CN113417384B - 一种钢框架结构外挂墙板的连接节点 - Google Patents

一种钢框架结构外挂墙板的连接节点 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢框架结构外挂墙板的连接节点,包括上连接节点和下连接节点;其中上连接节点包括结构梁、外挂墙板下端、第一角钢、第一预埋件、杯型减振装置;下连接节点包括结构梁、外挂墙板上端、第二角钢、第二预埋件。本发明既可保证外挂墙板的安全可靠,还可保证外挂墙板与主体结构之间的变形协调,具有构造简单、施工方便的优点。

Description

一种钢框架结构外挂墙板的连接节点
技术领域
本发明属于外挂墙板的连接领域,尤其涉及一种钢框架结构外挂墙板的连接节点。
背景技术
随着住房需求的增长,建筑总量也在不断增加,能耗问题日益严峻,而围护结构所占建筑耗能约为建筑整体能耗的85%~99%,因此对围护结构进行革新是实现建筑节能的有效途径。外挂墙板作为一种重要的围护结构,由于其保温层在内部,不仅能起到防火、防腐蚀的作用,也更易于工厂预制,实现保温装饰一体化,符合国家大力推广装配式建筑的趋势。连接件作为连接外挂墙板各层的构件,对墙体整体性能的提高起到至关重要的作用。本文首先对不同形式连接件展开调研:在现有连接装置中,存在不便安装固定及实用性弱等问题,而在实际生活中,时常由于墙板重量大导致安装不便,降低了安装效率和安装质量;同时由于墙板的平整度不便调整,从而导致墙板易发生相对滑动。
发明内容
本发明目的在于提供一种钢框架结构外挂墙板的连接节点,以解决不便安装固定和墙板易发生相对滑动的技术问题。
为解决上述技术问题,本发明的一种钢框架结构外挂墙板的连接节点的具体技术方案如下:
一种钢框架结构外挂墙板的连接节点,包括上连接节点和下连接节点;
所述上连接节点包括结构梁、外挂墙板下端、第一角钢、第一预埋件、减振装置;
所述结构梁和外挂墙板下端通过第一角钢相连;
所述结构梁和第一角钢通过第二螺栓相连;
所述外挂墙板下端和第一角钢通过第一螺栓相连;
所述第一角钢和第一预埋件通过第一螺栓连接,且第一螺栓伸进减振装置中;
所述第一角钢和结构梁通过第二螺栓连接;
所述下连接节点包括结构梁、外挂墙板上端、第二角钢、第二预埋件;
所述结构梁和外挂墙板上端通过第二角钢相连;
所述结构梁和第二角钢通过第二螺栓相连;
所述外挂墙板上端和第二角钢通过第三螺栓相连;
所述第二角钢和第二预埋件通过第三螺栓连接;
所述的第一预埋件和第二预埋件及所用第一螺栓、第二螺栓、第三螺栓均采用玻璃钢;
所述第一角钢、第二角钢均采用铝合金;
所述的第一螺栓与第一角钢之间、第二螺栓与第一角钢之间、第三螺栓与第二角钢之间、第二螺栓与第二角钢之间均安装有橡胶垫片,实现节点减振效果;
所述减振装置是杯型的,预先填充粘滞性耗能材料,安装时搭配使用树脂粘合剂提高使用性能减少间隙,从而提高抗振能力;
所述的外挂墙板下端与结构梁之间预留安装或变形的空隙。
本发明的一种钢框架结构外挂墙板的连接节点,具有以下优点:
(1)本发明设计的外挂墙板连接节点,作为装配式钢结构与预制外挂墙板的连接,既可保证外挂墙板的安全可靠,还可保证外挂墙板与主体结构之间
(2)的变形协调,具有构造简单、施工方便的优点。
(2)本发明螺栓和橡胶垫片的搭配使用,减少连接节点处的振动。
(3)本发明减振装置内含粘滞性材料,具有阻尼特性,可在螺栓受力变形过程中有效消耗振动能量,从而起到保护连接节点、保护结构的作用。角钢采用与碳素结构钢相比具有相当强度和造价、材质却更轻、更耐腐蚀的铝合金。
(4)本发明的角钢与结构构件通过玻璃钢螺栓连接,避免了焊接;玻璃钢螺栓连接可充分发挥其材料和连接的优点,即:玻璃钢材料轻质高强、密闭性能好、节能保温;螺栓连接安全可靠、安装方便、便于拆卸更换。
附图说明
图1为本发明的钢框架结构外挂墙板连接节点的侧视结构示意图;
图2为本发明的钢框架结构外挂墙板连接节点的正视结构示意图;
图3为本发明的钢框架结构外挂墙板连接节点的俯视结构示意图;
