CN112942571B - 一种框架柱、框架节点及全螺栓装配式框架结构体系 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种框架柱、框架节点及全螺栓装配式框架结构体系，提高装配式框架结构的节点刚度，方便装配式框架结构的安装。其中框架柱包括两块直边带波槽钢板和两块卷边带波槽钢板，两块直边带波槽钢板对称放置，两块卷边带波槽钢板对称设置，直边带波槽钢板和卷边带波槽钢板于卷边带波槽钢板的卷边处通过螺栓连接，形成带外伸边的矩形截面柱。本发明全螺栓装配式框架结构体系在现场全螺栓连接，安装精度高，无焊接变形，而且多肢组合的构件可以单肢叠合运输，大大提高运输效率。

Description

一种框架柱、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，特别是一种低层全螺栓装配式框架结构体系。

背景技术

随着建筑需求和建造技术的日益提升，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。装配式结构标准化建造则正是基于土木工程全寿命周期的可持续思想，对建筑进行标准一体化的设计、生产、施工、装修和管理，这能够提升建造对象的整体性能和建造效率，减少现场人工，实现节能减排的目标。在国内，随着社会进步以及环保观念的形成，传统建筑结构体系也逐步被装配式框架结构等新型建筑体系所代替，在多种节点连接形式中螺栓连接符合国家提倡的建筑装配式和工业化的发展理念。

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，提高装配式框架结构的节点刚度，方便装配式框架结构的安装。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种框架柱，包括：两块直边带波槽钢板和两块卷边带波槽钢板，两块直边带波槽钢板对称放置，两块卷边带波槽钢板对称设置，直边带波槽钢板和卷边带波槽钢板于卷边带波槽钢板的卷边处通过螺栓连接，形成带外伸边的矩形截面柱。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种框架节点，包括框架柱和连接在框架柱上的框架梁，所述框架柱包括：两块直边带波槽钢板和两块卷边带波槽钢板，两块直边带波槽钢板对称放置，两块卷边带波槽钢板对称设置，直边带波槽钢板和卷边带波槽钢板于卷边带波槽钢板的卷边处通过螺栓连接，形成带外伸边的矩形截面柱。

为解决上述技术问题，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；所述框架包括：两块直边带波槽钢板和两块卷边带波槽钢板，两块直边带波槽钢板对称放置，两块卷边带波槽钢板对称设置，直边带波槽钢板和卷边带波槽钢板于卷边带波槽钢板的卷边处通过螺栓连接，形成带外伸边的矩形截面柱。

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，四个钢板在外伸边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外角钢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。

本发明的框架节点由框架柱、框架梁、“X”形节点板、端板、翼缘加强盖板、槽钢连接件组成。框架柱在节点区域内插入“X”形节点板，框架梁通过梁端焊接的端板和翼缘加强盖板与框架柱的直边螺栓连接，框架梁通过槽钢连接件与框架柱的卷边凹处螺栓连接。框架梁采用开口双肢C形梁、开口双肢Σ形梁或者抱焊梁均可。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，有效地提高节点利用率。

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是图1中的一种框架柱示意图。

图3(a)是抱焊梁的示意图。

图3(b)是开口双肢Σ形梁的示意图。

图3(c)是开口双肢C形梁的示意图。

图4(a)是柱端连接的示意图。

图4(b)是图4(a)的分解示意图。

图4(c)是柱间内套筒的示意图。

图4(d)是外角钢的示意图。

图4(e)是矩形钢板的示意图。

图5(a)是装配式钢框架梁柱节点的示意图。

图5(b)是图5(a)去掉框架柱的示意图。

图6是“X”形节点板示意图。

图7(a)是抱焊梁的梁端连接翼缘加强盖板的示意图。

图7(b)是开口双肢Σ形梁的梁端连接翼缘加强盖板的示意图。

图7(c)是开口双肢C形梁的梁端连接翼缘加强盖板的示意图。

图8(a)是抱焊梁的梁端连接槽钢连接件的示意图。

图8(b)是开口双肢Σ形梁的梁端连接槽钢连接件的示意图。

图8(c)是开口双肢C形梁的梁端连接槽钢连接件的示意图。

图9(a)是槽钢连接件的示意图。

图9(b)是槽钢连接件的分解示意图。

图9(c)是槽钢连接件的分解示意图。

图10(a)是柱端连接柱脚示意图。

图10(b)是柱脚示意图。

附图标记：1、框架柱；1a、直边带波槽钢板；1b、卷边带波槽钢板；1c、外伸边；1d、垫板；2、框架梁；2a、C形梁；2b、填板；3、层间楼板；4、柱脚；4a、底板；4b、柱脚内套筒；4b-1、外伸边；5、抱焊梁；6、开口双肢Σ形梁；6a、Σ形梁；6b、填板；7、开口双肢C形梁；7a、C形梁；8、内套筒；8a、外伸边；9、外角钢；10、矩形钢板；11、矩形封口端板；12、梯形翼缘加强盖板；13、槽钢连接件；14、封板；14a-1、横向加劲肋；14b-1、横向加劲肋；14a-2、竖向加劲肋；15、梁柱“X”形节点板；15a、卷边外伸；16、螺栓；17、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。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，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。

