CN112942570B - 框架柱、框架节点及全螺栓装配式框架结构体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种框架柱、框架节点及全螺栓装配式框架结构体系。其中框架柱由四个相同冷成型钢板拼装而成；所述冷成型钢板包括一角型部、位于角型部一侧的第一外伸边及位于角型部另一侧的槽型部；槽型部的外边为第二外伸边；所述冷成型钢板一侧与相邻的冷成型钢板在第一外伸边处连接，所述冷成型钢板另一侧与相邻的冷成型钢板在第二外伸边处连接；四个所述冷成型钢板相互连接后形成两个第一外伸边连接部、两个第二外伸边连接部及位于两个第二外伸边连接部两侧的四个凹槽。本发明实现现场全螺栓免焊连接，安装精度高；且构件为多肢组合，可以单肢叠合运输；框架柱采用多卷边组合柱，受力性能大大提高。

Description

框架柱、框架节点及全螺栓装配式框架结构体系

技术领域

本发明涉及装配式框架结构体系，特别是一种中高层全螺栓装配式框架结构体系。

背景技术

当今建筑需求和建造技术日益提升，对建筑布局、舒适性和合理性的生活品质要求的逐渐严格，现代建筑在结构体系上迎来了新的技术变革。因此，为推进和保障建筑行业的稳步发展，落实可持续发展理念，工业化、标准化和绿色环保已经成为建筑行业发展的重要路线。装配式结构是我国建筑结构发展的重要方向之一，它有利于我国建筑工业化的发展，提高生产效率节约能源，发展绿色环保建筑，并且有利于提高和保证建筑工程质量。因此，探究可达到更高预制率的装配式结构具有很大的研究价值。

当前钢结构建筑中，热轧钢结构应用较多，即构件采用热轧型钢及钢板组合构件，施工现场构件连接以焊接为主的结构形式。此类结构构件自重较大，现场焊接作业量大，且不易于运输和安装；在冷成型钢结构体系中，常见的轻钢龙骨体系属于分散承载体系，建筑空间布置不灵活，构件柔，节点刚度小，墙体性能受开窗等影响较大，一般不用于多层及高层建筑。因此，探究具有新型梁柱节点形式和梁柱截面形式的全螺栓装配式冷成型钢框架结构具有很大的研究价值。

发明内容

本发明提供一种框架柱、框架节点及全螺栓装配式框架结构体系，用以解决现有技术中的缺陷。

本发明实施例提供一种框架柱，由四个相同冷成型钢板拼装而成；所述冷成型钢板包括一角型部、位于角型部一侧的第一外伸边及位于角型部另一侧的槽型部；槽型部的外边为第二外伸边；所述冷成型钢板一侧与相邻的冷成型钢板在第一外伸边处连接，所述冷成型钢板另一侧与相邻的冷成型钢板在第二外伸边处连接；四个所述冷成型钢板相互连接后形成两个第一外伸边连接部、两个第二外伸边连接部及位于两个第二外伸边连接部两侧的四个凹槽。

本发明实施例还提供框架节点，包括框架柱和连接在框架柱上的框架梁，框架柱由四个相同冷成型钢板拼装而成；所述冷成型钢板包括一角型部、位于角型部一侧的第一外伸边及位于角型部另一侧的槽型部；槽型部的外边为第二外伸边；所述冷成型钢板一侧与相邻的冷成型钢板在第一外伸边处连接，所述冷成型钢板另一侧与相邻的冷成型钢板在第二外伸边处连接；四个所述冷成型钢板相互连接后形成两个第一外伸边连接部、两个第二外伸边连接部及位于两个第二外伸边连接部两侧的四个凹槽。

本发明实施例还提供一种全螺栓装配式钢框架结构体系，包括框架柱、框架梁、钢屋架和层间楼板；相邻框架柱通过与其垂直的框架梁相连接，框架柱顶部设置钢屋架，框架柱的底端设置柱脚与基础相连，每层的框架梁顶部设置层间楼板，所述框架柱由四个相同冷成型钢板拼装而成；所述冷成型钢板包括一角型部、位于角型部一侧的第一外伸边及位于角型部另一侧的槽型部；槽型部的外边为第二外伸边；所述冷成型钢板一侧与相邻的冷成型钢板在第一外伸边处连接，所述冷成型钢板另一侧与相邻的冷成型钢板在第二外伸边处连接；四个所述冷成型钢板相互连接后形成两个第一外伸边连接部、两个第二外伸边连接部及位于两个第二外伸边连接部两侧的四个凹槽。

