CN108661189B - 一种箱型钢柱拼接节点及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种箱型钢柱拼接节点，包括上柱单元和下柱单元，所述上柱单元和下柱单元之间设有用于连接所述上柱单元和下柱单元的连接单元，所述连接单元的一端固接于所述下柱单元的端部内壁，所述连接单元的另一端高出所述下柱单元并在所述上柱单元对接插入后与上柱单元的端部内壁固接。本发明还公开了一种箱型钢柱拼接节点的安装方法，包括预制钢柱单元、吊装各单元、对接并临时固定、施焊等步骤。本发明的箱型钢柱拼接节点及其安装方法适用于超高层钢结构建筑及承受特殊荷载及安全等级较高的特种钢的钢柱，具有安全经济便捷、拼装精度高、强度好、质量优等优点。

Description

一种箱型钢柱拼接节点及其安装方法

技术领域

本发明属于建筑结构工程技术领域，尤其涉及一种箱型钢柱拼接节点及其安装方法。

背景技术

随着我国环境污染加剧、资源约束增强、建筑业用工成本上升，传统劳动力密集型的建筑业面临转型压力，绿色建筑和建筑工业化逐渐成为当前建筑行业的发展趋势。钢结构建筑具有工厂预制、现场安装、材料轻质高强、运输成本低和绿色低碳环保可循环利用的优势，是建筑工业化的最佳载体。

超高层钢结构建筑、承受特殊荷载及安全等级较高的特种钢结构的柱子通常采用箱型钢柱，箱型钢柱根据现场施工的需要进行分节，工厂分段加工，现场拼接、吊装。目前，我国钢结构建筑现场连接，如柱与柱拼接、梁与梁拼接、梁与柱连接等仍然以现场焊接或栓焊混合连接为主，多按《多高层民用建筑钢结构节点构造详图》(16G519)选用，其中，如图1至图3所示，箱型钢柱拼接节点传统采用上、下耳板6，利用双夹板螺栓连接方式进行定位，这种传统的连接定位对于小截面钢柱简单实用，针对大型或特大型截面的箱型钢柱，由于没有考虑到上下耳板6焊接偏差及双夹板错动的不利影响，现场经常出现上下节柱错位较大的问题，导致箱型钢柱拼接效率低，影响箱型钢柱拼接质量，其次拼接处的焊接处理、钢柱截面的加劲很难保证高质量完成，导致柱的拼接处往往成为结构短板。

此外，中冶建研院针对钢结构建筑中钢柱现场拼装及柱与梁的连接，通过在上下柱设置节点区，减少现场焊接，或通过高强螺栓连接完全避免现场焊接，而不采用传统拼接节点中通过耳板6及连接板7实现上下柱的临时固定，但此应用多为承受常规荷载的工业与民用钢建筑，箱型钢柱截面较小，没有考虑柱内部的加劲。针对超高层钢结构建筑、承受特殊荷载及安全等级较高的特种钢结构的钢柱，由于其截面大(短边≥1.5m)，需在截面内设置加劲肋，而采用该拼接节点，接缝处加劲肋处理也应考虑，且针对承受动荷载的特种钢结构，如矿山井架、钢结构桥梁等建构筑物要求采用一级坡口全熔透焊缝实现上下柱的等强连接；按照《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205设计要求全焊透的一、二级焊缝应采用超声波探伤进行内部缺陷检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤，其对现场拼接质量提出了极高的要求，目前涉及该类钢结构建构物的箱形截面柱的现场拼接技术方案几乎没有。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种安全经济便捷、拼装精度高、强度好、质量优且能有效针对承受特殊荷载及安全等级较高的特种钢结构的箱型钢柱拼接节点及其安装方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种箱型钢柱拼接节点，包括上柱单元和下柱单元，所述上柱单元和下柱单元之间设有用于连接所述上柱单元和下柱单元的连接单元，所述连接单元的一端固接于所述下柱单元的端部内壁，所述连接单元的另一端高出所述下柱单元并在所述上柱单元对接插入后与上柱单元的端部内壁固接。

上述的箱型钢柱拼接节点，优选的，所述连接单元包括环向连接板、第一环向加劲肋和第二环向加劲肋，所述第二环向加劲肋平行设置于所述环向连接板的内侧，所述第一环向加劲肋垂直设置于所述环向连接板和第二环向加劲肋之间，所述环向连接板、第一环向加劲肋和第二环向加劲肋连接构成工字型截面的连接单元。

