CN109898644A - 一种模块化钢结构节点 - Google Patents

Abstract

一种模块化钢结构节点，各模块单元在其中参与连接的结构部件至少包括一根竖向的框架柱、两根框架梁，框架梁垂直且固定连接框架柱；拼接时，拼接部件包括模块单元、模块单元拼接的模块，两个拼接部件同时固定连接在同一个空间连接件；竖向拼接的两个模块单元的两根框架梁、框架柱分别沿竖向对齐，且框架柱同时固定连接在同一块拼接板；水平拼接时，同一层相邻的两个模块单元的一根框架梁、框架柱分别沿水平方向对齐。属于结构工程技术领域。在满足节点力学性能以及模块化钢结构整体稳定性的前提下，可以实现高装配率且拼接效率高；施工工艺简单，受力合理，便于多、高层钢框架模块化施工的实现。

Description

一种模块化钢结构节点

技术领域

本发明属于结构工程技术领域，尤其涉及一种模块化钢结构节点，适用于连接钢结构模块单元的空间连接件及拼接板的组合。

背景技术

模块化建筑是指将传统房屋以单个房间为建筑模块单元进行划分，并在工厂完成对模块单元各结构部分比如梁、柱、板以及装饰部分比如隔墙、吊顶的连接，完成后将这些建筑模块单元运至现场进行堆叠、连接，组成一个完整的建筑。

模块化建筑是建筑工业化发展的高级阶段，是一种高装配率的装配式结构，与传统的钢结构相比，具有绿色环保、施工快速、可灵活组装、可拆卸、维修方便装等优点，市场应用前景广阔。模块化建筑由于其特殊性，在组装时，要实现节点处两根框架柱四根框架梁的连接，或者节点处四根框架柱八根框架梁的连接，甚至是节点处八根框架柱十六根框架梁的连接，比传统钢结构节点构造复杂。节点的连接是模块化建筑的关键技术，既要安全可靠，整体性强，又要构造简单，施工方便。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的是：提供一种模块化钢结构节点，应用于模块化钢结构建筑，在满足节点力学性能以及模块化钢结构整体稳定性的前提下，可实现高装配率，且拼接效率高。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种模块化钢结构节点，形成于模块单元之间的拼接处，模块单元包括结构部件、装饰部件；模块单元通过可设定尺寸的空间连接件、拼接板拼接；一个节点中，各模块单元参与连接的结构部件至少包括一根竖向的框架柱、两根与框架柱垂直的框架梁，框架梁的其中一端与框架柱固定连接，两根框架梁所在的竖向平面相垂直；

拼接时，拼接部件包括模块单元、由模块单元拼接成的模块；两个拼接部件同时固定连接在同一个空间连接件以实现拼接或加强拼接强度，连接两个拼接部件的空间连接件至少一个；其中，沿竖向拼接的两个模块单元的两根框架梁、框架柱分别沿竖向对齐，且两个模块单元的框架柱同时固定连接在同一块拼接板以实现拼接或加强拼接强度，连接两个模块单元的拼接板至少一块；沿水平方向拼接时，同一层的相邻的两个模块单元的一根框架梁、框架柱分别沿水平方向对齐。一个节点中，参与拼接的模块单元可以为2-8个。采用这种结构后，在满足节点力学性能以及模块化钢结构整体稳定性的前提下，可以实现高装配率且拼接效率高。

作为一种优选，空间连接件至少包括四块板，四块板中包括两对相互平行的板，四块板相接闭合成方框，其中，相接的两块板相垂直。采用这种结构后，力学性能较好，能通过空间连接件的尺寸来控制两模块单元或两模块的间距，使上下层模块单元之间、相邻模块单元之间均有一定的距离。

作为一种优选，框架梁和框架柱皆包括一块腹板、两块翼板，翼板垂直于腹板并分别沿长度方向固定在腹板的两侧；模块单元中，两根框架梁分别固定连接在框架柱的腹板、翼板，框架梁的腹板竖向设置，翼板在腹板的上下两侧。采用这种结构后，与框状的空间连接件配合，便于连接，连接工作主要在模块单元或模块的外部完成。