图4(a)为本发明的钢框架结构外挂墙板上连接节点的侧视结构示意图;
图4(b)为本发明的钢框架结构外挂墙板上连接节点的俯视结构示意图;
图5(a)为本发明的钢框架结构外挂墙板下连接节点的侧视结构示意图;
图5(b)为本发明的钢框架结构外挂墙板下连接节点的俯视结构示意图;
图6为本发明模拟螺栓连接件所受切应力时的示意图;
图7为本发明模拟螺栓连接件所受挤压应力时的示意图;
图8为本发明模拟预埋件对罗算连接件施加的切应力的示意图;
图9为本发明模拟外挂墙板对预埋件施加的挤压应力的示意图;
图中标记说明:1、结构梁;2、外挂墙板上端;3、外挂墙板下端;4、第一预埋件;5、第二预埋件;6、第一螺栓;7、第二螺栓;8、第三螺栓;9、第一角钢;10、第二角钢;11、减震装置;12、橡胶垫片。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能下面结合附图,对本发明一种钢框架结构外挂墙板的连接节点做进一步详细的描述。
本发明的主要优势是在结构梁(1)与外挂墙板下端(3)和外挂墙板(2)的连接与设置了减震装置这2点。
如图1,图2,图3,图4(a),图4(b),图5(a),图5(b)所示,一种钢框架结构外挂墙板的连接节点,包括上连接节点和下连接节点;
所述上连接节点包括结构梁1、外挂墙板下端3、第一角钢9、第一预埋件4、减振装置11;
所述结构梁1和外挂墙板下端3通过第一角钢9相连;
所述结构梁1和第一角钢9通过第二螺栓7相连;
所述外挂墙板下端3和第一角钢9通过第一螺栓6相连;
所述第一角钢9和第一预埋件4通过第一螺栓6连接,且第一螺栓6伸进减振装置11中;
所述第一角钢9和结构梁1通过第二螺栓7连接;
所述下连接节点包括结构梁1、外挂墙板上端2、第二角钢10、第二预埋件5;
所述结构梁1和外挂墙板上端2通过第二角钢10相连;
所述结构梁1和第二角钢10通过第二螺栓7相连;
所述外挂墙板上端2和第二角钢10通过第三螺栓8相连;
所述第二角钢10和第二预埋件5通过第三螺栓8连接。
第一预埋件4和第二预埋件5及所用第一螺栓6、第二螺栓7、第三螺栓8均采用玻璃钢。角钢与结构构件通过玻璃钢螺栓连接避免了焊接;玻璃钢螺栓连接可充分发挥其材料和连接的优点,即:玻璃钢材料轻质高强、密闭性能好、节能保温;螺栓连接安全可靠、安装方便、便于拆卸更换。
第一角钢9、第二角钢10均采用铝合金。
第一螺栓6与第一角钢9之间、第二螺栓7与第一角钢9之间、第三螺栓8与第二角钢10之间、第二螺栓7与第二角钢10之间均安装有橡胶垫片12,实现节点减振效果。
减振装置11是杯型的,预先填充粘滞性耗能材料,安装时搭配使用树脂粘合剂提高使用性能减少间隙,从而提高抗振能力。
外挂墙板下端3与结构梁1之间预留安装或变形的空隙。
该连接节点根据实际的施工尺寸与设计形式,可以分析下列主要部分的受力特性:
如图6、图7所示,针对螺栓,主要起到直接承受外部荷载的作用,在实际的施工过程中,螺栓插入外挂墙板的预留孔中,由螺母固定位置,在此情况下,该螺栓主要受到外墙直接作用的剪力荷载。
针对杯型减振装置11,其第一螺栓6传来的外荷载,主要承受剪力,其受剪最薄弱面位于顶端,其中的螺孔部位因为直接承受第一螺栓6传来的剪力,且由于形状因素,易造成应力集中,所以此处为一薄弱环节,处螺母处橡胶垫片12有一定的缓冲作用,有助于力的均匀传递,同时,第一角钢9将外部力通过基座上的第一螺栓6传递而来,第一螺栓6为向上的拉力,而第一角钢9的角部同时也会对该基座作用向下的压力,杯型部分刚度较大,一般变形较小,在做分析时一般不作为薄弱部分进行考虑。
针对第一角钢9和第二角钢10,主要承受转接件经由螺栓传来的弯矩与压力,因为角钢刚度相对较大,且形状规整,所以一般不会成为连接件的薄弱部位。
螺母设计尺寸为D=32mm,螺丝设计尺寸为d=22mm,螺母高度为h=12mm,假设所受的力为F=50KN。可得所受切应力τ和挤压应力σbs。计算过程如下。
A=πdh=3.14X22X12X10-3=8.29X10-4M2
