CN101787737B - 同时满足空间不同方向约束要求的结构节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同时满足空间不同方向约束要求的结构节点。所述同时满足空间不同方向约束要求的结构节点，选用满足节点间产生的轴力和剪力需要的工字钢作为基本连接材料，在工字钢连接点中部采用弧面板间可以传递X向压力且能释放Z向位移的弧面接触压力板，工字钢上下梁缘设置两块延伸率能满足Z向变形需要且厚度能满足Y向抗剪承载力需要的水平钢板。本发明一是能够将单向约束变成复合约束；二是将限制竖向变位的剪力转化为受拉变形；三是当节点产生转动时，翼缘上下节点板产生拉伸、压缩变形，使转动变成有阻尼约束；四是工程设有安全装置，当结构遭遇罕见地震，超越极限承载力时，连接件可以损坏。

Description

同时满足空间不同方向约束要求的结构节点

技术领域

本发明涉及一种工程结构构件连接技术，特别涉及一种同时满足空间不同方向约束要求的结构节点。

背景技术

在实际工程结构中，结构整体是由许多构件组成，这些构件又以节点方式连接起来，形成一完整的能满足设计功能要求的结构，达到使用的目的。不同性质的结构或不同结构构件的连接要求千差万别，因此节点的性能往往决定结构的能力和满足设计功能要求的程度。

有一项工程，结构形式为不规则多支撑筒、大悬挑、大跨度复杂空间组合钢结构。在工程实际中，悬挑的巨型桁架平台与外部维持玻璃、金属幕墙间要求连接，这种连接要求节点能同时传递法向风荷载，并同时能有限制释放悬挑桁架与幕墙连接处竖向位移。由于幕墙与系统有抗侧刚度，因此幕墙与悬挑桁架间的连接节点能承受纵向水平剪力，由于幕墙与屋架相连，屋盖幕墙系统在不同温差作用下产生法向水平位移，这种连接节点要求绕外幕墙结构平面有转动能力。所需的节点构造必须能同时满足上述空间不同方向约束要求。

在实际工程结构中，构件的连接方式种类很多，有刚性节点、弹性节点、有限刚性节点、滑动节点、耗能阻尼节点等。但本工程所需的节点与以上连节点最大区别在于节点三个空间主轴方向约束差异很大，或有原则性差异。如所需节点有三个主轴方向，X向(本文称为法向)，Y向为侧向或纵向，Z为竖向。X向连接的点将结构风压、风吸力传递到结构抗力大的主体上；Z向要满足悬挑结构主体的竖向变形不能过多地传递到节点外侧幕墙柱上；Y向能传递侧向温度应力和地震作用水平荷载；Y、Z向要有转动能力，释放屋架产生结构温度和地震作用变形。经查，本工程所需要的连接节点目前存在的构造技术均无法满足。

发明内容

为了解决现有技术中存在的节点构造无法满足本工程所需的能同时满足空间不同方向约束要求的结构节点的技术问题，本发明提供一种同时满足空间不同方向约束要求的结构节点。

本发明为了解决上述技术问题采用的技术方案是：提供一种同时满足空间不同方向约束要求的结构节点，所述同时满足空间不同方向约束要求的结构节点，选用满足节点间产生的轴力和剪力需要的工字钢作为基本连接材料，在工字钢连接点中部采用弧面板间可以传递X向压力且能释放Z向位移的弧面接触压力板，工字钢上下梁缘设置两块延伸率能满足Z向变形需要且厚度能满足Y向抗剪承载力需要的水平钢板，上述的X向为法向，Y向为侧向或纵向，Z向为竖向。所述钢板在结构未完成安装前由螺栓暂时固定，待工程安装结束后，所述钢板的周边与工字钢翼缘焊牢。

本发明的优点：一是能够将单向约束变成复合约束；二是将限制竖向变位的剪力转化为受拉变形；三是当节点产生转动时，翼缘上下节点板产生拉伸、压缩变形，使转动变成有阻尼约束，控制转动不易过快、转角过大，有利于保护外幕墙安全；四是工程设有安全装置，当结构遭遇罕见地震，超越极限承载力时，连接件可以损坏，这种构造容易修复，符合大震可修的原则。