本发明有以下有益效果：

本发明的框架柱由四个钢板拼装而成，具有四个外伸连接部和四个凹槽。四个钢板在外伸连接部通过高强螺栓进行拼装，使构件可以单肢叠合运输，提高运输效率，工地现场组合便利；框架柱采用闭口截面形式，增加立柱抗扭刚度，提高抗畸变性能，采用多卷边的形式减小了板件宽厚比，增加屈曲承载力和稳定性。框架柱间采用内套筒和十字节点板的形式进行连接以增加框架柱的长度，柱间节点采用高强螺栓连接，可随意拆卸，方便构件运输。

本发明的框架节点采用穿心十字节点板连接框架柱和框架梁，或者在穿心十字节点板的基础上增设斜撑来扩大节点区域，增加节点刚度。框架梁采用开口双肢C形梁或开口双肢Σ形梁，各肢构件通过填板连接。梁构件、节点区连接件和节点可随意拆换，更换方便，使用灵活。

本发明因实现了现场全螺栓免焊连接，故结构构件也可采用镀锌板、不锈钢或铝合金等多种金属材料，无需喷涂防腐涂料，绿色环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一种全螺栓装配式钢框架结构体系的整体结构示意图。

图2是本发明实施例一种冷成型钢多卷边闭合欧姆柱的示意图。

图3(a)是本发明实施例一种开口双肢C形梁的示意图。

图3(b)是本发明实施例一种开口双肢Σ形梁的示意图。

图4(a)是本发明实施例一种多卷边闭合欧姆柱与多卷边闭合欧姆柱的装配式连接节点的示意图。

图4(b)是图4(a)中柱间内套筒的示意图。

图4(c)是图4(a)中外角钢的示意图。

图5(a)是本发明实施例一种冷成型钢多卷边闭合欧姆柱与开口双肢C形梁强轴及弱轴装配式节点的示意图。

图5(b)是图5(a)中梁柱十字节点板示意图。

图6(a)是本发明实施例一种冷成型钢多卷边闭合欧姆柱与开口双肢Σ形梁强轴及弱轴装配式节点的示意图。

图6(b)是图6(a)中框架梁、斜撑、梁柱十字节点板和斜撑十字节点板的连接示意图；

图6(c)是图6(a)中梁柱十字节点板的示意图；

图6(d)是图6(a)中斜撑十字节点板的示意图；

图6(e)为图6(a)中斜撑连接件的示意图；

图6(f)为图6(a)中斜撑的示意图；

图7(a)是本发明实施例一种多卷边闭合欧姆柱与开口双肢C形水平梁及开口双肢C 形斜梁连接的示意图。

图7(b)是图7(a)中屋架十字节点板分解示意图。

图7(c)是图7(a)中C形梁的示意图。

图8(a)是本发明实施例一种多卷边闭合欧姆柱与开口双肢Σ形水平梁及开口双肢Σ形斜梁连接的示意图。

图8(b)是图8(a)中屋架十字节点板分解示意图。

图9(a)是本发明实施例一种多卷边闭合欧姆柱柱脚的示意图。

图9(b)是图9(a)中内套筒和底板的分解示意图。

附图标记：1、框架柱；1a、冷成型钢板；1b、卷边外伸；1c、垫板；2、框架梁；2a、 C形梁；2b、填板；2c、Σ形梁；2d、填板3、钢屋架；4、层间楼板；5、柱脚；5a、底板；5b、柱脚十字节点板；5c、柱脚内套筒；6、柱间内套筒；7、柱间十字节点板；8、外角钢；8a、肢背；8b、肢尖；9、梁柱十字节点板；10、斜撑十字节点板；11、斜撑；12、斜撑连接件；13、钢斜梁；13a、C形梁；13b、Σ形梁；14、屋架支撑；15、檩条；16、屋架十字节点板；16a、板件；16b、板件；17、封板；18、螺栓；19、螺栓。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例一种全螺栓装配式钢框架结构体系，包括框架柱1、框架梁2、钢屋架3和层间楼板4。相邻框架柱1通过与其垂直的框架梁2相连接，框架柱1顶部设置钢屋架3，框架柱1的底端设置柱脚5与基础相连，每层的框架梁2顶部设置层间楼板 4。

