CN108532757B - 完全装配式钢结构连接组件及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及完全装配式钢结构连接组件及安装方法，属于建筑结构构件技术领域。本发明包括两段方钢管柱、外环板组件和连接构件，所述两段方钢管柱的拼接处为相互咬合的折线形凹凸槽，外环板组件包括横向单板组件和竖板组件，方钢管柱柱壁、内板、外板、水平板和连接板上均设有若干个螺栓孔，方钢管柱和外环板组件之间通过螺栓连接、外环板组件相互之间通过螺栓和滑槽装置连接。本发明防止局部应力集中现象的出现，改善了节点的受力性能，增强了节点和构件在水平方向的刚性，使得节点区应力分布比较均匀、刚度大、承载力高，避免了因焊接导致的初始缺陷以及可能出现的焊缝撕裂破坏。

Description

完全装配式钢结构连接组件及安装方法

技术领域

本发明涉及完全装配式钢结构连接组件及安装方法，属于建筑结构构件技术领域。

背景技术

钢管柱弥补了H型钢柱两个对称平面内刚度差别大的缺陷，能够有效避免结构出现弱轴方向承受较大荷载而产生过大变形的情况。伴随着我国钢材加工制造工艺的逐步提高，钢管柱在钢结构中的应用越来越多，而钢管柱与工字型钢梁节点的组合形式也因其特有的优越性能被越来越广泛的采用。

在框架结构中，梁柱连接节点在钢结构的整体抗震性能中起着重要的作用，且其形式的选择对于结构的整体性、可靠度、建设周期以及附属构件设计施工等有着直接的影响。外加强环板式的节点连接方式克服了内隔板式节点加工工序繁琐以及隔板贯通式节点在受较大力矩时内力分布不均匀的缺点。经过试验研究，梁柱节点采用外加强环形式安全可靠，加强环能和管柱共同工作，使得管壁受力均匀，防止局部应力集中现象的出现，从而改善节点的受力性能，亦可增强节点和构件在水平方向的刚性，使得节点区应力分布比较均匀、刚度大、塑性性能好、承载力高。

但是，受焊接工艺及环境等因素的影响，外环板与钢管柱之间的焊缝质量难以保证，并且节点区域受焊接应力的影响易产生初始缺陷。通过试验模拟及有限元分析发现，该种形式的节点极易在承受较大荷载及地震作用时发生焊缝的撕裂破坏，从而影响节点的承载力及整体抗震能力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有外环板式钢框架结构节点存在的上述缺陷，提出了完全装配式钢结构连接组件及安装方法。

本发明是采用以下的技术方案实现的：

一种完全装配式钢结构连接组件，包括上下两段方钢管柱、外环板组件和若干个连接构件，所述两段方钢管柱的拼接处为相互咬合的折线形凹凸槽，外环板组件包括八块横向单板组件和四块竖板组件，横向单板包括水平板和与水平板呈一定角度的连接板，竖板包括内板和与内板垂直呈T型的外板，方钢管柱柱壁、内板、外板、水平板和连接板上均设有若干个螺栓孔，方钢管柱和外环板组件之间通过螺栓连接、外环板组件相互之间通过螺栓和滑槽装置连接。

所述横向单板组件包括若干块横向单板连接板，横向单板连接板为两块，分别相对于水平板上折和下折，呈折线状，两块连接板弯折的角度相同。

所述横向单板组件包括若干块横向单板连接板，横向单板连接板为三块，连接板与水平板呈撮斗状，两侧连接板、中间连接板分别垂直于水平板，两侧连接板相对于中间连接板向外弯折，并分别与中间连接板构成的夹角相同。

