CN110331782B - 一种圆套筒钢木组合节点及其安装方法 - Google Patents

一种圆套筒钢木组合节点及其安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种圆套筒钢木组合节点，包括FRP圆形木柱、X型木梁、核心连接构件、拼接外环板和弧形连接件；所述核心连接构件由上下圆型钢套板、连接套筒、圆实木和填充木块等构成；FRP圆形木柱与核心连接构件相连，通过圆型钢套板和贯穿钢筋插套，并在钢筋孔间隙注胶连接；X型木梁通过弧形连接件与核心连接构件连接，并由拼接外环板和螺栓固定实现组合连接。本方案所述节点结构采用连接套筒设计，承载力高、保证了竖向传力无影响、水平和竖向传力途径无交叉；现场施工安装时，仅由螺栓连接和胶粘合，操作简单、安装快速，完全装配式安装，能满足在有特殊竖向承载的木结构建筑的设计要求，在中高层木建筑中有具有巨大的市场潜力。

Description

一种圆套筒钢木组合节点及其安装方法
技术领域
本发明属于木建筑节点设计领域，具体涉及一种圆形木柱与X型木梁连接的圆套筒钢木组合节点及其安装方法。
背景技术
在注重环保的现代建筑领域中，木结构建筑作为一种低耗能、轻材料的绿色环保建筑，具有巨大的应用潜力和研究价值。木结构具有施工周期短、节能环保和抗震耗能能力强的特点，在设计上具有布置灵活、隔音削震的优点。
然而在木结构建筑中，节点处是整个结构中最为重要的区域之一。传统的纯木节点，易发生破坏损耗的位置是柱、梁的传力交叉处，现在的节点多为纯钢构件节点，通过将钢片插入到木头内进行连接，易产生应力集中，且沿开口方向易发生顺纹理开裂；另外，为了保证梁的基本传力，竖向柱的传力截面常常遭削弱，存在整体性、受力性能不好的情况，抗震性能相对其他位置也较弱。
发明内容
本发明提供一种新型的圆套筒钢木组合节点设计，对FRP圆形木柱和X型木梁的连接进行创新设计，以加强竖向柱的传力能力，保证梁的传力在节点处不会对柱的传力造成不良影响，且安装操作简单。
本发明是采用以下的技术方案实现的：一种圆套筒钢木组合节点，包括FRP圆形木柱、X型木梁、核心连接构件、弧形连接件和拼接外环板；FRP圆形木柱之间通过核心连接构件相连，X型木梁通过弧形连接件与核心连接构件相连，拼接外环板设置在弧形连接件的上下两端，通过拼接外环板和螺栓固定实现组合连接；
所述核心连接构件包括圆型钢套板、连接套筒、圆实木和填充木块，圆实木设置在连接套筒内，连接套筒为钢材质，圆型钢套板上设有用以插入贯穿钢筋的钢筋孔，贯穿钢筋穿过圆型钢套板上相应钢筋孔将FRP圆形木柱在轴向连接为一体，FRP圆形木柱上同样设置有对应的钢筋孔；圆型钢套板设置在连接套筒的上下两端，圆型钢套板的内径与FRP圆形木柱的外径相等，填充木块围绕连接套筒设置在上下两块圆型钢套板之间，并用胶粘合固定；
所述弧形连接件包括带孔弧形基板和两块带孔弧型钢板，两块带孔弧型钢板背向设置在带孔弧形基板上，且两块带孔弧型钢板之间所形成的空间与X型木梁的形状匹配，弧形连接件环绕核心连接构件的外圆周设置，带孔弧形基板通过木螺钉固定在相邻的两块填充木块上，带孔弧型钢板用以加紧X型木梁；带孔弧形基板上设有8个螺孔，与核心连接构件的每块填充木块上每侧的4个木螺钉孔对应，木螺钉穿过带孔弧形基板旋入木螺钉孔中，一块弧形连接件固定在相邻两块填充木块上；两块带孔弧型钢板间距稍大于X型木梁腹板厚度，带孔弧形钢板上有竖向4个螺栓孔、水平2个螺栓孔，X型木梁的腹板插入带孔弧形钢板之间，水平方向螺栓穿过弧形钢板、X型木梁腹板、弧形钢板螺母旋紧，竖直方向螺栓穿过拼接外环板、X型木梁的翼缘、弧形钢板，并用螺母旋紧。
