CN107460958A - 装配式钢结构连接件、连接节点及连接节点施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式钢结构连接件、连接节点及连接节点施工方法，装配式钢结构连接件，用于钢柱和钢梁的连接，其中连接件包括板簧板、顶板和底板，板簧板由自上而下的平板部、安装部和弹性支撑部三部分组成，所述板簧板为整体冲压成型并经过热处理的板簧用钢材质，叠加于所述平板部上方的顶板，叠加于所述平板部下方的底板；且在所述平板部、顶板和底板上设置有螺栓孔。所述“几”字形结构与钢柱之间形成第四安装空间，在第四空间内安装橡胶块。本抗震节点可以在不同地震强度的情况下，利用几字形构造和橡胶块的弹性形变，将原有的刚性连接变成活动连接，由于活动连接具有更抗震性能，所以本节点的抗震性能更加突出。

Description

装配式钢结构连接件、连接节点及连接节点施工方法

技术领域

该发明涉及建筑钢结构施工安装节点技术领域。

背景技术

钢结构由于其具有的轻质高强，材质均匀，施工安装便捷，建设周期短等优点被广泛应用于高层建筑、大跨建筑和工业建筑等，是目前应用非常广泛的建筑结构形式之一。

抗震性是钢结构建筑的优势之一，所以，对于钢结构建筑结构的抗震性能要求较高，尤其是高层和超高层建筑的抗震问题更为突出。

采用装配式进行钢结构建筑的构件是未来的趋势，所谓的装配式是指，所有的焊接工序尽量在工厂中完成，在施工现场进行装配施工，尽量避免现场焊接施工。

钢结构的梁柱节点是钢结构设计中的关键问题之一，梁柱节点不但要在钢梁和钢柱或型钢组合柱两种构件之间可靠传递弯矩、拉拔力和剪力。

梁柱节点处一般采用焊接连接或全栓接，以上常用的连接方法和构造难以确保节点处具有可控的变形耗能能力。以焊接为例，由于焊缝本身的塑性变形能力较差，极易导致节点处变形不足，使节点处过早发生断裂破坏。

为减少焊缝，装配式钢结构还常用全栓接节点。全栓接节点是将钢梁的上下翼缘用连接件(T形或L形)与钢柱相连，参考图9。该节点的特点是现场无需焊接，全部使用高强螺栓连接。连接件与钢柱之间为刚性连接，但由于撬力作用，上部的连接件(T形或L形)与钢柱翼缘的连接螺栓容易受拉破坏，在钢梁受弯产生塑性前，连接件就与柱翼缘脱开。

本发明的任务就是解决连接件(T形或L形)与钢柱翼缘的连接螺栓容易受拉破坏。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种装配式钢结构连接件及连接节点，以及施工方法，需要解决的技术问题是，小震不坏(吸震)、中震可修、大震不倒，同时，实现现场装配式施工，无需现场焊接作业。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

装配式钢结构连接件，用于钢柱和钢梁的连接，其特征在于，包括

板簧板，所述板簧板由自上而下的平板部、安装部和弹性支撑部三部分组成，所述板簧板为整体冲压成型并经过热处理的板簧用钢材质，所述安装部相对于平板部具有向钢柱方向弯曲的构造，且所述安装部外侧固定一对第三连接板，两个第三连接板之间形成第二安装空间，所述第二空间为竖向的窄缝，所述弹性支撑部具有向外凸出的“几”字形结构，所述弹性支撑部下端设有与螺栓孔；所述弹性支撑部外表面焊接两个第四连接板，两个第四连接板之间形成与钢梁配合的第三安装空间，并在第四连接板上设置有螺栓孔；