所述外板的上下表面设有凸出的棱柱，水平板底面对应位置设有与棱柱对应形状的滑槽。

所述棱柱横截面为等腰梯形，滑槽为等腰梯形滑槽。

所述方钢管柱相邻拼接的柱角处设有拼接辅助装置。

所述拼接辅助装置为成对的设置在下段方钢管柱上方柱角处的凸起棒和设置在上段方钢管柱下方柱角处对应的凹陷槽。

所述外环板组件为铸钢构件。

所述连接构件为螺栓或长螺栓。

本发明还涉及一种完全装配式钢结构连接组件的安装方法，包括以下步骤：

(1)拼接方钢管柱：将方钢管柱任意一对面上安装螺栓，借助拼接辅助装置将上段方钢管柱和下段方钢管柱对应拼接；

(2)安装部分竖板组件：将与步骤(1)所述的对面对应的两块竖板与方钢管柱螺栓连接；

(3)安装其余竖板组件，固定方钢管柱：在方钢管柱安装螺栓面的另一组对面上通过长螺栓固定其余两块竖板组件，实现上下段方钢管柱的连接固定和竖板组件与方钢管柱的连接；(4)安装横向单板组件：将八块横向单板分别对应方钢管柱的四个方向、上下两侧，沿外板上的棱柱凸起滑入；

(5)连接横向单板组件：相邻连接板相互之间螺栓连接，至此完成该连接组件的拼接与安装。

所述步骤(4)还包括，将八块带滑槽的横向单板从四个方向、上下两侧依次顺着竖板上下的棱柱滑入至贴紧方钢管柱。

所述步骤(1)还包括将下段方钢管柱柱角处设置的凸起棒插入上段方钢管柱的对应的凹陷槽内，实现上下两段方钢管柱的准确对接。

本发明的有益效果是：

(1)本发明基于方钢管柱-H型梁外环板式连接的节点形式，提出了一种新型钢结构连接组件，既保留了传统外加强环板式节点连接方式的安全可靠、传力均匀等优势，又能够防止局部应力集中现象的出现，改善了节点的受力性能，增强了节点和构件在水平方向的刚性，使得节点区应力分布比较均匀、刚度大、塑性性能好、承载力高；同时摒弃了传统外环板式节点中外环板与钢管柱焊接的方法，有效避免了因焊接导致的初始缺陷以及可能出现的焊缝撕裂破坏；

(2)本发明所述的完全装配式钢结构连接组件，提出了滑槽技术与螺栓连接相结合的连接方式，所有构件均可在工厂加工完成，构件质量易于保证，现场组装方便、固定牢固，能够实现完全装配化施工，有效加快施工进度、提高劳动生产率；

(3)本发明所述的完全装配式钢结构连接组件，提出了两种外环板横向单板的构造和横向单板组件的拼接形式，详见实施例1和实施例2，拼接平面可在钢管柱的水平面上也可在竖直面上，便于紧固螺栓施工操作的便利选择，为投入实际工程使用提供了多种方案，方便设计者根据实际工程使用需求进行选择。

附图说明

图1是本发明两种结构构件拆分示意图。

图2是实施例1横向单板结构示意图。

图3是实施例1竖板结构示意图。

图4是实施例1安装步骤一示意图。

图5是实施例1安装步骤二示意图。

图6是实施例1安装步骤三示意图。

图7是实施例1安装步骤四示意图。

图8是实施例1安装步骤五示意图。

图9是实施例1横向单板组件拼接完成立体示意图。

图10是实施例1横向单板组件拼接完成侧视示意图。

图11是实施例1横向单板与竖板滑槽连接示意图。

图12是实施例2横向单板结构示意图。

图13是实施例2竖板结构示意图。

图14是实施例2安装步骤一示意图。

图15是实施例2安装步骤二示意图。

图16是实施例2安装步骤三示意图。

图17是实施例2安装步骤四示意图。

图18是实施例2安装步骤五示意图。

图19是实施例2横向单板组件拼接完成立体示意图。

图20是实施例2横向单板与竖板滑槽连接示意图。

图21是方钢管柱螺栓连接结构示意图。

图22是拼接辅助装置结构示意图。

图中：1、方钢管柱；2、横向单板；3、竖板；4、螺栓；5、长螺栓；6、拼接辅助装置；7、垫板；8、水平板；9、连接板；10、棱柱；11、滑槽；12、凸起棒；13、凹陷槽；14、凹凸槽；15、内板；16、外板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1-3、22所示，本发明所述的一种完全装配式钢结构连接组件，包括2个方钢管柱1、外环板组件和若干个连接构件，上下两段方钢管柱在拼接端部沿钢管柱壁设有相对应的凹凸槽14，使相邻拼接处呈现有规律的凹凸不平的折线形。拼接时下段方钢管的凸起(凹陷)处插入上段钢管的凹陷(凸起)处，使得两段方钢管的连接更加精准。方钢管柱由上下两段方钢管通过拼接辅助装置6插接而成，并通过同时与外环板竖板组件螺栓连接实现固定。所述拼接辅助装置为成对的设置在下段方钢管柱上方拼接端柱角处的凸起棒12和设置在上段方钢管柱下方拼接端柱角处对应的凹陷槽13，辅助两段钢管在固定前保持拼接的准确性和稳定性。