具体而言，如图2所示，本实施例框架柱1为冷成型钢多卷边闭合欧姆柱，由四个相同的两侧带有卷边外伸1b的冷成型钢板1a两两连接，形成闭合欧姆截面，且保持截面贯通。

每个冷成型钢板1a的结构如图2(b) 所示，包括一角型部1d、位于角型部一侧的第一外伸边及位于角型部另一侧的槽型部1e；槽型部的外边为第二外伸边。

四个冷成型钢板1a沿纵向方向上，每隔一定距离在两侧卷边外伸1b上各开设一个螺栓孔，通过垫板1c和螺栓18进行两两连接。垫板1c为矩形钢板，放置于两个冷成型钢板1a的卷边外伸1b之间，垫板1c两侧紧贴卷边外伸1b内侧，宽度与卷边外伸1b相同，中间开设螺栓孔。

具体地，如图3(a) 所示，本实施例所述的框架梁2可为开口双肢C形梁，包括两个腹板相背对称放置的C形梁2a，两个C形梁2a通过腹板之间的填板2b进行连接。所述填板 2b为矩形钢板，两侧紧贴C形梁2a腹板，高度与C形梁2a高度相同，沿C形梁2a长度方向每隔一定距离设置填板2b。填板2b与C形梁2a通过螺栓18连接。

进一步地，如图3(b) 所示，本实施例所述框架梁2为开口双肢Σ形梁2c，包括两个腹板相背对称放置的Σ形梁2c，两个Σ形梁2c通过腹板之间的填板2d进行连接。所述填板2d为矩形钢板，两侧紧贴Σ形梁2c腹板，高度与Σ形梁2c高度相同，沿Σ形梁2c长度方向每隔一定距离设置填板2d。填板2d与Σ形梁2c通过螺栓18连接。

更进一步地，如图4所示，本实施例所述单个框架柱1自相上下连接时，设置柱间内套筒6、柱间十字节点板7和四个外角钢8。四个冷成型钢板1a的卷边外伸1b之间的空隙中内插柱间十字节点板7，在卷边外伸1b位置处进行螺栓18连接。柱间内套筒6外轮廓与框架柱1内轮廓相似，柱间内套筒6外侧紧贴框架柱1内侧，四个外角钢8分别设置在框架柱1的四个角部，外角钢8内侧紧贴框架柱1外侧。在外角钢8的肢背8a和肢尖8b 位置处对柱间内套筒6、框架柱1和外角钢8进行螺栓19连接。所述柱间内套筒6和柱间十字节点板7在工厂预制为一整体。所述柱间内套筒6、柱间十字节点板7和四个外角钢 8沿纵向关于框架柱1交接面对称。

更进一步地，如图5所示，本实施例所述框架柱1和框架梁2通过梁柱十字节点板9和螺栓19进行连接，框架柱1内插梁柱十字节点板9，在冷成型钢板1a的卷边外伸1b位置处进行螺栓18连接。所述梁柱十字节点板9，在有框架梁2的方向上梁柱十字节点板9 的板件加长，伸入C形梁2a的腹板间隔中，梁柱十字节点板9的板件两侧紧贴C形梁2a 腹板，并进行螺栓16连接。

更进一步地，如图6所示，本实施例所述框架柱1和框架梁2通过梁柱十字节点板9、两个斜撑十字节点板10、斜撑11、斜撑连接件12和螺栓18进行连接。所述梁柱十字节点板9置于梁柱节点核心区，框架柱1内插梁柱十字节点板9，在冷成型钢板1a的卷边外伸 1b位置处进行螺栓19连接，在有框架梁2的方向上梁柱十字节点板9的板件加长，伸入Σ形梁2c 的腹板间隔中，梁柱十字节点板9的板件两侧紧贴Σ形梁2c 腹板，并进行螺栓 18连接。

更进一步地，如图1所示，本实施例所述钢屋架3，包括钢斜梁13、屋架支撑14和檩条15。钢斜梁13与下部框架梁柱结构连接。

更进一步地，如图7所示，本实施例所述钢斜梁13与框架梁2的结构相同，包括两个腹板相背对称放置的C形梁13a，与框架梁2和框架柱1通过屋架十字节点板16进行螺栓18连接。所述屋架十字节点板16，在梁柱十字节点板9结构的基础上，将与钢斜梁13 在同一平面的节点板板件16a在高度方向上延伸，伸入C形梁13a的腹板间隔中，板件16a 两侧紧贴C形梁13a腹板，并进行螺栓18连接。框架柱1柱顶用封板17封口。

更进一步地，如图8所示，本实施例所述钢斜梁13与框架梁2的结构相同，包括两个腹板相背对称放置的Σ形梁13b，与框架梁2和框架柱1通过屋架十字节点板16进行螺栓18连接。所述屋架十字节点板16，在梁柱十字节点板9结构的基础上，将与钢斜梁13 在同一平面的节点板板件16b在高度方向上延伸，伸入钢斜梁13的腹板间隔中，板件16b 两侧紧贴钢斜梁13腹板，并进行螺栓18连接。

