CN109024891B - 一种胶合木网壳耗能节点结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑构件领域，为胶合木网壳耗能节点结构，包括连接单元和耗能单元，连接单元包括钢靴、中间钢板，钢靴安装在胶合木构件的外围，并与胶合木构件固定连接；耗能单元包括钢盖板和耗能组件，钢盖板为中空多边形平面板，设有上、下两块，上、下钢盖板上设有围板，中间钢板位于上、下钢盖板之间；耗能组件固定在钢盖板与中间钢板上，多个胶合木构件通过连接单元汇集于耗能单元。本发明用于大跨度胶合木网壳节点的连接，充分利用了金属铅和软钢的耗能性质，耗能效果好，节点构造简单，刚度可控，施工安装简便，具有良好的实际应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种耗能减震的建筑构件，具体为一种适用于大跨度的胶合木网壳耗能节点结构。
背景技术
现代装配式胶合木结构建筑的建设在我国刚刚兴起，由于它有利于保护环境和社会的可持续性发展，越来越受到人们的关注和青睐。但我国胶合木结构建筑的应用与外国发达国家相比滞后很多年，为了推动现代装配式胶合木结构建筑在中国的发展与应用，必须加强胶合木结构建筑各方面的科学研究、技术发明，为我国胶合木结构建筑的发展奠定坚实的技术基础。胶合木结构如果能得到发展，就可以解决我国小径材、劣质材的出路，带动相关产业的发展，创造更多的就业机会，产生巨大的经济效益。因此，胶合木结构建筑在我国有很大的发展前景，有进行相应科学研究、技术发明的迫切需求。
在建筑结构中，网壳节点处受力复杂，连接形式多样，因此一直都是网壳结构研究和设计应用的重点内容，在钢网壳节点的应用上，国内外研究设计人员做了相当多的研究应用，技术逐渐趋于成熟，一般常见的连接方式有焊接连接、螺栓连接、箍接连接和嵌合连接。不同于钢网壳节点的金属件与金属件之间的连接，胶合木网壳结构的节点连接是木材与金属件之间的连接，因此连接形式有很大的不同，大多采用销连接、键连接、铆钉连接、螺栓连接、齿板连接以及嵌板连接等，通过这些紧固件与胶合木杆件相连接，来满足建筑结构的性能要求。
胶合木网壳一般是单层网壳结构，它的节点连接通常要求刚接，以便可靠地传递各杆件传来的集中力和弯矩。但是木网壳结构跨度大，胶合木材料的性质也决定了杆件的截面尺寸较大，汇集在节点处的常规连接组件构形复杂、施工困难，施工质量、节点刚度和变形能力很难保证，而且节点的结构性能与胶合木杆件的性能也不匹配。传统胶合木网壳节点通常仅通过一些紧固件的承载能力来抗弯和抗压，地震来临时结构作用、响应也是较大的，节点处的抗弯承载力、转动刚度以及变形能力无法满足耗能要求，从而导致节点连接处发生脆性破坏，所以开发一种既满足连接性能，又具有良好耗能能力的胶合木网壳节点极其必要且具有很好的应用价值。
发明内容
为了解决现有技术中胶合木网壳节点施工困难、耗能能力不足、延性性能较差等问题，本发明提出一种胶合木网壳耗能节点结构，该节点结构具有适应任意夹角杆件汇集连接的木节点、耗能效果明显、延性性能强、加工方式简单、刚度可控和施工简便等特点，在成本提高不大的情况下，显著提高了结构的整体稳定性，减少结构的地震响应，避免大震下节点处出现大变形造成的结构性损伤，对建筑结构具有很好的保护作用。
本发明所采用的技术方案如下：一种胶合木网壳耗能节点结构，包括连接单元和耗能单元，连接单元包括钢靴、中间钢板，钢靴安装在胶合木构件的外围，并与胶合木构件固定连接；耗能单元包括钢盖板和耗能组件，钢盖板为中空多边形平面板，设有上、下两块，上、下钢盖板上设有围板，中间钢板位于上、下钢盖板之间；耗能组件固定在钢盖板与中间钢板上，多个胶合木构件通过连接单元汇集于耗能单元。
在一个优选的实施例中，所述连接单元还包括三角斜撑，三角斜撑位于在钢靴与中间钢板的上下连接夹角处；所述耗能组件包括第一隔板、第二隔板、第三隔板及铅块，第一隔板焊接在中间钢板的末端，第三隔板焊接在中间钢板上并与三角斜撑邻接，第二隔板焊接在钢盖板上，铅块放置于第二隔板两侧；钢盖板扣置于第二隔板上，使铅块与第一隔板、第二隔板固定在钢盖板上的围板内。