Fs+(-F)=0=>Fs=F=50KN
τ=FS/A=50X103/8.29X10-4=60.3X106Pa=60.3Mpa
A=πD2/4–πd2/4=3.14X(32X10-3)2/4–3.14X(22X10-3)2/4=4.2X10-4M2
σbs=F/A=50X103/4.2X10-4=119X106Pa=119Mpa
FRP的拉伸、弯曲和压缩强度均能达到400Mpa
所以符合受剪受压要求
如图8、图9所示:
在外力Nt作用下,第一螺栓6拉力由P增至Pf,钢板接触面上挤压力C降至Cf
所以Pf=Cf+Nt
在外力作用下,螺杆的伸长量应等于构件压缩的恢复量。
设螺杆截面面积为Ad,钢板厚度为δ,钢板挤压面积为AC
所以Δa=(Pf-P)δ/EAdΔb=(C-Cf)δ/EAc
Δa=Δb
Pf=P+Nt/(1+AC/Ad)=P+0.1N
PE≈(1.05-1.1)P
其中E是弹性模量,Δa是螺杆在δ长度内的伸长量,Δb是钢板在δ长度内的恢复量。
螺栓抗剪承载力设计值
Nv b=0.9KnfμP,其中NV为第一螺栓6所承受的剪力,Nt为第一螺栓6所承受的拉力,Nv b为第一螺栓6的拉剪承载力设计值,Nt b为第一螺栓6的抗拉承载力设计值。
因为减震装置11使用的是大圆孔所以K取0.85,其中K是孔型系数。
预拉力P=190KN摩擦系数μ=0.35
所以Nv b=0.9X0.85X1X0.35X190=50.9KN
Nt b=0.8P=190X 0.8=152KN
假设NV=NT=35KN
所以NV/Nv b+Nt/Nt=35/50.9+35/152=0.92<1.0安全,验证了第一螺栓6在高强度拉-剪情况下的安全性。
可以理解,本发明是通过一些实施例进行描述的,本领域技术人员知悉的,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外,在本发明的教导下,可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此,本发明不受此处所公开的具体实施例的限制,所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (1)

1.一种钢框架结构外挂墙板的连接节点,其特征在于,包括上连接节点和下连接节点;
所述上连接节点包括结构梁(1)、外挂墙板下端(3)、第一角钢(9)、第一预埋件(4)、减振装置(11);
所述结构梁(1)和外挂墙板下端(3)通过第一角钢(9)相连;
所述结构梁(1)和第一角钢(9)通过第二螺栓(7)相连;
所述外挂墙板下端(3)和第一角钢(9)通过第一螺栓(6)相连;
所述第一角钢(9)和第一预埋件(4)通过第一螺栓(6)连接,且第一螺栓(6)伸进减振装置(11)中;
所述第一角钢(9)和结构梁(1)通过第二螺栓(7)连接;
所述下连接节点包括结构梁(1)、外挂墙板上端(2)、第二角钢(10)、第二预埋件(5);
所述结构梁(1)和外挂墙板上端(2)通过第二角钢(10)相连;
所述结构梁(1)和第二角钢(10)通过第二螺栓(7)相连;
所述外挂墙板上端(2)和第二角钢(10)通过第三螺栓(8)相连;
所述第二角钢(10)和第二预埋件(5)通过第三螺栓(8)连接;
所述的第一预埋件(4)和第二预埋件(5)及所用第一螺栓(6)、第二螺栓(7)、第三螺栓(8)均采用玻璃钢;
所述第一角钢(9)、第二角钢(10)均采用铝合金;
所述的第一螺栓(6)与第一角钢(9)之间、第二螺栓(7)与第一角钢(9)之间、第三螺栓(8)与第二角钢(10)之间、第二螺栓(7)与第二角钢(10)之间均安装有橡胶垫片(12),实现节点减振效果;
所述减振装置(11)是杯型的,预先填充粘滞性耗能材料,安装时搭配使用树脂粘合剂提高使用性能减少间隙,从而提高抗振能力;
所述的外挂墙板下端(3)与结构梁(1)之间预留安装或变形的空隙。
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