CN101906849A - 钢柱对接的连接装置及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种钢柱对接的连接装置及安装方法，属钢结构施工领域。该连接装置包括：耳板、连接夹板和螺栓；耳板为两块，两块耳板上均设有螺栓孔；连接夹板为两块，两块连接夹板上也均设有与两块耳板上螺栓孔对应的螺栓孔；两块耳板设置在两块连接夹板之间通过螺栓与两块连接夹板固定连接成为一体结构。本发明还提供一种倾斜钢管柱对接的安装方法。该连接装置可用在倾斜钢管柱的对接中，固定上、下钢管柱的对接处，使上方倾斜的上钢管柱通过连接装置临时固定在下钢管柱上，不用再设置硬性支撑、拉设缆风绳等临时固定设施来对倾斜的上钢管柱进行临时固定，减少了倾斜钢管柱构件对接中所用的临时固定设施，提高了钢结构施工的安装进度，缩短了工期。

Description

钢柱对接的连接装置及安装方法

技术领域

本发明涉及钢结构施工领域，特别是涉及一种钢结构施工中的钢柱(钢管柱与箱型柱)对接的连接装置及安装方法。

背景技术

对于目前高层建筑纵向发展越来越高，且结构设计越来越新异、奇特，给超高层钢结构安装技术带来很大的挑战。高层钢结构钢柱的体积随着纵向高度的延伸、结构形式的变化不断增大，若采用目前传统的硬性支撑、拉设缆风绳等临时钢管柱固定措施进行钢构件的安装，对于施工工期无法保证，各个施工队伍的交错安全文明施工无法满足要求，给安装精度带来很大困难。

目前，对超高层钢结构钢柱临时安装采用临时钢支撑与拉设缆风绳对其支撑和稳固，需投入较大的施工措施和劳动力，增加了施工内容和工作时间，且多工种多工序的立体交叉作业相互影响，带来施工安全隐患。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明实施例提供一种钢柱对接的连接装置及安装方法，在钢柱对接时不用硬性支撑、拉设缆风绳，即可实现钢柱构件的临时固定，从而提高钢结构施工安装进度。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明实施例提供一种钢柱对接的连接装置，包括：

耳板和连接夹板；

耳板为两块，两块耳板上均设有螺栓孔；连接夹板为两块，两块连接夹板上也均设有与两块耳板上螺栓孔对应的螺栓孔；两块耳板设置在两块连接夹板之间通过螺栓与两块连接夹板固定连接成为一体结构。

本发明实施例还提供一种钢柱对接的安装方法，用于在已固定的下钢柱上对接安装倾斜的上钢柱，包括：

采用上述连接装置固定连接所对接的上、下钢柱的对接处；

将连接装置的耳板分别焊接到所对接的上、下钢柱的对接端；

将上钢柱吊装至已固定的下钢柱上方，调整上钢柱至安装位置，使上钢柱对接端焊接的耳板与下钢柱对接端焊接的耳板的位置相对应；

通过连接装置的连接夹板夹持上、下钢管柱对接端焊接的耳板，并通过螺栓使所述连接夹板与上、下钢柱对接端焊接的耳板固定连接，使上、下钢柱对接端通过由耳板、连接夹板和螺栓形成的连接装置固定连接。

从上述本发明实施例提供的技术方案中可以看出，本发明实施例中的连接装置通过在两块耳板上设置螺栓孔，并在两块连接夹板在设置与耳板上螺栓孔匹配的螺栓孔，通过两块连接夹板夹持并连接两块耳板再经螺栓固定后使两块耳板连接成一体结构。该连接装置可用在倾斜钢管柱的对接中，固定上、下钢管柱的对接处，使上方倾斜的上钢管柱通过连接装置临时固定在下钢管柱上，不用再设置硬性支撑、拉设缆风绳等临时固定设施来对倾斜的上钢管柱进行临时固定，减少了倾斜钢管柱构件对接中所用的临时固定设施，提高了钢结构施工的安装进度，缩短了工期，节省了措施和劳动力成本，也避免了施工交叉作业，提高了施工安全性。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的连接装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的连接装置的耳板的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的连接装置的连接夹板的结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的连接装置使用状态示意图；