下面结合附图对本发明实施例做进一步详细描述：

一种全螺栓装配式钢框架结构体系，如图1所示，本实施例所述的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和层间楼板3。相邻框架柱1通过与其垂直的框架梁2相连接，框架柱1的底端设置柱脚4与基础相连，每层的框架梁2顶部设置层间楼板3。本发明的优点是：1.现场全螺栓连接，安装精度高，无焊接变形；2.绿色环保，可以直接采用镀锌板或者不锈钢甚至铝合金，无需喷涂防腐涂料；3.多肢组合的构件可以单肢叠合运输，大大提高运输效率，工地现场组合便利；4.新型组合截面构件和节点构造方式的冷成型钢框架结构，能够满足6层及以下的低层钢结构建筑要求；5.空间布置灵活；6.本发明所提出的框架结构体系也可以直接采用钢、铝型材、铜、木方或其他材料，无需喷涂防腐涂料，绿色环保。

具体而言，如图2所示，本实施例框架柱1为新型冷成型钢多卷边闭合柱，由两块直边带波槽钢板1a和两块卷边带波槽钢板1b组成，相同钢板对称放置，直边带波槽钢板1a和卷边带波槽钢板1b于外伸边1c处连接，并保持截面贯通，形成带外伸边1c的矩形截面柱。四个冷成型钢板1a、1b、沿纵向方向上，每隔一定距离在外伸边1c上各开设一个螺栓孔，通过垫板1d和螺栓16进行连接。垫板1d为矩形钢板，放置于框架柱1外伸边1c之间，垫板1d两侧紧贴外伸边1c内侧，宽度与外伸边1c相同，中间开设螺栓孔。使用者先将两块直边带波槽钢板1a和两块卷边带波槽钢板1b对称放置于外伸边1c处通过垫板1d和螺栓16进行连接。这样可以避免进行现场焊接，同时保证框架柱1的整体性、强度、刚度和稳定性。

具体的，如图3所示，本实施例框架梁2可采用抱焊梁5、开口双肢Σ形梁6或开口双肢C形梁7。从而能够广泛适用于各种工程，具有一定的普适性。开口双肢Σ形梁6，包括两个腹板相背对称放置的Σ形梁6a，两个Σ形梁6a通过腹板之间的填板6b进行连接。填板6b为矩形钢板，两侧紧贴Σ形梁6a腹板，高度与Σ形梁6a高度相同，沿Σ形梁6a长度方向每隔一定距离设置填板6b。填板6b与Σ形梁6a通过螺栓16连接。同时保证框架梁2的整体性、强度、刚度和稳定性。

更进一步的，如图3和4所示，本实施例单个框架柱1自相上下连接时，设置高度一致的柱间内套筒8、四个外角钢9和四个矩形钢板10，且沿纵向关于框架柱1交接面对称。柱间内套筒8外轮廓与框架柱1内轮廓一致，且四个角部带有外伸边8a，柱间内套筒8外侧紧贴框架柱1内侧，柱间内套筒8的外伸边8a插入框架柱1的外伸边1c。四个外角钢9分别设置在框架柱1的四个角部，外角钢9外侧紧贴卷边带波槽钢板1b外侧。四个矩形钢板10分别设置在框架柱1的四个外伸边1c，矩形钢板10紧贴直边带波槽钢板1a外侧。在框架柱1的四个外伸边1c上设置螺栓16依次连接矩形钢板10、直边带波槽钢板1a、柱间内套筒8的外伸边8a、卷边带波槽钢板1b、外角钢9。在框架柱1的波槽两边设置螺栓17依次连接外角钢9或矩形钢板10、框架柱1、柱间内套筒8。柱间内套筒8、四个外角钢9和四个矩形钢板10，沿纵向关于框架柱1交接面对称栓接，可以起到良好的连接效果。

