[发明专利]用于支撑建筑物的结构框架系统和装配其的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求申请号为No.14/526,009、标题为“开孔腹板式剪切连接件结构”、2014年10月28日提交的美国专利申请的权利，其通过全部引用结合于此，如同在下面做了充分阐述一样。

技术领域

本技术实施例涉及多层建筑物的建造，更特别地，涉及用于建造这类建筑的改进的结构框架系统和相关方法。该系统包括复合混凝土和钢组件，该结构体系由一条或多条钢梁加上一块或多块混凝土预制板组成，使整体形成一个可共同作用的组合结构以大幅度提高结构强度。

背景技术

在建造多层建筑物时，框架系统通常是支撑建筑物的承重结构。例如，商用建筑框架结构通常由立柱及架于立柱之间的横梁组成。每层楼板通常用混凝土楼板构成，并由横梁支撑。这种楼板可以是连接到框架梁或浇注在框架梁周围的钢筋混凝土楼板。框架结构通常承受所有楼面和屋顶纵向荷载，同时承受水平荷载，例如风荷载和地震荷载。楼板则将水平荷载传到横向受力结构系统，例如钢框架、支撑框架以及剪力墙系统，以满足结构设计规范的最低设计要求。

近年来，国家和国际建筑规范标准的修订案增加了对抗震设计标准的横向荷载要求，特别是对多层建筑物的建造要求。因此，未来的多层建筑结构的框架系统需要抵抗比现有相同结构更高的设计荷载。此外，由于对设计抗震荷载要求的提高以及降低建造成本的诉求，出现了多种新型结构体系以满足对现有结构承载能力要求，并且满足业主对经济和成本的诉求。建筑施工领域中的一个新发展是使用预制结构构件，例如预制混凝土楼板和墙板、钢结构和其他可在工厂中生产的预制构件。这些预制混凝土板构件广泛使用于现代建筑施工中。这些预制构件可以方便快捷地在现场架设及安装以大幅削减成本、现场工作和建筑工期。专利号为No.4505087，标题为“混凝土层板与加腋支撑梁的建造方法”的美国专利公布了一种混凝土楼板的建造方法，其通过将混凝土浇注在预制构件上方来形成整体结构。而这种由预制混凝土板构件建造的结构所需要解决的一个问题是结构整体性问题。专利号为No.4081935A，标题为“预制混凝土板构件在楼房结构系统中的应用”的美国专利公布了一种通过在预制混凝土楼板和梁上方浇注混凝土来改善这类结构的结构整体性的建造方法。然而，还有其它结构整体性问题没有解决。例如，在一些情况下，结构钢和预制混凝土板构件需要在建造建筑物时一起使用。当下，将这两种类型的材料结合的技术并不完善，因此，不可避免地会阻碍基于这些类型的材料的建造。

最近的一个美国专利(专利号No.6442908)提出一个改善方案，其中提出使用一种非对称横梁与立柱构成的框架结构。横梁由立柱支撑，立柱由基础支撑。非对称横梁包括一块狭窄且较厚的上翼缘、一块较宽较薄的下翼缘以及一块开有梯形孔的腹板。常规预制混凝土板的空心楼板垂直架立于非对称横梁之间。一对空心楼板对称地放置于横梁的下翼缘之上，并与腹板垂直，其端面与腹板平行。并将预制混凝土板的空心楼板的孔洞填满以形成一次灌注成型的劲性混凝土组合结构，这改善了钢梁和混凝土板之间所产生的共同作用和机械咬合作用，并减少了由于水泥浆从梁的任一侧分离而造成的强度损失。

同时，早期测试表明上述专利中的框架系统增加了结构承载力，测试还表明该框架系统的共同作用还有待提高。针对以上结果，本发明提出了一种开孔腹板式剪切连接件构成的组合梁体系，其体系结合了传统蜂窝梁和组合梁的一些优点。在这种结构中，预制梁可以与钢梁一起作用，并可以大幅提升梁的抗弯强度。开孔腹板式剪切连接件也可以与基梁一起共同作用，以进一步增强系统的抗弯强度。吊装预制混凝土板十分方便，并且剪切连接件不会对吊装过程造成阻碍。所述复合剪切连接件的开孔腹板能够使预制混凝土层板与钢梁结合以提供必需的共同作用。该系统可以加入钢筋以增强结构的抗剪强度、延展性性和韧性。结构延性的改善和增强能够大大提高结构的抗震性能。如果使用金属丝式预制混凝土板(precast concrete filigree panel)，这种改善还可以进一步的增强。

所述系统还可适用于多种不同跨度的结构。所述系统的结构承载能力可在大范围内变化使得结构可以满足但不局限于民用建筑、工业建筑和商业建筑要求。预制混凝土板的使用可以明显缩短施工工期。预制板的使用还可以最大限度的减少由于天气影响而造成的工期拖延。预制混凝土板可在工厂的可控生产条件下生产，然后运到工地施工。进而使工程进度不受不利于混凝土浇注，成型和养护的天气因素，诸如湿度、降水、温度等的影响。

发明内容