局部内嵌式支撑钢框架单元

本实用新型属于建筑领域，尤其涉及局部内嵌式支撑钢框架单元。

背景技术：

钢框架结构是建筑钢结构的常用结构体系，但由于该结构侧向刚度弱且容易发生失稳破坏，通常需设置支撑体系来提高钢框架的抗侧刚度和稳定性，并作为抗震设防的第二道防线。支撑在钢框架中的布置形式有人字形、v字形或单斜(如图1所示)，且要求支撑轴线同时与梁柱轴线相汇以避免出现节点偏心力。因此，支撑的设置一般需占据整个框架开间，对建筑采光、通风和美观造成较大影响，限制了建筑使用功能，也制约了支撑体系在建筑钢结构中的应用。随着建筑现代化的发展，越来越多的建筑钢结构要求墙体开大门窗洞以便采光、通风和通行，而此类结构又常处于强震多发区域，为此需提出全新技术方案解决支撑体系在开大门窗洞建筑钢结构中的应用问题，使此类结构既能保持原有建筑使用功能，又具备良好的抗侧刚度、稳定性和抗震性能，实现建筑功能和结构功能的协调发展。

技术实现要素：

本实用新型的实用新型目的为解决支撑体系对钢结构建筑使用功能的影响问题。

为实现上述发明目的，本实用新型提供一种局部内嵌式支撑钢框架单元，应用安装于原框架结构中，原框架结构包括两上下相对设置的钢梁和两分别位于钢梁两侧的钢柱，

局部内嵌式支撑钢框架单元设置在钢梁和钢柱之间，包括子框架，所述子框架包括子横梁和两子立柱，

两所述子立柱相对设置，两子立柱的顶端均分别通过一子框架上节点与位于上方的钢梁固定连接，且位于上方的钢梁与子框架上节点之间固定设置有支撑上部节点，两子立柱的底端分别均通过一子框架下节点与位于下方的钢梁固定连接，且位于下方的钢梁与子框架下节点之间固定设置有支撑下部节点，

所述子横梁的两端分别与两子立柱的中部固定连接，且子立柱与子横梁的连接处均固定设置有支撑中部节点，

在支撑上部节点和支撑中部节点之间、支撑下部节点和支撑中部节点之间均分别固定设置有支撑构件，所述支撑构件的轴线与子立柱轴线和钢梁轴线的交点、子立柱轴线与子横梁轴线的交点相汇。

进一步地，两子立柱与两个子框架上节点之间均分别通过第一槽钢连接，两子立柱与两子框架下节点之间均分别第二槽钢连接。

进一步地，第一槽钢上与子框架上节点的连接部分处开设有槽孔，与子立柱的连接部分处开设有圆孔，第二槽钢上与子立柱和两子框架下节点的连接部分处均开设有圆孔。

进一步地，支撑上部节点包括第一t型梁、第一夹板、第二夹板换热第一节点板，

所述第一t型梁包括第一腹板和第一翼缘，第一夹板和第二夹板分别固定设置在第一腹板的两相对侧面上，且第一夹板和第二夹板的顶端均与位于上方的钢梁固定连接，第一夹板和第二夹板中靠近子框架上节点的侧面均与子框架上节点固定连接，第一翼缘上固定设置有第一节点板。

进一步地，支撑下部节点包括第二t型梁和第二节点板，

所述第二t型梁包括第二翼缘和第二腹板，第二翼缘和第二腹板中靠近框架下节点的侧面均与子框架下节点固定连接，第二腹板的底部与位于下方的钢梁固定连接，所述第二节点板固定设置在第二翼缘上表面。