叠加于所述平板部上方的顶板，且所述顶板上设有第一连接板和第二连接板，水平设置的第一连接板和第二连接板之间有第一安装空间，所述第一连接板和第二连接板上具有螺栓孔；

叠加于所述平板部下方的底板；

且在所述平板部、顶板和底板上设置有螺栓孔。

所述底板和顶板为普通的碳钢钢板。

所述板簧板为60Si2Mn板簧用钢。

装配式钢结构梁柱连接节点，位于水平钢梁和竖直钢柱节点位置，包括钢梁、钢柱和连接件，其特征在于，

所述钢柱是由柱翼缘和柱腹板组成的H形焊接钢构件；且在柱翼缘上设有螺栓孔；

所述钢梁是由梁翼缘和梁腹板组成的H形焊接钢构件；且在钢梁两端的梁翼缘和梁腹板上设有螺栓孔；

所述连接件包括板簧板、顶板和底板，所述板簧板是由自上而下的平板部、安装部和弹性支撑部三部分组成，所述板簧板为整体冲压成型并经过热处理的板簧，所述安装部相对于平板部具有向钢柱弯曲的构造，所述安装部抵靠在钢柱上，且所述安装部外侧固定一对第三连接板，两个第三连接板之间形成第二安装空间，所述第二空间为竖向的窄缝，所述梁腹板端部插入第二空间且与第三连接板通过高强螺栓连接，所述弹性支撑部具有向外凸出的“几”字形结构，所述弹性支撑部下部通过高强螺栓与柱翼缘连接；所述弹性支撑部外表面焊接两个第四连接板，两个第四连接板之间为第三安装空间，所述第四连接板与梁翼缘通过高强螺栓连接；

所述“几”字形结构与钢柱之间形成第四安装空间，在第四空间内安装橡胶块，

所述顶板叠加于所述平板部上方，且所述顶板上设有第一连接板和第二连接板，所述第一连接和第二连接板之间有第一安装空间，所述第一连接板和第二连接板通过高强螺栓与梁翼缘连接；

所述底板叠加于所述平板部下方；

且在所述平板部、顶板和底板上设置有螺栓孔。

所述底板和顶板为普通的碳钢钢板。

所述板簧板为60Si2Mn板簧用钢。

所述橡胶块为梯形，对应的所述第四空间为梯形。

所述橡胶块沿长度方向上设置有多个微小的散热孔，所述橡胶块为硫化橡胶，且在橡胶块中设置有钢丝网。

装配式钢结构梁柱连接节点施工方法，其特征在于，

首先将钢柱安装到位，然后钢梁两端分别插入到一个连接件中，并使用高强螺栓进行连接，然后，整体吊装钢梁，将两端的连接件安装到钢柱的柱翼缘上，在安装的过程中，将橡胶块放置在“几”字形结构与钢柱的第四安装空间中，并使用高强螺栓紧固，最后将连接件中的板簧板、底板和顶板之间进行焊接，焊接位于边沿处，完成固定。

本发明的有益效果是：本抗震节点可以在不同地震强度的情况下，利用几字形构造和橡胶块的弹性形变，将原有的刚性连接变成活动连接，由于活动连接具有更抗震性能，所以本节点的抗震性能更加突出。