上述的箱型钢柱拼接节点，优选的，所述第二环向加劲肋围合构成的环向结构内侧设有用于工人进入箱型钢柱内部进行作业的人孔单元。

上述的箱型钢柱拼接节点，优选的，所述上柱单元和下柱单元上均设有平齐于上柱单元或下柱单元端口的定位连接板，所述上柱单元和下柱单元的定位连接板相互配合，所述定位连接板上设有螺栓孔，在所述上柱单元和下柱单元拼接后相互配合的定位连接板的螺栓孔中设有定位连接螺栓。

上述的箱型钢柱拼接节点，优选的，所述下柱单元包括多块下柱钢板，所述多块下柱钢板之间固接构成箱型钢柱结构，所述下柱钢板的内侧对称设有多个下柱加劲肋。

上述的箱型钢柱拼接节点，优选的，所述上柱单元包括多块上柱钢板，所述多块上柱钢板之间固接构成箱型钢柱结构，所述上柱钢板的内侧对称设有多个上柱加劲肋。

上述的箱型钢柱拼接节点，优选的，所述上柱加劲肋的下端预留有供所述连接单元的端部插入的承插接口，所述承插接口与所述连接单元相匹配。

上述的箱型钢柱拼接节点，优选的，所述上柱单元和下柱单元的每条柱边上至少设有一个定位连接板。

一种箱型钢柱拼接节点的安装方法，包括以下步骤，

S1、根据计算选定箱型钢柱截面及各零部件尺寸，预先加工好上柱单元、下柱单元和连接单元，将连接单元的一端焊接于下柱单元的端部，并在连接单元中预留人孔单元；

S2、吊装上柱单元，将上柱单元的承插接口对准连接单元的另一端对接插入；

S3、上柱单元和下柱单元的定位连接板依次对接契合，将定位连接螺栓插入对接的定位连接板中并拧紧固定；

S4、进行上柱单元和下柱单元拼接接缝处的施焊，通过人孔单元进入箱型钢柱内部进行上柱单元、下柱单元与连接单元承插口的焊接作业，将连接单元分别与上柱加劲肋和下柱加劲肋焊接固定。

上述的安装方法，所述步骤S4之后还包括步骤S5和S6，

S5、割除定位连接板，并完成全部焊缝；

S6、进行焊缝及两侧范围内钢结构涂装作业，完成上下箱型钢柱现场拼接作业。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的箱型钢柱拼接节点，包括上柱单元、下柱单元和连接单元，连接单元固接在下柱单元的端部并露出下柱单元的端部一部分，上柱单元通过插入露出的连接单元实现对接，能良好保证上柱单元和下柱单元的拼接精度和拼接强度，进而提高拼接的质量，实现箱型钢柱上下部分的等强连接，具有安全、经济、便捷的优点，此外本发明的箱型钢柱拼接节点不仅适用于承受荷载较常规、柱截面较小的工业与民用钢建筑，还适用于超高层钢结构建筑及承受特殊荷载及安全等级较高的特种钢的钢柱，如超高钢结构建筑物、矿山井架、钢结构桥梁等，在箱型截面大(短边≥1.5m)，需在截面内设置加劲肋的情况下依然能够采用本发明的拼接节点，以实现柱与柱的等强连接。

附图说明

图1是背景技术中现有技术的箱型截面柱现场拼接的立面图。

图2是图1沿A-A方向的剖视结构示意图。

图3是图1沿B-B方向的剖视结构示意图。

图4是实施例的箱型钢柱拼接节点的立面图。

图5是图4沿C-C方向的剖视结构示意图。

图6是图4中D的局部放大图(上柱单元和下柱单元拼接状态)。

图例说明：

1、上柱单元；11、上柱钢板；12、上柱加劲肋；121、承插接口；2、下柱单元；21、下柱钢板；22、下柱加劲肋；3、连接单元；31、环向连接板；32、第一环向加劲肋；33、第二环向加劲肋；4、人孔单元；5、定位连接板；51、定位连接螺栓；6、耳板；7、连接板。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

如图4至图6所示，本实施例的箱型钢柱拼接节点，包括上柱单元1和下柱单元2，上柱单元1和下柱单元2之间设有用于连接上柱单元1和下柱单元2的连接单元3，连接单元3的一端固接于下柱单元2的端部内壁，连接单元3的另一端高出下柱单元2并在上柱单元1对接插入后与上柱单元1的端部内壁固接。具体的，连接单元3的另一端露出下柱单元2端部10～15cm。上柱单元1通过插入露出的连接单元3实现对接，能良好保证上柱单元1和下柱单元2的拼接精度和拼接强度，进而提高拼接的质量，实现箱型钢柱上下部分的等强连接。

