CN108360901A - 新型低层装配式墙板结构消能螺栓节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型低层装配式墙板结构消能螺栓节点，包括预制墙板、预制楼板和预制角柱，预制墙板、预制楼板和预制角柱之间通过新型低层装配式墙板结构消能螺栓节点连接而成，在预制墙板、预制楼板与预制角柱的连接部的边缘设置有凹槽，在凹槽内的预制墙板、预制楼板和预制角柱部分预留有螺栓孔，在凹槽外设置有弧形连接钢板，弧形连接钢板上设置螺栓孔，通过弧形连接钢板以及高强螺栓以螺栓连接的方式将相邻构件连接起来。本发明提供了一种具有良好延性的耗能节点，选择弧形连接钢板作为主要耗能部件，让破坏首先发生于弧形连接钢板上，并且保证在此之前不发生螺栓连接件其他部件破坏和周边混凝土破坏，保证消能螺栓节点的延性、变形性能以及耗能性能。

Description

新型低层装配式墙板结构消能螺栓节点

技术领域

本发明涉及一种墙板连接节点，具体涉及一种新型低层装配式墙板结构消能螺栓节点， 属于结构工程技术领域。

背景技术

2008年以来的几次大地震造成大量房屋破坏，其中多数为抗震性能较差的农村住宅，使 村民生命财产遭受极大的损伤，农村住宅的缺陷暴露无遗。目前，我国农村住宅大多处于粗 放式建设状态，以农民自主建造为主，普遍存在缺乏抗震设计、施工质量参差不齐、抗震性 能差及保温隔热功能弱等问题。农村住宅日渐成为影响我国人民生命安全和居住环境改善的 重大问题。2017年“深入开展农村人居环境整治和美丽宜居乡村建设”， 国家正加大力度推进新农村住宅建设。近年来，我国加快了建筑工业化发展，以提高建筑业 的施工质量与效率，推动建筑产业结构调整升级。

预制装配式剪力墙结构具有能源消耗少、质量易控制、施工速度快、施工现场环境好以 及收缩裂缝少等优点。利用预制装配式剪力墙结构建设农村住宅，可以有效地提高材料的利 用效率，提高住宅的施工质量，改善节能性能，加快建设速度，减少建筑垃圾，从根本上提 高农村住宅的品质。预制装配式剪力墙结构的重点和难点在于预制构件之间的有效连接，即 要求受力性能良好的节点形式，故预制装配式剪力墙结构中，节点的连接是关键，它在结构 的整体性能、耗能能力和经济性能等方面起着主导作用。目前，从是否进行大量施工现场二 次浇筑的角度可以将节点连接方式分为湿式连接和干式连接两大类。湿式连接在我国又称装 配整体式连接，是通过构件预留钢筋再在现场二次浇灌混凝土或者灌浆的连接方法；而干式 连接以焊接或者螺栓连接为主，在现场一般不再二次浇灌，又称装配式连接。湿式连接整体 性能好，可视为等同现浇结构，但施工复杂、质量不易保证、成本较高。干式连接施工快捷 方便、减少现场的二次浇灌、易于维护、可重复使用，能真正体现建筑工业化的优势，是现 代预制结构更趋向采用的节点连接方式。干式连接在欧洲等地有一定应用，但在我国应用很 少，其中重要的制约因素是节点构型和施工工艺仍较复杂，节点受力性能直观上较差、抗震 性能需要加强，需要通过节点的改进以适应我国地震区房屋的需求。

目前预制装配式剪力墙结构湿式连接主要有同层预制墙体之间的连接、预制墙体与预制 楼板之间的连接和上下层预制墙体之间的连接三类情况。同层预制墙体之间主要采用现浇混 凝土构造柱的连接方式进行连接，即将预制墙体内的水平分布钢筋伸入构造柱的位置锚固， 并在施工现场二次浇灌混凝土形成构造柱。预制墙体与预制楼板之间主要采用设置圈梁及预 制叠合楼板的方式进行连接，叠合楼板的现浇部分内的钢筋伸入现浇圈梁内锚固，圈梁与叠 合楼板的现浇部分在施工现场二次浇灌混凝土形成整体。上下层预制墙体的竖向钢筋主要采 用套筒连接、浆锚连接和机械连接三种方式进行连接。套筒连接技术是将连接钢筋插入带有 凹凸槽的高强套筒内，然后注入高强灌浆料，硬化后将钢筋和套筒牢固结合在一起形成整体， 通过套筒内侧的凹凸槽和变形钢筋的凹凸纹之间的灌浆料来传力。浆锚连接技术，又称为间 接锚固或间接搭接，是将搭接钢筋拉开一定距离后进行搭接的方式，连接钢筋的拉力通过剪 力传递给灌浆料，再通过剪力传递到灌浆料和周围混凝土之间的界面上去。机械连接技术是 通过钢筋与连接件的机械咬合作用或钢筋端面的承压作用，将一根钢筋中的力传递至另一根 钢筋的连接方法。叶献国团队引进德国叠合板设计生产技术提出的叠合板式剪力墙连接方法、 姜洪斌团队与黑龙江宇辉建设集团合作提出的插入式预留孔灌浆钢筋搭接连接方法和钱稼茹 团队与北京万科企业有限公司合作提出的预制剪力墙竖向钢筋套筒浆锚连接方法、单排钢筋 间接搭接方法均为预制装配式剪力墙结构湿式连接方法。