更进一步的，如图5和图6所示，本实施例框架柱1和框架梁2节点连接处，框架柱1内插梁柱“X”形节点板15。梁柱“X”形节点板15的四个板件带有卷边外伸15a，伸入框架柱1的外伸边1c中。在框架柱1和框架梁2节点连接处，在框架柱1的四个外伸边1c上设置螺栓16依次连接端板11、直边带波槽钢板1a、梁柱“X”形节点板15的卷边外伸15a、卷边带波槽钢板1b、槽钢连接件13翼缘。梁柱“X”形节点板15将槽钢连接件13和框架柱1的四个外伸边进行了有效连接。

更进一步的，如图7所示，本实施例框架梁2与框架柱1的直边带波槽钢板1a连接时，框架梁2的抱焊梁5、开口双肢Σ形梁6或开口双肢C形梁7端部焊接有矩形封口端板11，框架梁2端部的上下翼缘带有梯形翼缘加强盖板12，翼缘加强盖板12和端板11焊接在一起。框架梁2通过端板11与框架柱1的直边带波槽钢板1a螺栓16连接。端板11和加强盖板12可以有效防止在梁端产生屈曲和失稳，同时可以控制梁端位移。

更进一步的，如图8和图9所示，本实施例框架梁2与框架柱1的卷边带波槽钢板1b连接时，框架梁2的抱焊梁5、开口双肢Σ形梁6或开口双肢C形梁7通过槽钢连接件13与框架柱1的卷边带波槽钢板1b连接。槽钢连接件13外侧紧贴卷边带波槽钢板1b外侧。槽钢连接件13，在槽钢连接件13腹板上焊接工字形加劲肋此时框架梁2为开口双肢Σ形梁6或开口双肢C形梁7或焊接“＝”形加劲肋此时框架梁2为抱焊梁5。横向加劲肋14a-1、14b-1与框架梁2的翼缘螺栓16、17连接，竖向加劲肋14a-2伸入框架梁2的腹板间隔中，与腹板螺栓16连接。槽钢连接件13可以实现框架梁2与框架柱1的有效连接。

更进一步的，如图10所示，本实施例框架柱1的底端设置柱脚4，柱脚4包括底板4a和柱脚内套筒4b。所述柱脚内套筒4b外轮廓与框架柱1内轮廓一致，且四个角部带有外伸边4b-1，柱脚内套筒4b的外伸边4b-1插入框架柱1的外伸边1c，柱脚内套筒4b外侧紧贴框架柱1内侧。在框架柱1的四个外伸边1c上设置螺栓16依次连接直边带波槽钢板1a、柱脚内套筒4b的外伸边4b-1、卷边带波槽钢板1b。在直边带波槽钢板1a的波槽两边设置螺栓17连接柱脚内套筒4b，在卷边带波槽钢板1b的波槽两边设置螺栓17连接柱脚内套筒4b。所述底板4a为长方形钢板，底板4a和柱脚内套筒4b在工厂焊接为一整体。柱脚4保证了整个装配式钢框架与地面进行了良好的连接。

更进一步的，如图10所示，本实施例所述的层间楼板3采用蒸压轻质加气混凝土板。

更进一步的，螺栓16是高强度螺栓，需与螺母配合使用。

更进一步的，螺栓17采用单边螺栓或内套筒预攻丝螺栓连接。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种框架柱（1），其特征在于，包括：两块直边带波槽钢板（1a）和两块卷边带波槽钢板（1b），两块直边带波槽钢板（1a）对称放置，两块卷边带波槽钢板（1b）对称设置，直边带波槽钢板（1a）和卷边带波槽钢板（1b）于卷边带波槽钢板（1b）的卷边处通过螺栓连接，形成带外伸边（1c）的矩形截面柱；框架柱（1）的直边带波槽钢板（1a）通过螺栓与待安装的框架梁（2）的端板（11）连接；框架柱（1）的卷边带波槽钢板（1b）通过槽钢连接件（13）与待安装的框架梁（2）连接；框架柱（1）的四个外伸边（1c）上设置螺栓依次连接待安装框架梁（2）的端板（11）、直边带波槽钢板（1a）、卷边带波槽钢板（1b）、槽钢连接件（13）翼缘。

2.根据权利要求1所述的框架柱（1），其特征在于：直边带波槽钢板（1a）和卷边带波槽钢板（1b）的连接处设置有垫板（1d）。

3.根据权利要求2所述的框架柱（1），其特征在于：所述垫板（1d）为矩形钢板，垫板（1d）两侧紧贴外伸边（1c）内侧，宽度与外伸边（1c）相同，中间开设螺栓孔。

4.一种框架节点，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）包括：两块直边带波槽钢板（1a）和两块卷边带波槽钢板（1b），两块直边带波槽钢板（1a）对称放置，两块卷边带波槽钢板（1b）对称设置，直边带波槽钢板（1a）和卷边带波槽钢板（1b）于卷边带波槽钢板（1b）的卷边处通过螺栓连接，形成带外伸边（1c）的矩形截面柱。