本实施例中，连接单元3包括环向连接板31、第一环向加劲肋32和第二环向加劲肋33，第二环向加劲肋33平行设置于环向连接板31的内侧，第一环向加劲肋32垂直设置于环向连接板31和第二环向加劲肋33之间，环向连接板31、第一环向加劲肋32和第二环向加劲肋33连接构成工字型截面的连接单元3。工字型环向加劲肋结构的连接单元3，一方面减少了接缝处应力集中的可能性，另一方面在结构承受动静荷载时，接缝处的工字型环向加劲肋能增加柱的刚度，减少局部失稳的可能性，尤其适用于大型截面的钢柱结构。

本实施例中，第二环向加劲肋33围合构成的环向结构内侧设有用于工人进入箱型钢柱内部进行作业的人孔单元4。具体的，一般短边长度≥600mm，以便工人进入箱体内部进行焊接、防腐等作业时能顺利通过。

本实施例中，上柱单元1和下柱单元2上均设有平齐于上柱单元1或下柱单元2端口的定位连接板5，上柱单元1和下柱单元2的定位连接板5相互配合，定位连接板5上设有螺栓孔，在上柱单元1和下柱单元2拼接后相互配合的定位连接板5的螺栓孔中设有定位连接螺栓51。具体的，定位连接板5由角钢制作而成。定位连接板5便于进行精准对接和临时固定，避免了传统耳板拼接技术方案中其柱节之间的定位固定由于没有考虑到上下耳板焊接偏差及双夹板错动的不利影响，采用定位连接板5易实现上柱单元1和下柱单元2的精准对接和临时固定，进而保证后续焊接作业质量。

本实施例中，下柱单元2包括多块下柱钢板21，多块下柱钢板21之间固接构成箱型钢柱结构，下柱钢板21的内侧对称设有多个下柱加劲肋22，上柱单元1包括多块上柱钢板11，多块上柱钢板11之间固接构成箱型钢柱结构，上柱钢板11的内侧对称设有多个上柱加劲肋12。设置纵向加劲肋能保证下柱单元2和上柱单元1的强度和刚度，适用于超高层钢结构建筑、承受特殊荷载及安全等级较高的特种钢结构的钢柱，如超高钢结构建筑物、矿山井架、钢结构桥梁等。

本实施例中，上柱加劲肋12的下端预留有供连接单元3的端部插入的承插接口121，承插接口121与连接单元3相匹配。具体的，上柱加劲肋12下端对应环向连接板31的位置预留有槽口，槽口尺寸与环向连接板31外露的尺寸对应。设置承插接口121将上柱单元1的上柱加劲肋12和连接单元3的环向连接板31也纳入考虑，在结构上形成相互承插配合的形式，再在接缝处施焊，增加了接缝处的结构强度，提高了连接强度，实现柱与柱之间的等强连接，避免了传统拼接缝强度、刚度不足这一弱势，特别适用于超高层钢结构建筑、承受特殊荷载及安全等级较高的特种钢结构的钢柱，如超高钢结构建筑物、矿山井架、钢结构桥梁等。

本实施例中，上柱单元1和下柱单元2的每条柱边上至少设有一个定位连接板5。每条柱边均设置定位连接板5以保证上柱单元1和下柱单元2之间的精准定位和连接，防止某条柱边连接定位出现偏差导致整体连接定位出现偏差。

本实施例还提供了一种安装上述箱型钢柱拼接节点的方法，包括以下步骤，

S1、根据计算选定箱型钢柱截面及各零部件尺寸，预先加工好上柱单元1、下柱单元2和连接单元3，将连接单元3的一端焊接于下柱单元2的端部，并在连接单元3中预留人孔单元4；

S2、各构件运至施工现场后，吊装上柱单元1，将上柱单元1的承插接口121对准连接单元3的另一端对接插入；

S3、上柱单元1和下柱单元2的定位连接板5依次对接契合，将定位连接螺栓51插入对接的定位连接板5中并拧紧固定，实现上柱单元1和下柱单元2的临时固定；

S4、进行上柱单元1和下柱单元2柱壁拼接接缝处的坡口全熔透施焊，通过人孔单元4进入箱型钢柱内部进行上柱单元1、下柱单元2与连接单元3承插口的焊接作业，分别将上柱加劲肋12和下柱加劲肋22与环向连接板31和第一环向加劲肋32焊接固定；

