CN112302168A - 一种装配式异形柱-梁连接节点 - Google Patents

一种装配式异形柱-梁连接节点 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种装配式异形柱‑梁连接节点，属于结构工程技术领域，本发明的梁柱节点连接装置由异形柱、工形梁、槽钢连接件和高强螺栓群组成。钢构件的制作和焊接部分在工厂内完成，焊接质量容易控制，施工现场仅需吊装钢构件并通过高强螺栓连接，施工效率高。本发明的连接节点同时具备力学性能和实用性能上的优点：在力学性能方面，本发明充分了利用异形柱的承载能力和抗侧刚度，具有良好的抗震性能；在实用性能方面，本发明着重实现快速装配理念和解决房屋中“突柱”问题。

Description

一种装配式异形柱-梁连接节点
技术领域
本专利涉及一种装配式异形柱-梁连接节点，属于结构工程技术领域。
背景技术
钢结构建筑的发展与钢结构住宅产业化的发展息息相关，实现钢结构住宅产业化就要实现部品部件的标准化，而目前高层建筑是我国建筑行业的主要方向，因此提出一种适用于高层建筑的新型高效装配式标准化钢结构体系及基于新型钢结构体系的装配式标准化构件是实现钢结构住宅产业化和推动钢结构建筑发展的基础。
目前在高层钢结构工业与民用建筑中经常采用的板式加强型与翼缘扩大加强型刚性梁柱节点中存在大量的焊缝，在地震作用下焊缝处容易发生应力集中，导致焊缝开裂，使梁柱节点在形成塑性铰之前发生脆性破坏，造成严重的经济损失和人员伤亡。此外，传统的节点连接方式需要大量现场焊接作业，施工速度慢，装配率低，极大限制了装配式高层钢结构体系的发展，因此亟需提出一种既可减少施工现场焊接又有足够承载能力和抗震性能的装配式梁柱节点。现有研究表明，带有波纹板的钢异形柱具有自重轻、延性大、承载效率高、抗震性能好等优点，可以作为高层钢结构体系中的主要受力构件。同时，将梁构件和通长的异形柱通过高强螺栓连接形成的装配式梁柱节点，在保证节点抗震性能和承载能力的前提下，可以减少焊接残余应力的影响，防止节点过早发生脆性破坏，还可以保证较高的装配效率；通过对异形柱和工形梁板件厚度的调整，可以控制塑性铰发生在梁端，从而保证结构的安全，满足“强节点弱构件”、“强柱弱梁”的设计要求。为此，本发明提出一种装配式异形柱-梁连接节点。
该梁柱节点包括1个异形柱、1个带端板的工形梁、2个槽钢连接件、第一高强螺栓群和第二高强螺栓群；所述异形柱包括方钢管柱、H形型钢柱、波纹板和托板；所述方钢管柱的高度、H形型钢柱的高度和波纹板的高度相等；所述波纹板的波纹方向为纵向，波纹板的宽度不应大于方钢管柱壁板宽度的2倍，波纹板中心线、方钢管柱壁板中心线和H型钢柱翼缘中心线位于同一平面内，波纹板、方钢管柱和H形型钢柱焊接连接形成异形柱；所述工形梁端部焊接有带螺栓孔的端板，工形梁端部下翼缘在工厂预留螺栓孔洞，对应于工形梁下翼缘的H形型钢柱上焊接带有螺栓孔的托板，对应于梁翼缘的H形型钢柱腹板位置设置纵向加劲肋；所述工形梁的端板通过第一高强螺栓群与H形型钢柱连接；所述工形梁下翼缘通过第二高强螺栓群与H形型钢柱上的端板连接；所述槽钢连接件翼缘厚度及腹板高度与工形梁相同，焊接在对应于工形梁翼缘的异形柱波纹板位置处，形成梁柱连接节点。
该梁柱连接节点具有异形柱良好的抗震性能和承载能力，同时也具有较高的装配效率。通过调整钢构件板件的厚度比值，可以达到节点塑性铰外移的目的，从而保护梁柱节点。
发明内容
本发明专利提出一种装配式异形柱-梁连接节点，其目的在于克服技术背景中出现的技术难题，提出一种既具有良好的承载能力，又能合理利用异形柱的抗侧刚度、提高构件的侧向稳定性、实现塑性铰外移的梁柱节点结构。
为实现以上目的，本发明提供如下技术方案：
该梁柱节点包括1个异形柱、1个带端板的工形梁、2个槽钢连接件、第一高强螺栓群和第二高强螺栓群；所述异形柱包括方钢管柱、H形型钢柱、波纹板和托板；所述方钢管柱的高度、H形型钢柱的高度和波纹板的高度相等；所述波纹板的波纹方向为纵向，波纹板的宽度不应大于方钢管柱壁板宽度的2倍，波纹板中心线、方钢管柱壁板中心线和H型钢柱翼缘中心线位于同一平面内，波纹板、方钢管柱和H形型钢柱焊接连接形成异形柱；所述工形梁端部焊接有带螺栓孔的端板，工形梁端部下翼缘在工厂预留螺栓孔洞，对应于工形梁下翼缘的H形型钢柱上焊接带有螺栓孔的托板，对应于梁翼缘的H形型钢柱腹板位置设置纵向加劲肋；所述工形梁的端板通过第一高强螺栓群与H形型钢柱连接；所述工形梁下翼缘通过第二高强螺栓群与H形型钢柱上的端板连接；所述槽钢连接件翼缘厚度及腹板高度与工形梁相同，焊接在对应于工形梁翼缘的异形柱波纹板位置处，形成梁柱连接节点。