进一步地，所述支撑中部节点包括两第三节点板，两第三节点板关于子横梁对称设置，第三节点板分别设置在子横梁的顶面和底面，且两第三节点板与子横梁和子立柱均固定连接。

进一步地，子框架下节点上开设有让楼板钢筋通过的若干钢筋孔。

一种局部内嵌式支撑钢框架单元的施工方法，包括：

步骤1，将两子框架上节点与位于上方的钢梁焊接，将两子框架下节点与位于下方的钢梁焊接；

步骤2，将支撑上部节点中的第一夹板沿长度方向与位于上方的钢梁焊接，沿宽度方向与子框架上节点焊接；

步骤3，将支撑下部节点中的第二t型梁与子框架下节点焊接；

步骤4，将支撑上部节点的第一腹板与第一夹板沿长度方向一侧贴紧，且第一腹板的顶面和钢梁翼缘内侧留有10mm的竖向间隙，第一腹板与第一翼缘的连接处伸出第一夹板下端至少100mm，取第二夹板贴紧在第一腹板上与第一夹板相对的另一侧面，将第二夹板的顶端与钢梁焊接，第二夹板沿宽度方向与子框架上节点焊接；

步骤5，将第二槽钢与子立柱之间、第二槽钢和子框架下节点之间采用高强螺栓紧固，将第一槽钢与子立柱之间、第一槽钢与子框架上节点之间采用高强螺栓初拧；

步骤6，浇注钢筋混凝土板且钢筋混凝土板的板面与支撑下部节点的翼缘顶面齐平；

步骤7，待主要的竖向荷载都施加到钢梁上后，拧紧第一槽钢与子立柱之间、第一槽钢与子框架上节点之间的高强螺栓，将第一夹板与第一腹板之间、第二夹板与第一腹板之间焊接，将第一节点板与第一翼缘焊接，将支撑下部节点中的第二腹板与位于下方的钢梁焊接，将第二节点板与第二翼缘焊接，将支撑中部节点中的两第三节点板焊接在子横梁和子立柱上；

步骤8，将位于支撑上部节点和支撑中部节点之间的支撑构件的两端分别焊接在第一节点板和其中一个第三节点板上，将位于支撑下部节点和支撑中部节点之间的支撑构件的两端分别焊接在第三节点板和支撑下部节点的第二节点板上。

进一步地，在步骤1之前，在子框架上节点、子框架下节点、子立柱、第一槽钢和第二槽钢上开设圆孔，在第一槽钢上开设槽孔，在子框架下节点上开设钢筋孔。

本实用新型具有以下益效果：本实用新型具有对建筑功能影响小、施工安装简便、传力路径清晰明确、不改变原结构受力体系、便于设计建模等优点。本实用新型的有益效果具体表现在以下几个方面：1、本实用新型只在局部区域设置支撑构件，剩余区域可以开大门窗洞，大大降低支撑体系对建筑功能性的影响；2、支撑钢框架单元可以采用螺栓通过子框架上、下节点与原框架结构的钢梁连接，可实现快速装配；3、支撑钢框架单元与原钢框架梁之间可待主要竖向荷载(楼板、墙体等)施加完毕后再进行连接(即拧紧螺栓或对夹板实施焊接)，不改变原钢框架结构的竖向受力体系，只为结构提供侧向刚度，传力路径清晰明确；4、本实用新型可在原框架结构每一楼层的同一位置均设置上述支撑钢框架单元，支撑竖向分力可通过位于子横梁上方的子立柱往位于子横梁下方方的子立柱传递直至基础，避免原框架钢梁承受支撑的附加竖向分力；5、子立柱与子框架上节点、子框架下节点之间以及与子横梁之间在腹板处采用槽钢和高强螺栓连接实现铰接节点，实现各构件之间基本不传递弯矩，或弯矩幅值较小不起控制，因此子立柱和子横梁可近似看成轴力构件，使支撑钢框架单元的抗侧刚度仅取决于支撑构件，便于设计计算与建模。

