CN108374493A - 新型低层装配式墙板结构消能钢板焊接节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型低层装配式墙板结构消能钢板焊接节点，包括预制墙板、预制楼板和预制角柱，并经过消能钢板焊接连接件完成预制墙板、预制楼板与预制角柱间的连接，所述的消能钢板焊接连接件包括预埋钢板、锚筋和开洞连接钢板，预埋钢板上设有螺纹孔，锚筋两端均套螺纹，开洞连接钢板中部开有椭圆形孔洞，锚筋通过预埋钢板上的螺纹孔将两个预埋钢板相连，开洞连接钢板与预埋钢板通过焊接的方式连接。本发明的消能钢板焊接节点是一种具有良好延性的耗能节点，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，让破坏首先发生于开洞连接钢板上，保证消能钢板焊接节点的延性、变形性能以及耗能性能。

Description

新型低层装配式墙板结构消能钢板焊接节点

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钢板焊接节点，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

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钢板焊接节点，用于低层装配式墙板结构各构件之间的连接，具有传力路径简单、施工方便快捷、连接可靠、承载力高、延性好、变形能力和耗能能力优良等优点，适合应用于低层装配式墙板结构。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：

新型低层装配式墙板结构消能钢板焊接节点，包括预制墙板、预制楼板和预制角柱，并经过消能钢板焊接连接件完成预制墙板、预制楼板与预制角柱间的连接，所述的消能钢板焊接连接件包括预埋钢板、锚筋和开洞连接钢板，预埋钢板上设有螺纹孔，锚筋两端均套螺纹，开洞连接钢板中部开有椭圆形孔洞，锚筋通过预埋钢板上的螺纹孔将两个预埋钢板相连，开洞连接钢板与预埋钢板通过焊接的方式连接。

更进一步的方案是：

每个消能钢板焊接连接件包括有八根锚筋。

更进一步的方案是：

预埋钢板厚度为15-20mm，锚筋每端的螺纹长度大于2倍预埋钢板厚度。

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，还连接有水泥砂浆。

本发明具体的实现方式是：

施工中首先通过两侧各四根锚筋将两块预埋钢板连接起来形成一个预埋件；其次将一定数量的预埋件以一定的布置间距预埋在上下层预制墙板与预制楼板的边缘，为了加强预埋件在各预制构件中的锚固，上下层预制墙板与预制楼板的边缘做成暗梁和暗柱的形式，预埋件的四根锚筋与暗梁、暗柱的纵向钢筋相互穿插并可靠连接，保证预埋件与各预制构件有效传力；然后按照图纸分别将下层预制墙板、上层预制墙板以及预制楼板吊装至精确位置，并保证各构件中的预埋钢板对齐，再通过开洞连接钢板与预埋钢板焊接连接的方式将相邻构件连接起来，完成上层预制墙板、下层预制墙板以及预制楼板的连接。

本发明的消能钢板焊接节点是一种具有良好延性的耗能节点，该节点充分利用焊接连接件良好的延性，选择开洞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，让破坏首先发生于开洞连接钢板上，并且保证在此之前不发生焊接连接件其他部件破坏和周边混凝土破坏，保证消能钢板焊接节点的延性和耗能性能。与其他装配式连接节点相比，该节点具有以下优点：

(1)在消能钢板焊接节点中的开洞连接钢板(又称为“开洞消能钢板”)中部开有椭圆形孔洞，该处理的优点在于，通过在连接钢板上开椭圆形孔洞的方法，削弱开洞连接钢板的强度和刚度，把开洞连接钢板作为装配式墙板结构在地震作用下的主要耗能部件和最薄弱环节，塑性变形集中发生在开洞连接钢板的孔洞周围，充分利用开洞连接钢板极好的位移延性能力和变形能力来耗散地震能量与降低地震作用带来的响应，提高结构的抗震性能，实现结构“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防三水准目标。另外，开洞连接钢板中部开椭圆形孔洞比开矩形孔洞的优势在于开矩形孔洞会导致孔洞周围的应力集中，进而影响节点和结构的抗震性能。开洞连接钢板中部开椭圆形孔洞比开圆形孔洞的优势在于开椭圆形孔洞更加节省钢材用量，节约成本。