所述拼接外环板包括基板、设置在基板一侧的弧形箍环，基板的表面设置有螺栓孔，基板上还设置有连接卡头，相邻拼接外环板之间通过连接卡头相连，相邻拼接外环板连接后对核心连接构件中间部分起外箍作用，用以箍紧填充木块，并与弧形连接件、X型木梁通过螺栓连接为整体以传递梁内力。
进一步的，所述FRP圆形木柱包括圆形木质柱以及设置在圆形木质柱外表面的FRP纤维布，通过在外层缠绕FRP纤维布实现对其结构强度的加强。
进一步的，所述连接套筒的上下两端设置有扇形拼接头，圆型钢套板上设置有与扇形拼接头相配合的对接卡槽，扇形拼接头卡入对接卡槽实现圆型钢套板和连接套筒的连接。
进一步的，所述填充木块上设置有与贯穿钢筋相配合的通槽以及与扇形拼接头相配合的缺口，实现填充木块与圆型钢套板的紧密配合。
进一步的，所述连接卡头与基板所在平面呈45°夹角，以保证传力仍通过形心线上。
进一步的，所述圆型钢套板上还设置有用以拉紧贯穿钢筋的对拉螺栓，以施加预应力增强整体性，提高核心连接构件的整体性能。
本发明另外还提出一种圆套筒钢木组合节点的安装方法，包括以下步骤：
A、将圆型钢套板套在已注胶的FRP圆形木柱上，在贯穿钢筋上有对拉螺栓，将内有圆实木的连接套筒的扇形拼接头旋入圆型钢套板相应侧的对接卡槽内；
B、将连接套筒固定在圆型钢套板之间，填入4块填充木块，并用胶粘合成整体；
C、用木螺钉将4块弧形连接件安装在填充木块的相应位置，且每一块弧形连接件固定在相邻两块填充木块上，4块弧形连接件连接后形成一套筒环绕在核心连接构件上；
D、将所述拼接外环板的紧靠弧形连接件安装，并用螺栓连接成环，以箍紧填充木块；
E、旋紧贯穿钢筋上的对拉螺栓，施加适宜预应力，使核心连接构件连接紧密，加强核心连接构件整体性；
F、将 FRP圆形木柱插入圆型钢套板相应侧套筒内，并在钢筋孔内注胶，完成竖向FRP圆形木柱和核心连接构件的安装；
G、将X 型木梁的一端插入弧形连接件的两块带孔弧型钢板之间，并插入高强螺栓连接；用螺栓将弧形连接件、X 型木梁和拼接外环板连接成一个整体，完成水平方向梁的安装，进而完成圆套筒钢木组合节点的安装。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本方案所提出的圆套筒钢木组合节点整体为全拼接结构设计，节点核心区为连接套筒设计，内有实木的连接套筒通过卡槽连接圆型钢套板，填入填充木块胶接，再在贯穿钢筋上通过对拉螺栓，连接套筒的设计能够有效保证节点竖向承载力，且通过对拉螺栓的预应力能有效增强结构抗震能力；水平方向荷载由环形拼接板承担，竖向荷载由连接核心构件承担，承载力高，保证了竖向传力无影响，水平和竖向传力无交叉；
现场为完全装配式施工安装，仅由螺栓连接和胶粘合，操作简单、安装快速、质量高，能满足在有特殊竖向承载的木结构建筑的设计要求，可用于竖向承载、强柱要求极高的木结构，在中高层木建筑中有具有巨大的市场潜力。
附图说明
图1为本发明实施例1所述钢木组合节点整体结构示意图；
图2为本发明实施例1所述钢木组合节点的立体剖视示意图；
图3为本发明实施例1所述FRP圆形木柱的结构示意图；
图4为本发明实施例1所述X型木梁的结构示意图；
图5为本发明实施例1所述核心连接构件的结构示意图；
图6为本发明实施例1圆型钢套板的结构示意图；
图7为本发明实施例1圆型钢套板、填充木块、连接套筒的连接结构示意图；
图8为图7的俯视结构示意图；
图9为图7中填充木块的结构示意图；
图10为图7中圆型钢套板和圆实木的结构示意图；
图11为图10的俯视结构示意图；
图12为本发明实施例1所述弧形连接件的结构示意图；