目前预制装配式剪力墙结构干式连接研究较少。日本的高木次郎、长江拓也等提出了一 种预制剪力墙中钢筋—钢板焊接方式，其核心思想为楼板搭在下层剪力墙上，上层剪力墙的 根部留出企口，在企口处放置钢板，将上下层剪力墙在企口处的钢筋焊接在钢板上，最后用 无收缩高强砂浆封闭企口。东南大学的孙建提出了一种采用高强螺栓连接的新全装配式钢筋 混凝土剪力墙，其核心内容为上下层预制钢筋混凝土剪力墙边缘设置内嵌边框，将剪力墙内 竖向钢筋端部焊接于内嵌边框内侧，采用高强度螺栓和连接钢框将带有内嵌边框的上、下层 预制剪力墙连接起来。

综上所述，湿式连接在装配式剪力墙结构连接方法中占主导地位，诸多湿式连接方法被 证明拥有等同现浇的性能并已经在工程实践中使用，而干式连接的研究在最近十几年才开始 出现，研究很少且节点形式较为复杂。预制装配式混凝土结构湿式连接和干式连接的研究在 取得了一系列可观的成果的同时，也存在如下问题：

(1)湿式连接方法只能在一定程度上提高房屋修建速度。因为该类方案不可避免的存在 构造柱、叠合板等二次浇筑过程，限制了房屋的修建速度。采用湿式连接的装配式剪力墙结 构相比传统结构能够节约30-50％的工期，故还需要对节点连接进行进一步研究以在不大幅降 低受力的前提下加快施工速度。

(2)湿式连接方法施工质量不易保证。该类方案施工中因为套筒和钢筋搭接孔洞灌浆不 密实等情况时常出现，导致钢筋不能有效传力从而施工质量很难得到保证。实际应用中有灌 浆不密实的现象并导致了搭接钢筋受力较差的结果，故减少预留孔或套筒的使用从而避免钢 筋传力较差是节点研究的一个重要方向。

(3)湿式连接方法成本很高。因为存在较多二次浇筑过程且节点的连接需要大量富有经 验的工人进行操作，同时节点连接部位用钢量大且套筒等连接装置昂贵，故修建成本非常高。 在文献洛克小镇14号楼修建过程中，因为缺乏熟练工人、施工技术未完全成熟、施工组织设 计不合理等原因，14号楼修建成本大幅高于采用现场浇筑的其他楼的修建成本。

(4)现有干式连接方法中钢筋与钢板的操作空间较小、焊接连接过程和节点形式较为复 杂且连接部位用钢量大，需要大量熟练工人故不是很适合大面积使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型低层装配式墙板结构消能螺栓节点，通过连接钢板的结构 设计和高强螺栓的采用，以改善节点的耗能性能，提高节点的承载能力和延性，增进节点的 可靠度。同时，本发明能真正体现建筑工业化的优势，是现代预制结构的发展趋势。

本发明是这样实现的：

一种新型低层装配式墙板结构消能螺栓节点，包括预制墙板、预制楼板和预制角柱，预 制墙板、预制楼板和预制角柱之间通过新型低层装配式墙板结构消能螺栓节点连接而成，在 预制墙板、预制楼板与预制角柱的连接部的边缘设置有凹槽，在凹槽内的预制墙板、预制楼 板和预制角柱部分预留有螺栓孔，在凹槽外设置有弧形连接钢板，弧形连接钢板上设置螺栓 孔，通过弧形连接钢板以及高强螺栓以螺栓连接的方式将相邻构件连接起来。

