用于支撐建筑物的結(jié)構(gòu)框架系統(tǒng)和裝配其的方法
【專利說明】用于支撐建筑物的結(jié)構(gòu)框架系統(tǒng)和裝配其的方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求申請?zhí)枮镹0.14/526，009、標(biāo)題為“開孔腹板式剪切連接件結(jié)構(gòu)”、2014年10月28日提交的美國專利申請的權(quán)利，其通過全部引用結(jié)合于此，如同在下面做了充分闡述一樣。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本技術(shù)實施例涉及多層建筑物的建造，更特別地，涉及用于建造這類建筑的改進的結(jié)構(gòu)框架系統(tǒng)和相關(guān)方法。該系統(tǒng)包括復(fù)合混凝土和鋼組件，該結(jié)構(gòu)體系由一條或多條鋼梁加上一塊或多塊混凝土預(yù)制板組成，使整體形成一個可共同作用的組合結(jié)構(gòu)以大幅度提高結(jié)構(gòu)強度。
【背景技術(shù)】
[0004]在建造多層建筑物時，框架系統(tǒng)通常是支撐建筑物的承重結(jié)構(gòu)。例如，商用建筑框架結(jié)構(gòu)通常由立柱及架于立柱之間的橫梁組成。每層樓板通常用混凝土樓板構(gòu)成，并由橫梁支撐。這種樓板可以是連接到框架梁或澆注在框架梁周圍的鋼筋混凝土樓板?？蚣芙Y(jié)構(gòu)通常承受所有樓面和屋頂縱向荷載，同時承受水平荷載，例如風(fēng)荷載和地震荷載。樓板則將水平荷載傳到橫向受力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，例如鋼框架、支撐框架以及剪力墻系統(tǒng)，以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的最低設(shè)計要求。
[0005]近年來，國家和國際建筑規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的修訂案增加了對抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的橫向荷載要求，特別是對多層建筑物的建造要求。因此，未來的多層建筑結(jié)構(gòu)的框架系統(tǒng)需要抵抗比現(xiàn)有相同結(jié)構(gòu)更高的設(shè)計荷載。此外，由于對設(shè)計抗震荷載要求的提高以及降低建造成本的訴求，出現(xiàn)了多種新型結(jié)構(gòu)體系以滿足對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)承載能力要求，并且滿足業(yè)主對經(jīng)濟和成本的訴求。建筑施工領(lǐng)域中的一個新發(fā)展是使用預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件，例如預(yù)制混凝土樓板和墻板、鋼結(jié)構(gòu)和其他可在工廠中生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件。這些預(yù)制混凝土板構(gòu)件廣泛使用于現(xiàn)代建筑施工中。這些預(yù)制構(gòu)件可以方便快捷地在現(xiàn)場架設(shè)及安裝以大幅削減成本、現(xiàn)場工作和建筑工期。專利號為N0.4505087，標(biāo)題為“混凝土層板與加腋支撐梁的建造方法”的美國專利公布了一種混凝土樓板的建造方法，其通過將混凝土澆注在預(yù)制構(gòu)件上方來形成整體結(jié)構(gòu)。而這種由預(yù)制混凝土板構(gòu)件建造的結(jié)構(gòu)所需要解決的一個問題是結(jié)構(gòu)整體性問題。專利號為N0.4081935A，標(biāo)題為“預(yù)制混凝土板構(gòu)件在樓房結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的應(yīng)用”的美國專利公布了一種通過在預(yù)制混凝土樓板和梁上方澆注混凝土來改善這類結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)整體性的建造方法。然而，還有其它結(jié)構(gòu)整體性問題沒有解決。例如，在一些情況下，結(jié)構(gòu)鋼和預(yù)制混凝土板構(gòu)件需要在建造建筑物時一起使用。當(dāng)下，將這兩種類型的材料結(jié)合的技術(shù)并不完善，因此，不可避免地會阻礙基于這些類型的材料的建造。
