CN109853739B - 装配式钢木组合节点 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种装配式钢木组合节点，包括方形管柱、钢木组合梁以及连接方形管柱和钢木组合梁的梁柱连接组件；所述方形管柱包括连接角柱和连接侧板，所述钢木组合梁包括上翼缘、下翼缘以及连接上翼缘和下翼缘的木腹板，所述梁柱连接组件包括中柱连接组件和角柱连接组件，通过特殊的结构设计，避免焊接和栓接连接的前提下，实现梁与柱的有效连接，并具有一定的韧性和良好的抗震性能，其构件可进行工厂预制，构件精度高，现场拼接，施工简便，减少工序，并有效缩短施工周期；且采用的钢木组合结构，提高了不同强度材料的利用率，通过巧妙的连接及配合，使钢木结构的组合协同形成高效合理的结构新形式，提高建筑表现多的丰富多样性。

Description

装配式钢木组合节点
技术领域
本发明属于建筑结构的连接技术领域，具体涉及一种装配式钢木组合节点。
背景技术
随着建筑工业化时代到来，装配式结构逐渐成为未来建筑发展的重要途径，相比于传统的焊接和螺栓连接，装配式结构安装只需进行简单的拼装培训，可最大限度保证施工质量。钢结构建筑具有轻度高、塑性韧性好、自重轻、抗震性能好等优点。但钢结构耐热不耐火、易锈蚀，耐腐性差，并且结构钢焊接存在许多质量问题。木结构建筑具有很高的耐久性，抗震性能较高；取材方便，施工速度快等特点，但在防火防潮方面有所欠缺。
钢木组合结构运用钢结构和木结构相互组合的方式建筑结构体系，这种结构体系比传统的木结构体系更加坚固耐用，又比现代的纯钢结构更丰富多彩，被更加广泛的应用与建筑设计实践中，钢木结构节点拼合、接长和联结的方法的选择对于结构整体性和可靠度有着直接的影响，如申请公布号为【CN108978869A】的发明专利公开的一种装配式钢木组合梁柱节点结构及其施工方法和申请公布号为【CN108547379A】的发明专利共开的一种装配式钢木结构连接节点，通过钢木组合提高承载力及设计的可操作性。
发明内容
本发明提出的一种装配式钢木组合节点，实现了不同材料的利用率，以及节点安装的产品化、标准化和装配化，并有效避免现场焊接施工造成质量问题，提高施工效率。
本发明是采用以下的技术方案实现的：一种装配式钢木组合节点，包括方形管柱、钢木组合梁以及连接方形管柱和钢木组合梁的梁柱连接组件；
所述方形管柱包括连接角柱和连接侧板，所述连接角柱为柱钢，耐腐蚀性高，连接侧板为木板，与钢结构相比，单位质量上的承载力更高，可在一定程度上减轻整体结构的重量，提高整体寿命，方形管柱通过连接角柱和连接侧板相互拼接形成一中空的管柱结构；
所述钢木组合梁包括上翼缘、下翼缘以及连接上翼缘和下翼缘的木腹板，所述上翼缘和下翼缘平行设置，上翼缘和下翼缘均为在内侧开设有翼缘插接槽的结构钢，木腹板的上下两侧设有与翼缘插接槽相匹配的翼缘插接头，且木腹板位于上翼缘和下翼缘之间并垂直于上、下翼缘设置，所述木腹板包括两片，并间距一定距离设置，以方便管线铺设，并防止翼缘发生局部屈曲，木腹板的一端与上、下翼缘的侧面平齐，另一端内凹于上、下翼缘、并设置有阶梯状对接插头；
所述梁柱连接组件包括中柱连接组件和角柱连接组件，用以将方形管柱和钢木组合梁进行连接，所述梁柱连接组件包括与方形管柱内径匹配的方形实心木桩，方形实心木桩的侧面设置有方形木梁，方形木梁的端部设置有与对接插头相配合的对接插槽，通过方形实心木桩及方形木梁实现方形管柱与钢木组合梁的连接。
进一步的，所述连接角柱的横截面为圆弧形结构，且沿连接角柱两侧的侧棱上还设置有燕尾型插接槽，对应的在连接侧板的侧棱上设置有与燕尾型插接槽相配的燕尾型插接头，连接角柱和连接侧板通过燕尾型插接头和燕尾型插接槽插接连接为一体。