作为本发明的进一步方案：所述异形柱的波纹板的本波纹形状选用正弦波浪形式、三角形波折形式、梯形波折形式或直角波折形式；波纹板的构造形式选用单层波纹板或双层波纹板。
与现有技术相比，本专利的优点主要在以下几个方面：
1、本申请专利异形柱采用波纹板抗侧构造，波纹板、方钢管柱和H形型钢柱组合形成一个完整的抗侧截面，组合抗侧截面为异形柱提供足够的抗侧刚度，可以有效减小结构的侧移。本申请专利所述异形柱在保证竖向承载力的同时具有足够的抗侧刚度，是一种介于框架柱和剪力墙的异形柱构件，其与常见的钢框架中的结构柱相比，具有更高的抗侧刚度和竖向、水平承载力，能够有效减小钢结构的侧向变形，并减少围护结构的破坏；与剪力墙结构中的剪力墙相比，本申请专利所述异形柱具有良好的抗震性能，同时具有质量轻、连接简单、可快速装配、空间布置灵活的优势。
2、本申请专利所述连接节点的梁柱间仅用高强螺栓连接，装配效率高，减少了因施工环境差而导致的焊缝质量问题。连接节点继承了异形柱良好的承载能力、抗震性能和延性，通过板件厚度设计可将塑性铰控制在梁端，避免柱构件先于梁构件发生破坏，实现“强柱弱梁”。连接节点通过高强螺栓、端板、托板和槽钢连接件传递梁柱间的内力，连接节点的力流传递合理，受力明确，构件简单，设计方便。
3、本申请专利所述异形柱中波纹板可在自身厚度较小的情况下仍保持良好的面外稳定性，同时提高异形柱整体的面外稳定性，能够以较低的用钢量保证合理的异形柱截面高度，极大地提高了钢材的使用效率，具有良好的经济性。
4、本申请专利所述异形柱中构件的截面宽度和工形梁的截面宽度不大于建筑中墙体的厚度，有效的解决了“突柱”的问题，节约了室内空间，具有良好的美观性。
附图说明
图1为一种装配式异形柱-梁连接节点的三维图；
图2为一种装配式异形柱-梁连接节点的拆分图；
图3为一种装配式异形柱-梁连接节点的截面图；
图4为一种装配式异形柱-梁连接节点的构造参数示意图；
图5为一种装配式异形柱-梁连接节点的波纹板示意图；
具体实施方式
下面结合附图1～5，详细说明本专利的实施方式。
如图1～5所示，一种装配式异形柱-梁连接节点包括以下部件：
1——方钢管柱
2——H形型钢柱
3——波纹板
4——托板
5——工形梁
6——端板
7——槽钢连接件
8——加劲肋板
9——第一高强螺栓群
10——第二高强螺栓群
下面将结合附图具体说明本发明梁柱节点连接装置的具体连接方式。
本发明节点连接装置组成构件包括：方钢管柱(1)、H形型钢柱(2)、波纹板(3)、托板(4)、工形梁(5)、端板(6)、槽钢连接件(7)、加劲肋板(8)、第一高强螺栓群(9)和第二高强螺栓群(10)；其中由方钢管柱(1)、H形型钢柱(2)、波纹板(3)、槽钢连接件(7)、加劲肋板(8)和托板(4)组成的异形柱与由工形梁(5)和端板(6)组成的钢梁在工厂内预制；然后将预制的钢构件运输到施工现场安装并与高强螺栓连接。
如图1～3所示，在安装时，先将异形柱吊装在预设位置，然后将工形梁(5)安置在可以当作临时支托的托板(4)上，通过第一高强螺栓群(9)将端板(6)与H形型钢柱(2)进行连接，通过第二高强螺栓群(10)将工形梁(5)下翼缘与托板(4)连接。
如图4所示，图中给出了波纹板高度、波纹板宽度、波纹板厚度、波纹板中心线、方钢管柱壁板宽度、方钢管柱高度、方钢管柱壁板中心线、H形型钢柱翼缘宽度、H形型钢柱高度、H形型钢柱翼缘中心线、波纹板中心线所在平面和纵向方向的定义。方钢管柱(1)高度、H形型钢柱(2)高度和波纹板(3)的高度相等。波纹板的波纹方向为纵向，波纹板的宽度不应大于H形型钢柱翼缘板宽度的2倍，波纹板中心线、方钢管柱壁板中心线和H型钢柱翼缘中心线位于同一平面内。如图5所示，波纹板(3)采用正弦波浪形式、三角形波折形式、梯形波折形式、直角波折形式或双层梯形波折式。双层梯形波折式波纹板由两个梯形波折形式的波纹板在板边接触处焊接连接组成。

