CN113898121A - 一种用于装配式钢结构的井字形模块化拼接桁架 - Google Patents

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Abstract

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种用于装配式钢结构的井字形模块化拼接桁架，包括拼接单元和连接单元；U形钢作为基本的原料，首先上节点弦杆和下节点弦杆作为固定基础，其上部开设连接孔，在两者中部沿竖向设置有节点腹杆和侧边杆，形成梯形结构的拼接体，利用上主弦杆和下主弦杆将两个相同的拼接体连接在一起，形成具有一定跨度的主体结构，再增加主腹杆进行稳固，形成两端呈工字型结构的拼接单元，两端工字型的拼接体不仅作为与另一拼接单元连接的基础，形成沿水平方向具有一定长度的结构，同时其两侧伸出的四个端头还可沿纵向通过连接杆拼接单元连接形成能够覆盖一定面积的桁架主体，为装配式钢结构建筑新体系的发展带来更多选择。

Description

一种用于装配式钢结构的井字形模块化拼接桁架
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种用于装配式钢结构的井字形模块化拼接桁架。
背景技术
装配式钢结构是天然的装配式结构，很早便应用于桥梁结构中。随着国家大力推进装配式建筑和绿色建筑，现如今装配式钢结构在建筑领域的应用也越发蓬勃，因其相比传统钢混结构，更为节能、环保。但是目前来看装配式钢结构新体系和新节点的发展仍有较多的不足，这在一定程度上也制约了装配式钢结构的发展。
特别是高层装配式钢结构体系及大跨度装配式钢结构体系所面临的运输难、施工难的问题，究其缘由，现有的装配式桁架结构缺少必要的标准工件，导致其加工成本高，运输长度大，施工困难，由于在面对高层建筑时，需要提升高度，更加要求其长度提出了更高的要求，基于此，研究一种用于装配式钢结构的井字形模块化拼接桁架是必要的。
发明内容
针对现有设备存在的缺陷和问题，本发明提供一种用于装配式钢结构的井字形模块化拼接桁架，有效的解决了现有设备中存在的运输成本高和装配困难的问题。
本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种用于装配式钢结构的井字形模块化拼接桁架，包括拼接单元和连接单元；所述拼接单元包括上主弦杆、下主弦杆、主腹杆、上节点弦杆、下节点弦杆和节点腹杆；上节点弦杆和下节点弦杆设置有水平贯穿的连接孔，并在两者之间设置有节点腹杆和侧边杆，形成梯形结构的拼接体；所述上主弦杆沿水平方向固定在两侧的上节点弦杆的内侧，下主弦杆沿水平方向固定在两侧的下节点弦杆内侧，将两侧的拼接体连接在一起，所述主腹杆倾斜设置在上主弦杆和下主弦杆之间，且相邻的两个主腹杆首尾相连，两外侧的主腹杆固定在节点腹杆上，其固定点远离上节点弦杆和下节点弦杆，形成一体结构的拼接单元，两拼接单元组合时 ，将连接孔对应并利用拼接螺栓连接固定；所述连接单元包括U形的连接杆，连接杆的两端固定套装在拼接后的侧边杆的端部，并在连接杆端部设置有连接孔对应的安装孔，通过贯穿的拼接螺栓进行连接固定，形成连续的拼接桁架主体。
进一步的，所述上主弦杆、下主弦杆、主腹杆、上节点弦杆、下节点弦杆、侧边杆和节点腹杆均为U形钢，上主弦杆、下主弦杆和节点腹杆的开口向内，每根主腹杆均设置在凹槽内；所述上节点弦杆和下节点弦杆的开口向上，上主弦杆和下主弦杆固定在侧壁上。
进一步的，所述连接孔包括内部孔、外部孔和安装孔；所述内部孔位于中部，并与上主弦杆和下主弦杆的中部对应，外部孔位于外部，用于外部连接拼接单元，安装孔用于安装连接杆。