进一步的，考虑到每片木材的长度不是固定的，为了更加充分利用材料，所述连接侧板通过不同高度木板进行拼接组合，所述连接侧板包括上侧木板和下侧木板，上侧木板下端设置一字型插接头，下侧木板上端开设有与一字型插接头匹配的凹型槽，上侧木板和下侧木板通过拼插形式形成与连接角柱相同的高度。
进一步的，所述中柱连接组件包括方形实心木桩和两组相对应斜对称设置的第一方形木梁，所述方形实心木桩的一对对边开设有正T型滑槽，正T型滑槽内具有贯穿方形实心木桩的第一通孔；相对应的在方形实心木桩的另一对边开设有倒T型滑槽，倒T型滑槽内具有贯穿方形实心木桩的第二通孔，且第一通孔位于正T型滑槽的上部，第二通孔位于倒T型滑槽的下部，以实现巧妙配合。
进一步的，所述第一方形木梁包括第一组方形木梁和第二组方形木梁，第一组方形木梁包括第一插接头木梁和第一异形凹槽木梁，第一插接头木梁上设置有第一长条状插接头，且第一长条状插接头沿第一插接头木梁本体的上沿设置；第一异形凹槽木梁的上表面开设有与第一长条状插接头形状匹配的第一异形凹槽，且第一长条状插接头插入第一通孔与第一异形凹槽嵌合后，沿第一异形凹槽的两侧形成两个拼接槽，所述拼接槽通过固定木片固定；
第二组方形木梁包括第二插接头木梁和第二异形凹槽木梁，第二插接头木梁上设置有第二长条状插接头，且第二长条状插接头沿第二插接头木梁本体的下沿设置，第二异形凹槽木梁的下表面开设有与第二长条状插接头形状匹配的第二异形凹槽，且第二长条状插接头插入第二通孔与第二异形凹槽嵌合后，沿第二异形凹槽的两侧同样形成两个拼接槽，即第一组方形木梁和第二组方形木梁的设计相配合，并恰好连接为一个整体。
进一步的，所述角柱连接组件包括方形实心木桩、两个相互垂直的第二方形木梁以及两块木栓，方形实心木桩相邻两侧各开设I型滑槽，其中一侧的I型滑槽上部贯穿整个实心木柱，另一侧的I型滑槽的下部关贯穿整个实心木柱，第二方形木梁上设置有与I型滑槽相配合的I型滑件，且第二方形木梁上的I型滑件沿其上沿设置，第二方形木梁上的I型滑件沿其下沿设置，在I型滑件的端部还设置有与木栓相匹配的木栓孔。
进一步的，所述第一插接头木梁和第一异形凹槽木梁、第二插接头木梁和第二异形凹槽木梁以及第二方形木梁的尾部还设有与木腹板对接插头相对应的对接插槽，带长条形插接头的木梁穿过实心木柱与相对应的带异形凹槽的木梁连接，并在连接处的拼接槽内插入固定木片连接为整体，带I型滑件的方形木梁沿I型滑槽连接实心木柱，用木栓固定为一体。
进一步的，为进一步提高连接强度，所述第一插接头木梁和第一异形凹槽木梁、第二插接头木梁和第二异形凹槽木梁以及第二方形木梁的两侧面上还设置有固定插槽，所述固定插槽内设置固定木片，通过将固定木片插入固定插槽进行组合，使上、下翼缘卡在木梁上下侧实现固定配合。
进一步的，所述钢木组合节点还包括工字型滑块和填充木块，第一插接头木梁和第一异形凹槽木梁、第二插接头木梁和第二异形凹槽木梁以及方形木梁的下侧还开设有T型拼接槽，对应的在下翼缘上设置有与T型拼接槽匹配的T型通孔，T型拼接槽内部具有一滑移空间，工字型滑块下部具有一与所述滑移空间相配合的拼接头，将工字型滑块插入T型拼接槽并滑动，然后插入填充木块进行固定，把梁翼缘和梁柱连接组件连接起来，有效减少钻孔等方式产生的应力集中现象。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本方案所述的组合节点，其构件可进行工厂预制，构件精度高，现场拼接，施工简便，减少工序，并有效缩短施工周期；且采用的钢木组合结构，可提高不同强度材料的利用率，通过巧妙的连接及配合，使钢木结构的组合协同形成高效合理的结构新形式，通过局部大钢结构辅助，有效的开放木结构本身开拓创新自由度，提高建筑表现多的丰富多样性。
