板連接于所述梁的裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的結(jié)構(gòu)接頭結(jié)合，其特征在于所述將垂向板連接于立柱的裝置包括在所述立柱和所述垂向板之間的焊縫。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的結(jié)構(gòu)接頭結(jié)合，其特征在于所述將垂向板連接于立柱的裝置包括焊接在立柱和焊接在所述垂向板上的板。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的結(jié)構(gòu)接頭結(jié)合，其特征在于所述將垂向板連接于水平梁的裝置包括在所述垂向板和所述水平梁之間的焊縫。
30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的結(jié)構(gòu)接頭結(jié)合，其特征在于所述梁包括上、下凸緣，所述將垂向板連接于水平梁的裝置包括焊接在所述垂向板上的板裝置，所述板裝置還焊接在所述水平梁的上、下凸緣上。
31.一種用于連接水平連接梁和立柱的抗力矩鋼框架結(jié)合，這種組合包括一個(gè)副枝組件，它具有設(shè)置在所述立柱和所述連接梁之間的相對(duì)的端部；一個(gè)主干組件，它將所述副枝組件的一端固定于所述立柱；以及填角焊接固定將所述主干組件連接于所述立柱并將所述主干組件固定于所述副枝組個(gè)，以形成一個(gè)非約束的，固有韌性的結(jié)構(gòu)接頭它可在穿過厚度的方向上消除約束的全穿透單斜槽焊縫和結(jié)構(gòu)鋼立柱形狀的后屈服應(yīng)變。
全文摘要
立柱(14)和水平梁(19)間的抗力矩鋼框架(SMRF)結(jié)合適用于原始和翻新的建筑結(jié)構(gòu)。SMRF結(jié)合是一種柱樹組件(13),它由主干組件(17)和與其接合的副枝組件(18)構(gòu)成。主干組件(17)具有固定于在每個(gè)梁柱結(jié)合部具有凸緣(27)的立柱(14)上的平行垂向板(25,26),在立柱一端的底板(28)和在另一端的拼合板(33)。副枝組件(18)在平行聯(lián)接板(25,26)間垂直固定于主干組件(17)。副枝組件(18)包括裝有剪力傳遞板(32)的短梁部(30),板(32)固定在短梁部腹板和平行聯(lián)接板(25,26)上。板(28)固定在短梁的每個(gè)凸緣和平行聯(lián)接板上以跨接間隙(31)。垂向剪力傳遞板(32)固定在短梁(30)的腹板上。
文檔編號(hào)E04B1/19GK1169764SQ95196778
公開日1998年1月7日 申請(qǐng)日期1995年12月1日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月1日
發(fā)明者大衛(wèi)·L·霍頓 申請(qǐng)人:大衛(wèi)·L·霍頓