进一步的，所述内部孔、外部孔和安装孔的外侧设置有连体的加强板，加强板的中部设置有与内部孔对应的U形限位口，外部设置有与外部孔和连接孔对应的圆孔，销键孔和圆孔之间设置有让位槽，所述内部孔套装有限位杆，限位杆的端部设置卡槽，卡槽与限位口对应。
进一步的，所述上节点弦杆和下节点弦杆的开口内匹配套装有加强隔离组件，所述加强隔离组件包括顶板、隔板和套筒，所述隔板沿竖向间隔设置在顶板的底部，形成多个拼接螺栓分区，每个拼接螺栓分区内均固定有套筒，所述套筒与连接孔对应。
进一步的，所述顶板呈L形结构，套筒的内端固定在顶板的侧壁上，并在套筒的外侧固定有定位肋板。
进一步的，所述主腹杆上设置有管套，管套内设置有线管。
进一步的，所述连接杆之间设置有X状的加强结构，所述加强结构包括两根加强杆，加强杆的两端设置有固定块，固定块上表面水平，并在固定块和连接杆上设置有对应的加固孔，加固孔内贯穿有加固螺栓。
进一步的，所述两加强杆的中部铰接在一起。
进一步的，所述固定板铰接在加强杆的端部，固定块上设置有加固扁孔，连接杆上设置有加固孔。
本发明的有益效果：本发明以U形钢作为基本的原料，从而降低加工成本，首先上节点弦杆和下节点弦杆作为固定基础，其上部开设连接孔，在两者中部沿竖向设置有节点腹杆和侧边杆，形成梯形结构的拼接体，然后利用上主弦杆和下主弦杆将两个相同的拼接体连接在一起，形成具有一定跨度的主体结构，然后在增加主腹杆进行稳固，从而形成两端呈梯形结构的拼接单元，这种结构中，两端梯形的拼接体不仅作为与另一拼接单元连接的基础，形成沿水平方向具有一定长度的结构，同时其两侧伸出的端头还可沿纵向通过连接杆拼接单元连接形成能够覆盖一定面积的桁架主体。
同时本发明中，主腹杆基本呈M状结构，其两端部远离上节点弦杆和下节点弦杆，从而为装配螺栓提供足够的操作空间；拼接单元作为一个预制加工主体，能够在工厂内预制，现场只需组装即可，无须额外施加焊接，可将大跨度钢结构构件先分割预制，在现场进行拼装，有效降低了运输、施工环节的成本及难度，在连接相邻的拼接单元时，本发明将节点弦杆对应，采用高强螺栓拼接桁架，保证结构的抗压、抗拉、抗剪、抗弯刚度，并使得节点核心区域足够安全，结构满足“强节点，弱构件”的抗震要求，稳定性好，安全裕度高。
同时，本发明可在主腹杆上设置管套，可将建筑物所需的风水电等管线，安装于桁架梁空隙中，使得施工更加便利，外观更加整洁。
本发明所涉及的一种用于装配式钢结构的井字形模块化拼接桁架，通过改变节点位置，拼接桁架数量，桁架类型，可为装配式钢结构建筑提供多种桁架梁结构供设计使用，为装配式钢结构建筑新体系的发展带来更多选择。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为图1的正视图。
图4为图1的侧视图。
图5为拼接单元的结构示意图。
图6为图5的侧视图。
图7为图5的正视图。
图8为下节点弦杆的局部剖面图。
图9为加强隔离组件的结构示意图。
图10为加强结构的结构示意图。
图11为图9的正视图。
图12为图9的俯视图。
图13为加强结构的另一种实施结构示意图。
图14为拼接单元的拼接爆炸图。
图15为加强隔离组件的局部结构示意图。
图16为连接杆的结构示意图。
图17为本发明的实施结构示意图。