在中震过后，可以通过更换橡胶块的方式进行钢结构的维护，且维护过程无需焊接，更加安全高效。

钢柱和钢梁所有工序在工厂完成，施工现场可以实现全装装配式安装，大大提高了建筑的施工效率。

本节点的存在，将钢梁的震动带来的形变转移到两端的节点处，使得钢梁中部发生脆性断裂的可能性降低为零，有效保证建筑物的整体安全。

附图说明

图1为本发明抗震节点的立体图。

图2为钢柱部分的立体图。

图3为弹性连接件的立体图1。

图4为弹性连接件的立体图1。

图5为板簧板的立体图。

图6为橡胶块的立体图。

图7为钢梁部分的立体图。

图8为地震作用下的震动示意图。

图9为钢柱和钢梁现有技术中连接节点的示意图。

图中：100钢柱，110柱翼缘，120柱腹板，130加强肋，140安装孔

200钢梁，210梁翼缘，220梁腹板，

300连接件组件，310底板，320顶板，321第一连接板，322第二连接板，323顶板本体，324第一安装空间，330板簧板，

331平板部，332安装部，3321第三连接板，3322第二安装空间，333弹性支撑部，3331第四连接板，3332第三安装空间，334第四安装空间；

400橡胶块，410散热孔，420钢丝网。

具体实施方式

装配式钢结构连接件及连接节点，涉及钢梁、钢柱相交部位的节点设计。其中，本发明中钢柱以工字钢立柱为例进行说明，钢梁以工字钢钢梁为例进行说明。

钢柱100，采用厚度为2-5厘米的钢板裁剪、焊接形成，焊接后，整体是由柱翼缘110和柱腹板120组成的H形结构，为焊接件。

钢梁200，采用厚度为1-3厘米的钢板裁剪、焊接形成，焊接后，由梁翼缘210和梁腹板220组成的H形，为焊接件。

钢柱和钢梁作为不同的部件，分别在工厂车间内采用全焊接连接，然后运输至施工现场进行装配式施工作业，并在钢梁和钢柱上构件装配构造。

参考图1至图8，下面分别以钢梁和钢柱为结构单元进行结构的描述，其中，钢梁及在钢梁上的构造在工厂中进行成型，具有较高的加工精度。钢柱及在钢柱上的构造在工厂中进行成型，具有较高的加工精度。

在钢柱100的安装点位置，焊接横向的加强肋130，形成局部强化。并在钢柱的柱翼缘上钻安装孔140。安装孔分布成上多下少趋势，上部较多的安装孔可以提供更强的拉拔力，下部的安装孔处主要承受的为压力，安装孔较少，可以保证更高的抗压能力。

连接件组件300，包括底板310、顶板320和板簧板330，其中底板310为一普通的碳素钢钢板，通常采用和钢柱钢板同规格的钢板制作。顶板320为T形结构，包括顶板本体323和焊接在顶板本体上的第一连接板321、第二连接板322，其中，第一连接板321和第二连接板322相对设置，且在两板之间形成第一安装空间324，该第一安装空间324用于和钢梁的上侧梁翼缘进行连接，对应的需要在第一连接板、第二连接板和上侧梁翼缘上设置多组高强螺栓进行连接。

为对梁腹板有一个避让动作，需要在第二连接板322中央位置设置一个缺口3221，方便钢梁插接。

参考图5，板簧板330由上中下三部分组成，整体为一个冲压成型并经过热处理的板簧结构，板簧板选用工程车辆中常见的板簧用钢，本身具有较高的弹性系数。上部为平板部331，被夹持在顶板320和底板310之间，且在上部设有和顶板、底板之间贯穿的螺栓孔，中部为安装部332，安装部332相对于上部设有一个向内弯曲的结构，抵靠在柱翼缘的表面，且在中部的安装部332处焊接一对第三连接板3321，两个第三连接板3321之间形成第二安装空间3322，第二空间为竖向的窄缝，用于和梁腹板进行连接，连接使用高强螺栓。下部为弹性支撑部333向外折弯形成“几”字形结构，弹性支撑部333下端与柱翼缘贴合并使用高强螺栓连接。在下部的“几”字形结构外表面焊接两个第四连接板3331，两个第四连接板3331之间形成第三安装空间3332，用于和钢梁下侧的梁翼缘进行配合，钢梁下侧的梁翼缘插接在第三安装空间中3332，并且在连接板和下侧的梁翼缘之间使用高强度螺栓进行连接。