图13为图12的侧视结构示意图；
图14为本发明实施例拼接外环板的俯视结构示意图；
图15为本发明实施例1拼接外环板的立体结构示意图；
图16为图14中连接卡头配合的结构示意图；
图17为本发明实施例1节点安装过程示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚的理解本实用新型的上述目的和优点，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细地描述：
实施例1、一种圆套筒钢木组合节点，如图1和图2所示，包括FRP圆形木柱1、X型木梁2、核心连接构件3、弧形连接件4和拼接外环板5；上下相邻FRP圆形木柱1之间通过核心连接构件3相连，上下相邻FRP圆形木柱1连接后，通过弧形连接件4与X型木梁2相连，最终通过拼接外环板5将整体固定；
如图3和4所示，分别为FRP圆形木柱1和X型木梁2的结构示意图，所述FRP圆形木柱1包括圆形木质柱6以及设置在圆形木质柱6外表面的FRP纤维布8，通过在外层缠绕FRP纤维布8实现对其结构强度的加强，沿圆形木质柱6长度方向在其内部均匀设置有多个钢筋孔，本实施例设置有4个，钢筋孔内插设有贯穿钢筋7并灌入胶体填充形成整体，其中，所述钢筋孔的直径大于贯穿钢筋7的直径4-8mm，所述贯穿钢筋7采用带肋钢筋；所述X型木梁2为成品纯木质梁，在X型木梁2的端部设有与弧形连接件4和拼接外环板5对应的螺栓孔。
参考图5-11所示，为核心连接构件的结构示意图，具体的，所述核心连接构件3包括圆型钢套板9、连接套筒10、圆实木11和填充木块12，圆实木11设置在连接套筒10内，连接套筒10为钢材质，其两端还设置有扇形拼接头14，圆型钢套板9上设置有与扇形拼接头14相配合的对接卡槽15，扇形拼接头14卡入对接卡槽15实现圆型钢套板9和连接套筒10的连接，圆型钢套板9设置在连接套筒10的上下两端，圆型钢套板9的内径与FRP圆形木柱1的外径相等，填充木块12围绕连接套筒10设置在上下两块圆型钢套板9之间，并用胶粘合固定；填充木块12上有相应木螺钉孔16，木螺钉穿过弧形连接件4、木螺钉孔16，将弧形连接件4小块固定在核心连接构件3上；圆型钢套板9上同样设置有与贯穿钢筋7相配合的钢筋孔，所述填充木块12上设置有与贯穿钢筋7相配合的通槽13以及与扇形拼接头14相配合的缺口；4根贯穿钢筋7穿过圆型钢套板9上相应钢筋孔将上下FRP圆形木柱1在轴向连接为一体，在圆型钢套板9相应侧，用对拉螺栓17拉紧贯穿钢筋7，施加预应力增强整体性，提高核心连接构件的整体性能。
所述弧形连接件4的结构示意图如图12-13所示，包括带孔弧形基板18和两块带孔弧型钢板19，两块带孔弧型钢板19背向垂直向设置在带孔弧形基板18上，且两块带孔弧型钢板19之间所形成的空间P与X型木梁2的形状匹配，在工厂焊接加工组成。如图7所示，4块弧形连接件4形成一个拼接圆，用木螺钉、带孔弧形基板18，通过木螺钉固定在填充木块12上，带孔弧型钢板19用以加紧X型木梁2；带孔弧形基板18上设有8个螺孔，与核心连接构件3的每块填充木块上每侧的4个木螺钉孔16对应，木螺钉穿过带孔弧形基板18旋入木螺钉孔16中，如图8所示，一块弧形连接件4固定在相邻两块填充木块12上；两块带孔弧型钢板19间距稍大于X型木梁2腹板厚度，带孔弧型钢板19上有竖向4个螺栓孔、水平2个螺栓孔。X型木梁2腹板插入弧形钢板19之间，水平方向螺栓穿过弧形钢板19、X型木梁2腹板、弧形钢板19螺母旋紧，竖直方向螺栓穿过拼接外环板5、X型木梁2翼缘、弧形钢板19，并用螺母旋紧。