[0006]最近的一個美國專利(專利號N0.6442908)提出一個改善方案，其中提出使用一種非對稱橫梁與立柱構(gòu)成的框架結(jié)構(gòu)。橫梁由立柱支撐，立柱由基礎(chǔ)支撐。非對稱橫梁包括一塊狹窄且較厚的上翼緣、一塊較寬較薄的下翼緣以及一塊開有梯形孔的腹板。常規(guī)預(yù)制混凝土板的空心樓板垂直架立于非對稱橫梁之間。一對空心樓板對稱地放置于橫梁的下翼緣之上，并與腹板垂直，其端面與腹板平行。并將預(yù)制混凝土板的空心樓板的孔洞填滿以形成一次灌注成型的勁性混凝土組合結(jié)構(gòu)，這改善了鋼梁和混凝土板之間所產(chǎn)生的共同作用和機械咬合作用，并減少了由于水泥漿從梁的任一側(cè)分離而造成的強度損失。
[0007]同時，早期測試表明上述專利中的框架系統(tǒng)增加了結(jié)構(gòu)承載力，測試還表明該框架系統(tǒng)的共同作用還有待提高。針對以上結(jié)果，本發(fā)明提出了一種開孔腹板式剪切連接件構(gòu)成的組合梁體系，其體系結(jié)合了傳統(tǒng)蜂窩梁和組合梁的一些優(yōu)點。在這種結(jié)構(gòu)中，預(yù)制梁可以與鋼梁一起作用，并可以大幅提升梁的抗彎強度。開孔腹板式剪切連接件也可以與基梁一起共同作用，以進一步增強系統(tǒng)的抗彎強度。吊裝預(yù)制混凝土板十分方便，并且剪切連接件不會對吊裝過程造成阻礙。所述復(fù)合剪切連接件的開孔腹板能夠使預(yù)制混凝土層板與鋼梁結(jié)合以提供必需的共同作用。該系統(tǒng)可以加入鋼筋以增強結(jié)構(gòu)的抗剪強度、延展性性和韌性。結(jié)構(gòu)延性的改善和增強能夠大大提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。如果使用金屬絲式預(yù)制混凝土板(precast concrete filigree panel)，這種改善還可以進一步的增強。
[0008]所述系統(tǒng)還可適用于多種不同跨度的結(jié)構(gòu)。所述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)承載能力可在大范圍內(nèi)變化使得結(jié)構(gòu)可以滿足但不局限于民用建筑、工業(yè)建筑和商業(yè)建筑要求。預(yù)制混凝土板的使用可以明顯縮短施工工期。預(yù)制板的使用還可以最大限度的減少由于天氣影響而造成的工期拖延。預(yù)制混凝土板可在工廠的可控生產(chǎn)條件下生產(chǎn)，然后運到工地施工。進而使工程進度不受不利于混凝土澆注，成型和養(yǎng)護的天氣因素，諸如濕度、降水、溫度等的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明實施例旨在提供一種用于多層建筑物的結(jié)構(gòu)框架系統(tǒng)。所述框架系統(tǒng)可包括多跟豎直構(gòu)件。所述系統(tǒng)還可以包括由多個豎直構(gòu)件支撐的基梁構(gòu)件，該基梁構(gòu)件處于豎直構(gòu)件之間，所述基梁構(gòu)件連接到開孔腹板式剪切連接件。所述框架系統(tǒng)還可包括垂直橫跨于基梁的兩側(cè)并且被所述基梁的兩側(cè)支撐的多個混凝土板構(gòu)件。在一些實施例中，所述多個混凝土板構(gòu)件可以成對安裝于基梁構(gòu)件兩側(cè)。在一些實施例中，所述框架系統(tǒng)還可以包括水泥漿材料，該水泥漿澆注于例如但不限于剪切連接件和混凝土板構(gòu)件以填充裝配件中的間隙(cavity)，并為框架系統(tǒng)增加強度。
[0010]本發(fā)明的一個要素涉及一種用于支撐建筑物的結(jié)構(gòu)框架系統(tǒng)，所述系統(tǒng)可以包括多個豎直構(gòu)件。所述豎直構(gòu)件可以支撐基梁構(gòu)件?？梢砸灾本€方式布置成對的混凝土板構(gòu)件，其中成對的混凝土板構(gòu)件垂直并對稱的安裝在基梁的腹板兩側(cè)并置于基梁翼緣之上。每一混凝土板構(gòu)件都設(shè)計有孔洞或通道。開孔腹板式剪切連接件可以設(shè)置在基梁構(gòu)件之上并位于成對的混凝土板構(gòu)件之間。所述剪切連接件的孔洞或通道與所述混凝土板構(gòu)件的孔洞或通道相對應(yīng)。加強筋置于所述剪切連接件的孔洞內(nèi)并可延伸至混凝土板構(gòu)件的孔洞或通道中。所述剪切連接件和混凝土板構(gòu)件之間可設(shè)計預(yù)留間隙(cavity)，粘合材料可填充在間隙(cavity)間。