外环板组件包括八块横向单板组件和四块竖板组件，采用螺栓连接加滑槽拼接形式。横向单板2为构造形式A，包括水平板8和与水平板呈一定角度的连接板9，横向单板连接板为两块，分别相对于水平板上折和下折，呈折线状，两块连接板弯折的角度相同。将一块单板下折端、上折端分别与与其相邻的两块横向单板的上折端和下折端螺栓连接，可以在水平方向上组装完成，并保证各块横向单板组件的水平板保持水平且在同一个高度的平面上。

竖板3包括内板15和与内板垂直呈T型的外板16，所有外环板组件均为铸钢构件。方钢管柱柱壁、内板、外板、水平板和连接板上均设有螺栓孔，方钢管柱和外环板组件之间、外环板组件相互之间通过螺栓连接。

上下段方钢管柱壁上和外环板竖板组件上设有螺栓孔，外环板竖板组件通过高强螺栓实现与方钢管柱的连接，并将上下两段方钢管柱牢牢固定。

横向单板组件的每一块水平板上均设有螺栓孔，用于与钢梁的上下翼缘通过垫板7螺栓连接。

外板上设有螺栓孔，用于与钢梁的腹板通过垫板螺栓连接。

连接构件大体分为螺栓4和长螺栓5两类。螺栓用于外环板横向单板组件之间的相互连接。值得注意的是，一个方向上的外环板竖板通过垫板及螺栓与方钢管柱连接固定后会导致另一个方向上组装操作平面的缺失，故使用长螺栓将该方向上的两块竖板与方钢管柱连接。

实施例2

如图1、12、13所示，与实施例1相区别的是，横向单板为构造形式B，包括三块连接板，连接板与水平板呈撮斗状，两侧连接板、中间连接板分别垂直于水平板，两侧连接板相对于中间连接板向外弯折，并分别与中间连接板构成的夹角相同。将一块单板两侧的连接板分别与另外两块单板的连接板用螺栓连接，可以在竖直方向上组装完成，且保证各块横向单板组件的水平板保持水平且在同一个高度的平面上。

其余技术特征同实施例1。

实施例3

如图3所示，外板的上下表面设有凸出的棱柱10，棱柱横截面为等腰梯形，水平板底面对应位置设有与棱柱对应形状的滑槽11，滑槽为等腰梯形滑槽。

其余技术特征同实施例1。

实施例4

如图13所示，外板的上下表面设有凸出的棱柱，棱柱横截面为等腰梯形，水平板底面对应位置设有与棱柱对应形状的滑槽，滑槽为等腰梯形滑槽。

其余技术特征同实施例2。

如图4-11、14-20所示，本发明还涉及完全装配式钢结构连接组件的安装方法，包括以下步骤：

(1)拼接方钢管柱：如图4和14所示，将方钢管柱任意一对面上的螺栓孔内从内向外安装上螺栓，将下段方钢管柱柱角处设置的凸起棒12插入上段方钢管柱的对应的凹陷槽13内，起到初步定位作用，实现上下两段方钢管柱在通过外环板竖板组件最终固定前保持稳定。

(2)安装竖板组件：如图5-6、15-16所示，将四块竖板方钢管柱的四个表面通过板上的螺栓孔对应螺栓插入，并安装螺母，实现上下段方钢管柱的连接固定和竖板组件与方钢管柱的连接。

(3)紧固：如图21所示，在方钢管柱安装螺栓面的另一组对面上穿入长螺栓固定。将这一组对面对应的外环板竖板上的螺栓孔穿入长螺栓，并安装螺母固定。

(4)安装横向单板组件：如图11和20所示，将八块带滑槽的横向单板从四个方向、上下两侧依次顺着竖板上下的棱柱滑入至贴紧方钢管柱，如图7-8、17-18所示，分别将上下侧四块横向单板相邻连接板的折角或两侧连接板相互之间螺栓连接，完成完全装配式钢结构连接组件装配。