附图说明
图1为本发明实施例1中柱组合节点的整体结构示意图；
图2为本发明实施例1所述方形管柱的第一俯视结构示意图；
图3为本发明实施例所述方形管柱第二俯视结构示意图；
图4为本发明实施例1所述连接侧板的下侧木板结构示意图；
图5为本发明实施例1所述连接侧板的上侧木板结构示意图；
图6为图4和图5组合后的结构示意图；
图7为实施例1中柱梁柱连接组件结构示意图；
图8为实施例1中钢木组合梁与中柱梁柱连接组件的连接结构示意图；
图9为实施例1中下翼缘通过工字型滑块固定的结构示意图；
图10为本发明实施例1中柱组合节点的安装结构分解示意图；
图11为本发明实施例2角柱组合节点的整体结构示意图；
图12为本发明实施例2角柱梁柱连接组件结构示意图；
图13为实施例2中钢木组合梁与角柱梁柱连接组件连接结构示意图；
图14为本发明实施例2角柱组合节点的安装结构分解示意图。
具体实施方式
为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
实施例1，一种装配式钢木组合节点，如图1和图10所示，包括方形管柱1、钢木组合梁2以及连接方形管柱1和钢木组合梁2的梁柱连接组件3；
所述方形管柱1包括连接角柱4和连接侧板7，如图2和图3所示，方形管柱1由四个连接角柱4和四块连接侧板7相互拼接形成一中空的管柱结构，其中，连接角柱4为柱钢，耐腐蚀性高，连接侧板7为木板。钢木组合柱与纯钢结构相比，单位质量上的承载力更高，可在一定程度上减轻整体结构的重量，提高整体寿命。所述连接角柱4的横截面为90°圆弧形结构，且沿连接角柱4两侧的侧棱上还设置有燕尾型插接槽5；对应的在连接侧板7的侧棱上设置有与燕尾型插接槽5匹配的燕尾型插接头6，连接角柱4和连接侧板7通过插接头6和插接孔5插接连接为一体。另外，考虑到每片木材的长度不是固定的，为了更加充分利用材料，所述连接侧板7可通过不同高度木板进行拼接组合，如图4-5所示，所述连接侧板7包括上侧木板71和下侧木板72，上侧木板71下端设置一字型插接头10，下侧木板72上端开设有与一字型插接头10匹配的凹型槽9，上侧木板71和下侧木板72通过拼插形式形成与连接角柱4相同的高度，拼接后的结构示意图如图6所示。
如图8所示，所述钢木组合梁2包括上翼缘8、下翼缘11以及连接上翼缘8和下翼缘11的木腹板23，所述上翼缘8和下翼缘11平行设置，上翼缘8和下翼缘11均为在内侧开设有翼缘插接滑槽的结构钢，木腹板23的上下两侧带有与翼缘插接滑槽相匹配的翼缘插接头，且木腹板23位于上、下翼缘之间并垂直与上、下翼缘设置，木腹板23共包括两片、并间距一定距离设置；如图8所示，木腹板23的外侧一端与上、下翼缘的侧面平齐，另一端内凹于上、下翼缘、并设有阶梯状对接插头24。将两块木腹板之间设置一定间距设计，方便管线铺设，与传统的工字型梁相比，翼缘不会发生局部屈曲，可有效提高材料利用率。
本实施例中所述梁柱连接组件3为中柱连接组件，如图7所示，采用全木结构，为避免焊接和栓接连接的前提下，实现梁与柱的有效连接，并具有一定的韧性和良好的抗震性能。