图5为本发明实施例二提供的安装方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例一

本实施例提供一种钢柱对接的连接装置，在钢结构建筑施工中，用来对在已固定的下钢柱上对接上钢柱(可以是竖直的或倾斜的上钢柱，使上钢柱临时固定在下钢柱上，如图2～4所示，该连接装置包括：耳板、连接夹板和螺栓；

其中，耳板为两块，耳板可采用长方形的钢板，耳板的厚度一般为20～30mm，两块耳板上均设有螺栓孔，螺栓孔为多个，均匀分布设置在耳板上；

连接夹板也为两块，连接夹板也可采用长方形的钢板，连接夹板的厚度一般为12～18mm，两块连接夹板上也均设有螺栓孔，连接夹板上的螺栓孔也为均匀分布的多个，连接夹板上的螺栓孔与两块耳板上螺栓孔的位置相对应；

两块耳板的一侧边为焊接在对接钢管柱上的焊接边，使用时两块耳板设置在两块连接夹板之间，由两块连接夹板夹持通过螺栓使两块连接夹板将两块耳板固定连接成为一体结构。

上述连接装置中，在每个耳板的一角处设有作为定位标记的缺口，以方便焊接时辩别耳板的设置方向。

如图4所示，本实施例中的连接装置使用时，两个耳板分别焊接在对接的上、下钢管柱的对接处，再通过两块连接夹板和螺栓配合，将上、下钢管柱上焊接的耳板连接固定为一体结构，从而实现上、下钢管柱的对接处形成固定连接，使上钢管柱在连接装置的作用下临时固定在下钢管柱上。实际中，采用多个连接装置设置在所连接的上、下钢管柱的对接处。

上述的连接装置，在对倾斜钢柱进行连接时，可根据钢柱的重量、倾斜度、不同高度的荷载等因素，对螺栓孔的位置、耳板大小、连接夹板可相应的调整。此连接装置适宜钢柱重量不超过32吨，钢柱直径最大1.8米，耳板厚度为30mm，夹板厚度为18mm，螺栓M24，钢柱最长21米，最大倾斜角17°；

本实施例中的连接装置，通过耳板与连接夹板和螺栓的配合，可对倾斜钢管柱的对接中，上方倾斜的上钢管柱临时固定在下钢管柱上，不用再设置硬性支撑、拉设缆风绳等临时固定设施来对倾斜的上钢管柱进行临时固定，减少了倾斜钢管柱构件对接中所用的临时固定设施，提高了钢结构施工的安装进度，缩短了工期，节省了措施和劳动力成本，也避免了施工交叉作业，提高了施工安全性。该连接装置改进了传统的吊装技术，相对缩短了安装工期，节省了措施成本和人工费，避免了立体交叉作业，提高了施工安全性与便捷性。

实施例二

本实施例提供一种钢柱对接的安装方法，用于在已固定的下钢柱上对接安装倾斜的上钢柱，如图5所示，该方法的步骤如下，具体包括：

采用上述实施例一给出的连接装置固定连接所对接的上、下钢柱的对接处；

步骤S1，将连接装置的耳板分别焊接到所对接的上、下钢柱的对接端；

步骤S2，将上钢柱吊装至已固定的下钢柱上方，调整上钢柱至安装位置，使上钢柱对接端焊接的耳板与下钢柱对接端焊接的耳板的位置相对应；

步骤S3，通过连接装置的连接夹板夹持上、下钢柱对接端焊接的耳板，并通过螺栓使所述连接夹板与上、下钢柱对接端焊接的耳板固定连接，使上、下钢柱对接端通过由耳板、连接夹板和螺栓形成的连接装置固定连接。

上述安装方法中，所用的连接装置可采用多个，各连接装置的耳板均匀分布焊接在所对接的上、下钢柱的对接端。多个连接装置形成的固定力要大于或等于上方倾斜的上钢柱的重力及风力对上钢柱的产生的力，这样可以保证上钢柱可以临时固定在下钢柱上。