图中的标号为：1为拼接单元，11为上节点弦杆，12为连接孔,13为节点腹杆，14为下节点弦杆，15为上主弦杆，16为下主弦杆，17为主腹杆，18为侧边杆；2为连接单元，21为连接杆，3为拼接螺栓，4为加强隔离组件，41为顶板，42为隔板，43为套筒，44为侧板，45为定位肋板；5为加强结构，51为加强杆，52为固定板，53为加强孔，54为铰接轴，55为加强螺栓，6为加强板，61为限位口，62为让位槽，63为圆孔，64为横纹，7为线管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：本实施例旨在提供一种用于装配式钢结构的井字形模块化拼接桁架，主要用于装配式钢桁架结构，是一种新型可模块化生产、可快速化装配的钢结构桁架梁，加快装配式钢结构建筑的装配效率，同时降低运输、施工成本，更便于在现场进行施工安装，为装配式钢结构建筑体系提供了新的设计思路和施工方案。
具体的结构中，如图1-4中所示，一种用于装配式钢结构的井字形模块化拼接桁架，包括拼接单元1和连接单元2；其中拼接单元1的侧面可以与处于同一水平的拼接单元1连接，同时两端通过连接单元2与另一纵向的拼接单元1连接，进而形成具有一定跨度的拼接桁架，本实施例中，拼接单元为一工厂预加工工件，其作为一个整体结构，可以单独被运输，并在现场组装过程中，只需通过螺栓连接即可，无须施加额外的焊接固定工艺，从而降低其运输难度和装配难度。
基于上述目的，如图5-7中所示，本实施例中拼接单元1包括上主弦杆15、下主弦杆16、主腹杆17、上节点弦杆11、下节点弦杆14、侧边杆18和节点腹杆13；其中上节点弦杆11和下节点弦杆14设置有水平贯穿的连接孔12，连接孔12为圆孔结构，其设置位置为标准化设计，确保在组装时能够对应，且优选的将其设置有对称结构，从而在于左右组装时，无须区分，大大提供其施工效率。
本实施例中，上节点弦杆11和下节点弦杆14之间沿竖向设置有节点腹杆13和侧边杆18，形成梯形的拼接体；拼接体沿竖向具有一定高度，其作为固定基础呈梯形结构，其向外伸出四个连接端头，这四个连接端头在拼接后作为一个整体与连接单元2连接；上主弦杆15沿水平方向固定在两侧的上节点弦杆11的内侧，下主弦杆16沿水平方向固定在两侧的下节点弦杆14内侧，将两侧的拼接体连接在一起。
主腹杆17倾斜设置在上主弦杆15和下主弦杆16之间，且相邻的两个主腹杆首尾相连，两外侧的主腹杆固定在节点腹杆13上，其固定点远离上节点弦杆11和下节点弦杆14，形成一体结构的拼接单元；使得主腹杆上部远离节点上排螺栓，下部高于下排螺栓，预留出足够空间供工人现场进行螺栓安装，两拼接单元组合时，将连接孔对应并利用拼接螺栓连接固定即可。
如图16-17中所示，连接单元2包括U形的连接杆21，连接杆21的两端固定套装在拼接后的上节点弦杆和下节点弦杆的端部，并在连接杆端部设置有连接孔对应的安装孔，通过贯穿的拼接螺栓进行连接固定，形成连续的拼接桁架主体。
具体实施时，上主弦杆15、下主弦杆16、主腹杆17、上节点弦杆11、下节点弦杆14、侧边杆18和节点腹杆13均为U形钢，上主弦杆15、下主弦杆16和节点腹杆13的开口向内，每根主腹杆17均设置在凹槽内；上节点弦杆11和下节点弦杆14的开口向上，上主弦杆15和下主弦杆16固定在节点弦杆的侧壁上，且上节点弦杆、下节点弦杆和节点腹杆的拼接面采用喷砂工艺处理，摩擦面的摩擦系数在0.4以上，保证拼接节点处摩擦面提供足够抗剪承载力，在实施时，在主腹杆上设置有管套，管套内设置有线管7。
本实施例在实施时，模块化主拼接桁架梁，拼接桁架节点处弦杆、腹杆的合理布置，拼接螺栓采用10.9级及以上高强螺栓，安装时螺栓需达到一定预紧力，通过调整螺栓预紧力合适大小，上排螺栓可防止上弦杆受压导致螺栓产生松动现象，下排螺栓可充分利用高强螺栓优异的抗拉性能，减小桁架梁受弯所致的挠度等变形，保证桁架梁整体的稳定性，本实施例整体结构能在工厂内将桁架梁预制成型，运输至施工现场后，再安装螺栓完成整幅桁架梁的拼装工作，能够明显改善运输及安装过程中的经济性、可行性，缩短施工周期，降低整体施工成本。
