CN113062458B - 一种锚具及带有锚具的木结构连接节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开的是建筑工程木结构领域的一种锚具及带有锚具的木结构连接节点，包括锚杯、钢楔和止退件，所述锚杯的内壁为喇叭口形，并在开口较大的一端设有第一连接部，所述钢楔为楔形钢板，所述止退件为板状结构或外形与锚杯开口较大的一端相匹配的盖状结构，所述止退件边缘设有可与第一连接部相连接的第二连接部。采用该锚具，可通过钢楔在锚杯约束下对木梁端部进行扩头和挤密，从而将木梁端部与锚杯连接起来，进而可通过锚具将木梁与木柱各个锚杯连接起来实现强节点，实现原木、方木、和胶合木制作的木框架结构的受拉节点、受压节点、受弯节点、受压弯节点、受拉弯节点、受剪节点的强连接，从而提高木结构连接的可靠性。

Description

一种锚具及带有锚具的木结构连接节点

技术领域

本发明涉及建筑工程木结构领域，尤其涉及一种锚具及带有锚具的木结构连接节点。

背景技术

木材是一种生物质材料，不可焊、也不可浇筑，目前，木结构连接节点还无法做到强节点，这些节点往往是结构的薄弱部位。很多构件的尺寸并不是由构件的受力情况决定，而是由连接处的构造决定，大约80％的木结构失效起源于节点连接的破坏。以榫卯和螺栓-内填板为主用于木框架结构的节点都是弱节点。用弱节点连接的木框架初始刚度小、抗侧性能不足，这些因素限制了木框架结构在建筑结构设计中的应用。用强节点连接的木框架抗侧刚度大，节点的强度大于构件，能充分利用材料的强度和节约材料。如果节点能实现强连接，木框架结构一定会像混凝土框架或者钢框架一样大量应用，这样就更容易实现大开间，有利于建筑空间灵活布置。为了实现木框架强节点连接和木框架抗侧结构体系以及实现木网架、木桁架强节点连接，有必要提出一种适用于木结构的强节点连接方式。

发明内容

为克服现有木结构连接不能实现强节点、木框架结构不能作为抗侧结构单独用于设计以及木材浪费严重等问题，本发明所要解决的技术问题是：提供一种可用于木结构连接的锚具及带有锚具的木结构连接节点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种锚具，包括锚杯、钢楔和止退件，所述锚杯内壁为喇叭口形，并在开口较大的一端设有第一连接部，所述钢楔为楔形钢板，所述止退件为板状结构或外形与锚杯内开口较大的一端相匹配的盖状结构，所述止退件边缘设有可与第一连接部相连接的第二连接部。

进一步的是，所述锚杯从开口较小的一端到开口较大一端分别为过渡区、挤密区和止退区，挤密区为喇叭口形，过渡区和止退区分别为与挤密区两端开口尺寸相同的直筒形，所述第一连接部设置在止退区，所述止退件的外形与止退区内开口相适应。

进一步的是，所述锚杯的外壁或端部还设有连接区，所述连接区上设有第三连接部。

进一步的是，所述钢楔包括独立的楔形钢板、圆锥、方锥、多块楔形钢板并列或交叉设置在一起的矩形钢楔以及在一块钢环的外壁上设置多块楔形钢板的圆形钢楔。

进一步的是，所述止退件在背离锚杯的一侧设有第四连接部。

进一步的是，所述第一连接部、第二连接部、第三连接部和第四连接部上的连接结构为卡扣结构、螺纹结构或通孔结构。

一种带有锚具的木结构连接节点，包括上述的锚具，还包括木柱和木梁，所述锚具包括柱下锚具、柱上锚具和梁端锚具，分别安装在木柱底部、木柱顶部以及木梁端部，所述柱上锚具的顶部和侧面均设有第三连接部，可分别与柱下锚具和梁端锚具的第三连接部相连。

