CN101638914B - 钢结构节点组件及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢结构节点组件，包括型钢、圆钢和固定在所述型钢外壁上的钢板连接件，在所述钢板连接件的一侧连接有定位板，在所述的钢板连接件上开设有螺栓孔，在所述的定位板上开设有对应于所述螺栓孔的定位孔，在所述螺栓孔和定位孔中贯穿有螺栓，所述圆钢的一端为连接部，该连接部设置在所述钢板连接件与所述定位板之间并套接于所述螺栓，通过螺栓与螺母的配合连接将所述钢板连接件、圆钢的连接部以及定位板固定为一体。本发明还涉及一种钢结构节点组件的装配方法。本发明具有连接强度高、拆卸方便、易于加工、适用范围广的优点。

Description

钢结构节点组件及其装配方法

技术领域

本发明涉及一种工程结构组件，尤其涉及一种用于型钢与圆钢连接的钢结构节点组件及其装配方法。

背景技术

在结构设计领域中钢结构的应用较为广泛。目前在我国，钢结构设计也得到越来越多的重视和发展。而在钢结构设计中，钢结构节点组件，即型钢与钢管或角钢或圆钢之间的连接结构，是钢结构设计的重要环节之一。

现有的钢结构节点组件大多是型钢与钢管的连接结构，或是型钢与角钢连接结构。图1为现有的型钢与钢管的节点连接结构示意图，如图1所示，钢管22的连接端被加工成坡口形，该坡口形的连接端的周壁与型钢21的外壁接合，再通过焊接方式使钢管22与型钢21呈一定斜角固定连接。上述结构的缺点在于：1、由于坡口形的钢管连接端与型钢21的外壁进行焊接时，对电焊工人的专业技术要求较高，在大批量生产时，因各个电焊工人的专业技术水平有所不同，导致焊接质量难以保证，不适于大批量规模化生产。2、由于采用焊接方式连接固定，虽然能够满足工程设计的强度要求，但焊接后型钢与钢管是不可拆卸的，会造成整体工件的体积过大，给运输带来极大的不便。为避免运输上的不便，通常采用在现场进行组装焊接的作业方式，但这就要求现场必须满足规定的焊接条件，增加了组装时的难度，提高了加工成本，并且在现场焊接过程中，受外界因素的影响较大，作业环境经常难以保证，因而影响焊接质量，导致产品的合格率不高。3、适用范围较小，不适于型钢与圆钢之间的连接，其原因是圆钢的焊接面积较小，并且圆钢为实心钢材，型钢与圆钢焊接后，焊接处受力集中，荷载较大，容易在焊接处出现裂缝甚至造成断裂。

如图2所示，在型钢21与角钢24的节点连接结构中，在型钢21的外壁上固定连接有一钢板连接件23，角钢24与钢板连接件23分别开设螺栓孔，通过螺栓25、螺母26配合连接，形成型钢与角钢的可拆卸的节点连接结构。上述结构虽然通过可拆卸的螺栓连接结构克服现有技术中不可拆卸、施工作业难度高的缺陷，但其还具有一些缺陷：该结构不适于圆钢与型钢之间的连接，由于圆钢的横截面较小且为实心材质，不适于在圆钢上开设通孔，因此无法通过螺栓连接的方式实现与钢板连接件23的连接。如果将圆钢的连接端加工成扁平状虽然可以在其上开设通孔，但加工成难度较大，生产成本高，也不利于大批量生产。

另外，中国实用新型专利CN2744752公开了一种圆钢管混凝土柱的节点，该节点结构是在型钢梁的端部设有端板，圆钢管夹设于两型钢梁端部的端板之间，在圆钢管与端板之间设置找平钢管，端板、找平钢管和圆钢管由穿过柱心的螺栓连接在一起。上述结构的缺点是：1、结构复杂，生产成本高；2、圆钢管只能布设于型钢梁与另一型钢梁之间，不能满足工程结构的需要；3、螺栓需要穿过被夹持的圆钢管，不适于圆钢与型材的固定连接。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种钢结构节点组件，该钢结构节点组件可实现圆钢与型钢的可拆卸连接，并且其连接的强度高，适于大批量生产。

