CN112814223B - 具备减震性能的装配式钢结构与预制外挂墙板的连接节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具备减震性能的装配式钢结构与预制外挂墙板的连接节点，包括下框架梁、上框架梁和外挂墙板，所述下框架梁通过下节点连接件与外挂墙板连接，所述上框架梁通过上节点连接件与外挂墙板连接；所述下节点连接件包括弧形钢板、连接钢板以及肋板；所述连接钢板通过螺栓与下框架梁进行紧固连接；所述弧形钢板通过高强螺栓与外挂墙板进行紧固连接；所述高强螺栓上套有至少一片以上的碟形弹簧；所述上节点连接件包括第一钢板及与第一钢板连接的第二钢板，所述第一钢板与上框架梁连接；所述上框架梁上与第一钢板连接的位置设有钢盖板；所述第二钢板通过螺栓与外挂墙板连接；所述所述第一钢板和第二钢板之间设有橡胶片。

Description

具备减震性能的装配式钢结构与预制外挂墙板的连接节点

技术领域

本发明属于钢结构建筑领域，涉及一种具备减震性能的装配式钢结构与预制外挂墙板的连接节点，尤其适用于地震发生频率较高、设防烈度较大的区域。

背景技术

我国装配式建筑正处于快速发展的阶段，国家出台了一系列政策对装配式建筑进行推广，装配式建筑的普及已经成为了一种趋势，尤其在装配式钢结构住宅体系方面成果显著。在装配式钢结构建筑中，围护墙板是其中一个重要的组成部分，外挂墙板作为围护墙板的一种，发展尤其迅速。钢结构主体与外挂墙板的连接方式对于墙板甚至整个结构的抗震性能有着重要的影响。在过往的地震灾害研究中发现，墙板与钢结构主体采用焊接等刚性连接时，墙板对于结构的刚度贡献很大，在地震作用下会吸收较多的地震能量，但墙板也容易发生破坏，对于灾害中逃生以及灾后救援行动造成非常不利的影响。在这种情况下，研究人员提出柔性节点形式，即下节点主要起承重作用，而上节点采用栓接的方式，利用螺栓在长圆孔中的滑动和摩擦，达到消耗地震能量、减小墙板的地震响应的目的。但是这种节点形式同样存在弊端，由于节点和墙板发生一定程度的滑动，没有很好的利用墙板的面内强度和刚度，造成材料的浪费，使外挂墙板分担较少的水平力，但造成整体结构刚度减弱(于敬海,丁永君,李久鹏,张锡治,安海玉.设置耗能外挂墙板结构的抗震性能[J].天津大学学报(自然科学与工程技术版),2015,48(S1):122-126.)。同时滑动节点发生较大滑动时容易出现墙板整体掉落的现象。

发明内容

针对上述刚性节点造成墙板破坏严重、柔性连接不能有效利用墙板强度和刚度的情况，本发明提出了一种半刚性的连接形式，这种节点构造可以实现当地震荷载较小时，墙板与主体结构之间不发生滑移，一起受力，从而能有效发挥墙板的抗侧能力；当地震荷载较大时，高强螺栓在节点板的长圆孔中滑动，通过摩擦以及节点的塑性变形消耗地震能量，减小在强震下对墙板的损坏。

本发明至少通过如下技术方案之一实现。

具备减震性能的装配式钢结构与预制外挂墙板的连接节点，包括下框架梁、上框架梁和外挂墙板，所述下框架梁通过下节点连接件与外挂墙板连接，所述上框架梁通过上节点连接件与外挂墙板连接；

所述下节点连接件包括弧形钢板、连接钢板以及肋板；所述弧形钢板靠近框架梁的一端与连接钢板连接，两侧分别与肋板连接。

所述连接钢板通过螺栓与下框架梁进行紧固连接；所述弧形钢板通过高强螺栓与外挂墙板进行紧固连接；所述高强螺栓上套有至少一片以上的碟形弹簧；

所述上节点连接件包括第一钢板及与第一钢板连接的第二钢板，所述第一钢板与上框架梁连接；所述上框架梁上与第一钢板连接的位置设有钢盖板；所述第二钢板通过螺栓与外挂墙板连接。