进一步的是，所述柱上锚具的锚杯两端均设有安装板，两个安装板之间设有肋板，所述安装板和肋板的边缘设有木梁安装孔，靠近锚杯止退区的安装板的中部设有木柱安装孔，所述柱下锚具和梁端锚具的第三连接部上设有安装孔，并分别与木柱安装孔和木梁安装孔通过螺栓连接。

进一步的是，所述柱下锚具的第三连接部为设置在锚杯止退区端部的法兰结构，在该法兰结构上均布有安装孔，并通过螺栓与木柱安装孔相连。所述柱下锚具的锚杯外侧可以根据需要设置加劲肋，以提高柱下锚具的刚度。

进一步的是，所述梁端锚具的第三连接部为设置在锚杯的上下两侧的翼板，翼板向外延伸，与止退件上竖直设置的第四连接部的竖板形成工字形的组合连接部，所述组合连接部上设有安装孔，并通过螺栓和翼缘连接板和腹板连接板组成的工字形连接件与柱上锚具的木梁安装孔相连。所述梁端锚具的第三连接部的翼板和止退件上竖直设置的的竖板可以通过焊接形成工字形组合连接部，也可以通过角钢栓接形成工字形组合连接部。所述梁端锚具的锚杯外侧可以根据需要设置加劲肋，以提高梁端锚具的刚度。

进一步的是，所述柱上锚具和柱下锚具的止退件可以一体化制作，以提高柱上锚具和柱下锚具之间的抗剪能力，一体化制作的止退件高度为柱上锚具和柱下锚具的止退件高度之和，其它参数不变。

本发明的有益效果是：

1、采用该锚具，可通过钢楔在锚杯约束下对木梁端部进行扩头和挤密，有利于提高木梁扩头部分木材的抗拉强度，有利于增强木梁扩头部分木材与锚杯壁的摩擦，增大传递拉力的能力，同时锚具连接避免了削弱木梁端部的截面面积，止退件可以避免连接松动，并且这种连接安装非常方便，事先无须对木梁端部作开缝、打孔、出榫加工，只需要压入钢楔就可以将木梁端部与锚杯连接起来；

2、采用钢结构的锚具，可将木梁与木柱各个锚杯连接起来实现强节点，只需对柱上锚具的锚杯根据实际连接构件的多少相应改变就能实现木框架中节点和边节点的连接，柱下锚具既适用于上层柱下端连接也适用于首层柱与混凝土基础连接，通用性强，可以实现原木、方木、和胶合木制作的木框架结构的受拉节点、受压节点、受弯节点、受压弯节点、受拉弯节点、受剪节点的强连接，从而提高木结构连接的可靠性。

附图说明

图1是锚具结构示意图。

图2是用于方杆的锚具结构示意图。

图3是用于圆杆的锚具结构示意图。

图4是用于方柱的连接节点。

图5是用于圆柱的连接节点。

图6是用于方柱的柱下锚具结构示意图。

图7是用于方柱柱上锚具结构示意图。

图8是梁端锚具结构示意图。

图9是用于圆柱的柱下锚具结构示意图。

图10是用于圆柱柱上锚具结构示意图。

图中标记为，1-锚杯，2-钢楔，3-止退件，4-木柱，5-木梁，6-柱下锚具，7-柱上锚具，8-梁端锚具，9-工字形连接件，11-第一连接部，12-第三连接部，21-楔形钢板，22-圆锥，23-方锥，24-矩形钢楔，25-圆形钢楔，31-第二连接部，32-第四连接部，61-法兰结构，71-安装板，72-肋板，73-木梁安装孔，74-木柱安装孔，81-翼板，82-竖板，1-1：过渡区，1-2：挤密区，1-3：止退区，1-4：连接区。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明所提供的一种锚具，包括锚杯1、钢楔2和止退件3，所述锚杯1内壁为喇叭口形，并在开口较大的一端设有第一连接部11，所述钢楔2为楔形钢板，所述止退件3为板状结构或外形与锚杯1内开口较大的一端相匹配的盖状结构，所述止退件3边缘设有可与第一连接部11相连接的第二连接部31。