附图说明

图1是传统中心支撑在钢框架中常见布置模式，从左至右分别为人字形、v字形、单斜支撑。

图2是本实用新型所述的局部内嵌支撑钢框架的立面图。

图3是局部内嵌式支撑钢框架单元实施方式一的单层平面图。

图4是图3内8-1槽钢处的放大示意图以及放大示意图中的a-a、b-b剖视图。

图5是图3中3所指处的放大示意图以及该放大示意图中a-a向剖视图。

图6是图3中5所指处的放大示意图以及该放大示意图中b-b向剖视图。

图7是图3中支撑中部节点的放大示意图。

图8是局部内嵌式支撑钢框架单元实施方式二的平面图。

图9是图8内区域3的放大示意图以及该放大示意图的a-a、b-b剖视图。

图10是本实用新型的一个工程实例图。

具体实施方式

实施例1

结合图3～图7说明。本实用新型实施例提供的局部内嵌式支撑钢框架单元，应用安装于原框架结构中，原框架结构包括两上下相对设置的钢梁1-1和两分别位于钢梁1-1两侧的钢柱1-2，局部内嵌式支撑钢框架单元设置在钢梁1-1和钢柱1-2之间。局部内嵌式支撑钢框架单元包括一榀预制子框架2、2根支撑构件7、2个子框架上节点4-1、2个子框架下节点4-2、1个支撑上部节点3、1个支撑下部节点5和1个支撑中部节点。

局部内嵌式支撑钢框架单元设置在钢梁1-1和钢柱1-2之间，包括子框架2，子框架2包括子横梁2-1和两子立柱2-2，子立柱2-2和子横梁2-1均为h形钢，所述子立柱2-2相对设置，两子立柱2-2的顶端均分别通过一子框架上节点4-1与位于上方的钢梁1-1固定连接，且其中一个子框架上节点4-1与位于上方的钢梁1-1之间固定设置有支撑上部节点3，本实施例中为位于右侧的子框架上节点4-1与钢梁1-1之间固定一支撑上部节点3，两子立柱2-2的底端分别通过一子框架下节点4-2与位于下方的钢梁1-1固定连接，且位于下方的钢梁1-1与子框架下节点4-2之间固定设置有支撑下部节点5，本实施例中设置一个支撑下部节点5，该支撑下部节点5与支撑上部节点3位于同一侧。

所述子框架上节点4-1为h型钢或h型钢和t形件的组合焊接构件。

当所述子框架上节点4-1为h型钢构件时，两子框架上节点4-1均与原框架结构的位于上方的钢梁1-1的底面焊接相连，且其腹板分别与其位于同一侧的子立柱2-2的腹板采用双槽钢夹紧并通过高强螺栓连接，槽钢与上部节点连接部位开槽孔，与子立柱连接部位开圆孔；当所述子框架上部节点为h型钢和t形件的组合焊接构件时，该节点与原框架顶梁底面留有一定间隙，并通过夹板相互焊接固定。

所述子框架下节点4-2为h形钢，两子框架下节点4-2底部与原框架结构中位于下方的钢梁1-1的顶部焊接，两子框架下节点4-2的腹板分别与其位于同一侧的子立柱2-2的腹板采用开有圆孔的双槽钢夹紧并通过高强螺栓连接。

具体地，两子立柱2-2与两个子框架上节点4-1之间均分别通过第一槽钢8-1连接，两子立柱2-2与两子框架下节点4-2之间均分别通过第二槽钢8-2连接，第一槽钢8-1和第二槽钢8-2的开口均朝外设置。第一槽钢8-1共有四个，每两个为一组，每组中的两个第一槽钢8-1关于子立柱对称设置且分别位于子立柱2-2正面和背面，第二槽钢8-2共有四个，每两个为一组，每组中的两个第二槽钢8-2关于子立柱对称设置且分别位于子立柱2-2正面和背面。更具体地，第一槽钢8-1上与子框架上节点4-1的连接部分处开设有若干槽孔，槽孔的长度方向与子立柱2-2的长度方向一致，槽孔长度可允许螺栓上下移动2-3mm，第一槽钢8-1上与与子立柱2-2上端的连接部分处开设有圆孔即螺栓孔，圆孔直径比螺栓直径大4mm，第一槽钢8-1通过高强螺栓实现与子立柱2-2和子框架上节点4-1的固定，需要注意的是，具体施工使用时，固定第一槽钢8-1与子立柱2-2、第一槽钢8-1与子框架上节点4-1的高强螺栓先初拧，待主要竖向荷载施加完毕，再拧紧。第二槽钢8-2上与子立柱2-2和两子框架下节点4-2的连接部分处均开设有圆孔，圆孔直径比螺栓直径大4mm，固定第二槽钢8-2时，要注意第二槽钢8-2的底部至少比楼板高20mm。