附图说明

图1是本发明同时满足空间不同方向约束要求的结构节点实施例1的结构示意图；

图2是本发明同时满足空间不同方向约束要求的结构节点实施例2的结构示意图；

图3是本发明同时满足空间不同方向约束要求的结构节点实施例3的结构示意图；

图4是实施例3只有竖向位移30mm时抛物突出部分有一定间隙的状态；

图5是实施例3固定竖向位移30mm后施加水平位移1.75mm时抛物突出部分刚刚接触的状态；

图6是实施例3水平位移增大时抛物突出部分接触较多的状态；

图7是实施例3在工程实际应用中作为节点图；

图8是实施例3在工程实际应用中作为节点的剖面图。

具体实施方式

本发明提供的是一种同时满足空间不同方向约束要求的结构节点，所述同时满足空间不同方向约束要求的结构节点，选用满足节点间产生的轴力和剪力需要的工字钢作为基本连接材料，在工字钢连接点中部采用弧面板间可以传递X向压力且能释放Z向位移的弧面接触压力板，工字钢上下梁缘设置两块延伸率能满足Z向变形需要且厚度能满足Y向抗剪承载力需要的水平钢板。所述钢板在结构未完成安装前由螺栓暂时固定，待工程安装结束后，所述钢板的周边与工字钢翼缘焊牢。所述的X向为法向，Y向为侧向或纵向，Z向为竖向。

下面结合三个具体的实施例与附图对本发明做详细说明。

实施例1：

如图1，实施例1允许Z向(竖向)变位较大，X向拉压力较小，Y向有较高的水平抗剪承载力。

实施例2：

如图2，实施例2构造保持X向有较好的抗压、抗拉承载力，Z向允许有位移，Y向仍然保持较高水平抗剪承载力。

实施例3：

实施例3是最佳实施方案，如图3。实施例3是在实施例2基础上将接触面由圆弧改为抛物线弧面，使X向有较高的抗拉、抗压能力，Z向和Y向要求同实施例2。

以上三种实施例经过有限元分析计算，得出如下结论：

实施例1节点X向抗压刚度较小，虽然能满足Z向位移要求，但X向位移较大，不符合本发明的要求，因此被淘汰。

实施例2节点间隙采用圆弧连接，X向抗压能力有较大增加，但由于圆弧在Z向位移增大到一定程度后，两弧面接触面会有间隙。当产生间隙后，X向抗压能力有所降低，Z向位移和Y向抗剪刚度未受影响。

实施例3在圆弧接触面上采用抛物线弧面接触，这种接触方式可以采用多种曲线，能有效控制两受压弧面接触较好，能有效保证Z向变位的顺畅，Y向抗剪刚度不改变。因此本发明的节点选用实施例3的构造。

实施例3应力图见图4、图5和图6，图4是实施例3只有竖向位移30mm时抛物突出部分有一定间隙的状态；图5是实施例3固定竖向位移30mm后施加水平位移1.75mm时抛物突出部分刚刚接触的状态；图6是实施例3水平位移增大时抛物突出部分接触较多的状态。

实施例3在工程实际应用中作为节点见图7，其剖面图见图8。

使用方法：

1、首先根据需要确定盖板的X向拉力(压力)、水平和Y向抗剪需要初步确定盖板尺寸。

2、根据转角大小确定连接抛物面弧线矢高和缺口尺度。

3、根据三向约束要求进行试算，以最终确认板件最终尺寸。

以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种同时满足空间不同方向约束要求的结构节点，其特征在于：所述同时满足空间不同方向约束要求的结构节点，选用满足节点间产生的轴力和剪力需要的工字钢作为基本连接材料，在工字钢连接点中部采用弧面板间可以传递X向压力且能释放Z向位移的弧面接触压力板，工字钢上下梁缘设置两块延伸率能满足Z向变形需要且厚度能满足Y向抗剪承载力需要的水平钢板，上述的X向为法向，Y向为侧向或纵向，Z向为竖向。

2.根据权利要求1所述的同时满足空间不同方向约束要求的结构节点，其特征在于：所述钢板在结构未完成安装前由螺栓暂时固定，待工程安装结束后，所述钢板的周边与工字钢翼缘焊牢。

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