其中，锚杯1的径向截面可以是圆形或方形，适用不同形状的木梁、木网架或木桁架的杆件，开口较小端的截面尺寸与木梁、木网架或木桁架的杆件相当，大端则根据木梁、木网架或木桁架的杆件扩头后的尺寸设计，材料可选用铸钢、不锈钢或铝合金等。所述钢楔2的尺寸不大于木梁截面尺寸，锥度不能太大，避免引起木梁撕裂。所述止退件3的形状结构不限定，只要能挡在锚杯1的大端开口处即可，但最好是采用盖状结构，可增强连接结构的安全性。

该锚具的使用过程是：首先将锚杯1从小端套入木梁，并使木梁端部与锚杯1大端平齐或低于大端，然后在木梁端部压入钢楔2，促使木梁端部被扩头，随着钢楔2的压入以及锚杯1的约束，使木梁最终被压紧在锚杯1内，最后在锚杯1端部安装止退件3，对钢楔2进行阻挡，避免钢楔2倒退，从而实现锚具与木梁的稳定连接。锚具连接避免了削弱木梁端部的截面面积，止退件可以避免连接松动，并且这种连接安装非常方便，事先无须对木梁端部作开缝、打孔、出榫加工。

对于锚杯1，进一步的方案是，所述锚杯1从开口较小的一端到开口较大一端分别为过渡区1-1、挤密区1-2和止退区1-3，挤密区1-2为喇叭口形，过渡区1-1和止退区1-3分别为与挤密区1-2两端开口尺寸相同的直筒形，在各区的连接部位采用圆弧过渡，所述第一连接部11设置在止退区1-3，所述止退件3的外形与止退区1-3开口相适应。其中，过渡区1-1便于锚杯1在木梁上的安装定位，同时避免木材在锚杯1小端产生较大的剪切力。挤密区1-2用于木梁的扩头和挤密。止退区1-3便于留出空间与止退件连接。

在木梁端部设置锚具后，在木结构的组装过程中，可通过连接板对各锚杯1进行焊接从而实现木结构连接，但该方式不符合装配式结构理念，且有可能操作不当导致木材点燃或者碳化。优选方案是，在所述锚杯1的外壁或端部还设有连接区1-4，所述连接区1-4上设有第三连接部12。通过第三连接部12即可与其它锚具或外部连接结构相连，从而提高锚具的实用性。

对于钢楔2，本申请提供了多种类型，包括独立的楔形钢板21、圆锥22、方锥23、多块楔形钢板并列或交叉设置在一起的矩形钢楔24以及在一块钢环上设置多块楔形钢板的圆形钢楔25，该圆形钢楔25的钢环可由3块1/3环形钢楔或4块1/4环形钢楔组成。如图2、图3所示，不同钢楔具有不同应用场景，比如对截面为矩形，横截面面积较大的木梁，可以间隔压入多个楔形钢板21；对截面为矩形，且横截面面积较小的木网架、木桁架的杆件，可在中部压入一块方锥23；对于截面为圆形，且面积较小的木网架、木桁架的杆件，可在中部压入一块圆锥22；对于截面为矩形，且面积较大的木柱，可一次性压入一块矩形钢楔24，方便快捷；同样，对于截面为圆形，且面积较大的木柱，可一次性压入一块圆形钢楔25。

对于止退件3，进一步的方案是，所述止退件3在背离锚杯1的一侧设有第四连接部32。虽然止退件3的主要作用是为了避免钢楔2松动，但由于其与锚杯1固定连接，因此仍然可以作为与外部结构相连的部件，特别对于一些尺寸较小，不方便在锚杯1上设置第三连接部12的，或是第三连接部12结构强度不足的，可以通过第四连接部32进行连接。比如截面较小的木网架、木桁架的连接，可以采用如图2、图3所示的设置在止退件3上的连接板或连接框作为第四连接部32进行木桁架连接。