为达到上述目的，本发明提出了一种钢结构节点组件，包括型钢、圆钢和固定在所述型钢外壁上的钢板连接件，在所述钢板连接件的一侧连接有定位板，在所述的钢板连接件上开设有螺栓孔，在所述的定位板上开设有对应于所述螺栓孔的定位孔，在所述螺栓孔和定位孔中贯穿有螺栓，所述圆钢的一端为连接部，该连接部设置在所述钢板连接件与所述定位板之间并套接于所述螺栓，通过螺栓与螺母的配合连接将所述钢板连接件、圆钢的连接部以及定位板固定为一体。

在本发明中，所述的钢板连接件上开设有两个螺栓孔，所述圆钢的连接部为具有两个弧弯部的“S”形连接部，所述的两个弧弯部分别包覆所述两个螺栓的外周壁，能包覆螺栓的所述的两弧弯部的周长均大于所述螺栓的横截面周长的一半。

在本发明中，所述的“S”形连接部的两侧焊接固定有连接构件，所述连接构件的厚度与所述“S”形连接部的横截面直径相等且所述连接构件与所述“S”形连接部设在同一平面上，所述“S”形连接部和所述的连接构件夹紧固定于所述的钢板连接件与所述的定位板之间。

在本发明中，所述的连接构件为圆钢。

在本发明中，所述圆钢的连接部呈多边形，该多边形的连接部套设在所述螺栓的外部。

在本发明中，所述的多边形为长方形。

在本发明中，所述的型钢为钢管或角钢或槽钢。

本发明还提供了一种钢结构节点组件的装配方法，该装配方法包括如下步骤：

步骤1：将具有螺栓孔的钢板连接件焊接在型钢外壁上；

步骤2：圆钢的一端弯折，形成能围绕所述螺栓孔的孔口的连接部，将该连接部置于所述的钢板连接件的一侧，并围绕所述孔口设置；

步骤3：在定位板上开设与所述螺栓孔对应的定位孔，将所述定位板置于所述连接部的一侧，使得所述连接部位于所述定位板与所述钢板连接件之间，所述定位孔与所述螺栓孔对位配合；

步骤4：将螺栓贯穿所述螺栓孔、连接部和定位孔，螺母旋合紧固于所述螺栓的端部，使连接部夹紧固定于钢板连接件与定位板之间。

在本发明中，在钢板连接件上开设两个螺栓孔，所述的步骤2具体为：将所述圆钢的一端弯折为“S”形连接部，该“S”形连接部具有两个弧弯部，能包覆螺栓的所述的两弧弯部的周长均大于所述螺栓的横截面周长的一半。

在本发明中，在所述的“S”形连接部所在的平面上、所述的“S”形连接部的两侧焊接连接构件。

在本发明中，所述的步骤2具体为：将所述圆钢的一端弯折为多边形，该多边形的连接部围绕所述螺栓孔的孔口设置。

在本发明中，本发明与现有结构相较之下，具有以下的特点和优点：

本发明通过螺栓与螺母的配合将圆钢的弯折的连接部紧固于型钢外壁上的钢板连接件与定位板之间，由于螺栓贯穿并固定圆钢的连接部，螺栓能够承载轴向和径向的外力，具有较大的抗拉和抗扭强度，能够满足钢结构设计上的强度要求。并且，本发明采用可拆卸的螺栓连接，使得节点组件拆装方便且便于运输，适于大批量生产。同时，圆钢所耗用的钢材较少，可以减少钢材的使用量，降低了生产成本。本发明的装配方法采用可拆卸的螺栓连接，操作简单、易于加工，并且型钢与圆管之间的连接牢固可靠，能够满足工程设计的强度要求。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1为现有技术中钢管与钢管的节点连接结构示意图；