优选的，所述连接钢板与下框架梁连接部位设有第一圆孔，连接钢板与下框架梁通过高强螺栓进行紧固连接。

优选的，所述弧形钢板与外挂墙板连接部位设有第二圆孔，所述弧形钢板通过高强螺栓与外挂墙板紧固连接。

优选的，所述第一钢板与上框架梁连接部位设有水平圆孔；所述第二钢板与外挂墙板连接部位设有水平长圆孔。

优选的，各圆孔的孔直径应比螺栓杆直径大1-2mm，各圆孔长边的长度为孔直径的3-5倍。

优选的，所述所述第一钢板和第二钢板之间设有橡胶片。所述第一钢板、第二钢板和橡胶片通过高强螺栓紧固连接。

优选的，所述弧形钢板、连接钢板、肋板、第一钢板及第二钢板的材料均为钢材Q235B或Q345B。

优选的，所述外挂墙板与下框架梁、上框架梁之间的缝隙填充保温材料填充。

优选的，单片碟形弹簧的厚度为3-4mm，对应外径为54-72mm，根据空间情况及负荷、变形量的要求，确定组合碟形弹簧的片数和组合方式。

优选的，橡胶片的主要成分为丁腈胶，厚度为4-8mm，用硫化机将橡胶片硫化在第一钢板、第二钢板之间。

与现有的技术相比，本发明的有益效果为：

1.通过高强螺栓和钢盖板提供的预紧力，提高节点的起滑荷载，防止节点过早出现滑移，浪费墙板的强度和刚度；

2.针对地震荷载方向的不确定性，本发明能够实现三个方向的减震耗能；在外挂墙板上托下拉节点的基础上进行改良，当地震荷载较小时，上节点的盖板可以实现对高强螺栓的紧固，保证外挂墙板与钢框架一同受力，充分利用墙板的强度和刚度；当地震荷载较大时，高强螺栓可以在三个方向的长圆孔中摩擦滑移实现对地震能量的消耗，同时碟形弹簧可以实现对地震作用的缓冲，减小地震作用对墙板的损坏。

3.通过碟形弹簧自身的变形进行耗能，进一步增强了墙板的抗震能力。很显然，使用这种预制连接节点既能在小震下利用墙板抗侧刚度，也能在大震下发生滑移，保护墙板，减少墙板掉落或损毁的可能性。

附图说明

图1为本发明实施例的上节点连接件的结构示意图；

图2为本发明实施例的下节点连接件的结构示意图；

图3为本发明实施例的下节点连接件侧视图；

图4为本发明实施例的上节点连接件侧视图；

图中：1-弧形钢板；2-连接钢板；3-肋板；4-第一钢板；5-第二钢板；6-下框架梁；7-上框架梁；8-外挂墙板、9-第一圆孔；10-第二圆孔、11-第一高强螺栓；12-第二高强螺栓；13-钢盖板；14-橡胶片；15-水平圆孔、16-第三圆孔；17-水平长圆孔；18-第三高强螺栓；19-第五高强螺栓；20-第四高强螺栓；21-碟形弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

如图1和图2所示，具备减震性能的装配式钢结构与预制外挂墙板的连接节点，包括下框架梁6、上框架梁7和外挂墙板8，所述下框架梁6通过下节点连接件与外挂墙板8连接，所述上框架梁7通过上节点连接件与外挂墙板8连接；所述外挂墙板8顶部与框架梁之间的缝隙可以用保温材料填充。