所述拼接外环板5，由4块钢制拼接部件组成，拼接外环板5的形状如图8所示，相邻拼接外环板5之间通过连接卡头20相连，连接卡头20与水平方向成45°夹角，传力仍通过形心线上，并用螺栓连接形成整体，拼接后对核心连接构件3中间部分起外箍作用，用以箍紧填充木块12，与弧形连接件4、X型木梁2通过螺栓连接成整体传递梁内力。
如图14所示，所述拼接外环板5包括基板21、设置在基板21一侧的弧形箍环22，基板21的表面设置有螺栓孔，基板21上还设置有连接卡头20，相邻拼接外环板5之间通过连接卡头20相连，相邻拼接外环板5连接后对核心连接构件3中间部分起外箍作用，用以箍紧填充木块12，并与弧形连接件4、X型木梁2通过螺栓连接为整体以传递梁内力.。
本实施例节点结构的连接核心区，内有实木的连接套筒通过卡槽连接圆型钢套板，填入填充木块胶接，再在贯穿钢筋上通过对拉螺栓，施加预应力加强结合，构成整体；可实现完全装配式施工，施工速度快，结构整体性好，预应力能有效增强结构抗震能力，连接套筒设计能有效保证节点竖向承载力，结合弧形连接件和拼接外环板的巧妙设计，可用于竖向承载、强度要求极高的木结构。
实施例2、基于实施例1所提出的圆套筒钢木组合节点，本实施例提出一种其安装方法，如图17所示，包括以下步骤，当然，具体实施时，以下步骤可以根据实际情况稍作改动：
第一步、将圆型钢套板9套在已注胶的FRP圆形木柱1上，在贯穿钢筋上有对拉螺栓，将内有圆实木11的连接套筒10的扇形拼接头旋转45度旋入圆型钢套板9相应侧的对接卡槽内；
第二步、把连接套筒10固定在圆型钢套板9之间，填入4块填充木块12，用胶粘合成整体；
第三步、将弧形连接件4安装在核心连接构件3相邻的两块填充木块的中间尾椎上，每侧用4个木螺钉穿过钢板，旋入填充木块中，使每一块弧形连接件4固定在相邻两块填充木块上，用木螺钉将4块弧形连接件4，安装在胶粘合成整体的填充木块12相应位置，4块弧形连接件4形成非紧密的圆套筒，但是使4块填充木块形成整体；
第四步、将所述拼接外环板5的4块部件紧靠弧形连接件4，并用螺栓连接成环，并箍紧填充木块，在弧形连接件4的上下都安装拼接外环板5，拼接外环板5安装完成后，在上面圆型钢套板的上侧，或在拼接外环板和圆形套板之间缠FRP布；
第五步、旋紧贯穿钢筋7上的对拉螺栓17，施加适宜预应力，使核心连接构件3连接紧密，加强核心连接构件整体性；
第六步、将 FRP圆形木柱1插入圆型钢套板9相应侧套筒内，在钢筋孔内注胶；竖向柱和核心连接构件安装完成；
第七步、将X 型木梁2的一端插入弧形连接件4的两个弧形板之间，在弧形板和X型木梁腹板上有对应的两个水平螺栓孔，插入高强螺栓连接；
竖直方向拼接外环板、X型木梁翼缘、弧形连接件的弧形板上有对应的2个螺栓孔，螺栓竖向插入孔内，使用特制垫环和螺母旋紧；
用螺栓将弧形连接件4、X 型木梁2和拼接外环板5连接成一个整体，水平方向梁安装完成，整个圆套筒钢木组合节点的安装完成。
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围。

Claims (6)

1.一种圆套筒钢木组合节点，包括FRP圆形木柱（1）和X型木梁（2），其特征在于，还包括核心连接构件（3）、弧形连接件（4）和拼接外环板（5）；FRP圆形木柱（1）之间通过核心连接构件（3）相连，X型木梁（2）通过弧形连接件（4）与核心连接构件（3）相连，拼接外环板（5）设置在弧形连接件（4）的上下两侧，通过拼接外环板（5）和螺栓固定实现组合连接；