由于结构之间的连接形式多种多样，因此本申请为适应不同应用场景，所述第一连接部11、第二连接部31、第三连接部12和第四连接部32上的连接结构可以为卡扣结构、螺纹结构或通孔结构。各连接部上的连接结构应相互匹配，比如第一连接部上设置内螺纹，则第二连接部需设置外螺纹；比如第一连接部为卡扣，则第二连接部应为与该卡扣相匹配的卡勾；比如某个锚具的第三连接部为设置在板上的通孔，则另一个与之相连的锚具的第三连接部也应在对应位置设置通孔，便于利用穿过通孔的螺栓或螺钉进行连接。

如图4、图5所示，采用上述锚具进行连接的木结构连接节点，包括上述的锚具，还包括木柱4和木梁5，所述锚具包括柱下锚具6、柱上锚具7和梁端锚具8，分别安装在木柱4底部、木柱4顶部以及木梁5端部，所述柱上锚具7的顶部和侧面均设有第三连接部，可分别与柱下锚具6和梁端锚具8的第三连接部相连。

具体使用过程是：木柱4先与所述柱下锚具6和柱上锚具7相连，形成带锚具的柱，木梁5先与所述梁端锚具8相连，形成带锚具的梁，然后将带锚具的梁和柱连接起来形成连接节点。柱上端锚具7的锚杯根据实际连接构件的多少相应改变就能实现木框架中节点和边节点的连接，柱下锚具6既适用于上层柱下端连接也适用于首层柱与混凝土基础连接，通用性强。钢锚具连接既适用于方柱框架，也适用于圆柱框架。钢锚具连接可以实现原木、方木、和胶合木制作的木框架结构的受拉节点、受压节点、受弯节点、受压弯节点、受拉弯节点、受剪节点强连接。

对于柱上锚具7的具体结构，本申请提供了两个具体实施例，分别针对方柱和圆柱，如图7、图10所示，所述柱上锚具7的锚杯两端均设有安装板71，两个安装板71之间设有肋板72，所述安装板71和肋板72的边缘设有木梁安装孔73，靠近锚杯止退区的安装板71的中部设有木柱安装孔74，所述柱下锚具6和梁端锚具8的第三连接部上设有安装孔，并分别与木柱安装孔74和木梁安装73孔通过螺栓连接。两个安装板71和中间的肋板72形成类似工字钢的结构，可大大增加连接节点的结构强度，提高柱与梁的稳定连接。此外，还可以在两个安装板71之间除安装部位之外的地方再设置一些加劲肋，以提高柱上锚具7的刚度。

对于柱下锚具6，如图6、图9所示，为了与柱上锚具7相配合，所述柱下锚具6的第三连接部为设置在锚杯止退区端部的法兰结构61，在该法兰结构61上均布有安装孔，安装时，先将法兰结构61平放在柱上锚具7上方的安装板71上，并使安装孔与木柱安装孔74对齐，最后通过螺栓将法兰结构61与安装板71固定连接。采用法兰式的第三连接部，可增大上下两根木柱的接触面积，提高连接的可靠性。对于柱下锚具，可以根据需要设置一些加劲肋，以提高柱下锚具的刚度。

对于柱上锚具7和柱下锚具6的止退件可以一体化制作，以提高柱上锚具7和柱下锚具6之间的抗剪能力，一体化制作的止退件高度为柱上锚具7和柱下锚具6的止退件高度之和，其它参数不变。