子框架下节点4-2的腹板上开设有若干按间距排列的双排钢筋孔9，钢筋孔直径比钢筋直径大2-3mm。设置钢筋孔以允许楼板钢筋通过。

子框架的上、下节点的翼缘在原框架梁腹板的投影位置设置加劲肋1-1-1，以便于把翼缘的集中力传递给原框架梁腹板。

支撑上部节点3包括第一t型梁、第一夹板3-1、第二夹板3-2和第一节点板3-4，第一t型梁呈倒t设置，包括第一腹板3-3和第一翼缘3-6，第一腹板3-3和第一翼缘3-6之间焊接固定，第一夹板3-1和第二夹板3-2分别固定设置在第一腹板3-3的两相对侧面上，且第一夹板3-1和第二夹板3-2的顶端均与位于上方的钢梁1-1垂直贴靠并采用角焊缝焊接固定，第一夹板3-1和第二夹板3-2中靠近子框架上节点4-1的侧面均与子框架上节点4-1的翼缘外侧采用角焊缝焊接固定，第一翼缘3-6上固定设置有第一节点板3-4。第一夹板3-1内侧表面沿长度方向贴紧在第一腹板3-3的一个侧面上，第一腹板3-3顶端和位于上方的钢梁1-1的翼缘内侧留有10mm的竖向间隙，以为结构的竖向变形留有空间，第一腹板3-3与第一翼缘3-6的连接处伸出第一夹板3-1下端至少100mm，便于为第一腹板3-3与第一夹板3-1留出施焊空间；第二夹板3-2的尺寸与第一夹板3-1尺寸一致，第二夹板3-2与第一夹板3-1关于第一腹板3-3对称设置，第二夹板3-2内侧表面贴紧在第一腹板3-3的另一个侧面上。需要注意的是，具体施工使用时，第一夹板3-1与第一腹板3-3之间、第二夹板3-2与第一腹板3-3之间先不焊接固定，待竖向荷载施加后，第一夹板3-1下端与第二夹板3-2下端再和第一腹板3-3采用角焊缝焊接固定，如此设置，可为竖向荷载下的竖向变形留有空间。第一节点板3-4一端与第一翼缘3-6外侧采用角焊缝焊接固定。支撑上部节点3还包括多个第一加劲肋3-5，在第一腹板3-3的两侧均设置有第一加劲肋3-5，多个第一加劲肋3-5沿着第一腹板3-3的长度方向设置，且每个第一加劲肋3-5的顶部均与位于上方的钢梁1-1固定连接，底部均与第一翼缘3-6固定连接。

支撑下部节点5包括第二t型梁和第二节点板5-2，第二t型梁呈正t设置，所述第二t型梁包括第二翼缘5-1和第二腹板5-4，第二翼缘5-1和第二腹板5-4之间焊接固定，第二翼缘5-1和第二腹板5-4中靠近框架下节点4-2的侧面均与子框架下节点4-2固定连接，第二腹板5-4的底部与位于下方的钢梁1-1固定连接，所述第二节点板5-2的一端与第二翼缘5-1外侧焊接固定。支撑下部节点5还包括多个第二加劲肋5-3，在第二腹板5-4的两侧均设置有第二加劲肋5-3，多个第二加劲肋5-3沿着第二腹板5-4的长度方向设置，且第二加劲肋5-3的顶部均与第二翼缘5-1固定连接，底部均与位于下方的钢梁1-1固定连接。具体使用时，先在工厂内将第二翼缘5-1和第二腹板5-4中靠近框架下节点4-2的侧面均与子框架下节点4-2焊接固定，到了施工现场再将第二腹板5-4的底部与钢梁1-1焊接。