下面以实际安装倾斜的上钢管柱的过程为例，对上述方法作进一步说明：

实际工程中，要根据需要临时固定对接的上钢管柱的尺寸、重量及考虑实际施工中的风力情况，选择连接装置的耳板、连接夹板和螺栓，具体如下：

连接装置的连接夹板及耳板的设计验算：

以最高13m的x形节点柱为例，安装时左右平衡稳定。直段钢管柱最长21m，成17°倾斜，自身平面内不稳定，所以选择直段钢管柱的临时固定作最不利工况验算。钢管柱下口对接连接夹板共6组，选取其中四组作受力分析，另外二组不参与受力分析作安全储备。

(1)钢管柱受力组合工况

依据《钢结构设计规范》GB50017-2003规定计算取值，单根直段钢管柱双夹板对接自平衡技术绳或临时钢支撑固定时，钢管柱自重、风荷载、施工荷载最不利工况取值、组合如下：

(2)对不同高度的钢管柱的受力经分析比较，其中管径D＝1.55m，最大长度L＝21m，最大自重G＝348KN，钢管柱与铅垂直面之间夹角17°时的受力最为不利。

(3)连接夹板尺寸：b＝117mm(耳板螺栓群形心到焊缝边)，h＝0.202(耳板螺栓群形心到钢管柱对接的垂直面的距离)，耳板有效焊缝长度H＝459mm，耳板厚度t＝30mm，连接夹板t0＝18mm；

(4)高强螺栓选择M24，10.9s，

(按普通螺栓计算)，

(5)所有钢材材质Q345B，一级焊缝，

(6)风荷载取值：

基本风压ω0＝0.3KN/m²(广州市10年一遇)

高度系数μz＝2.30(200米处，地面粗糙度为C类地区)

高度z处风振系数βz＝2.7(432米)

风荷载体型系数μs＝1

风荷载标准值：ωk＝ω0βzμzμs＝0.3×2.7×2.30×1＝1.863KN/m²

钢管柱迎风面积S＝DL＝1.55×20.8＝33m²

风荷载ω＝ωkS＝1.863×33＝61.479KN

(7)施工荷载：主要是施工人员重量，相对于风载和自重恒载可忽略不计。

(8)荷载组合：荷载组合＝风荷载ω(LX)+自重荷载N+施工荷载＝1.4×61.479+1.2×348+1.2×0＝504KN；

(9)柱子内力计算

a、风荷载产生弯矩：M1＝ω(LX)L/2(cos17°)＝86.071×10.4×0.956＝855.8KN·m；

b、柱子自重产生(含施工荷载)的弯矩：M2＝N×L/2(Sin17°)＝418×10.4×0.293＝1273.7KN·m；

c、柱子承受的总弯矩：M＝M1+M2＝855.8+1273.7＝2129.5KN·m；

V＝ω(LX)＝86.071KN；

N＝418KN；

(10)连接夹板内力计算：

V板＝V÷2＝86.071/2＝43.036KN；

N板＝N/4+M/(D+2b)＝104.5+1442.93＝1298.2KN；

(11)螺栓内力计算

V栓＝V/2＝43.036KN

M栓＝V栓×h＝23.909×0.202＝4.83KN·m

N栓＝N/4+M/(D+2b)＝104.5+1442.93＝1298.2KN

(12)焊缝内力计算

V缝＝N/4+M/(D+2b)＝104.5+1442.93＝1298.2KN

M缝＝V缝×b+V栓×h＝1298.2×0.117+43.036×0.202＝160.6KN·m

N缝＝V/2＝43.036KN

(13)连接夹板强度验算

压应力σ_板＝10³×N_板/2t₀(B-26×2)＝10³×1298.2/[2×18×(184-52)]＝273.2N/mm²

剪应力τ_板＝10³×V_板/2t₀(B-26×2)＝10³×43.036/(2×18×132)＝9.05N/mm²

连接夹板强度符合验算要求。

(14)螺栓验算(按普通螺栓计算)