所述核心连接构件（3）包括圆型钢套板（9）、连接套筒（10）、圆实木（11）和填充木块（12），圆型钢套板（9）设置在连接套筒（10）的上下两端，圆实木（11）设置在连接套筒（10）内，圆型钢套板（9）的内径与FRP圆形木柱（1）的外径相等，填充木块（12）围绕连接套筒（10）设置在上下两块圆型钢套板（9）之间，并用胶粘合固定；圆型钢套板（9）上还设有用以插入贯穿钢筋（7）的钢筋孔，FRP圆形木柱（1）上同样设置有对应的钢筋孔，贯穿钢筋（7）穿过圆型钢套板（9）上相应钢筋孔将FRP圆形木柱（1）在轴向连接为一体，所述圆型钢套板（9）上还设置有用以拉紧贯穿钢筋（7）的对拉螺栓（17）；
所述弧形连接件（4）包括带孔弧形基板（18）和两块带孔弧型钢板（19），两块带孔弧型钢板（19）背向设置在带孔弧形基板（18）上，且两块带孔弧型钢板（19）之间所形成的空间与X型木梁（2）的形状匹配，弧形连接件（4）环绕核心连接构件（3）的外圆周设置，且带孔弧形基板（18）通过木螺钉固定在相邻的两块填充木块（12）上；
所述拼接外环板（5）包括基板（21）、设置在基板（21）一侧的弧形箍环（22），基板（21）的表面设置有螺栓孔，基板（21）上还设置有连接卡头（20），相邻拼接外环板（5）之间通过连接卡头（20）相连，相邻拼接外环板（5）连接后对核心连接构件（3）中间部分起外箍作用，用以箍紧填充木块（12），并与弧形连接件（4）、X型木梁（2）通过螺栓连接为整体以传递梁内力。
2.根据权利要求1所述的圆套筒钢木组合节点，其特征在于：所述FRP圆形木柱（1）包括圆形木质柱（6）以及设置在圆形木质柱（6）外表面的FRP纤维布（8）。
3.根据权利要求1所述的圆套筒钢木组合节点，其特征在于：所述连接套筒（10）的上下两端设置有扇形拼接头（14），圆型钢套板（9）上设置有与扇形拼接头（14）相配合的对接卡槽（15）。
4.根据权利要求3所述的圆套筒钢木组合节点，其特征在于：所述填充木块（12）上设置有与贯穿钢筋（7）相配合的通槽（13）以及与扇形拼接头（14）相配合的缺口。
5.根据权利要求1所述的圆套筒钢木组合节点，其特征在于：所述连接卡头（20）与基板（21）所在平面呈45°夹角。
6.基于权利要求1-5任一项所述圆套筒钢木组合节点的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、将圆型钢套板（9）套在已注胶的FRP圆形木柱（1）上，将内有圆实木（11）的连接套筒（10）的扇形拼接头旋入圆型钢套板（9）相应侧的对接卡槽内；
B、将连接套筒（10）固定在圆型钢套板9之间，填入4块填充木块（12），并用胶粘合成整体；
C、用木螺钉将4块弧形连接件（4）安装在填充木块（12）的相应位置，且每一块弧形连接件（4）固定在相邻两块填充木块（12）上，4块弧形连接件（4）连接后形成一套筒围绕在核心连接构件（3）上；
D、将所述拼接外环板（5）紧靠弧形连接件（4）安装，并用螺栓连接成环，以箍紧填充木块（12）；
E、旋紧贯穿钢筋（7）上的对拉螺栓（17），施加适宜预应力，使核心连接构件（3）连接紧密，加强核心连接构件整体性；
F、将 FRP圆形木柱（1）插入圆型钢套板（9）相应侧套筒内，并在钢筋孔内注胶，完成竖向FRP圆形木柱（1）和核心连接构件（3）的安装；
G、将X型木梁（2）的一端插入弧形连接件（4）的两块带孔弧型钢板（19）之间，并通过螺栓连接，通过螺栓将弧形连接件（4）、X 型木梁（2）和拼接外环板（5）连接成一个整体，完成水平方向梁的安装，进而完成圆套筒钢木组合节点的安装。
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