[0011]本發(fā)明實施例還旨在提供一種建造結(jié)構(gòu)框架系統(tǒng)的方法。所述方法可以包括架設(shè)多個立柱以來支撐多條裝有開孔腹板式剪切連接件的橫梁。所述方法還可以包括安裝多個混凝土板構(gòu)件并安裝在所述開孔腹板式剪切連接件的兩側(cè)。在一些實施例中，所述多個混凝土板構(gòu)件可以成對安裝。另外，所述方法還可包括使用膠凝材料到板構(gòu)件和開孔腹板式剪切連接件之間的間隙中，使兩者借助機械咬合力連接成體。
[0012]本發(fā)明還涉及一種裝配結(jié)構(gòu)框架系統(tǒng)的方法。所述方法可以包括架設(shè)多個豎直構(gòu)件?？蓪⒒簶?gòu)件固定在多個豎直構(gòu)件上?？梢砸灾本€方式布置成對的混凝土板構(gòu)件，其中成對的混凝土板構(gòu)件垂直并對稱的安裝在基梁的腹板兩側(cè)并置于基梁翼緣之上。每一混凝土板構(gòu)件都設(shè)計有孔洞或通道。開孔腹板式剪切連接件可以設(shè)置在基梁構(gòu)件之上并位于成對的混凝土板構(gòu)件之間。所述剪切連接件的孔洞或通道與所述混凝土板構(gòu)件的孔洞或通道相對應(yīng)。加強筋置于所述剪切連接件的孔洞內(nèi)并可延伸至混凝土板構(gòu)件的孔洞或通道中。所述剪切連接件和混凝土板構(gòu)件之間可設(shè)計預(yù)留間隙(cavity)，粘合材料可填充在間隙(cavity)間。本發(fā)明所公開的方法還包括在所述間隙中填充粘合材料。
[0013]在結(jié)合附圖閱讀下面的說明書時本發(fā)明的這些和其他目的、特征以及優(yōu)點將變得更明顯。
【附圖說明】
[0014]圖1A和圖1B是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的不完整的組裝結(jié)構(gòu)框架系統(tǒng)的立體圖；
[0015]圖2A和圖2B是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的對應(yīng)于圖1A和圖1B的組裝結(jié)構(gòu)框架系統(tǒng)的截面圖；
[0016]圖3是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的組裝結(jié)構(gòu)框架系統(tǒng)的第二實施例的截面圖；
[0017]圖4是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的組裝結(jié)構(gòu)框架系統(tǒng)的第三實施例的截面圖；
[0018]圖5是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的組裝結(jié)構(gòu)框架系統(tǒng)的第四實施例的截面圖；
[0019]圖6是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的組裝結(jié)構(gòu)框架系統(tǒng)的第五實施例的截面圖；
[0020]圖7是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的組裝結(jié)構(gòu)框架系統(tǒng)的第六實施例的截面圖；
[0021]圖8是根據(jù)本發(fā)明一些實施例所采用的以連續(xù)切割模式來制造開孔腹板式剪切連接件的圖示。
【具體實施方式】
[0022]圖1A中展示了根據(jù)本發(fā)明一些實施例的典型的結(jié)構(gòu)框架系統(tǒng)10A。框架系統(tǒng)1A可以包括與基梁14連接的豎直構(gòu)件12。這個連接可以使用例如扣角連接件(有時也被稱為網(wǎng)角鋼夾板或網(wǎng)支架)16。網(wǎng)支架16可以使用例如螺栓連接、鉚接或焊接連接到豎直構(gòu)件12和基梁14上。這種連接可以為基梁14和所有的樓板荷載提供縱向支撐。這種連接還可以提供橫向支撐來抵抗由風(fēng)荷載或其他類似荷載所產(chǎn)生的樓層剪力。