CN107675802A - 装配式建筑用钢结构抗震节点及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式建筑用钢结构抗震节点及其施工方法，该抗震节点，位于钢梁、钢柱相交部位，在钢柱的一侧焊接一对槽钢，两个槽钢之间形成插接槽，在槽钢下方的钢柱上固定L形角钢对槽钢进行支撑，并在L形槽钢和槽钢之间使用第一高强螺栓组件进行连接；所述钢梁端部为插接区，插接区插入到所述插接槽内后，并使用工程塑料螺栓和第二高强度螺栓紧固，其中第二高强度螺栓和第一高强度螺栓组件的抗剪切能力高于承受大震的冲击。本抗震节点可以在不同地震强度的情况下，工程塑料螺栓和焊接点先后断开，将原有的刚性连接变成柔性连接，由于柔性连接具有更抗震性能，所以本节点的抗震性能更加突出。

Description

装配式建筑用钢结构抗震节点及其施工方法

技术领域

该发明涉及钢结构施工安装节点技术领域。

背景技术

钢结构由于具有轻质高强、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中，钢结构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。

建筑结构的抗震设计原则是“小震不坏(吸震)、中震可修、强震不倒(安全)”小震不坏是指多遇地震烈度作用下结构保持弹性工作，需要尽可能多的吸收能量；中震可修是指发生相当于本地区设防烈度地震时，结构的塑性变形不大且震后不需要修复或局部修复后可继续使用；强震不倒是指当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震时结构不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。

经过研究发现，目前，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和剪力，而且为满足“大震不倒”的抗震要求，还应具备足够的变形耗能能力，以及具备一定的安全宽裕度。

梁柱节点处一般采用焊接连接或铰接，以上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。此外，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。因此研究具有良好抗震性能的钢结构新型梁柱节点连接形式，提高钢结构的抗震性能具有广泛的应用价值和现实意义。

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建筑用钢结构抗震节点，需要解决的技术问题是，小震不坏(吸震)、中震可修、强震不倒，同时，实现现场装配式施工，无需现场焊接作业，以及提高节点处的隔热、安全性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

装配式建筑用钢结构抗震节点，位于钢梁、钢柱相交部位，所述钢柱是由柱翼缘和柱腹板组成的H形结构焊接件；所述钢梁是由梁翼缘和梁腹板组成的H形结构焊接件；其特征在于：

在钢柱的一侧焊接一对槽钢，两个槽钢对称设置且开槽方向朝向外侧，在两个槽钢之间形成插接槽，在两个槽钢的槽钢腹板上设置第一长条孔和第一圆孔，两个槽钢上的第一长条孔之间贯通，两个槽钢上的第一圆孔彼此贯通，每一个槽钢翼缘上设置第二圆孔；

在槽钢下方的钢柱上固定L形角钢对槽钢进行支撑，在L形角钢的侧翼上分别钻第三圆孔和铣削第二长条孔，并在L形槽钢和槽钢之间使用第一高强螺栓组件进行连接；

所述钢柱整体喷防腐涂料；

所述钢梁端部为插接区，在插接区的梁腹板上设置有若干第四圆孔，并在插接区的钢梁表面复合有塑胶层，且仅仅在所述插接区的上边沿设置有梁翼缘；

插接区插入到所述插接槽内后，所述第四圆孔分别与第一长条孔和第一圆孔对准，并在第一圆孔和第四圆孔之间使用工程塑料螺栓锁紧，在第一长条孔和第四圆孔之间使用第二高强度螺栓紧固，其中第二高强度螺栓和第一高强度螺栓组件的抗剪切能力高于承受大震的冲击。

所述槽钢转角处设置有铣槽。

每一个槽钢翼缘上设置两个第二圆孔；所述第三圆孔与其中一个第二圆孔对齐，另一个而第二圆孔与第二长条孔的远端对齐。

所述L形角钢内侧焊接加强肋。

节点施工方法：首先将钢柱安装到位，然后将钢梁的插接区插入到槽钢形成的插接槽中，其中插接区与槽钢之间为插接与搭接配合，使用工程塑料螺栓插入到第一圆孔和第四圆孔中进行定位，然后使用第二高强度螺栓插入到第四圆孔和第一长条孔之间进行锁紧，锁紧后即完成连接。