(2)消能钢板焊接节点的开洞连接钢板中部开有椭圆形孔洞。该处理的优点在于可以最大限度的降低用钢量和节约成本，同时制作工艺和制作工序均简单，能实现流水化作业，符合工业化生产。另外，开洞连接钢板中部开椭圆形孔洞比开矩形孔洞的优势在于开矩形孔洞会导致孔洞周围的应力集中，进而影响节点和结构的抗震性能。开洞连接钢板中部开椭圆形孔洞比开圆形孔洞的优势在于开椭圆形孔洞更加节省钢材用量，节约成本。

(3)预埋钢板设有螺纹孔，其厚度宜控制在15mm至20mm；锚筋两端均套螺纹，每端螺纹长度宜大于2倍预埋钢板厚度，通过四根锚筋将两块预埋钢板连接起来形成一个预埋件，预埋件以一定的布置间距预埋在预制构件边缘。该处理的优点在于预埋钢板与锚筋之间利用螺纹连接能保证预埋件中各部件间连接可靠且受力性能优良，预埋件通过锚筋的销栓作用可靠锚固于预制构件边缘，保证预埋件与各预制构件有效传力，同时预埋件的制作工序简单且加工难度低。

(4)采用三面围焊的焊接连接方式通过开洞连接钢板将相邻预制构件连接起来形成消能钢板焊接节点。该处理的优点在于焊接节点与其他干式节点相比，具有承载力高、刚度大、滑移小等优点。在实现结构“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防三水准目标的前提下，采用焊接节点的装配式墙板结构能满足规范中层间位移、层间位移角等限值的要求。

(5)消能钢板焊接节点由预埋钢板、锚筋、开洞连接钢板及周边墙板混凝土构成。该节点的优点在于，构型简单，预制构件表面无出筋，施工快捷方便且质量有保证，易于维护，便于拆卸，可重复使用。同时，节点连接可靠，传力路径简单明晰，节点承载力高且延性极好，抗震能力和耗能能力优良。

采用了本发明的消能钢板焊接连接的低层装配式墙板结构，适用于新农村住宅、城镇保障住房、商业开发别墅等的应用，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。通过对住宅进行建筑设计标准化、构件生产工厂化、住宅部品系列化、现场施工装配化、土建装修一体化、生产经营社会化的工厂化流水式作业可以破解土地制约瓶颈、实现集约节约发展，满足人们对住房高品质、低价格、节能环保的需求。该结构与传统预制混凝土结构相比具有以下优点：

(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焊接连接，焊接连接施工快捷方便、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。

附图说明

图1为采用消能钢板焊接连接的低层装配式墙板结构三维示意图；

图2为预制墙板三视图及三维示意图；

图3为预制楼板三视图及三维示意图；

图4为T形、L形及十字形预制角柱三视图及三维示意图；

图5为消能钢板焊接节点布置示意图；

图6为消能钢板焊接节点示意图；

图7为焊接连接件构型示意图；

图8为水平节点示意图；

图9为T形竖向节点示意图；

图10为L形竖向节点示意图；

图11为十字形竖向节点示意图。

图中：1.预制墙板；2.预埋钢板；3.锚筋；4.开洞连接钢板；5.三面围焊缝；6.水泥砂浆；7.预制楼板；8.预制角柱。

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。

新型低层装配式墙板结构消能钢板焊接节点，包括预制墙板1、预制楼板7和预制角柱8，并经过消能钢板焊接连接件完成预制墙板1、预制楼板7与预制角柱8间的连接，所述的消能钢板焊接连接件包括预埋钢板2、锚筋3和开洞连接钢板4，预埋钢板上设有螺纹孔，锚筋两端均套螺纹，开洞连接钢板中部开有椭圆形孔洞，锚筋通过预埋钢板上的螺纹孔将两个预埋钢板相连，开洞连接钢板与预埋钢板通过焊接的方式连接，焊接后形成三面围焊缝5。

更进一步的方案是：

每个消能钢板焊接连接件包括有八根锚筋。

更进一步的方案是：

预埋钢板厚度为15-20mm，锚筋每端的螺纹长度大于2倍预埋钢板厚度。

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，还连接有水泥砂浆6。

采用消能钢板焊接连接的低层装配式墙板结构是将承重内外墙板、楼板、屋面板等构件在工厂预制，然后运送到施工现场，采用焊接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。该结构由预制墙板1、预制楼板7以及预制角柱8构成，如图1所示。预制墙板1(见图2)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7(见图3)四角向内凹进以保证预制角柱8上下贯通，。预制角柱8(见图4)共有T形、L形以及十字形三种截面形式，设置于纵横预制墙板1相交处，保证纵横预制墙板1之间连接方便，同时加强结构角部的受力。各构件间均采用钢板焊接连接，并形成钢板焊接节点。