继续参考图7，所述中柱连接组件包括方形实心木桩16、两组相对应斜对称设置的第一方形木梁。所述方形实心木桩16的一对对边开设有正T型滑槽12，正T型滑槽12内具有贯穿整个方形实心木桩16的第一通孔121；相对应的方形实心木桩16的另一对对边开设倒T型滑槽14，倒T型滑槽14内具有贯穿整个方形实心木桩16第二通孔141，本实施例中，第一通孔121位于正T型滑槽12的上部，第二通孔141位于倒T型滑槽的下部，以实现巧妙配合；所述第一方形木梁包括第一组方形木梁和第二组方形木梁，第一组方形木梁包括第一插接头木梁51和第一异形凹槽木梁52，第一插接头木梁51上设置有第一长条状插接头511，且第一长条状插接头511沿第一插接头木梁51本体的上沿设置，且第一插接头木梁51上安装有第一长条状插接头511的端面与所述T型滑槽相匹配，第一异形凹槽木梁52的上表面开设有与第一长条状插接头511形状匹配的第一异形凹槽521，且第一长条状插接头511插入第一通孔与第一异形凹槽521嵌合后，沿第一异形凹槽的两侧形成两个拼接槽19；第二组方形木梁包括第二插接头木梁53和第二异形凹槽木梁54，第二插接头木梁53上设置有第二长条状插接头531，且第二长条状插接头531沿第二插接头木梁53本体的下沿设置，且第二长条状插接头531的端面与所述倒T型滑槽的表面相匹配，第二异形凹槽木梁52的下表面开设有与第二长条状插接头531形状匹配的第二异形凹槽，且第二长条状插接头511插入第二通孔与第二异形凹槽嵌合后，沿第二异形凹槽的两侧形成同样两个拼接槽，即第一组方形木梁和第二组方形木梁的设计相配合，并恰好连接为一个整体。另外，在四个木梁(51，52，53，54)的尾部还设有与木腹板对接插头24相对应的对接插槽15。带长条形插接头的木梁穿过实心木柱与相对应的带异形凹槽的木梁连接，并在连接处的拼接槽内插入固定木片连接为整体。
如图8所示，为钢木组合梁2与梁柱连接组件3的连接示意图，由木腹板23的对接插头24插入对接插槽15中，为了进一步提高连接强度，在四个木梁两侧还设置有固定插槽18，通过固定木片25插入固定插槽18进行组合，上、下翼缘卡在木梁上下侧实现固定配合。如图9所示，为下翼缘11与梁柱连接组件3的连接局部示意图，在四个木梁的下侧开设一个T型拼接槽22，对应的在下翼缘上设置有与T型拼接槽匹配的T型通孔，T型拼接槽22内部具有一滑移空间，工字型滑块20下部具有一与所述滑移空间相配合的拼接头，将工字型滑块20插入T型拼接槽并向左滑动(以图9所示方向为准)，然后插入填充木块21进行固定，把梁翼缘和梁柱连接组件连接起来，有效减少钻孔等方式产生的应力集中现象。
如图10所示，本实施例中所示中柱装配式梁柱组合节点的具体安装过程示意图：
第一步：分别组装好梁柱连接组件3和方形管柱，方向管柱包括上方形管柱和下方形管柱；
第二步：将组装好的梁柱连接组件3插入组装好的下方形管柱；
第三步：将木腹板的对接插头插入方形木梁端部对接插孔中；
第四步：将上、下翼缘通过翼缘插接滑槽与木腹板上下两侧的翼缘插接头连接，上翼缘通过一组固定木片连接固定，两侧通过固定木片固定，下侧通过工字型滑块及填充木块将下翼缘与方形木梁连接为一体；
第五步：将拼装好的上方形管柱插入梁柱连接组件上部的方形实心木桩。
实施例2、与实施例1的区别在于，中柱梁柱连接组件由角柱连接组件代替，对于角柱连接组件来说，如图11和14所示，其与中柱连接组件采用相似的设计原理，如图12所示，所示角柱连接组件同样包括方形实心木桩、两个相互垂直的第二方形木梁(13,17)以及两块木栓26。方形实心木桩相邻两侧各开设I型滑槽27，一侧的I型滑槽27上部贯穿整个实心木柱，另一侧的I型滑槽的下部关贯穿整个实心木柱，第二方形木梁13和17上设置有与I型滑槽相配合的I型滑件29，且第二方形木梁13上的I型滑件29沿其上沿设置，第二方形木梁17上的I型滑件29沿其下沿设置，且I型滑件的端面形状与所述I型滑槽27的端面形状匹配，在I型滑件29的端部还设置有与木栓26尺寸相匹配的木栓孔28；本实施例中，所述第二方形木梁13和17的下侧同样开设有一个T型拼接槽，尾部带有两个与木腹板对接插头相对应的对接插槽，采用与中柱连接组件相同的设计及组装方式进行固定，方形木梁沿I型滑槽连接实心木柱，用木栓固定为一体。