在钢梁两端的梁翼缘和梁腹板上分别设置有多个螺栓孔。

“几”字形结构与钢柱之间形成一个梯形的第四安装空间334，在第四安装空间334内安装一个断面为梯形的橡胶块400，该橡胶块400沿长度方向上设置有多个微小的散热孔410。该橡胶块400为硫化橡胶，且在橡胶块中设置有钢丝网420，提高整体的强度。当钢梁相对于钢柱震动时，钢梁在扭矩力度的作用下，下边沿会对“几”字形结构部位进行往复的压迫和放松，“几”字形结构会将部分震动能量传递到橡胶块，橡胶块缓冲吸收部分能量，橡胶块变形产生的热量部分自散热孔散发掉。

上述的钢梁和钢柱上的螺栓孔、加强肋是在工厂中完成的，且在钢梁和钢柱的表面进行防腐处理，防腐处理包括酸洗除锈、喷防腐涂料(防腐涂料一般由底漆和面漆组成。底漆的功能是使漆膜与基层和面漆结合牢固，即就是要有好的附着力；底漆有阻蚀性颜料，可以阻止锈蚀的发生，有的还能对金属起钝化和电化学保护作用，防止金属生锈)，尤其是，在钢梁的两端连接部位做加厚的涂料涂层。可以在钢梁和钢柱之间形成绝热效应。

连接件的表面也进行防腐处理，处理工序基本同钢柱防腐处理。

上述三个构件完成后，可以运输至施工现场进行装配作业，装配作业现场无需焊接工艺。

施工现成装配施工过程，首先将钢柱100安装到位，然后钢梁两端分别插入到一个连接件中，并使用高强螺栓进行连接。然后，整体吊装，将两端的连接件安装到钢柱的柱翼缘上，在安装的过程中，将橡胶块放置在“几”字形结构与钢柱的第四安装空间中，紧固后，将连接件中的板簧板与底板和顶板之间进行焊接，焊接位于边沿处，完成固定。

本发明方案是如何实现“小震不坏(吸震)、中震可修、大震不倒(安全)”的目标的？下面通过抗震节点在不同强度地震作用下的表现进行说明：在小震情况下，钢梁、钢柱、以及本抗震节点钢材本身的延展性，可以保证整体结构不被破坏。在中震情况下，连接件上部的高强螺栓部位受到拉拔力的作用明显，连接件下部受到挤压力明显，“几”字形结构及其中的橡胶块400发生弹性形变，吸收了大部分的能量，实现减震的目标。

在大震作用下，“几”字形结构及其中的橡胶块400发生较大的形变，甚至会发生、压扁，此时，在“几”字形结构出现空间，可以满足钢梁在水平方向上的延伸，给钢梁变形留出了充分的空间，钢梁和钢柱之间可以进行大幅度的相对晃动，但是不会倒塌，保证建筑内部人员的生命安全。

上述节点的存在，使得建筑本身具有一定的变形耗能能力，而且该变形耗能能力是针对不同地震强度下进行自主调节的，尤其是对于建筑结构的梁柱节点处，形耗能集中区域应发生在梁端而不是柱端，可以有效防止整体倒塌。

上述抗震节点，解决了传统横梁和纵梁直接焊接固定在钢柱造成的刚性连接抗震性能差的问题，焊接点在静止状态下可以形成近似于刚性的连接。本发明解决梁柱刚性连接节点在强震作用下发生脆性破坏的问题，且针对不同强度的地震实现分级启动保护，具有一定的自适应性能。

本发明中，技术术语：

小震指该地区50年内超过概率约为63％的地震烈度,即众值烈度,又称多遇地震。

中震指该地区50年内超过概率约为10％的地震烈度,又称为基本烈度或设防烈度。

大震指该地区50年内超越概率约为2％-3％的地震烈度,又称为罕遇地震。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩如本发明权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.装配式钢结构连接件，用于钢柱和钢梁的连接，其特征在于，包括