实施例2：本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：本实施例对连接孔的具体结构进一步说明。
本实施例中如图5中所示，，连接孔包括内部孔、外部孔和安装孔；其中内部孔位于中部，并与上主弦杆和下主弦杆的中部对应，外部孔位于外部，用于从外部连接拼接单元，安装孔用于安装连接杆。
在安装过程中，内部孔位于内部，现场施工人员操作较为困难，基于此目的，本实施例中内部孔、外部孔和安装孔的外侧设置有连体的加强板6。
如图15中所示，加强板6的中部设置有与内部孔对应的U形限位口61，外部设置有与外部孔和连接孔对应的圆孔63，限位口61和圆孔63之间设置有让位槽62，在内部孔套装有限位杆，限位杆的端部设置卡槽，卡槽与限位口对应。
本实施例利用加强板将外部孔、内部孔和安装孔连接在一起，利用安装孔和外部孔对加强板进行固定，并利用内部孔对限位杆进行卡固，其中限位杆的一端设置有帽体，另一端设置有卡槽，帽体顶触在一侧，另一侧通过限位口进行卡固，从而无须对内部孔处操作较为困难的地方进行操作，大大提高了操作难度。
实施例3：本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：本实施例对设置加强隔离组件。
本实施例中如图8中所示，上节点弦杆11和下节点弦杆14的开口内匹配套装有加强隔离组件4，加强隔离组件4包括顶板41、隔板42和套筒43，隔板42沿竖向间隔设置在顶板41的底部，形成多个拼接螺栓分区，每个拼接螺栓分区内均固定有套筒43，套筒43与连接孔对应，在圆孔之间设置有横纹64，以增大接触摩擦力。
本实施例旨在加强连接结构，进一步提高拼接螺栓的最大施加强度，提高上节点弦杆和下节点弦杆的承受范围，并且设置了套筒，以便于螺栓通过套筒穿过上节点弦杆和下节点弦杆，同时在受力上，隔板和套筒均参与抵抗拼接螺栓的压迫。
实施例4：本实施例与实施例3基本相同，其区别在于：本实施例对加强隔离组件进一步说明。
本实施例中，顶板41呈L形结构，套筒43的内端固定在顶板41的侧板44上，并在套筒43的外侧固定有定位肋板45；本实施例中，加强隔离组件可以整体一体开模预制，加工方便。
实施例5：本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：本实施例对连接杆的结构进一步说明。
本实施例中如图10-13所示，连接杆41之间设置有X状的加强结构5，加强结构5包括两根加强杆51，加强杆51的两端设置有固定块52，固定块52上表面水平，并在固定块和连接杆上设置有对应的加固孔53，加固孔53内贯穿有加固螺栓55。
在具体实施时，首先固定下部的连接杆21，然后将加强结构的固定块52放置在连接杆的凹槽内，通过加强螺栓55进行加固，稳定加强结构，然后在加装上部的连接杆，然后将上部的固定块与连接杆上开设的加固孔对应，并进行固定，从而在两根连接杆之间设置了加强结构，增强了连接杆的结构。
在进一步的方案中，前期没有增加加强结构，随着使用需要增加加强结构来提高整体的稳定性，本实施例还可对加强结构进行改进，将两加强杆的中部铰接在一起，即在两加强杆的中部设置有铰接轴54，此结构中允许先施工上下连接杆21，然后利用将加强杆51向内折叠收缩，放置在两连接杆之间，然后在展开，将固定块放入连接杆的凹槽内，最近进行加强螺栓55固定。