图2为现有技术中钢管与角钢的节点连接结构示意图；

图3为本发明实施例一的结构示意图；

图3A为图3的A部分的结构放大图；

图3B为图3中E向的剖面结构示意图；

图4为本发明实施例一在安装定位板前的结构示意图；

图4A为图4的B部分的结构放大示意图；

图5为本发明实施例二的结构示意图；

图5A为图5的C部分的结构放大示意图；

图6为本发明实施例二在安装定位板前的结构示意图；

图6A为图6的D部分的结构放大示意图；

图7为本发明的定位板的结构示意图。

附图标记说明：

现有技术：

21-型钢；22-钢管；23-钢板连接件；24-角钢；25-螺栓；26-螺母。

本发明：

1-型钢；2-圆钢；3-钢板连接件；4-螺栓孔；41第一螺栓孔；42-第二螺栓孔；5-“S”形连接部；51-第一弧弯部；52-第二弧弯部；6-连接构件；61-第一连接构件；62-第二连接构件；7-定位板；71-第一定位孔；72-第二定位孔；8-螺栓；9-螺母；10-长方形的连接部。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

图3为本发明实施例一的结构示意图；图4为本发明实施例一在安装定位板前的结构示意图。如图3、图4所示，本发明的钢结构节点组件，包括型钢1和圆钢2，在型钢1的外壁上焊接固定有用于固定圆钢2的钢板连接件3，在钢板连接件3上开设有螺栓孔4，在一定位板7上开设有对应于螺栓孔4的定位孔，螺栓8贯穿在螺栓孔4和定位孔中，圆钢2的一端为连接部，该连接部设置在钢板连接件3与定位板7之间并套接于螺栓8，通过螺栓8与螺母9的配合连接将钢板连接件3、圆钢的连接部以及定位板7固定为一体。

在本实施例中，如图4A所示，在钢板连接件3上开设有两个螺栓孔，即第一螺栓孔41和第二螺栓孔42，在定位板7上开设有与两个螺栓孔对应的两个定位孔，即第一定位孔71和第二定位孔72(如图7所示)，第一定位孔71与第一螺栓孔41对位配合，且第二定位孔72与第二螺栓孔42对位配合。圆钢2的一端部连接于钢板连接件3的一侧，该端部由圆钢2的前端弯折而成，形成圆钢2的“S”形连接部5，该“S”形连接部5能围绕螺栓孔4的孔口设置。该“S”形连接部5具有两个弧弯部，即第一弧弯部51和第二弧弯部52，其中，第一弧弯部51围绕于第一螺栓孔41的孔口；同时第二弧弯部52围绕于第二螺栓孔42的孔口。在“S”形连接部5所在平面上、该“S”形连接部5的两侧分别焊接固定有长条形的连接构件，即第一连接构件61和第二连接构件62，其中第一连接构件61焊接于“S”形连接部5的第一弧弯部51的第一开口的外部，即第一连接构件61焊接固定于第一开口外部的第一弧弯部51的最外端P1和第二弧弯部52的最外端P2处；第二连接构件62焊接于第二弧弯部52的第二开口的外部，即第二连接构件62焊接固定于第二开口外部的第一弧弯部51的最外端P3处。焊接后，第一连接构件61、“S”形连接部5和第二连接构件62处于同一平面上，形成为一体结构。第一连接构件61和第二连接构件62起到对“S”形连接部5的加固作用，避免了“S”形连接部在受力较大时可能产生的变形，从而保证其受力的安全性。

并且，第一连接构件61和第二连接构件62的厚度分别与“S”形连接部5的横截面直径相等，使得第一连接构件61和第二连接构件62与“S”形连接部5在钢板连接件3上的径向高度相等。定位板7压设在“S”形连接部5和第一连接构件61、第二连接构件62上，当通过螺栓穿过螺栓孔和定位孔与螺母配合夹紧时，由于在“S”形连接部5分别两侧加设第一连接构件61和第二连接构件62，增加了圆钢前端与定位板7的接触面积，加大定位板7的受力面积，有利于提高钢结构节点组件的强度。

如图3A、3B所示，螺栓8穿设于螺栓孔和定位孔中，“S”形连接部5的两个弧弯部分别包覆两个螺栓8的外周壁，螺母9与螺栓8旋合并紧固于螺栓8的端部，通过螺母9与螺栓8配合形成的夹紧力将圆钢2的连接部紧固于钢板连接件3与定位板7之间，使圆钢2既不会沿其轴向滑动也不会围绕螺栓转动，保证了钢结构节点组件的稳定性，可满足工程设计的强度要求，同时采用螺栓连接方式也实现了圆钢与型钢的可拆卸连接，使产品易于运输且方便施工安装。