本发明与纯木结构相比，(1)在相同截面下，钢木组合结构由于钢的侧向刚度大，可以提高结构的竖向承载力；(2)且与刚结构相比，本实施例中，柱侧板采用木结构，且方形管柱为空心，单位质量上的承载力更高，可在一定程度上减轻整体结构的重量，提高整体寿命；(3)梁的翼缘受拉，腹板受剪，本发明比工字型梁相比翼缘处不会发生局部屈曲，与方形木梁相比材料的利用率更高；(4)通过简单拼接进行整体组合，在地震作用下，更加易于构件的更替。钢材与木材结合形成的钢木组合结构在地震作用时，由于木材本身具有一定韧性，能具有良好的抗震性能；(5)所有构件可均在工厂完成，现场全部通过拼接连接，实现了完全装配化施工，避免现场焊接带来的质量问题，缩短施工周期。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范。

Claims (9)

1.一种装配式钢木组合节点，其特征在于，包括方形管柱（1）、钢木组合梁（2）以及连接方形管柱（1）和钢木组合梁（2）的梁柱连接组件（3）；
所述方形管柱（1）包括连接角柱（4）和连接侧板（7），所述连接角柱（4）为柱钢，连接侧板（7）为木板，方形管柱（1）通过连接角柱（4）和连接侧板（7）相互拼接形成一中空的管柱结构；
所述钢木组合梁（2）包括上翼缘（8）、下翼缘（11）以及连接上翼缘（8）和下翼缘（11）的木腹板（23），所述上翼缘（8）和下翼缘（11）平行设置，上翼缘（8）和下翼缘（11）均为在内侧开设有翼缘插接槽的结构钢，木腹板（23）的上下两侧设有与翼缘插接槽相匹配的翼缘插接头，且木腹板（23）位于上翼缘（8）和下翼缘（11）之间并垂直于上、下翼缘设置，木腹板（23）的一端与上、下翼缘的侧面平齐，另一端内凹于上、下翼缘， 并设置有阶梯状对接插头（24）；
所述梁柱连接组件（3）包括中柱连接组件和角柱连接组件，用以将方形管柱（1）和钢木组合梁（2）进行连接，所述梁柱连接组件（3）包括与方形管柱（1）内径匹配的方形实心木桩（16），方形实心木桩（16）的侧面设置有方形木梁，方形木梁的端部设置有与对接插头（24）相配合的对接插槽（15），通过方形实心木桩（16）及方形木梁实现方形管柱（1）与钢木组合梁（2）的连接。
2.根据权利要求1所述的装配式钢木组合节点，其特征在于：所述连接角柱（4）的横截面为圆弧形结构，且沿连接角柱（4）两侧的侧棱上还设置有燕尾型插接槽（5），对应的在连接侧板（7）的侧棱上设置有与燕尾型插接槽（5）相配的燕尾型插接头（6），连接角柱（4）和连接侧板（7）通过燕尾型插接头（6）和燕尾型插接槽（5）插接连接为一体。
3.根据权利要求2所述的装配式钢木组合节点，其特征在于：所述连接侧板（7）包括上侧木板（71）和下侧木板（72），上侧木板（71）下端设置一字型插接头（10），下侧木板（72）上端开设有与一字型插接头（10）匹配的凹型槽（9），上侧木板（71）和下侧木板（72）通过拼插形式形成与连接角柱（4）相同的高度。