如图2和图4所示，所述下节点连接件包括弧形钢板1、连接钢板2以及肋板3。所述弧形钢板1靠近框架梁的一端与连接钢板2焊接，两侧分别与肋板3焊接。所述连接钢板2与下框架梁6连接部位设有第一圆孔9，并通过第一高强螺栓11将连接钢板2与下框架梁6进行紧固连接；所述弧形钢板1与外挂墙板8连接部位设有第二圆孔10，并通过第二高强螺栓12将弧形钢板1与外挂墙板8进行紧固连接；第二高强螺栓12上套有碟形弹簧21，可以减小竖向地震作用对外挂墙板8的损坏。单片碟形弹簧21的厚度为3-4mm，对应外径为54-72mm，根据空间情况及负荷、变形量的要求，确定组合碟形弹簧的片数和组合方式。

如图1和图3所示，所述上节点连接件包括第一钢板4及第二钢板5。所述第一钢板4与上框架梁7连接部位设有长边平行于墙面的水平圆孔15，通过第三高强螺栓18将第一钢板4与上框架梁7连接，所述上框架梁7上焊接有钢盖板13，通过与上框架梁7焊接的钢盖板13提高第三高强螺栓18的起滑力。

所述第二钢板5与外挂墙板8连接部位设有水平长圆孔17，通过第四高强螺栓20将第二钢板5与外挂墙板8中的预埋螺栓套筒连接；所述第一钢板4和第二钢板5连接的位置设有第三圆孔16，所述第一钢板4及第二钢板5之间设有橡胶片14，并通过第五高强螺栓19将第一钢板4、第二钢板5和橡胶片14紧固连接。

上述各圆孔的孔直径应比螺栓杆直径大1-2mm，各圆孔长边的长度可为孔直径的3-5倍。

上述各高强螺栓的等级均为8.8级或10.9级。

所述橡胶片的主要成分为丁腈胶，厚度约为4mm，可将其用硫化机硫化在第一钢板4及第二钢板5之间。

所述下框架梁6、上框架梁7可采用工字型钢梁。

如图3所示，在水平地震作用下，钢框架首先承受地震荷载。当地震荷载较小时，上节点第一钢板4在钢盖板13的预压力和高强螺栓预紧力的作用下与框架梁一起发生位移，外挂墙板8在高强螺栓预紧力的作用下与节点板和框架梁一起发生位移，第一钢板4与第二钢板5在高强螺栓紧固力的作用下不发生相对位移，从而框架梁、连接节点和外挂墙板之间不发生相对运动，地震荷载通过连接节点传递到墙板上，能有效利用墙板的强度和刚度进行抗震；当地震荷载逐渐增大至超过连接节点与框架梁之间的起滑荷载时，连接节点与框架梁之间发生滑移，从而使得墙板相对主体结构通过长圆孔发生滑移，摩擦耗能的同时也保护墙板，同时上节点钢板与橡胶片之间发生摩擦耗能，橡胶片本身塑性变形耗能，可避免墙板的脆性破坏；当地震荷载继续增大时，连接墙板与节点板的高强螺栓滑移至长圆孔的边缘，节点表现为柔性节点，可通过节点的塑性变形继续消耗地震能量。通过上下节点的水平长圆孔，实现了小震下刚性、大震下柔性的效果，既有效利用了墙板的强度和刚度，也避免了大震对墙板的损坏。

在竖向地震作用下，下节点处的碟形弹簧可以发生形变，消耗竖向地震荷载的能量，达到保护墙板的目的。

上述实例的施工步骤主要包括：

1、安装时，首先将上节点互相栓接的第一钢板4、第二钢板5置于上框架梁7上翼缘位置，将带有预留长圆孔的第一钢板4、盖板13与上框架梁7下翼缘孔洞对齐，安装并上紧高强螺栓，并将盖13板与上框架梁7焊接。将带有预留长圆孔的第二钢板5与外挂墙板8上部孔洞对齐，安装并上紧高强螺栓。