a、螺栓抗剪计算：

单个螺栓最大竖向剪力V竖＝[N/4+M/(D+2b)]/8＝1298.2/8＝162.3KN

最大水平剪力V水平＝86.071/8＝10.759KN

弯矩引起的剪力V(17°)＝M栓/h/4＝4.83/0.202/4＝6KN

单个螺栓抵抗最大剪力

符合验算要求。

b、承压承载验算

承压承载验算通过。

c、抗拉承载力验算

单个螺栓最大拉力N^t＝10.7+6＝16.7KN

$N_c^t=3.14d2f_t^b/4=3.14\×21.1\×21.1\×500\÷4=174.7\mathrm{KN}$

螺栓符合验算要求。

(15)焊缝验算

在对接接头和T形接头中，按照以下公式进行验算，钢材材质Q345B，一级焊缝， $f_t^w=295N/m{m}^2,$ $\sqrt{{\mathrm{\σ}}^2+3{\mathrm{\τ}}^2}\≤1.1f_t^w$

正应力σ＝10³×N_缝/Ht+10⁶×M_缝H/2/(1/12tH³)＝43036÷(459×30)+160600000×459÷2(30×4593÷12)＝155.6N/mm²剪应力τ＝10³×V_缝/tH＝1298200÷30÷459＝94.3N/mm²

焊缝通过验算要求。

验算结论：以上计算结果显示，钢管柱对接的4组连接装置能满足强度、稳定性及安全要求。实际使用6组连接装置，确保吊装固定上钢管柱施工的安全性。

综上所述，本发明实施例中的连接装置可实现倾斜的大型钢管柱的对接，可实现大型钢管柱的对接自平衡，钢管柱就位后不必再拉设缆风绳或硬性支撑等，可以根据设计计算不同的高度，采用不同强度的连接装置对钢管柱进行临时固定，由构成连接装置的耳板、连接夹板和螺栓共同承受钢管柱的自重恒载、风荷载以及施工临时荷载。该连接装置的使用可缩短施工工期，避免施工中的交错安全施工，使安装精度得到进一步的提高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种钢柱对接的连接装置，其特征在于，包括：

耳板、连接夹板和螺栓；

耳板为两块，两块耳板上均设有螺栓孔；连接夹板为两块，两块连接夹板上也均设有与两块耳板上螺栓孔对应的螺栓孔；两块耳板设置在两块连接夹板之间通过螺栓与两块连接夹板固定连接成为一体结构。

2.如权利要求1所述的钢柱对接的连接装置，其特征在于，所述两块耳板的一侧边为焊接在对接钢柱上的焊接边沿。

3.如权利要求1所述的钢柱对接的连接装置，其特征在于，所述两块耳板上的螺栓孔为均匀分布的多个。

4.如权利要求1所述的钢柱对接的连接装置，其特征在于，所述连接夹板上的螺栓孔为均匀分布的多个。

5.如权利要求1所述的钢柱对接的连接装置，其特征在于，所述耳板为长方形的钢板，耳板的厚度为20～30mm。

6.如权利要求1所述的钢柱对接的连接装置，其特征在于，所述耳板的一角设有作为定位标记的缺口。

7.如权利要求1所述的钢柱对接的连接装置，其特征在于，所述连接夹板为长方形的钢板，连接夹板的厚度为12～18mm。

8.一种钢柱对接的安装方法，用于在已固定的下钢柱上对接安装倾斜的上钢柱，其特征在于，包括：

采用上述权利要求1所述的连接装置固定连接所对接的上、下钢柱的对接处；

将连接装置的耳板分别焊接到所对接的上、下钢柱的对接端；

将上钢柱吊装至已固定的下钢柱上方，调整上钢柱至安装位置，使上钢柱对接端焊接的耳板与下钢柱对接端焊接的耳板的位置相对应；

通过连接装置的连接夹板夹持上、下钢柱对接端焊接的耳板，并通过螺栓使所述连接夹板与上、下钢柱对接端焊接的耳板固定连接，使上、下钢柱对接端通过由耳板、连接夹板和螺栓形成的连接装置固定连接。

9.如权利要求1所述的钢柱对接的安装方法，其特征在于，所述将连接装置的耳板分别焊接到所对接的上、下钢柱的对接端包括：

耳板与上、下钢柱焊接处的采用一级全熔透焊接，

10.如权利要求1所述的钢柱对接的安装方法，其特征在于，所述连接装置采用多个，各连接装置的耳板均匀分布焊接在所对接的上、下钢柱的对接端。

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