作为一种优选，两个模块单元沿竖向拼接时，拼接板同时固定连接上层模块单元的框架柱下端、下层模块单元的框架柱上端；空间连接件的上下侧的两块板分别固定连接上层模块单元的框架梁的下侧翼板、下层模块单元的框架梁的上侧翼板；空间连接件贴近框架柱的一块板同时固定连接上层模块单元框架柱下端、下层模块单元框架柱上端。采用这种结构后，上、下层模块单元之间有一定的距离，拆卸方便、便于维修、结构整体性强。节点可以达到抗弯、抗拉与抗剪的力学性能要求，传力路径清晰，传力可靠且可以根据设计需求设计成耗能节点。

作为一种优选，两个位于上层、两个位于下层的四个单元模块拼接时，同在左侧或同在右侧的一对上、下层模块单元沿竖向拼接成左模块或右模块；左模块与右模块通过空间连接件沿水平方向拼接，其中，空间连接件的相平行的两块板，其中一块固定连接左模块框架柱的与框架梁连接侧相对一侧的翼板的外侧，另一块固定连接右模块框架柱的与框架梁连接侧相对一侧的翼板的外侧。采用这种结构后，实现四个模块单元拼接；模块单元之间有一定的距离，拆卸方便、便于维修，结构整体性强。节点可以达到抗弯、抗拉与抗剪的力学性能要求，传力路径清晰，传力可靠且可以根据设计需求设计成耗能节点。

作为一种优选，四个位于上层、四个位于下层的八个模块单元拼接时，同在左侧或同在右侧的一对上、下层模块单元沿竖向拼接成左模块或右模块；同在前侧或同在后侧的一对左、右模块沿水平方向拼接成前模块或后模块；前模块与后模块通过空间连接件沿水平方向拼接，其中，空间连接件的相平行的两块板分别固定连接前、后模块中相对齐的框架柱的腹板的与框架梁连接侧相对的一侧。采用这种结构后，实现八个模块单元拼接；模块单元之间有一定的距离，拆卸方便、便于维修，结构整体性强。节点可以达到抗弯、抗拉与抗剪的力学性能要求，传力路径清晰，传力可靠且可以根据设计需求设计成耗能节点。

作为一种优选，拼接时，模块单元与空间连接件、拼接板通过高强度螺栓固定连接。采用这种结构后，装配、拆卸方便，便于维修。

作为一种优选，拼接时，模块单元与空间连接件、拼接板通过高强度螺栓固定连接；上层模块单元框架柱腹板的及两侧翼板的在框架梁之下的位置、框架梁下侧翼板靠近框架柱一端皆设置有与高强度螺栓配合的螺栓孔；下层模块单元的框架柱腹板的及两侧翼板的在框架梁之上的位置、框架梁上侧翼板靠近框架柱一端皆设置有与高强度螺栓配合的螺栓孔；模块单元或模块的连接皆在设有螺栓孔的位置处。采用这种结构后，便于安装，一个螺栓孔可以用以与多种零部件连接，需要设置螺栓孔的数目也相对较少。

作为一种优选，空间连接件还包括一块竖向加强板；内部竖向加强板的四周分别与相接闭合成方框的四块板的中部固定连接。采用这种结构后，使整体更稳固，力学性能好。

作为一种优选，两个模块单元沿竖向拼接时，所用的空间连接件的内部设置有耗能部件；耗能部件选取耗能板或阻尼器。采用这种结构后，设计成耗能连接件，既可以满足拼接处的刚度和强度要求，又能依靠耗能板或阻尼器的变形来吸收能量，可以同时实现拼接和耗能的功能；而且上、下层模块单元之间、相邻模块单元之间均有一定的距离，既拆卸方便、便于维修，结构整体性强。