2、将下节点栓接在下框架梁6上翼缘；把外挂墙板8吊装至安装位置，使用激光标线仪对墙板位置进行进一步调整之后，将下节点与外挂墙板8的预埋内丝套筒通过高强螺栓拧紧。

3、节点与墙板安装完成后，采用保温材料对外挂墙板与钢框架梁之间的缝隙进行填充。

本发明是对现有的外挂墙板与钢框架连接节点形式的改进与补充，从理论上看，实际工程中的表现会比现有的节点连接更加出色。本发明能够适用于各种烈度的地震，无论对于小震还是大震，这种具有减震耗能作用的连接节点无疑是一个很好的选择。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.具备减震性能的装配式钢结构与预制外挂墙板的连接节点，包括下框架梁（6）、上框架梁（7）和外挂墙板（8），其特征在于：所述下框架梁（6）通过下节点连接件与外挂墙板（8）连接，所述上框架梁（7）通过上节点连接件与外挂墙板（8）连接；

所述下节点连接件包括弧形钢板（1）、连接钢板（2）以及肋板（3）；所述弧形钢板（1）靠近框架梁的一端与连接钢板（2）连接，两侧分别与肋板（3）连接；

所述连接钢板（2）通过螺栓与下框架梁（6）进行紧固连接；所述弧形钢板（1）通过高强螺栓与外挂墙板（8）进行紧固连接；所述高强螺栓上套有至少一片的碟形弹簧（21）；

所述上节点连接件包括第一钢板（4）及与第一钢板（4）连接的第二钢板（5），所述第一钢板（4）与上框架梁（7）连接；所述上框架梁（7）上与第一钢板（4）连接的位置设有钢盖板（13）；所述第二钢板（5）通过螺栓与外挂墙板（8）连接；

所述第一钢板（4）和第二钢板（5）之间设有橡胶片（14）；所述第一钢板（4）、第二钢板（5）和橡胶片（14）通过高强螺栓紧固连接。

2.根据权利要求1所述的具备减震性能的装配式钢结构与预制外挂墙板的连接节点，其特征在于：所述连接钢板（2）与下框架梁（6）连接部位设有第一圆孔（9），连接钢板（2）与下框架梁（6）通过高强螺栓进行紧固连接。

3.根据权利要求2所述的具备减震性能的装配式钢结构与预制外挂墙板的连接节点，其特征在于：所述弧形钢板（1）与外挂墙板（8）连接部位设有第二圆孔（10），所述弧形钢板（1）通过高强螺栓与外挂墙板（8）紧固连接。

4.根据权利要求3所述的具备减震性能的装配式钢结构与预制外挂墙板的连接节点，其特征在于：所述第一钢板（4）与上框架梁（7）连接部位设有水平圆孔（15）；所述第二钢板（5）与外挂墙板（8）连接部位设有水平长圆孔（17）。

5.根据权利要求4所述的具备减震性能的装配式钢结构与预制外挂墙板的连接节点，其特征在于：各圆孔的孔直径应比螺栓杆直径大1-2mm，各圆孔长边的长度为孔直径的3-5倍。

6.根据权利要求5所述的具备减震性能的装配式钢结构与预制外挂墙板的连接节点，其特征在于：所述弧形钢板（1）、连接钢板（2）、肋板（3）、第一钢板（4）及第二钢板（5）的材料均为钢材Q235B或Q345B。

7.根据权利要求6所述的具备减震性能的装配式钢结构与预制外挂墙板的连接节点，其特征在于：所述外挂墙板（8）与下框架梁（6）、上框架梁（7）之间的缝隙填充保温材料。

8.根据权利要求7所述的具备减震性能的装配式钢结构与预制外挂墙板的连接节点，其特征在于：单片碟形弹簧（21）的厚度为3-4mm，对应外径为54-72mm，根据空间情况及负荷、变形量的要求，确定组合碟形弹簧的片数和组合方式。

9.根据权利要求1~8任一项所述的具备减震性能的装配式钢结构与预制外挂墙板的连接节点，其特征在于：橡胶片（14）的主要成分为丁腈胶，厚度为4-8mm，用硫化机将橡胶片（14）硫化在第一钢板（4）、第二钢板（5）之间。

Images