在进一步的结构中如图13中所示，在面对两连接杆之间不同高度时，本实施例将固定板52铰接在加强杆的端部，固定块上设置有加固扁孔，连接杆上设置有加固孔，此结构中能够适用于不同连接杆间距，并设置了可折叠的五点铰接结构，其目的是为了适配更多应用场景，适用连接杆的不同间距，均可增加加强结构。

Claims (10)

1.一种用于装配式钢结构的井字形模块化拼接桁架，其特征在于： 包括拼接单元和连接单元；所述拼接单元包括上主弦杆、下主弦杆、主腹杆、上节点弦杆、下节点弦杆和节点腹杆；上节点弦杆和下节点弦杆设置有水平贯穿的连接孔，并在两者之间设置有节点腹杆和侧边杆，形成梯形结构的拼接体；所述上主弦杆沿水平方向固定在两侧的上节点弦杆的内侧，下主弦杆沿水平方向固定在两侧的下节点弦杆内侧，将两侧的拼接体连接在一起，所述主腹杆倾斜设置在上主弦杆和下主弦杆之间，且相邻的两个主腹杆首尾相连，两外侧的主腹杆固定在节点腹杆上，其固定点远离上节点弦杆和下节点弦杆，形成一体结构的拼接单元，两拼接单元组合时 ，将连接孔对应并利用拼接螺栓连接固定；所述连接单元包括U形的连接杆，连接杆的两端固定套装在拼接后的侧边杆的端部，并在连接杆端部设置有连接孔对应的安装孔，通过贯穿的拼接螺栓进行连接固定，形成连续的拼接桁架主体。
2.根据权利要求1所述的用于装配式钢结构的井字形模块化拼接桁架，其特征在于：所述上主弦杆、下主弦杆、主腹杆、上节点弦杆、下节点弦杆、侧边杆和节点腹杆均为U形钢，上主弦杆、下主弦杆和节点腹杆的开口向内，每根主腹杆均设置在凹槽内；所述上节点弦杆和下节点弦杆的开口向上，上主弦杆和下主弦杆固定在侧壁上。
3.根据权利要求2所述的用于装配式钢结构的井字形模块化拼接桁架，其特征在于：所述连接孔包括内部孔、外部孔和安装孔；所述内部孔位于中部，并与上主弦杆和下主弦杆的中部对应，外部孔位于外部，用于外部连接拼接单元，安装孔用于安装连接杆。
4.根据权利要求3所述的用于装配式钢结构的井字形模块化拼接桁架，其特征在于：所述内部孔、外部孔和安装孔的外侧设置有连体的加强板，加强板的中部设置有与内部孔对应的U形限位口，外部设置有与外部孔和连接孔对应的圆孔，销键孔和圆孔之间设置有让位槽，所述内部孔套装有限位杆，限位杆的端部设置卡槽，卡槽与限位口对应。
5.根据权利要求3所述的用于装配式钢结构的井字形模块化拼接桁架，其特征在于：所述上节点弦杆和下节点弦杆的开口内匹配套装有加强隔离组件，所述加强隔离组件包括顶板、隔板和套筒，所述隔板沿竖向间隔设置在顶板的底部，形成多个拼接螺栓分区，每个拼接螺栓分区内均固定有套筒，所述套筒与连接孔对应。
6.根据权利要求4所述的用于装配式钢结构的井字形模块化拼接桁架，其特征在于：所述顶板呈L形结构，套筒的内端固定在顶板的侧壁上，并在套筒的外侧固定有定位肋板。
7.根据权利要求1所述的用于装配式钢结构的井字形模块化拼接桁架，其特征在于：所述主腹杆上设置有管套，管套内设置有线管。
8.根据权利要求1所述的用于装配式钢结构的井字形模块化拼接桁架，其特征在于：所述连接杆之间设置有X状的加强结构，所述加强结构包括两根加强杆，加强杆的两端设置有固定块，固定块上表面水平，并在固定块和连接杆上设置有对应的加固孔，加固孔内贯穿有加固螺栓。
9.根据权利要求8所述的用于装配式钢结构的井字形模块化拼接桁架，其特征在于：所述两加强杆的中部铰接在一起。
10.根据权利要求9所述的用于装配式钢结构的井字形模块化拼接桁架，其特征在于：所述固定板铰接在加强杆的端部，固定块上设置有加固扁孔，连接杆上设置有加固孔。
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