在一个优选的实施例中，所述耗能组件进一步包括第一钢围板和第二钢围板，第一钢围板、第二钢围板围成两个梯形盒，且两个梯形盒内均包裹着铅块，形成两个铅盒子；两个铅盒子放置于第二隔板两侧，且位于第一隔板与第三隔板之间。
在另一优选的实施例中，所述连接单元还包括三角斜撑，三角斜撑位于在钢靴与中间钢板的上下连接夹角处；所述耗能组件为两端部外侧均设有螺纹的双圆锥；钢盖板的板面开有多个双圆锥螺栓孔，栓孔内刻有螺纹；中间钢板包括矩形面板和梯形面板，梯形面板处开有多个螺栓孔，且栓孔内侧刻有螺纹，三角斜撑设在矩形面板上。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、采用本发明提供的胶合木网壳耗能节点结构，具有显著的耗能效果及延性性能，在成本提高不大的情况下，显著提高了结构的整体性能，具有良好的性价比。
2、本发明提供的胶合木网壳耗能节点结构中所有构件均可以在工厂加工完成，再送至现场拼装焊接，提高了施工效率。
附图说明
图1为本发明实施例1整体组装完成后的结构示意图；
图2为本发明实施例1中一对受力杆件下的结构示意图；
图3为本发明实施例1的分解示意图；
图4为本发明实施例2的整体组装完成后的结构示意图；
图5为本发明实施例2中一对受力杆件下的结构示意图；
图6为本发明实施例2的分解示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例1
参见图1～3，本实施例中，胶合木网壳耗能节点结构包括连接单元和耗能单元，连接单元包括钢靴3、中间钢板4-1、三角斜撑9和螺栓2，钢靴安装在胶合木构件1的外围，并通过三对螺栓2与胶合木构件固定连接；耗能单元包括钢盖板5-1、第一隔板6-1、第二隔板6-2、第三隔板6-3、铅块7和钢围板8(包括第一钢围板8-1、第二钢围板8-2)。钢靴为槽型焊接钢板，包括槽口底部以及设置在槽口底部两侧的对称钢板，对称钢板上开有螺栓孔，槽口底部外侧与中间钢板焊接相连，且在槽口底部与中间钢板的上下连接夹角处焊接两对三角斜撑。三角斜撑加固了中间钢板与钢靴的连接。
钢盖板为中空多边形平面板，设有上、下两块，上、下钢盖板上设有围板，中间钢板位于上、下钢盖板之间；多个胶合木构件通过钢靴、螺栓、中间钢板及三角斜撑等所组成的连接单元汇集于耗能单元，因而由汇集的胶合木构件的数目确定多边形的边数，本实施例中，钢盖板为六边形平面板。
隔板均为薄钢板，交错焊接在中间钢板与钢盖板上，其中，第一隔板6-1焊接在中间钢板的末端，第三隔板6-3焊接在中间钢板上并与三角斜撑9邻接，第二隔板6-2焊接在钢盖板5-1上。钢盖板5-1扣置于第二隔板上，使铅块与第一隔板、第二隔板固定在钢盖板上的围板内。
铅块为梯形截面柱体，放置于第二隔板两侧，封装在由钢围板形成的梯形盒内。具体来说，钢围板由一块矩形钢薄板弯折后焊接成梯形盒，将铅块熔化后浇筑在梯形盒内，待铅熔液凝结成型后将钢围板形成的两个储满铅的盒子密封放置于第二隔板6-2两侧，组装完成后，再将第一隔板6-1、第三隔板6-3与钢盖板5-1进行焊接，以及将钢围板8的上下侧边缘处分别与钢盖板5-1、中间钢板4-1进行焊接。其中，第一钢围板8-1围成第一个梯形盒，第二钢围板8-2围成第二个梯形盒，两个梯形盒内均浇筑铅溶液，并经冷却凝结后形成两个铅盒子，即第一钢围板、第二钢围板围成两个梯形盒，且两个梯形盒内均包裹着铅块，形成两个铅盒子；两个铅盒子放置于第二隔板两侧，且位于第一隔板6-1与第三隔板6-3之间。在本实施例中，铅盒子可以设置多层，如图2、3所示；当节点处受力较大时，可设计增加隔板与铅块数量，以提高整体耗能效果。
本实施例中，胶合木构件采用花旗松木或其它速生木为主要原材料，胶合木构件截面为方形或矩形；连接胶合木构件与钢靴之间的螺栓为高强螺栓；铅块为铅熔化后在所述钢围板内浇筑而成，既保证铅块与钢构件之间的接触面积，也可以防止铅泄露；而钢构件均采用Q345钢，以提高构件的整体承载能力。
实施例2