S5、割除临时固定上柱单元1和下柱单元2的定位连接板5，并完成全部焊缝，至此，上柱单元1和下柱单元2的拼缝处已无缝对接，形成整体；

S6、进行焊缝及两侧范围内钢结构涂装作业，完成上下箱型钢柱现场拼接作业。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种箱型钢柱拼接节点，包括上柱单元（1）和下柱单元（2），其特征在于：所述上柱单元（1）和下柱单元（2）之间设有用于连接所述上柱单元（1）和下柱单元（2）的连接单元（3），所述连接单元（3）的一端固接于所述下柱单元（2）的端部内壁，所述连接单元（3）的另一端高出所述下柱单元（2）并在所述上柱单元（1）对接插入后与上柱单元（1）的端部内壁固接；

所述连接单元（3）包括环向连接板（31）、第一环向加劲肋（32）和第二环向加劲肋（33），所述第二环向加劲肋（33）平行设置于所述环向连接板（31）的内侧，所述第一环向加劲肋（32）垂直设置于所述环向连接板（31）和第二环向加劲肋（33）之间，所述环向连接板（31）、第一环向加劲肋（32）和第二环向加劲肋（33）连接构成工字型截面的连接单元（3）；

所述第二环向加劲肋（33）围合构成的环向结构内侧设有用于工人进入箱型钢柱内部进行作业的人孔单元（4）；

所述上柱单元（1）和下柱单元（2）上均设有平齐于上柱单元（1）或下柱单元（2）端口的定位连接板（5），所述上柱单元（1）和下柱单元（2）的定位连接板（5）相互配合，所述定位连接板（5）上设有螺栓孔，在所述上柱单元（1）和下柱单元（2）拼接后相互配合的定位连接板（5）的螺栓孔中设有定位连接螺栓（51）。

2. 根据权利要求1 所述的箱型钢柱拼接节点，其特征在于：所述下柱单元（2）包括多块下柱钢板（21），所述多块下柱钢板（21）之间固接构成箱型钢柱结构，所述下柱钢板（21）的内侧对称设有多个下柱加劲肋（22）。

3.根据权利要求2所述的箱型钢柱拼接节点，其特征在于：所述上柱单元（1）包括多块上柱钢板（11），所述多块上柱钢板（11）之间固接构成箱型钢柱结构，所述上柱钢板（11）的内侧对称设有多个上柱加劲肋（12）。

4.根据权利要求3所述的箱型钢柱拼接节点，其特征在于：所述上柱加劲肋（12）的下端预留有供所述连接单元（3）的端部插入的承插接口（121），所述承插接口（121）与所述连接单元（3）相匹配。

5.根据权利要求1所述的箱型钢柱拼接节点，其特征在于：所述上柱单元（1）和下柱单元（2）的每条柱边上至少设有一个定位连接板（5）。

6.一种根据权利要求1至5任一项所述的箱型钢柱拼接节点的安装方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1、根据计算选定箱型钢柱截面及各零部件尺寸，预先加工好上柱单元（1）、下柱单元（2）和连接单元（3），将连接单元（3）的一端焊接于下柱单元（2）的端部，并在连接单元（3）中预留人孔单元（4）；

S2、吊装上柱单元（1），将上柱单元（1）的承插接口（121）对准连接单元（3）的另一端对接插入；

S3、上柱单元（1）和下柱单元（2）的定位连接板（5）依次对接契合，将定位连接螺栓（51）插入对接的定位连接板（5）中并拧紧固定；

S4、进行上柱单元（1）和下柱单元（2）拼接接缝处的施焊，通过人孔单元（4）进入箱型钢柱内部进行上柱单元（1）、下柱单元（2）与连接单元（3）承插口的焊接作业，将连接单元（3）分别与上柱加劲肋（12）和下柱加劲肋（22）焊接固定。

7.根据权利要求6所述的箱型钢柱拼接节点的安装方法，其特征在于：所述步骤S4之后还包括步骤S5和S6，

S5、割除定位连接板（5），并完成全部焊缝；

S6、进行焊缝及两侧范围内钢结构涂装作业，完成上下箱型钢柱现场拼接作业。