更进一步地，如图9所示，本实施例所述框架柱1的底端设置柱脚5，所述柱脚5包括底板5a、柱脚十字节点板5b和柱脚内套筒5c。框架柱1的底部内插柱脚十字节点板5b，在冷成型钢板1a的卷边外伸1b位置处进行螺栓16连接。柱脚内套筒5c外轮廓与框架柱 1内轮廓相似，柱脚内套筒5c外侧紧贴框架柱1内侧，在框架柱1的四个角部与柱脚内套筒5c进行螺栓19连接。述底板5a为长方形钢板，底板5a、柱脚十字节点板5b和柱脚内套筒5c在工厂焊接为一整体。

更进一步地，如图1所示，本实施例所述层间楼板4可采用蒸压轻质加气混凝土板。

更进一步地，如图9所示，本实施例所述螺栓18是高强度螺栓，需与螺母配合使用。

更进一步地，如图9所示，本实施例所述螺栓19采用单边螺栓或内套筒预攻丝螺栓连接。

在本发明的描述中，需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明的结构体系所采用的材料不仅仅局限于钢材，采用镀锌板、不锈钢、铝合金、铜、木方或其他可施行的材料，均属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“穿心”“底部”“顶部”“外伸”“上下”“纵向”“长度方向”“高度方向”“角部”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“矩形”“Σ形”“C形”等仅为了便于描述，而不是指示或暗示所指的结构或构件必须具有的特定形式，凡是可采用本发明公布的新型连接节点的所有其他构件形式，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种框架柱（1），其特征在于：由四个相同冷成型钢板（1a）拼装而成；所述冷成型钢板（1a）包括一角型部、位于角型部一侧的第一外伸边及位于角型部另一侧的槽型部；槽型部的外边为第二外伸边；所述冷成型钢板（1a）一侧与相邻的冷成型钢板（1a）在第一外伸边处连接，所述冷成型钢板（1a）另一侧与相邻的冷成型钢板（1a）在第二外伸边处连接；四个所述冷成型钢板（1a）相互连接后形成两个第一外伸边连接部、两个第二外伸边连接部及位于两个第二外伸边连接部两侧的四个凹槽。

2.根据权利要求1所述的框架柱（1），其特征在于：在所述第一外伸边连接部和第二外伸边连接部均设置有垫板（1c），垫板（1c）分别位于两个第一外伸边和两个第二外伸边之间。

3.一种框架节点，包括框架柱（1）和连接在框架柱（1）上的框架梁（2），其特征在于：所述框架柱（1）由四个相同冷成型钢板（1a）拼装而成；所述冷成型钢板（1a）包括一角型部、位于角型部一侧的第一外伸边及位于角型部另一侧的槽型部；槽型部的外边为第二外伸边；所述冷成型钢板（1a）一侧与相邻的冷成型钢板（1a）在第一外伸边处连接，所述冷成型钢板（1a）另一侧与相邻的冷成型钢板（1a）在第二外伸边处连接；四个所述冷成型钢板（1a）相互连接后形成两个第一外伸边连接部、两个第二外伸边连接部及位于两个第二外伸边连接部两侧的四个凹槽。

4.一种全螺栓装配式钢框架结构体系，包括框架柱（1）、框架梁（2）、钢屋架（3）和层间楼板（4）；相邻框架柱（1）通过与其垂直的框架梁（2）相连接，框架柱（1）顶部设置钢屋架（3），框架柱（1）的底端设置柱脚（5）与基础相连，每层的框架梁（2）顶部设置层间楼板（4），其特征在于：所述框架柱（1）由四个相同冷成型钢板（1a）拼装而成；所述冷成型钢板（1a）包括一角型部、位于角型部一侧的第一外伸边及位于角型部另一侧的槽型部；槽型部的外边为第二外伸边；所述冷成型钢板（1a）一侧与相邻的冷成型钢板（1a）在第一外伸边处连接，所述冷成型钢板（1a）另一侧与相邻的冷成型钢板（1a）在第二外伸边处连接；四个所述冷成型钢板（1a）相互连接后形成两个第一外伸边连接部、两个第二外伸边连接部及位于两个第二外伸边连接部两侧的四个凹槽。