4.根据权利要求1所述的装配式钢木组合节点，其特征在于：所述中柱连接组件包括方形实心木桩（16）和两组相对应斜对称设置的第一方形木梁，所述方形实心木桩（16）的一对对边开设有正T型滑槽（12），正T型滑槽（12）内具有贯穿方形实心木桩（16）的第一通孔（121）；相对应的在方形实心木桩（16）的另一对边开设有倒T型滑槽（14），倒T型滑槽（14）内具有贯穿方形实心木桩（16）的第二通孔（141），且第一通孔（121）位于正T型滑槽（12）的上部，第二通孔（141）位于倒T型滑槽（14）的下部，以实现巧妙配合。
5.根据权利要求4所述的装配式钢木组合节点，其特征在于：所述第一方形木梁包括第一组方形木梁和第二组方形木梁，第一组方形木梁包括第一插接头木梁（51）和第一异形凹槽木梁（52），第一插接头木梁（51）上设置有第一长条状插接头（511），且第一长条状插接头（511）沿第一插接头木梁（51）本体的上沿设置；第一异形凹槽木梁（52）的上表面开设有与第一长条状插接头（511）形状匹配的第一异形凹槽（521），且第一长条状插接头（511）插入第一通孔（121）与第一异形凹槽（521）嵌合后，沿第一异形凹槽的两侧形成两个拼接槽（19），所述拼接槽（19）通过固定木片（25）固定；
第二组方形木梁包括第二插接头木梁（53）和第二异形凹槽木梁（54），第二插接头木梁（53）上设置有第二长条状插接头（531），且第二长条状插接头（531）沿第二插接头木梁（53）本体的下沿设置，第二异形凹槽木梁（54）的下表面开设有与第二长条状插接头（531）形状匹配的第二异形凹槽，且第二长条状插接头（511）插入第二通孔（141）与第二异形凹槽嵌合后，沿第二异形凹槽的两侧同样形成两个拼接槽（19），即第一组方形木梁和第二组方形木梁的设计相配合，并恰好连接为一个整体。
6.根据权利要求5所述的装配式钢木组合节点，其特征在于：所述角柱连接组件包括方形实心木桩、两个相互垂直的第二方形木梁（13,17）以及两块木栓（26），方形实心木桩相邻两侧各开设I型滑槽（27），其中一侧的I型滑槽（27）上部贯穿整个实心木柱，另一侧的I型滑槽的下部贯穿整个实心木柱，第二方形木梁（13,17）上设置有与I型滑槽相配合的I型滑件（29），且第二方形木梁（13）上的I型滑件沿其上沿设置，第二方形木梁（17）上的I型滑件沿其下沿设置，在I型滑件（29）的端部还设置有与木栓（26）相匹配的木栓孔（28）。
7.根据权利要求6所述的装配式钢木组合节点，其特征在于：所述第一插接头木梁（51）和第一异形凹槽木梁、第二插接头木梁（53）和第二异形凹槽木梁（54）以及第二方形木梁（13,17）的尾部还设有与木腹板对接插头（24）相对应的对接插槽（15）。
8.根据权利要求7所述的装配式钢木组合节点，其特征在于：所述第一插接头木梁（51）和第一异形凹槽木梁、第二插接头木梁（53）和第二异形凹槽木梁（54）以及第二方形木梁（13,17）的两侧面上还设置有固定插槽（18），所述固定插槽（18）内设置固定木片。
9.根据权利要求8所述的装配式钢木组合节点，其特征在于：所述钢木组合节点还包括工字型滑块（20）和填充木块（21），第一插接头木梁（51）和第一异形凹槽木梁、第二插接头木梁（53）和第二异形凹槽木梁（54）以及方形木梁（13,17）的下侧还开设有T型拼接槽（22），对应的在下翼缘（11）上设置有与T型拼接槽（22）匹配的T型通孔，T型拼接槽（22）内部具有一滑移空间，工字型滑块（20）下部具有一与所述滑移空间相配合的拼接头，将工字型滑块（20）插入T型拼接槽并滑动，然后插入填充木块（21）进行固定。
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