消能钢板焊接节点设置于各预制构件间连接区域(见图5)，由焊接连接件与周边墙板混凝土构成(见图6)，二者在预制构件中共同受力，完成预制墙板1、预制楼板7与预制角柱 8间的连接。焊接连接件由预埋钢板2、锚筋3和开洞连接钢板4组成(见图7)。预埋钢板2 设有螺纹孔，其厚度宜控制在15mm至20mm；锚筋3两端均套螺纹，每端螺纹长度宜大于2倍预埋钢板厚度；开洞连接钢板4又称为消能钢板，其中部开有椭圆形孔洞。消能钢板焊接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用于连接上下层预制墙板1与预制楼板7的节点；竖向节点为沿结构竖向接缝布置用于连接预制墙板 1与预制角柱8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。

消能钢板焊接节点包括水平节点和竖向节点两类节点类型，具体实施方式如下：

水平节点：水平节点采用集中点式连接方式沿水平方向进行布置，通过钢板焊接连接上下层预制墙板1与预制楼板7，连接部位均设置在上层预制墙板1、下层预制墙板1以及预制楼板7的边缘，且各构件内的钢筋均无连通，如图8所示。施工中首先通过四根锚筋3将两块预埋钢板2连接起来形成一个预埋件；其次将一定数量的预埋件以一定的布置间距预埋在上下层预制墙板1与预制楼板7的边缘，为了加强预埋件在各预制构件中的锚固，上下层预制墙板1与预制楼板7的边缘做成暗梁和暗柱的形式，预埋件的四根锚筋3与暗梁、暗柱的纵向钢筋相互穿插并可靠连接，保证预埋件与各预制构件有效传力；然后按照图纸分别将下层预制墙板1、上层预制墙板1以及预制楼板7吊装至精确位置，并保证各构件中的预埋钢板2对齐，再通过开洞连接钢板4与预埋钢板2焊接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7的连接。

竖向节点：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8通过钢板焊接连接同层预制墙板1，连接部位均设置在预制墙板1和预制角柱8的边缘，且各构件内的钢筋均无连通，竖向节点构型与水平节点构型相同，如图8所示。根据预制角柱8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9、图10和图11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：首先通过四根锚筋3将两块预埋钢板2连接起来形成一个预埋件；其次将一定数量的预埋件以一定的布置间距预埋在预制墙板1与预制角柱8的边缘，为了加强预埋件在预制墙板1和预制角柱8中的锚固，预制墙板1的边缘做成暗梁和暗柱的形式，预埋件的四根锚筋3与预制墙板1边缘的暗梁、暗柱中的纵向钢筋以及预制角柱8中的纵向钢筋相互穿插并可靠连接，保证预埋件与预制墙板1有效传力；然后按照图纸分别将同层的三块预制墙板1和一个预制T形角柱8吊装至精确位置，并保证各构件中的预埋钢板2对齐，再通过开洞连接钢板4与预埋钢板2焊接连接的方式将三块预制墙板1分别与预制T形角柱8 连接起来，完成同层三块预制墙板1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 (5)

1.一种新型低层装配式墙板结构消能钢板焊接节点，包括预制墙板、预制楼板和预制角柱，其特征在于：通过消能钢板焊接连接件完成预制墙板、预制楼板与预制角柱间的连接，所述的消能钢板焊接连接件包括预埋钢板、锚筋和开洞连接钢板，预埋钢板上设有螺纹孔，锚筋两端均套螺纹，开洞连接钢板中部开有椭圆形孔洞，锚筋通过预埋钢板上的螺纹孔将两个预埋钢板相连，开洞连接钢板与预埋钢板通过焊接的方式连接。

2.根据权利要求1所述新型低层装配式墙板结构消能钢板焊接节点，其特征在于：

预埋钢板厚度为15-20mm，锚筋每端的螺纹长度大于2倍预埋钢板厚度。

3.根据权利要求1所述新型低层装配式墙板结构消能钢板焊接节点，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。

4.根据权利要求1所述新型低层装配式墙板结构消能钢板焊接节点，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。

5.根据权利要求1所述新型低层装配式墙板结构消能钢板焊接节点，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，还连接有水泥砂浆。