5.根据权利要求4所述的全螺栓装配式钢框架结构体系，其特征在于，所述框架梁（2）为开口双肢C形梁或开口双肢Σ形梁；

开口双肢C形梁包括两个腹板相背对称放置的C形梁（2a），两个C形梁（2a）通过腹板之间的填板（2b）进行连接；框架柱（1）和框架梁（2）通过梁柱十字节点板（9）和螺栓进行连接，框架柱（1）内插梁柱十字节点板（9），在冷成型钢板（1a）的卷边外伸（1b）位置处进行螺栓连接；所述梁柱十字节点板（9），在有框架梁（2）的方向上梁柱十字节点板（9）的板件加长，伸入C形梁（2a）的腹板间隔中，梁柱十字节点板（9）的板件两侧紧贴C形梁（2a）腹板，并进行螺栓连接；

所述开口双肢Σ形梁（2c），包括两个腹板相背对称放置的Σ形梁（2c），两个Σ形梁（2c）通过腹板之间的填板（2d）进行连接；框架柱（1）和框架梁（2）通过梁柱十字节点板（9）、两个斜撑十字节点板（10）、斜撑（11）、斜撑连接件（12）和螺栓进行连接；所述梁柱十字节点板（9）置于梁柱节点核心区，框架柱（1）内插梁柱十字节点板（9），在冷成型钢板（1a）的卷边外伸（1b）位置处进行螺栓连接，在有框架梁（2）的方向上梁柱十字节点板（9）的板件加长，伸入Σ形梁（2c）的腹板间隔中，梁柱十字节点板（9）的板件两侧紧贴Σ形梁（2c）腹板，并进行螺栓连接。

6.根据权利要求4所述的全螺栓装配式钢框架结构体系，其特征在于，单个框架柱（1）自相上下连接时，设置柱间内套筒（6）、柱间十字节点板（7）和四个外角钢（8）；四个冷成型钢板（1a）的卷边外伸（1b）之间的空隙中内插柱间十字节点板（7），在卷边外伸（1b）位置处进行螺栓连接；柱间内套筒（6）外轮廓与框架柱（1）内轮廓相似，柱间内套筒（6）外侧紧贴框架柱（1）内侧，四个外角钢（8）分别设置在框架柱（1）的四个角部，外角钢（8）内侧紧贴框架柱（1）外侧；在外角钢（8）的肢背（8a）和肢尖（8b）位置处对柱间内套筒（6）、框架柱（1）和外角钢（8）进行螺栓连接。

7.根据权利要求4所述的全螺栓装配式钢框架结构体系，其特征在于，所述钢屋架（3）包括钢斜梁（13）、屋架支撑（14）和檩条（15）；钢斜梁（13）与下部框架梁柱结构连接；所述钢斜梁（13）与框架梁（2）的结构相同，包括两个腹板相背对称放置的C形梁（13a），与框架梁（2）和框架柱（1）通过屋架十字节点板（16）进行螺栓连接；所述屋架十字节点板（16），在梁柱十字节点板（9）结构的基础上，将与钢斜梁（13）在同一平面的节点板板件（16a）在高度方向上延伸，伸入C形梁（13a）的腹板间隔中，板件（16a）两侧紧贴C形梁（13a）腹板，并进行螺栓连接；框架柱（1）柱顶设置用于封口的封板（17）。

8.根据权利要求7所述的全螺栓装配式钢框架结构体系，其特征在于，所述钢斜梁（13）与框架梁（2）的结构相同，包括两个腹板相背对称放置的Σ形梁（13b），与框架梁（2）和框架柱（1）通过屋架十字节点板（16）进行螺栓连接；所述屋架十字节点板（16），在梁柱十字节点板（9）结构的基础上，将与钢斜梁（13）在同一平面的节点板板件（16b）在高度方向上延伸，伸入钢斜梁（13）的腹板间隔中，板件（16b）两侧紧贴钢斜梁（13）腹板，并进行螺栓连接。

9.根据权利要求4所述的全螺栓装配式钢框架结构体系，其特征在于，框架柱（1）的底端设置柱脚（5）；所述柱脚（5）包括底板（5a）、柱脚十字节点板（5b）和柱脚内套筒（5c）；框架柱（1）的底部内插柱脚十字节点板（5b），在冷成型钢板（1a）的卷边外伸（1b）位置处进行螺栓（16）连接；柱脚内套筒（5c）外轮廓与框架柱（1）内轮廓相同或相似，柱脚内套筒（5c）外侧紧贴框架柱（1）内侧，在框架柱（1）的四个角部与柱脚内套筒（5c）进行螺栓连接。

10.根据权利要求9所述的全螺栓装配式钢框架结构体系，其特征在于，所述底板（5a）为长方形钢板；底板（5a）、柱脚十字节点板（5b）和柱脚内套筒（5c）在工厂预制为一整体。

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