当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。

Claims (9)

1.一种完全装配式钢结构连接组件，其特征在于：包括上下两段方钢管柱(1)、外环板组件和若干个连接构件，所述两段方钢管柱(1)的拼接处为相互咬合的折线形凹凸槽(14)，外环板组件包括八块横向单板组件和四块竖板组件，横向单板(2)包括水平板(8)和与水平板(8)呈一定角度的连接板(9)，竖板(3)包括内板(15)和与内板(15)垂直呈T型的外板(16)，所述外板(16)的上下表面设有凸出的棱柱(10)，水平板(8)底面对应位置设有与棱柱(10)对应形状的滑槽(11)，方钢管柱(1)柱壁、内板(15)、外板(16)、水平板(8)和连接板(9)上均设有若干个螺栓孔，方钢管柱(1)和外环板组件之间通过螺栓(4)连接、外环板组件相互之间通过螺栓(4)和滑槽(11)装置连接，方钢管柱与内板通过螺栓连接，相邻的连接板之间通过螺栓连接，水平板与外板的连接通过将棱柱插入滑槽实现。

2.根据权利要求1所述的完全装配式钢结构连接组件，其特征在于：所述横向单板组件包括连接板(9)，连接板(9)为两块，分别相对于水平板(8)上折和下折，呈折线状，两块连接板(9)弯折的角度相同。

3.根据权利要求1所述的完全装配式钢结构连接组件，其特征在于：所述横向单板组件包括连接板(9)，连接板(9)为三块，连接板(9)与水平板(8)呈撮斗状，两侧连接板(9)、中间连接板(9)分别垂直于水平板(8)，两侧连接板(9)相对于中间连接板(9)向外弯折，并分别与中间连接板(9)构成的夹角相同。

4.根据权利要求1所述的完全装配式钢结构连接组件，其特征在于：所述棱柱(10)横截面为等腰梯形，滑槽(11)为等腰梯形滑槽(11)。

5.根据权利要求1所述的完全装配式钢结构连接组件，其特征在于：所述方钢管柱(1)相邻拼接的柱角处设有拼接辅助装置(6)。

6.根据权利要求5所述的完全装配式钢结构连接组件，其特征在于：所述拼接辅助装置(6)为成对的设置在下段方钢管柱(1)上方柱角处的凸起棒(12)和设置在上段方钢管柱(1)下方柱角处对应的凹陷槽(13)。

7.一种权利要求1-6任一所述的完全装配式钢结构连接组件的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)拼接方钢管柱(1)：将方钢管柱(1)任意一对面上安装螺栓(4)，借助拼接辅助装置(6)将上段方钢管柱(1)和下段方钢管柱(1)对应拼接；

(2)安装部分竖板组件：将与步骤(1)所述的对面对应的两块竖板(3)与方钢管柱(1)螺栓(4)连接；

(3)安装其余竖板组件，固定方钢管柱(1)：在方钢管柱(1)安装螺栓(4)面的另一组对面上通过长螺栓(5)固定其余两块竖板组件，实现上下段方钢管柱(1)的连接固定和竖板组件与方钢管柱(1)的连接；(4)安装横向单板组件：将八块横向单板(2)分别对应方钢管柱(1)的四个方向、上下两侧，沿外板(16)上的棱柱(10)凸起滑入；

(5)连接横向单板组件：相邻连接板(9)相互之间螺栓(4)连接，至此完成该连接组件的拼接与安装。

8.根据权利要求7所述的完全装配式钢结构连接组件的安装方法，其特征在于：步骤(4)还包括，将八块带滑槽(11)的横向单板(2)从四个方向、上下两侧依次顺着竖板(3)上下的棱柱(10)滑入至贴紧方钢管柱(1)。

9.根据权利要求7所述的完全装配式钢结构连接组件的安装方法，其特征在于：步骤(1)还包括，将下段方钢管柱(1)柱角处设置的凸起棒(12)插入上段方钢管柱(1)的对应的凹陷槽(13)内，实现上下两段方钢管柱(1)的准确对接。