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，工程塑料螺栓和焊接点先后断开，将原有的刚性连接变成柔性连接，由于柔性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，可以通过更换工程塑料螺栓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，施工现场无需焊接作业，大大提高了建筑的施工效率。

本节点的存在，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1。

图2为本发明抗震节点的立体图2。

图3为钢柱部分的立体图。

图4为钢梁部分的立体图。

图5为槽钢的立体图。

图6为L形角钢的立体图。

图7为地震作用下的震动示意图。

图中：100钢柱，110柱翼缘，120柱腹板，130加强肋板，

200钢梁，210梁翼缘，220梁腹板，230插接区，231第四圆孔，240工程塑料螺栓，250第二高强度螺栓，

300槽钢，310槽钢翼缘，311第二圆孔，320槽钢腹板，321第一长条孔，322第一圆孔，330铣槽，340插接槽，

400L形角钢，410加强肋，420第二长条孔，430第三圆孔，440第一高强螺栓组件，

500焊接点位置，

O中心线。

具体实施方式

装配式建筑用钢结构抗震节点，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。

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。

钢柱100的制作过程，首先，采用下料机对钢板下料，然后采用焊接机焊接形成预定尺寸的工字钢型材，待用；

同时，采用下料机对钢板下料，然后采用焊接机焊接形成预定尺寸的槽钢300型材，然后放在数控机床中进行铣槽，其中，铣槽330位置位于槽钢的转角处，镂空，形成应力释放点，便于焊接工艺的实施，待用。槽钢300，由槽钢翼缘310和槽钢腹板320组成，为焊接件。

然后使用专用模具，将槽钢300垂直焊接于柱翼缘110外侧，两个槽钢300对称设置，且开槽方向朝向外侧，在两个槽钢之间形成一个间隙，标记为插接槽340，插接槽间隙的大小为略大于梁腹板厚度2毫米左右，然后在槽钢腹板320以钢柱的中心线O为原始点向外侧计算测量并铣削圆孔和长条孔，标记为第一长条孔321和第一圆孔322，其中，槽钢腹板上的第一长条孔和第一圆孔的数量为多个，且彼此间隔设置，设置为多排，参考图3和图5，且两个槽钢上的第一长条孔之间贯通设计，两个槽钢上的第一圆孔彼此贯通设置。每一个槽钢翼缘上310钻两个圆孔，为第二圆孔311，上述的机械加工工艺实在数控钻床和数控铣床上进行的，其中，圆孔使用钻头钻孔，长条孔使用铣刀铣削。

然后，机械折弯机折弯形成L形角钢400，并在L形角钢400内侧焊接加强肋410，形成强化，在L形角钢的一个侧翼上分别钻第三圆孔430和铣削第二长条孔420。

然后将上述的L形角钢400焊接在钢柱的柱翼缘410上，靠近槽钢300的下侧，焊接后，对槽钢下部进行支撑，第三圆孔430与其中一个第二圆孔311对齐，另一个而第二圆孔311与第二长条孔420的远端对齐。

然后对钢柱整体进行酸洗除锈、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)，待漆面养护干燥后，在第二圆孔处紧固第一高强螺栓组件440，该工作是在工厂中完成的。制作完成后，运输至施工现场，待用。

钢梁200的工程制作，首先，采用下料机对钢板下料，然后采用焊接机焊接形成预定尺寸的工字钢型材，标记为钢梁，其中，钢梁两端的梁翼缘的长度比梁腹板短，形成插接缺口，为焊接件。在钢梁的两端为插接区230，在插接区的梁腹板上设置有若干第四圆孔231，并在插接区的钢梁表面复合有塑胶层，例如塑胶层的厚度为0.5毫米，起到防腐和隔热的双重作用。

插接区230插入到槽钢所组成的插接槽340内后，塑胶层和防腐涂料层的存在可以使得钢梁和钢柱之间形成热断桥，第四圆孔分别与第一长条孔和第一圆孔对准，在第一圆孔和第四圆孔之间使用工程塑料螺栓240锁紧，在第一长条孔和第四圆孔之间使用第二高强度螺栓250紧固。其中第二高强度螺栓和第一高强度螺栓组件的抗剪切能力远远大于可以承受强震的冲击。