参见图3～6，本实施例中，胶合木网壳耗能节点结构包括连接单元和耗能单元，连接单元包括钢靴3、中间钢板4-2、三角斜撑9和螺栓2，钢靴安装在胶合木构件1的外围，并通过螺栓2与胶合木构件固定连接；耗能单元包括钢盖板5-2和软钢双圆锥10。其中，软钢双圆锥的两端部外侧均设有螺纹；钢盖板为中空多边形平面板，设有上、下两块，上、下钢盖板上设有围板，中间钢板位于上、下钢盖板之间，多个胶合木构件通过钢靴、螺栓、中间钢板及三角斜撑等所组成的连接单元汇集于耗能单元，因而由汇集的胶合木构件的数目确定多边形的边数；且钢盖板的板面开有多个双圆锥螺栓孔，栓孔内刻有螺纹。本实施例中，钢盖板为六边形平面板。而中间钢板包括矩形面板和梯形面板，梯形面板处开有多个螺栓孔，且栓孔内侧刻有螺纹，矩形面板上设有两对三角斜撑。
钢靴为槽型焊接钢板，包括槽口底部以及设置在槽口底部两侧的对称钢板，对称钢板上开有螺栓孔，槽口底部外侧与中间钢板焊接相连，且在槽口底部与中间钢板的上下连接夹角处焊接两对三角斜撑；然后再依次将每个软钢双圆锥10拧紧在中间钢板4-2与钢盖板5-2上的螺栓孔里。三角斜撑加固了中间钢板与钢靴的连接。
为保证节点刚度和耗能能力，设置在钢盖板一侧边的软钢双圆锥个数不低于4个；双圆锥中部和双圆锥端部的最优直径之比为1:4，且中部直径在10mm以上，双圆锥高度在200mm-400mm之间，具体数目和尺寸应由网壳的尺度规模和荷载通过计算和设计确定。
本实施例中，胶合木构件采用花旗松木或其它速生木为主要原材料，构件截面为方形或矩形；连接胶合木构件与钢靴之间的螺栓为高强螺栓；钢构件除所述软钢双圆锥体均采用Q345钢，以提高构件的整体承载能力；软钢双圆锥体采用屈服强度低于Q235的钢材。当节点处受力较大时，可设计增加双圆锥数量，以提高整体耗能效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种胶合木网壳耗能节点结构，其特征在于，包括连接单元和耗能单元，连接单元包括钢靴、中间钢板，钢靴安装在胶合木构件的外围，并与胶合木构件固定连接；耗能单元包括钢盖板和耗能组件，钢盖板为中空多边形平面板，设有上、下两块，上、下钢盖板上设有围板，中间钢板位于上、下钢盖板之间；耗能组件固定在钢盖板与中间钢板上，多个胶合木构件通过连接单元汇集于耗能单元；所述连接单元还包括三角斜撑，三角斜撑位于在钢靴与中间钢板的上下连接夹角处；所述耗能组件包括第一隔板、第二隔板、第三隔板及铅块，第一隔板焊接在中间钢板的末端，第三隔板焊接在中间钢板上并与三角斜撑邻接，第二隔板焊接在钢盖板上，铅块放置于第二隔板两侧；钢盖板扣置于第二隔板上，使铅块与第一隔板、第二隔板固定在钢盖板上的围板内；
钢靴为槽型焊接钢板，包括槽口底部以及设置在槽口底部两侧的对称钢板，对称钢板上开有螺栓孔，槽口底部外侧与中间钢板焊接相连，且在槽口底部与中间钢板的上下连接夹角处焊接两对三角斜撑；
所述耗能组件为两端部外侧均设有螺纹的双圆锥；钢盖板的板面开有多个双圆锥螺栓孔，栓孔内刻有螺纹；中间钢板包括矩形面板和梯形面板，梯形面板处开有多个螺栓孔，且栓孔内侧刻有螺纹，三角斜撑设在矩形面板上；所述耗能组件还包括第一钢围板和第二钢围板，第一钢围板、第二钢围板围成两个梯形盒，且两个梯形盒内均包裹着铅块，形成两个铅盒子；两个铅盒子放置于第二隔板两侧，且位于第一隔板与第三隔板之间；
铅块为梯形截面柱体，封装在由钢围板形成的梯形盒内；第一钢围板围成第一个梯形盒，第二钢围板围成第二个梯形盒，两个梯形盒内均浇筑铅溶液，经冷却凝结后形成两个铅盒子；两个铅盒子放置于第二隔板两侧，且位于第一隔板与第三隔板之间。
2.根据权利要求1所述的胶合木网壳耗能节点结构，其特征在于，所述铅块为铅熔化后在所述第一钢围板、第二钢围板内浇筑而成。
3.根据权利要求1所述的胶合木网壳耗能节点结构，其特征在于，所述铅盒子设有多层。
4.根据权利要求1所述的胶合木网壳耗能节点结构，其特征在于，所述双圆锥的中部和端部的直径之比为1:4，且中部直径在10mm以上，高度在200mm-400mm之间。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的胶合木网壳耗能节点结构，其特征在于，所述钢靴通过螺栓与胶合木构件固定连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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