第二腹板5-4上开设有若干间距排列的双排钢筋孔，便于后续穿楼板钢筋浇筑楼板。

子横梁2-1的两端分别与两子立柱2-2的中部通过开有圆孔的双槽钢和高强螺栓进行固定连接，且子立柱2-2与子横梁2-1的连接处固定设置有一支撑中部节点，本实施例中的支撑中部节点设置在位于左侧的连接处。

所述支撑中部节点包括两第三节点板6，两第三节点板6关于子横梁2-1对称设置，两第三节点板6分别设置在子横梁2-1的顶面和底面，且每个第三节点板6与子横梁2-1和子立柱2-2均固定连接。以单一个第三节点板6为例，第三节点板6与子横梁2-1和子立柱2-2相连接的两个侧面为相邻侧面，且这两个侧面相互垂直，这两个侧面分别贴紧子横梁2-1和子立柱2-2，并采用角焊缝焊接固定。在子横梁2-1的腹板的两侧均设置有第三加劲肋2-2-1，子横梁2-1在与节点板6的端部位置设置加劲肋2-1-1。

在支撑上部节点3和支撑中部节点之间、支撑下部节点5和支撑中部节点之间均分别固定设置有支撑构件7，所述支撑构件7的轴线始终与子立柱2-2轴线和钢梁1-1轴线的交点、子立柱2-2轴线与子横梁2-1轴线的交点相汇，可避免产生节点偏心力。具体地，位于支撑上部节点3和支撑中部节点之间的连接构件7的一端与支撑上部节点3中的第一节点板3-4连接，另一端与支撑中部节点中位于上方的第三节点板6连接，位于支撑下部节点5和支撑中部节点之间的支撑构件7的一端与支撑中部节点中位于下方的第三节点板6连接，另一端与支撑下部节点5中的第二节点板5-2连接。

具体应用中，结合图10，原框架结构中钢梁1-1的翼缘表面与混凝土楼板10现浇为一体，混凝土楼板10上放有轻质墙板11并开有大窗户12，轻质墙板11与子框架的两根子立柱2-2以及h形钢柱1-2之间留有一定的间隙，如此设置可以防止地震作用下轻质墙板11与子框架子立柱2-2以及h形钢柱1-2发生碰撞。子框架上节点4-1、子框架下节点4-2一端在未开窗的位置与h形钢梁1-1翼缘外侧焊接，子框架的子立柱2-2一端与子框架上节点4-1、子框架下节点4-2通过槽钢开螺孔、槽孔栓接。

本实施例提供局部内嵌式支撑钢框架单元可在原框架结构每一楼层的同一位置处设置，根据建筑使用功能要求只占据原框架结构的其中一部分空间，可在剩余空间设置大门窗洞。

本实施例提供的局部内嵌式支撑钢框架单元，支撑构件7为结构增加侧向刚度，支撑构件7的竖向分力可通过位于子横梁2-1上方的子立柱2-2往位于子横梁2-1下方的子立柱2-2传递直至基础，不改变原钢框架结构(由h形钢梁1-1和h形钢柱1-2)的竖向受力体系，且支撑钢框架单元占用跨度小，剩余位置便于给建筑开大门窗洞。

实施例2

与实施例1基本相同，所不同的是：本实施例还提供一种采用实施例1提供的局部内嵌式支撑钢框架单元的施工方法。

一种局部内嵌式支撑钢框架单元的施工方法，包括如下步骤：

步骤1，该步骤在工厂中进行，将两子框架上节点4-1与位于上方的钢梁1-1的翼缘外侧焊接，将两子框架下节点4-2与位于下方的钢梁1-1的翼缘外侧焊接，并且在子框架下节点4-2的底部开钢筋孔；

步骤2，该步骤在工厂中进行，将支撑上部节点3中的第一夹板3-1沿长度方向与位于上方的钢梁1-1采用角焊缝焊接固定，沿宽度方向与子框架上节点4-1的翼缘外侧采用角焊缝焊接固定；