更进一步的方案是：

所述的弧形连接钢板，钢板中部的宽度小于钢板端部的宽度。

更进一步的方案是：

所述的弧形连接钢板上靠近钢板端部的位置，每侧开有三个孔洞，高强螺栓穿过孔洞形 成高强螺栓弧形节点连接件。

更进一步的方案是：

所述的预制角柱有T形、L形以及十字形三种截面形式。

更进一步的方案是：

所述预制楼板四角向内凹进，以保证预制角柱上下贯通。

更进一步的方案是：在相互连接的预制墙板、预制楼板和预制角柱之间，还连接有混凝 土。

本发明的具体原理是：

新型低层装配式墙板结构消能螺栓节点是将承重内外墙板、楼板、屋面板等构件在工厂 预制，然后运送到施工现场，采用螺栓连接的墙板连接方式，并通过机械吊装组装而成的装 配式结构(图1)。该结构由预制墙板(图2)、预制楼板(图3)以及预制角柱(图4)构成。 预制墙板尺寸规则，构造简单，具有标准化设计与工业化生产的优势。预制楼板四角向内凹 进以保证预制角柱上下贯通。预制角柱共有T形、L形以及十字形三种截面形式，设置于纵 横墙板相交处，保证纵横墙板间连接方便，同时加强结构角部的受力。各构件间均采用螺栓 连接，并形成消能螺栓节点。

消能螺栓节点设置于各预制构件间连接区域(图5)，由螺栓连接件与周边混凝土构成(图 6(a))，二者在预制构件中共同受力，完成预制墙板、预制楼板与预制角柱间的连接。螺栓 连接件由连接钢板和高强度螺栓组成(图6(b))。连接钢板两端开有弧形槽。消能螺栓节点 包括水平节点和竖向节点两类节点类型，其中水平节点为沿结构水平接缝布置的连接上下层 预制墙板与预制楼板的节点；竖向节点为沿结构竖向接缝布置的连接预制墙板与预制角柱的 节点。每条水平接缝的水平节点个数和每条竖向接缝的竖向节点个数均根据建筑场地条件、 结构抗震等级以及预制墙板宽度和高度等因素计算确定。

本发明提供的新型低层装配式墙板结构消能螺栓节点是一种具有良好延性的耗能节点， 该节点充分利用螺栓连接件良好的延性，选择弧形连接钢板作为主要耗能部件，通过控制节 点区域不同部件的损伤顺序、损伤程度以及耗能机制，让破坏首先发生于弧形连接钢板上， 并且保证在此之前不发生螺栓连接件其他部件破坏和周边混凝土破坏，保证消能螺栓节点的 延性和耗能性能。

具体而言，与传统预制混凝土结构相比，本发明有以下优点。

在结构上：

(1)构件生产工业化程度高。该结构仅采用三种主要预制构件，构造简单，工艺单纯， 都可在工厂内由生产线完成，生产效率很高。

(2)施工方便快捷且质量有保证。该结构预制构件具有尺寸规则、构造简单和表面无出 筋等优点，各构件之间连接均采用螺栓连接，螺栓连接施工快捷方便、减少现场的湿作业； 同时预制角柱保证纵横墙板间连接方便，施工速度快且质量有保证，缩短施工工期，减轻工 人的劳动强度，施工成本降低，自然条件影响小，预制构件和工程质量有保证。

(3)降低施工现场及周边的环境污染，大规模应用经济效益高，符合国家建筑工业化和 住宅产业化的发展方向，符合国家“低碳经济”和“四节一环保”要求，对推动我国绿色建 筑、绿色施工的发展起到示范作用。

在节点上：

(1)节点构型简单，传力路径简单明晰，节点承载力高且延性大，变形能力和耗能能力 优良。

(2)施工快捷方便，施工质量有保证。

(3)易于维护，便于拆卸，可重复使用。

附图说明

图1为本发明新型低层装配式墙板结构整体示意图；

图2为本发明预制墙板结构示意图；

图3为本发明预制楼板结构示意图；

图4为本发明预制角柱结构示意图；

图5为本发明消能螺栓节点设置于各预制构件间连接区域的示意图；

图6为本发明消能螺栓节点结构示意图；

图7为本发明消能螺栓节点将相邻构件连接的示意图；

图8为竖向节点T形连接方案示意图；

图9为竖向节点L形连接方案示意图；

图10为竖向节点十字形连接方案示意图。

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的说明。

如附图6、7、8、9所示，一种新型低层装配式墙板结构消能螺栓节点，包括预制墙板1、 预制楼板6和预制角柱7，预制墙板、预制楼板和预制角柱之间通过新型低层装配式墙板结构 消能螺栓节点连接而成，在预制墙板、预制楼板与预制角柱的连接部的边缘设置有凹槽2，在 凹槽内的预制墙板、预制楼板和预制角柱部分预留有螺栓孔，在凹槽外设置有弧形连接钢板4， 弧形连接钢板上设置螺栓孔，通过弧形连接钢板以及高强螺栓3以螺栓连接的方式将相邻构件 连接起来。