Claims (2)

1.一种装配式异形柱-梁连接节点，其特征在于：该梁柱节点包括1个异形柱、1个带端板的工形梁、2个槽钢连接件、第一高强螺栓群和第二高强螺栓群；所述异形柱包括方钢管柱、H形型钢柱、波纹板和托板；所述方钢管柱的高度、H形型钢柱的高度和波纹板的高度相等；所述波纹板的波纹方向为纵向，波纹板的宽度不应大于方钢管柱壁板宽度的2倍，波纹板中心线、方钢管柱壁板中心线和H型钢柱翼缘中心线位于同一平面内，波纹板、方钢管柱和H形型钢柱焊接连接形成异形柱；所述工形梁端部焊接有带螺栓孔的端板，工形梁端部下翼缘在工厂预留螺栓孔洞，对应于工形梁下翼缘的H形型钢柱上焊接带有螺栓孔的托板，对应于梁翼缘的H形型钢柱腹板位置设置纵向加劲肋；所述工形梁的端板通过第一高强螺栓群与H形型钢柱连接；所述工形梁下翼缘通过第二高强螺栓群与H形型钢柱上的端板连接；所述槽钢连接件翼缘厚度及腹板高度与工形梁相同，焊接在对应于工形梁翼缘的异形柱波纹板位置处，形成梁柱连接节点。
2.根据权利要求1所述的梁柱连接节点，其特征在于：所述异形柱的波纹板的波纹形状选用正弦波浪形式、三角形波折形式、梯形波折形式或直角波折形式；波纹板的构造形式选用单层波纹板或双层波纹板。
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