总的说来，本发明具有如下优点：

本发明可以实现装配式建筑所提倡的高装配率，且拼接效率高；另外可通过改变空间连接件的尺寸来调整上、下层模块单元之间、同层的相邻模块单元之间的距离；本发明公开的连接方式在满足节点力学性能以及模块化钢结构整体稳定性的前提下仅使用空间连接件和拼接板的不同组合，即可实现两个以及多个模块单元的水平和竖向拼接，施工工艺简单，受力合理，便于多、高层钢框架模块化施工的实现。本发明通过空间连接件和拼接板实现模块单元的水平连接和竖向连接，节点可以达到抗弯、抗拉与抗剪的力学性能要求，传力路径清晰，传力可靠，可以实现节点刚度同时满足结构的整体性要求。

附图说明

图1是模块单元在一个节点中参与连接的结构部件的结构示意图。

图2是两个模块单元拼接时的节点结构示意图。

图3是四个模块单元拼接时的节点结构示意图。

图4是八个模块单元拼接时的前、后模块分解的节点结构示意图。

图5是八个模块单元拼接时的节点结构示意图。

图6是空间连接件A的结构示意图。

图7是空间连接件B的形式a的结构示意图。

图8是空间连接件B的形式b的结构示意图。

图9是内部设置有耗能板的空间连接件A的结构示意图。

图10是三个模块单元拼接时的节点结构示意图。

图中所示：

1-模块单元；2-空间连接件A；3-空间连接件B；4-拼接板A；5-拼接板B；6-高强度螺栓；7-水平连接板；8-空间连接件A中的竖向连接板；9-竖向加强板；10-空间连接件A中的内部竖向加强板；11-水平板；12-空间连接件B中的竖向连接板；13-空间连接件B中的内部竖向加强板。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

实施例一

一种模块化钢结构节点，形成于模块单元之间的拼接处；模块单元之间通过高强度螺栓固定连接在空间连接件、拼接板上而实现拼接。

模块单元包括结构部件、装饰部件。一个节点中，各模块单元参与连接的结构部件至少包括一根竖向的工字型的框架柱、两根与框架柱垂直的工字型的框架梁，其中一根框架梁与框架柱相垂直且一端固定连接在框架柱的腹板上，另一根框架梁与框架柱相垂直且一端固定连接在框架柱的翼板上；框架梁的腹板竖向设置，翼板在腹板的上下两侧。装饰部件包括隔墙、吊顶等；按照实际需要，装饰部件固定连接在结构部件上。模块单元内的各部件或零件在工厂完成连接。

空间连接件至少包括四块板，四块板中包括两对相互平行的板，四块板相接闭合成方框，其中，相接的两块板相垂直。空间连接件还包括一块内部竖向加强板；内部竖向加强板的四边分别与四块板的中部固定连接。

空间连接件主要包括两种：空间连接件A、空间连接件B。

空间连接件A包括：2块水平连接板、1块竖向连接板、1块竖向加强板、1块内部竖向加强板；2块水平连接板、1块竖向连接板、1块竖向加强板这四块板之间首尾相接，且这四块板的中部皆与内部竖向加强板的边缘固定连接；其中水平连接板和竖向连接板上设置有螺栓孔。

空间连接件B包括：2块水平板、2块竖向连接板、1块内部竖向加强板组成；水平板的两端分别连接2块竖向连接板；水平板与竖向连接板的中部皆与内部竖向加强板的边缘固定连接；两块竖向连接板皆设置有螺栓孔。其中，空间连接件B的结构有两种形式，设计时可按需要确定。空间连接件B的形式a中，2块水平板与2块竖向连接板之间首尾相接；形式b中，竖向连接板与水平板的连接位置位于竖向连接板上端之下或下端之上的位置。

拼接板主要包括：拼接板A、拼接板B；拼接板A和拼接板B的尺寸按设计要求确定。

拼接时，拼接部件包括模块单元、由模块单元拼接成的模块；两个拼接部件同时固定连接在同一个空间连接件以实现拼接或加强拼接强度；其中，沿竖向拼接的两个模块单元中，两根框架梁、框架柱分别沿竖向对齐，且两个模块单元的框架柱同时固定连接在同一块拼接板以实现拼接或加强拼接强度；沿水平方向拼接时，同一层的相邻的两个模块单元的一根框架梁、框架柱分别沿水平方向对齐。其中，相互对齐的框架柱的截面尺寸相等或者相差不大。拼接时，模块单元与空间连接件、拼接板通过高强度螺栓固定连接。拼接中，最常见的情况为所拼接的模块单元的框架梁、框架柱分别为截面尺寸相同的工字钢。