所述的弧形连接钢板，钢板中部的宽度小于钢板端部的宽度。

所述的弧形连接钢板上靠近钢板端部的位置，每侧开有三个孔洞，高强螺栓穿过孔洞形 成高强螺栓弧形节点连接件。

所述的预制角柱有T形、L形以及十字形三种截面形式。

所述预制楼板四角向内凹进，以保证预制角柱上下贯通。

在相互连接的预制墙板、预制楼板和预制角柱之间，还连接有混凝土5。

在此基础上，本发明公开的新型低层装配式墙板结构消能螺栓节点包括水平节点和竖向节 点。

水平节点采用集中点式连接方式沿水平方向进行布置，通过高强螺栓3连接上下层预制 墙板1与预制楼板6，连接部位均设置在上层预制墙板、下层预制墙板以及预制楼板的边缘 凹槽2内，且各构件内的钢筋均无连通，如图6所示。施工中首先在预制构件制作时在构件 端部预留螺栓孔并做成暗梁和暗柱的形式；其次按照图纸分别将下层预制墙板1、预制楼板6 以及上层预制墙板1吊装至精确位置，并保证各构件中预留螺栓孔与连接钢板的螺栓孔对齐， 再如图7所示，通过弧形连接钢板4与高强螺栓3以螺栓连接的方式将相邻构件连接起来， 完成上层预制墙板1、下层预制墙板1以及预制楼板6的连接。

竖向节点采用集中点式连接方式沿竖直方向进行布置，利用预制角柱7通过螺栓连接同层 预制墙板1，连接部位均设置在预制墙板1和预制角柱7的边缘凹槽2内，且各构件内的钢筋均 无连通，其图示与水平缝图6构型相似。根据预制角柱7截面形式的不同，竖向节点连接方案 可以分为T形连接方案、L形连接方案以及十字形连接方案，三种连接方案分别如图8、图9和 图10所示。以竖向节点的T形连接方案为例，详述具体实施方式如下：首先在预制构件制作时 在构件端部预留螺栓孔并做成暗梁和暗柱的形式；然后按照图纸分别将同层的三块预制墙板 和一个预制T形角柱7吊装至精确位置，并保证各构件中预留螺栓孔与连接钢板4的螺栓孔对 齐，再通过连接钢板4与高强螺栓3以螺栓连接的方式将三块预制墙板1分别与预制T形角柱连 接起来，完成同层三块预制墙板之间的连接。按照类似的实施方式，竖向节点L形连接方案完 成同层两块预制墙板1之间的连接，竖向节点十字形连接方案完成同层四块预制墙板1之间的 连接。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (6)

1.一种新型低层装配式墙板结构消能螺栓节点，包括预制墙板、预制楼板和预制角柱，其特征在于：预制墙板、预制楼板和预制角柱之间通过新型低层装配式墙板结构消能螺栓节点连接而成，在预制墙板、预制楼板与预制角柱的连接部的边缘设置有凹槽，在凹槽内的预制墙板、预制楼板和预制角柱部分预留有螺栓孔，在凹槽外设置有弧形连接钢板，弧形连接钢板上设置螺栓孔，通过弧形连接钢板以及高强螺栓以螺栓连接的方式将相邻构件连接起来。

2.根据权利要求1所述新型低层装配式墙板结构消能螺栓节点，其特征在于：

所述的弧形连接钢板，钢板中部的宽度小于钢板端部的宽度。

3.根据权利要求2所述新型低层装配式墙板结构消能螺栓节点，其特征在于：

所述的弧形连接钢板上靠近钢板端部的位置，每侧开有三个孔洞，高强螺栓穿过孔洞形成高强螺栓弧形节点连接件。

4.根据权利要求1所述新型低层装配式墙板结构消能螺栓节点，其特征在于：

所述的预制角柱有T形、L形以及十字形三种截面形式。

5.根据权利要求1所述新型低层装配式墙板结构消能螺栓节点，其特征在于：

所述预制楼板四角向内凹进，以保证预制角柱上下贯通。

6.根据权利要求1所述新型低层装配式墙板结构消能螺栓节点，其特征在于：

在相互连接的预制墙板、预制楼板和预制角柱之间，还连接有混凝土。