板簧板，所述板簧板由自上而下的平板部、安装部和弹性支撑部三部分组成，所述板簧板为整体冲压成型并经过热处理的板簧用钢材质，所述安装部相对于平板部具有向钢柱方向弯曲的构造，且所述安装部外侧固定一对第三连接板，两个第三连接板之间形成第二安装空间，所述第二空间为竖向的窄缝，所述弹性支撑部具有向外凸出的“几”字形结构，所述弹性支撑部下端设有与螺栓孔；所述弹性支撑部外表面焊接两个第四连接板，两个第四连接板之间形成与钢梁配合的第三安装空间，并在第四连接板上设置有螺栓孔；

叠加于所述平板部上方的顶板，且所述顶板上设有第一连接板和第二连接板，水平设置的第一连接板和第二连接板之间有第一安装空间，所述第一连接板和第二连接板上具有螺栓孔；

叠加于所述平板部下方的底板；

且在所述平板部、顶板和底板上设置有螺栓孔。

2.根据权利要求1所述的装配式钢结构连接件，其特征在于，所述底板和顶板为普通的碳钢钢板。

3.根据权利要求1所述的装配式钢结构连接件，其特征在于，所述板簧板为60Si2Mn板簧用钢。

4.装配式钢结构梁柱连接节点，位于水平钢梁和竖直钢柱节点位置，包括钢梁、钢柱和连接件，其特征在于，

所述钢柱是由柱翼缘和柱腹板组成的H形焊接钢构件；且在柱翼缘上设有螺栓孔Ⅰ；

所述钢梁是由梁翼缘和梁腹板组成的H形焊接钢构件；且在钢梁两端的梁翼缘和梁腹板上设有螺栓孔Ⅱ；

所述连接件包括板簧板、顶板和底板，所述板簧板是由自上而下的平板部、安装部和弹性支撑部三部分组成，所述板簧板为整体冲压成型并经过热处理的板簧，所述安装部相对于平板部具有向钢柱弯曲的构造，所述安装部抵靠在钢柱上，且所述安装部外侧固定一对第三连接板，两个第三连接板之间形成第二安装空间，所述第二空间为竖向的窄缝，所述梁腹板端部插入第二空间且与第三连接板通过高强螺栓连接，所述弹性支撑部具有向外凸出的“几”字形结构，所述弹性支撑部下部通过高强螺栓与柱翼缘连接；所述弹性支撑部外表面焊接两个第四连接板，两个第四连接板之间为第三安装空间，所述第四连接板与梁翼缘通过高强螺栓连接；

所述“几”字形结构与钢柱之间形成第四安装空间，在第四空间内设置橡胶块，

所述顶板叠加于所述平板部上方，且所述顶板上设有第一连接板和第二连接板，所述第一连接和第二连接板之间有第一安装空间，所述第一连接板和第二连接板通过高强螺栓与梁翼缘连接；

所述底板叠加于所述平板部下方；

且在所述平板部、顶板和底板上设置有螺栓孔Ⅲ。

5.根据权利要求4所述的装配式钢结构连接件，其特征在于，所述底板和顶板为普通的碳钢钢板。

6.根据权利要求4所述的装配式钢结构连接件，其特征在于，所述板簧板为60Si2Mn板簧用钢。

7.根据权利要求4所述的装配式钢结构连接件，其特征在于，所述橡胶块为梯形，对应的所述第四空间为梯形。

8.根据权利要求7所述的装配式钢结构连接件，其特征在于，所述橡胶块沿长度方向上设置有多个微小的散热孔，所述橡胶块为硫化橡胶，且在橡胶块中设置有钢丝网。

9.装配式钢结构梁柱连接节点施工方法，其特征在于，

首先将钢柱安装到位，然后钢梁两端分别插入到一个连接件中，并使用高强螺栓进行连接，然后，整体吊装钢梁，将两端的连接件安装到钢柱的柱翼缘上，在安装的过程中，将橡胶块放置在“几”字形结构与钢柱的第四安装空间中，并使用高强螺栓紧固，最后将连接件中的板簧板、底板和顶板之间进行焊接，焊接位于边沿处，完成固定。