对于梁端锚具8，如图8所示，同样为了与柱上锚具7的工字形第三连接部相适应，所述梁端锚具8的第三连接部为设置在锚杯的上下两侧的翼板81，翼板81向外延伸，与止退件上竖直设置的第四连接部的竖板82形成工字形的组合连接部，所述组合连接部上设有安装孔，并通过螺栓和工字形连接件9与柱上锚具7的木梁安装孔73相连。所述梁端锚具8的第三连接部的翼板81和止退件上的竖板82可以通过焊接形成工字形组合连接部，也可以通过角钢栓接形成工字形组合连接部。对于梁端锚具8，可以根据需要设置一些加劲肋，以提高梁端锚具8的刚度。

Claims (8)

1.一种带有锚具的木结构连接节点，其特征是：包括锚具，所述锚具包括锚杯(1)、钢楔(2)和止退件(3)，所述锚杯(1)内壁为喇叭口形，并在开口较大的一端设有第一连接部(11)，所述钢楔(2)为楔形钢板，所述止退件(3)为板状结构或外形与锚杯(1)开口较大的一端相匹配的盖状结构，所述止退件(3)边缘设有可与第一连接部(11)相连接的第二连接部(31)，所述锚杯(1)的外壁或端部还设有连接区(1-4)，所述连接区(1-4)上设有第三连接部(12)，还包括木柱(4)和木梁(5)，所述锚具包括柱下锚具(6)、柱上锚具(7)和梁端锚具(8)，分别安装在木柱(4)底部、木柱(4)顶部以及木梁(5)端部，所述柱上锚具(7)的顶部和侧面均设有第三连接部，可分别与柱下锚具(6)和梁端锚具(8)的第三连接部相连。

2.如权利要求1所述的带有锚具的木结构连接节点，其特征是：所述锚杯(1)从开口较小的一端到开口较大一端分别为过渡区(1-1)、挤密区(1-2)和止退区(1-3)，挤密区(1-2)为喇叭口形，过渡区(1-1)和止退区(1-3)分别为与挤密区(1-2)两端开口尺寸相同的直筒形，所述第一连接部(11)设置在止退区(1-3)，所述止退件(3)的外形与止退区(1-3)开口相适应。

3.如权利要求1所述的带有锚具的木结构连接节点，其特征是：所述钢楔(2)包括独立的楔形钢板(21)、圆锥(22)、方锥(23)、多块楔形钢板并列或交叉设置在一起的矩形钢楔(24)以及在一块钢环外壁上设置多块楔形钢板的圆形钢楔(25)。

4.如权利要求1所述的带有锚具的木结构连接节点，其特征是：所述止退件(3)在背离锚杯(1)的一侧设有第四连接部(32)。

5.如权利要求4所述的带有锚具的木结构连接节点，其特征是：所述第一连接部(11)、第二连接部(31)、第三连接部(12)和第四连接部(32)上的连接结构为卡扣结构、螺纹结构或通孔结构。

6.如权利要求1所述的带有锚具的木结构连接节点，其特征是：所述柱上锚具(7)的锚杯两端均设有安装板(71)，两个安装板(71)之间设有肋板(72)，所述安装板(71)和肋板(72)的边缘设有木梁安装孔(73)，靠近锚杯止退区的安装板(71)的中部设有木柱安装孔(74)，所述柱下锚具(6)和梁端锚具(8)的第三连接部上设有安装孔，并分别与木柱安装孔(74)和木梁安装孔(73)通过螺栓连接。

7.如权利要求6所述的带有锚具的木结构连接节点，其特征是：所述柱下锚具(6)的第三连接部为设置在锚杯止退区端部的法兰结构(61)，在该法兰结构(61)上均布有安装孔，可通过螺栓与木柱安装孔(74)相连。

8.如权利要求6所述的带有锚具的木结构连接节点，其特征是：所述梁端锚具(8)的第三连接部为设置在锚杯上下两侧的翼板(81)，翼板(81)向外延伸，与止退件上的竖板(82)形成工字形的组合连接部，所述组合连接部上设有安装孔，可通过螺栓和一工字形连接件(9)与柱上锚具(7)的木梁安装孔(73)相连。

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