实现两个、四个或八个模块单元之间的连接的具体拼接方式主要有如下方式：

(1)两个模块单元上下拼接

所使用的两个模块单元的框架梁、框架柱分别沿竖向对齐；其中位于上层的模块单元称为上层模块单元，位于下层的模块单元称为下层模块单元。

上层模块单元框架柱腹板的及两侧翼板的在框架梁之下的位置处、框架梁下侧翼板靠近框架柱一端皆设置有与高强度螺栓配合的螺栓孔；下层模块单元的框架柱腹板的及两侧翼板的在框架梁之上的位置、框架梁上侧翼板靠近框架柱一端皆设置有与高强度螺栓配合的螺栓孔；模块单元或模块的连接皆在设有螺栓孔的位置处。

拼接时需要用到两个空间连接件A、两个拼接板A、四个拼接板B。

两个空间连接件A分别位于上、下层模块单元两对在同一垂直方向的框架梁之间；上层模块单元框架梁的下侧翼板和空间连接件A的上侧水平连接板通过高强度螺栓连接；下层模块单元框架梁的上侧翼板和空间连接件A的下侧水平连接板通过高强度螺栓连接；空间连接件A贴近框架柱的竖向连接板同时通过高强度螺栓固定连接上、下层模块单元框架柱的腹板或靠近空间连接件的翼板。

四块拼接板B分别分布在框架柱的各翼板内侧的设置有螺栓孔的位置处；两块拼接板A分别分布在框架柱的腹板没有连接框架梁的一侧设置有螺栓孔的位置、框架柱的没有连接框架梁的翼板外侧设置有螺栓孔的位置。每块拼接板的上部通过高强度螺栓与上层模块单元固定连接，下部通过高强度螺栓与下层模块单元固定连接。

(2)四个模块单元拼接

拼接时需要使用四个空间连接件A、两块拼接板A、八块拼接板B、一个空间连接件B。

四个模块单元之间的连接需要先将两对上、下层模块单元分别上下拼接组成左模块或右模块，再完成左、右模块之间的水平连接。左模块与右模块拼接时，同一层的相邻的两个模块单元的一根框架梁、框架柱分别沿水平方向对齐。

在组成左、右模块的过程中，不需要用拼接板A固定连接上、下层模块单元的没有连接框架梁的翼板的外侧，而是用空间连接件B的竖向连接板在此位置代替拼接板A，其余位置的连接同两个模块单元上下拼接的方式，其具体方式为：左、右模块的框架柱没有连接框架梁的翼板的外侧设置有螺栓孔的位置处分别与空间连接件B的两块竖向连接板通过高强度螺栓固定连接，实现了左、右模块的水平连接。

(3)八个模块单元拼接

拼接时，需要用八个空间连接件A、四个空间连接件B、十六块拼接板B。

八个模块单元之间的连接需要先将两对左、右模块分别左右拼接组成前模块或后模块，再完成前、后模块之间的水平连接。前模块与后模块拼接时，同一层的相邻的两个模块单元的一根框架梁、框架柱分别沿水平方向对齐。

在组成前、后模块的过程中，不需要用拼接板A固定连接上、下层模块单元腹板的没有连接框架梁的一侧，而是用空间连接件的竖向连接板在此位置代替拼接板A，其余位置的连接同四个模块单元拼接的方式，其具体方式为：前、后模块的框架柱腹板的没有连接框架梁一侧的设置有螺栓孔的位置处分别与空间连接件B的两块竖向连接板通过高强度螺栓固定连接，实现了前、后模块的水平连接。

施工时，上、下层模块单元间预留一定距离，用于空间连接件A的安装定位，同层相邻模块单元间预留一定距离，用于空间连接件B的安装定位，所有螺栓安装完成之后，节点连接完成。