上述两个构件完成后，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，然后将钢梁200的插接区插入到槽钢形成的插接槽中，其中插接区230与槽钢之间为插接与搭接关系，钢梁的钢翼缘与槽钢翼缘之间为搭接，承受部分上下方向的力，使用工程塑料螺栓240插入到第一圆孔和第四圆孔中进行定位，然后使用第二高强度螺栓250插入到第四圆孔和第一长条孔之间进行锁紧，锁紧后即完成连接。

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)”的目标的哪？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、以及本抗震节点刚才本身的延展性，可以保证整体结构不被破坏。在中震情况下，由于工程塑料螺栓的抗剪切能力远远小于第二高强度螺栓的抗剪切能力，所以会在此处发生剪切效应，工程塑料螺栓被剪断后，钢梁和槽钢之间会发生相对滑动，在滑动的过程中，增加了变形程度，吸收部分震动能量，尤其是水平方向的震动能量，中震震后，可以通过对钢梁复位，并更换新的工程塑料螺栓进行维护加固。大震情况下，首先工程塑料螺栓被剪断，此处发生相对运动，消耗地震能量，在强震作用下，槽钢和钢柱之间的焊接点位置500可发生脱焊、撕裂，在焊接失效的情况下，槽钢和钢柱之间通过L形角钢进行过度连接，在第一高强度螺栓的连接下，做到晃而不倒，在强震作用下，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连接，但在中强震状态下，极易造成焊接节点处产生物理性断裂，危害极大。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。

进一步地，在钢柱中焊接槽钢和L形角钢部位的内侧焊接加强肋板130，形成Z形支撑，提高此处钢柱的强度，尤其对大震情况下整体的强度有所保证。

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 (5)

1.装配式建筑用钢结构抗震节点，位于钢梁、钢柱相交部位，所述钢柱(100)是由柱翼缘(110)和柱腹板(120)组成的H形结构焊接件；所述钢梁(200)是由梁翼缘(210)和梁腹板(220)组成的H形结构焊接件；其特征在于：

在钢柱的一侧焊接一对槽钢(300)，两个槽钢(300)对称设置且开槽方向朝向外侧，在两个槽钢之间形成插接槽(340)，在两个槽钢的槽钢腹板(320)上设置第一长条孔(321)和第一圆孔(322)，两个槽钢上的第一长条孔之间贯通，两个槽钢上的第一圆孔彼此贯通，每一个槽钢翼缘上(310)设置第二圆孔(311)；

在槽钢下方的钢柱上固定L形角钢对槽钢进行支撑，在L形角钢的侧翼上分别钻第三圆孔(430)和铣削第二长条孔(420)，并在L形角钢和槽钢之间使用第一高强螺栓组件进行连接；

所述钢柱整体喷防腐涂料；

所述钢梁端部为插接区(230)，在插接区的梁腹板上设置有若干第四圆孔(231)，并在插接区的钢梁表面复合有塑胶层，且仅仅在所述插接区的上边沿设置有梁翼缘；

所述插接区(230)插入所述插接槽(340)，所述第四圆孔分别与第一长条孔和第一圆孔对准，并在第一圆孔和第四圆孔之间使用工程塑料螺栓(240)锁紧，在第一长条孔和第四圆孔之间使用第二高强度螺栓(250)紧固，其中第二高强度螺栓和第一高强度螺栓组件的抗剪切能力高于承受强震的冲击。

2.根据权利要求1所述的装配式建筑用钢结构抗震节点，其特征在于，所述槽钢转角处设置有铣槽(330)。

3.根据权利要求1所述的装配式建筑用钢结构抗震节点，其特征在于，每一个槽钢翼缘上(310)设置两个第二圆孔(311)；所述第三圆孔(430)与其中一个第二圆孔(311)对齐，另一个而第二圆孔(311)与第二长条孔(420)的远端对齐。

4.根据权利要求1所述的装配式建筑用钢结构抗震节点，其特征在于，所述L形角钢(400)内侧焊接加强肋(410)。

5.节点施工方法：首先将钢柱(100)安装到位，然后将钢梁(200)的插接区插入到插接槽中，其中插接区(230)与槽钢之间为插接与搭接配合，使用工程塑料螺栓(240)插入到第一圆孔和第四圆孔中进行定位，然后使用第二高强度螺栓(250)插入到第四圆孔和第一长条孔之间进行锁紧，锁紧后即完成连接。