步骤3，该步骤在工厂中进行，给支撑下部节点5中的第二腹板5-4底部开钢筋孔，将第二翼缘5-1和第二腹板5-4中靠近框架下节点4-2的侧面均采用角焊缝方式与子框架下节点4-2的翼缘外侧焊接固定；

步骤4，将所有构件运输到施工现场，将支撑上部节点3的第一腹板3-3与第一夹板3-1沿长度方向一侧贴紧，且第一腹板3-3的顶面和钢梁1-1翼缘内侧留有10mm的竖向间隙，第一腹板3-3与第一翼缘3-6的连接处伸出第一夹板3-1下端至少100mm，取第二夹板3-2贴紧在第一腹板3-3上与第一夹板3-1相对的另一侧面，将第二夹板3-2的顶端与钢梁1-1采用角焊缝焊接固定但注意此时第二夹板3-2与第一腹板3-3之间暂不焊接，将第二夹板3-2沿宽度方向与子框架上节点4-1的翼缘外侧采用角焊缝焊接固定；

步骤5，将第二槽钢8-2与子立柱2-2之间、第二槽钢8-2和子框架下节点4-2之间采用高强螺栓紧固，将第一槽钢8-1与子立柱2-2之间、第一槽钢8-1与子框架上节点4-1之间采用高强螺栓初拧；

步骤6，浇注钢筋混凝土板10且使钢筋混凝土板10的板面与支撑下部节点5的翼缘5-1顶面齐平，然后安装轻质墙板11；

步骤7，待主要的竖向荷载都施加到钢梁上后(如现浇混凝土楼板、隔墙等)，拧紧第一槽钢8-1与子立柱2-2之间、第一槽钢8-1与子框架上节点4-1之间的高强螺栓，将第一夹板3-1与第一腹板3-3之间、第二夹板3-2与第一腹板3-3之间采用角焊缝焊接固定，将第一节点板3-4与第一翼缘3-6外侧采用角焊缝焊接固定，将支撑下部节点5中的第二腹板5-4与位于下方的钢梁1-1的接触面采用角焊缝焊接固定，将第二节点板5-2与第二翼缘5-1外侧采用角焊缝焊接固定，将支撑中部节点中的两第三节点板6两相邻且相互垂直的侧面分别与子横梁2-1和子立柱2-2采用角焊缝焊接固定；

步骤8，将两支撑构件7按附图中所示进行安装，将位于支撑上部节点3和支撑中部节点之间的支撑构件7的两端分别焊接在第一节点板3-4和其中一个第三节点板6上，将位于支撑下部节点5和支撑中部节点之间的支撑构件7的两端分别焊接在另一个第三节点板6和支撑下部节点5的第二节点板5-2上。

在步骤1之前，在子框架上节点4-1、子框架下节点4-2、子立柱2-2、第一槽钢8-1和第二槽钢8-2上开设圆孔，在第一槽钢8-1上开设槽孔，在子框架下节点4-2上开设钢筋孔9。

实施例3

与实施例2基本相同，所不同的是：

结合图8～9，本实施例与实施例2部分区域处理方式稍有不同，具体体现在子框架上节点4-1、子框架下节点4-2：本实施例施工时，先将子框架上节点4-1一端先与子立柱2-2进行焊接，这样连接的原因是当主体框架不包含任何节点或者设计院不想做节点深化时，子框架上、下节点与子框架可以作为一个整体在工厂组装好，再一起吊装到现场，另一端在之后的施工过程中待支撑上部节点3内的构件安装完毕再与第一翼缘3-6外侧进行焊接。且相比实施例2，子框架上节点4-1的翼缘在第一腹板3-3的投影位置加设加劲肋3-5，避免集中力导致的局部破坏；子框架下节点4-2一端与子立柱2-1先采用开圆孔的槽钢通过高强螺栓连接，另一端待竖向荷载加载完毕后再与原框架结构中位于下方的钢梁1-1的翼缘外侧焊接。其他位置的施工处理方式与实施例2相同。