具体实施过程如下：

在工厂预制模块单元，包含结构部件和装饰部件，框架梁和框架柱采取焊接连接，并按设计要求对节点处框架柱和框架梁的相应位置预留螺栓孔。

拼接两个模块单元(即一个上层模块单元和一个下层模块单元)时，安装定位下层模块单元，吊装上层模块单元，将上层模块单元框架柱下端与下层模块单元框架柱上端对齐，将两个空间连接件A，两个拼接板A、四个拼接板B对齐相应位置的螺栓孔，安装高强度螺栓，整个安装过程完成。

拼接四个模块单元(即两个上层模块单元和两个下层模块单元)时，安装定位两个下层模块单元，两个下层模块单元之间留有对应空间连接件B的尺寸的空隙，吊装两个上层模块单元，两个上层模块单元之间也留有对应空间连接件B的尺寸的空隙，将对应位置的上层模块单元框架柱下端与下层模块单元框架柱上端对齐，分别将两个空间连接件A，一个拼接板A、四个拼接板B对齐相应位置螺栓孔，组成左模块和右模块，用空间连接件B对齐左、右模块的螺栓孔，安装高强度螺栓，整个安装过程完成。

拼接八个模块单元(四个上层模块单元和四个下层模块单元)时，安装定位四个下层模块单元，四个下层模块单元之间留有对应空间连接件B的尺寸的空隙，吊装四个上层模块单元，四个上层模块单元之间也留有对应空间连接件B的尺寸的空隙，将对应位置的上层模块单元框架柱下端与下层模块单元框架柱上端对齐，分别将两个空间连接件A、四个拼接板B对齐相应位置螺栓孔，组成两对左、右模块，将一个空间连接件B对齐左、右模块相应位置的螺栓孔，安装高强螺栓，组成前模块，再将一个空间连接件B对齐左、右模块相应位置的螺栓孔，安装高强螺栓，组成后模块，用两个空间连接件B对齐前、后模块的螺栓孔，安装高强螺栓，整个安装过程完成。

实施例二

空间连接件A的内部设置有耗能部件，替换掉内部竖向加强板；耗能部件选取耗能板或阻尼器。其中，耗能板的板面设置有菱形孔；耗能板的四个边缘分别固定连接空间连接件A中相接闭合成方框的四块板的中部。

其余未提及部分同实施例一。

实施例三

实现三个模块单元(包括两个下层模块单元和一个上层模块单元)的拼接时，上层模块单元与其中一个下层模块单元沿竖向拼接；两个下层模块单元沿水平方向拼接。

上层模块单元与其中一个下层模块单元拼接时；两者的一根框架柱、两根框架梁分别沿竖向对齐。两个空间连接件A分别位于上、下层模块单元两对在同一垂直方向的框架梁之间；上层模块单元框架梁的下侧翼板和空间连接件A的上侧水平连接板通过高强度螺栓连接；下层模块单元框架梁的上侧翼板和空间连接件A的下侧水平连接板通过高强度螺栓连接；空间连接件A贴近框架柱的竖向连接板同时通过高强度螺栓固定连接上、下层模块单元框架柱的腹板或靠近空间连接件的翼板。四块拼接板B分别分布在框架柱的各翼板内侧，皆同时固定连接上层模块单元框架柱下端、下层模块单元框架柱上端。一块拼接板A设置在框架柱的腹板没有连接框架梁的一侧，同时固定连接上层模块单元框架柱下端、下层模块单元框架柱上端。

上层模块单元与其中一个下层模块单元拼接后，该下层模块单元与另一个下层模块单元的一根框架梁、框架柱分别沿水平方向对齐；

空间连接件B的两块竖向连接板，一块通过高强度螺栓固定连接上、下层模块单元沿竖向拼接好的模块，另一块通过高强度螺栓固定连接未竖向拼接的下层模块，从而实现三个单元模块的拼接。

其余未提及部分同实施例一。

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 (10)