其中，“S”形连接部5的两弧弯部51、52的周长均大于其所包裹的螺杆8的横截面周长的一半，使得第一弧弯部51和第二弧弯部52能够牢固的套接在螺杆8上，并且防止连接部从定位板与钢板连接件之间脱出。

另外，定位板7为钢板，由于钢板具有较高的强度，定位板7在与钢板连接件3配合夹紧时，能够满足工程设计的强度要求。在本发明中，型钢1不限于钢管，也可以是角钢或槽钢，具有适用范围广的优点，可满足不同的工程设计要求。

此外，连接构件6采用与圆钢2规格尺寸相同的圆钢，连接构件6横截面的直径与圆钢2的横截面的直径相等，以保证连接构件6与圆钢2固定在钢板连接件3上时，连接构件6与圆钢2的径向高度相等。定位板7可同时压在连接构件6和“S”形连接部上，增加定位板的受力面积，提高钢结构节点组件的抗拉和抗扭强度。并且，连接构件6采用长条形的圆钢易于加工，且便于与“S”形连接部相焊接。

图5为本发明实施例二的结构示意图；图6为本发明实施例二在安装定位板前的结构示意图。如图5、图6所示，本实施例与实施例一的结构大致相同，其中相同部件采用相同的标号，本实施例与实施例一相同的结构及有益效果由于已在实施例一中详细说明，在此不再赘述。本实施例与实施例一的区别在于，圆钢前端的连接部的结构不同。在本实施例中，如图5A、图6A所示，圆钢2的前端部弯折形成长方形的连接部10，螺栓孔4的孔口能容纳在该长方形的连接部10所围成的空间区域内，螺栓8贯穿钢板连接件上的螺栓孔4、长方形的连接部和定位板7上的定位孔，长方形的连接部10套接在螺栓8的外部。螺栓8的端部与螺母9配合旋紧，使圆钢2的连接部夹紧于定位板7和钢板连接件3之间，实现圆钢与型钢的牢固且可拆卸的连接。

作为可选的实施方式，连接部除了弯折成长方形外，还可以呈其它多边形，只要保证连接部能够包覆螺栓8，既增加连接部与定位板的接触面积，又可防止连接部从定位板与钢板连接件之间脱出。

本发明通过螺栓与螺母的配合将圆钢前端的连接部紧固于钢板连接件与定位板之间，螺栓能够承载轴向和径向的外力，具有较大的抗拉和抗扭强度，能够满足钢结构设计上的强度要求。并且，螺栓连接为可拆卸的连接方式，实现了型钢与圆管之间牢固的、可拆卸的连接，便于运输，适于大批量生产。

本发明在应用于三管通信塔的塔柱之间连接时，由于圆钢的风荷载体型系数μs较小，挡风面积小，因此圆钢所受的风力荷载较小，可减少整个塔体荷载，提高了塔体的安全性。并且，圆钢所耗用的钢材较少，可以减少钢材的使用量，降低生产成本。

本发明在装配时，采用如下步骤进行：

步骤1：将具有螺栓孔的钢板连接件焊接在型钢外壁上，螺栓孔为钢板连接件设开设的通孔，开孔可以在钢板连接件与型钢焊接之前或之后进行，只要能够满足转配的需要，开孔时间可不做限定；

步骤2：圆钢的一端弯折，形成能围绕螺栓孔的孔口的连接部，将该连接部置于钢板连接件的一侧，并围绕该孔口设置；

步骤3：在定位板上开设与螺栓孔对应的定位孔，将定位板置于连接部背向钢板连接件的一侧，使得连接部位于定位板与钢板连接件之间，定位孔与螺栓孔对位配合；

步骤4：将螺栓贯穿螺栓孔、连接部和定位孔，螺母旋合紧固于螺栓的端部，使得连接部夹紧固定于钢板连接件与定位板之间。

本发明的装配方法采用可拆卸的螺栓连接，操作简单、易于加工，并且型钢与圆管之间的连接牢固可靠，能够满足工程设计的强度要求。

作为一种可选的实施方式，步骤2可具体为：在钢板连接件上开设两个螺栓孔，将所述圆钢的一端弯折为“S”形连接部，该“S”形连接部具有两个弧弯部，能包覆螺栓8的“S”形连接部5的两弧弯部51、52的周长均大于螺杆8的横截面周长的一半，在“S”形连接部的两侧焊接连接构件6。本发明装配方法的其它步骤与上述内容相同，在此不再赘述。