5.根据权利要求4所述的框架节点，其特征在于，框架梁（2）与框架柱（1）的直边带波槽钢板（1a）连接时，所述框架梁（2）端部焊接有矩形封口端板（11），框架梁（2）端部的上下翼缘带有梯形翼缘加强盖板（12），翼缘加强盖板（12）和端板（11）焊接在一起；框架梁（2）通过端板（11）与框架柱（1）的直边带波槽钢板（1a）螺栓连接；

框架梁（2）与框架柱（1）的卷边带波槽钢板（1b）连接时，所述框架梁（2）通过槽钢连接件（13）与框架柱（1）的卷边带波槽钢板（1b）连接；槽钢连接件（13）外侧紧贴卷边带波槽钢板（1b）外侧；

在框架柱（1）和框架梁（2）节点连接处，框架柱（1）内插梁柱“X”形节点板（15）；梁柱“X”形节点板（15）的四个板件带有卷边外伸（15a），伸入框架柱（1）的外伸边（1c）中；

在框架柱（1）和框架梁（2）节点连接处，在框架柱（1）的四个外伸边（1c）上设置螺栓依次连接端板（11）、直边带波槽钢板（1a）、梁柱“X”形节点板（15）的卷边外伸（15a）、卷边带波槽钢板（1b）、槽钢连接件（13）翼缘。

6.根据权利要求5所述的框架节点，其特征在于，所述框架梁（2）为抱焊梁（5）、开口双肢Σ形梁（6）或开口双肢C形梁（7）；

所述开口双肢Σ形梁（6），包括两个腹板相背对称放置的Σ形梁（6a），两个Σ形梁（6a）通过腹板之间的填板（6b）进行连接；

所述开口双肢C形梁（7），包括两个腹板相背对称放置的C形梁（7a），其与其他构件的连接和开口双肢Σ形梁（6）完全相同。

7.根据权利要求5所述的框架节点，其特征在于，所述槽钢连接件（13），在槽钢连接件（13）腹板上焊接有加劲肋，加劲肋的形式为适配于开口双肢Σ形梁（6）或开口双肢C形梁（7）安装的工字形加劲肋或适配于抱焊梁（5）安装的 “=”形加劲肋；工字形加劲肋的横向加劲肋（14a-1）与框架梁（2）的翼缘螺栓连接，工字形加劲肋的竖向加劲肋（14a-2）伸入框架梁（2）的腹板间隔中，与腹板螺栓连接。

8.根据权利要求6所述的框架节点，其特征在于，所述填板（6b）为矩形钢板，两侧紧贴Σ形梁（6a）腹板，高度与Σ形梁（6a）高度相同，沿Σ形梁（6a）长度方向每隔一定距离设置填板（6b）；填板（6b）与Σ形梁（6a）通过螺栓连接。

9.一种全螺栓装配式钢框架结构体系，包括框架柱、框架梁和层间楼板；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；其特征在于：所述框架柱（1）包括：两块直边带波槽钢板（1a）和两块卷边带波槽钢板（1b），两块直边带波槽钢板（1a）对称放置，两块卷边带波槽钢板（1b）对称设置，直边带波槽钢板（1a）和卷边带波槽钢板（1b）于卷边带波槽钢板（1b）的卷边处通过螺栓连接，形成带外伸边（1c）的矩形截面柱。

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，

单个框架柱（1）自上下连接时，设置柱间内套筒（8）、四个外角钢（9）和四个矩形钢板（10），且沿纵向关于框架柱（1）交接面对称；

所述柱间内套筒（8）外轮廓与框架柱（1）内轮廓一致，且四个角部带有外伸边（8a），柱间内套筒（8）外侧紧贴框架柱（1）内侧，柱间内套筒（8）的外伸边（8a）插入框架柱（1）的外伸边（1c）；

所述四个外角钢（9）分别设置在框架柱（1）的四个角部，外角钢（9）外侧紧贴卷边带波槽钢板（1b）外侧；

所述四个矩形钢板（10）分别设置在框架柱（1）的四个外伸边（1c），矩形钢板（10）紧贴直边带波槽钢板（1a）外侧；

在框架柱（1）的四个外伸边（1c）上设置螺栓依次连接矩形钢板（10）、直边带波槽钢板（1a）、柱间内套筒（8）的外伸边（8a）、卷边带波槽钢板（1b）、外角钢（9）；在框架柱（1）的波槽两边设置螺栓依次连接外角钢（9）或矩形钢板（10）、框架柱（1）、柱间内套筒（8）。

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