1.一种模块化钢结构节点，形成于模块单元之间的拼接处，其特征在于：模块单元包括结构部件；模块单元通过空间连接件、拼接板拼接；

一个节点中，各模块单元参与连接的结构部件至少包括一根竖向的框架柱、两根与框架柱垂直的框架梁，框架梁的其中一端与框架柱固定连接，两根框架梁所在的竖向平面相垂直；

拼接时，拼接部件包括模块单元、由模块单元拼接成的模块；两个拼接部件同时固定连接在同一个空间连接件；其中，沿竖向拼接的两个模块单元的两根框架梁、框架柱分别沿竖向对齐，且两个模块单元的框架柱同时固定连接在同一块拼接板；沿水平方向拼接时，同一层的相邻的两个模块单元的一根框架梁、框架柱分别沿水平方向对齐。

2.按照权利要求1所述的一种模块化钢结构节点，其特征在于：空间连接件至少包括四块板，四块板中包括两对相互平行的板，四块板相接闭合成方框，其中，相接的两块板相垂直。

3.按照权利要求2所述的一种模块化钢结构节点，其特征在于：框架梁和框架柱皆包括一块腹板、两块翼板，翼板垂直于腹板并分别沿长度方向固定在腹板的两侧；模块单元中，两根框架梁分别固定连接在框架柱的腹板、翼板，框架梁的腹板竖向设置，翼板在腹板的上下两侧。

4.按照权利要求3所述的一种模块化钢结构节点，其特征在于：两个模块单元沿竖向拼接时，拼接板同时固定连接上层模块单元的框架柱下端、下层模块单元的框架柱上端；空间连接件的上下侧的两块板分别固定连接上层模块单元的框架梁的下侧翼板、下层模块单元的框架梁的上侧翼板；空间连接件贴近框架柱的一块板同时固定连接上层模块单元框架柱下端、下层模块单元框架柱上端。

5.按照权利要求4所述的一种模块化钢结构节点，其特征在于：两个位于上层、两个位于下层的四个单元模块拼接时，同在左侧或同在右侧的一对上、下层模块单元沿竖向拼接成左模块或右模块；左模块与右模块通过空间连接件沿水平方向拼接，其中，空间连接件的相平行的两块板，其中一块固定连接左模块框架柱的与框架梁连接侧相对一侧的翼板的外侧，另一块固定连接右模块框架柱的与框架梁连接侧相对一侧的翼板的外侧。

6.按照权利要求5所述的一种模块化钢结构节点，其特征在于：四个位于上层、四个位于下层的八个模块单元拼接时，同在左侧或同在右侧的一对上、下层模块单元沿竖向拼接成左模块或右模块；同在前侧或同在后侧的一对左、右模块沿水平方向拼接成前模块或后模块；前模块与后模块通过空间连接件沿水平方向拼接，其中，空间连接件的相平行的两块板分别固定连接前、后模块中相对齐的框架柱的腹板的与框架梁连接侧相对的一侧。

7.按照权利要求1-6所述的一种模块化钢结构节点，其特征在于：拼接时，模块单元与空间连接件、拼接板通过高强度螺栓固定连接。

8.按照权利要求4-6所述的一种模块化钢结构节点，其特征在于：拼接时，模块单元与空间连接件、拼接板通过高强度螺栓固定连接；上层模块单元框架柱腹板的及两侧翼板的在框架梁之下的位置、框架梁下侧翼板靠近框架柱一端皆设置有与高强度螺栓配合的螺栓孔；下层模块单元的框架柱腹板的及两侧翼板的在框架梁之上的位置、框架梁上侧翼板靠近框架柱一端皆设置有与高强度螺栓配合的螺栓孔；模块单元或模块的连接皆在设有螺栓孔的位置处。

9.按照权利要求2所述的一种模块化钢结构节点，其特征在于：空间连接件还包括一块内部竖向加强板；内部竖向加强板的四周分别与相接闭合成方框的四块板的中部固定连接。

10.按照权利要求2所述的一种模块化钢结构节点，其特征在于：两个模块单元沿竖向拼接时，所用的空间连接件的内部设置有耗能部件；耗能部件选取耗能板或阻尼器。