作为另一种可选的实施方式，步骤2还可具体为：将所述圆钢的一端弯折为多边形，该多边形的连接部围绕所述螺栓孔的孔口设置。本发明装配方法的其它步骤与上述内容相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (11)

1.一种钢结构节点组件，其特征在于：所述的钢结构节点组件包括型钢、圆钢和固定在所述型钢外壁上的钢板连接件，在所述钢板连接件的一侧连接有定位板，在所述的钢板连接件上开设有螺栓孔，在所述的定位板上开设有对应于所述螺栓孔的定位孔，在所述螺栓孔和定位孔中贯穿有螺栓，所述圆钢的一端为连接部，该连接部设置在所述钢板连接件与所述定位板之间并套接于所述螺栓，通过螺栓与螺母的配合连接将所述钢板连接件、圆钢的连接部以及定位板固定为一体。

2.根据权利要求1所述的钢结构节点组件，其特征在于：所述的钢板连接件上开设有两个螺栓孔，所述圆钢的连接部为具有两个弧弯部的“S”形连接部，所述的两个弧弯部分别包覆所述两个螺栓的外周壁，能包覆螺栓的所述的两弧弯部的周长均大于所述螺栓的横截面周长的一半。

3.根据权利要求2所述的钢结构节点组件，其特征在于：所述的“S”形连接部的两侧焊接固定有连接构件，所述连接构件的厚度与所述“S”形连接部的横截面直径相等且所述连接构件与所述“S”形连接部设在同一平面上，所述“S”形连接部和所述的连接构件夹紧固定于所述的钢板连接件与所述的定位板之间。

4.根据权利要求3所述的钢结构节点组件，其特征在于：所述的连接构件为圆钢。

5.根据权利要求1所述的钢结构节点组件，其特征在于：所述圆钢的连接部呈多边形，该多边形的连接部套设在所述螺栓的外部。

6.根据权利要求5所述的钢结构节点组件，其特征在于：所述的多边形为长方形。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的钢结构节点组件，其特征在于：所述的型钢为钢管或角钢或槽钢。

8.一种钢结构节点组件的装配方法，其特征在于，该装配方法包括如下步骤：

步骤1：将具有螺栓孔的钢板连接件焊接在型钢外壁上；

步骤2：圆钢的一端弯折，形成能围绕所述螺栓孔的孔口的连接部，将该连接部置于所述的钢板连接件的一侧，并围绕所述孔口设置；

步骤3：在定位板上开设与所述螺栓孔对应的定位孔，将所述定位板置于所述连接部的一侧，使得所述连接部位于所述定位板与所述钢板连接件之间，所述定位孔与所述螺栓孔对位配合；

步骤4：将螺栓贯穿所述螺栓孔、连接部和定位孔，螺母旋合紧固于所述螺栓的端部，使连接部夹紧固定于钢板连接件与定位板之间。

9.根据权利要求8所述的钢结构节点组件的装配方法，其特征在于：在钢板连接件上开设两个螺栓孔，所述的步骤2具体为：

将所述圆钢的一端弯折为“S”形连接部，该“S”形连接部具有两个弧弯部，能包覆螺栓的所述的两弧弯部的周长均大于所述螺栓的横截面周长的一半。

10.根据权利要求9所述的钢结构节点组件的装配方法，其特征在于：在所述的“S”形连接部所在的平面上、所述的“S”形连接部的两侧焊接连接构件。

11.根据权利要求8所述的钢结构节点组件的装配方法，其特征在于：所述的步骤2具体为：将所述圆钢的一端弯折为多边形，该多边形的连接部围绕所述螺栓孔的孔口设置。

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