CN113931324A - 一种十字形钢骨柱全螺栓刚性连接节点及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种十字形钢骨柱全螺栓刚性连接节点及施工方法，提前在工厂内预制加工完成十字形钢骨柱、钢梁以及相应的连接部件，减少了现场焊接施工作业量，现场只需采用螺栓进行装配即可，利用高强度螺栓能够实现快速安装、施拧，避免了连接板的散装，施工方便且效率高，省时省力，大大降低了高空焊接作业的危险性，符合我国绿色建筑、绿色施工的核心理念。本发明中十字形钢骨柱、钢梁主要受力构件保持截面完整性，截面不开设螺栓孔，无截面削弱，同时连接件均可实现设计标准化、制造标准化，进一步提升了工业化建造水平。本发明属于“强节点弱杆件”连接，弥补了传统刚接节点的不足，是国标图集16G519中梁柱刚接节点的补充延伸。

Description

一种十字形钢骨柱全螺栓刚性连接节点及施工方法
技术领域
本发明属于建筑工程技术领域，尤其涉及一种十字形钢骨柱全螺栓刚性连接节点及施工方法。
背景技术
随着钢结构建筑产业化及装配式建筑政策的出台，绿色建筑和建材得到广泛推广，钢结构和装配式建筑得到大力发展，机械化施工水平显著提高，建筑工业化水平得到了有效提高。
目前越来越多的高层建筑采用钢结构作为其主体结构，而十字形钢骨柱由于其承载力与稳定性高、刚性强，广泛应用于多层、高层、超高层建筑的主受力构件。在框架结构体系中，梁柱刚接节点是结构受力及其复杂的关键部位，其构造形式和力学性能对整个结构体系的强度、刚度、稳定性起着至关重要的作用，一旦连接节点发生破坏，整个结构就会成为机动构架而失去承载能力。
《钢结构连接节点设计手册》中公开的传统钢框架梁柱刚性连接节点采用的形式如图9所示，包括栓焊混合节点、全焊接节点、全螺栓连接节点三种形式。
栓焊混合节点、全焊接节点现场安装时，采用的是传统的熔透焊，容易导致钢材产生较大焊接残余应力，使得节点处钢材易发生分层或脆性破坏；且现场焊接工作量大，受现场焊工的技术熟练程度和焊接环境等因素的影响，焊接质量难以得到有效保证，对节点连接处的力学性能影响较大，焊缝防腐耐久性差，给节点连接受力性能埋下安全隐患；同时根据GB50661《钢结构焊接规范》需进行现场焊接检测，如焊缝外观质量检查、焊缝内部缺陷的超声波检测等，会相应地增加成本费用；而且对于腹板连接板，其重量大，安装困难，安装效率低，安装过程费力且存在安全隐患。而全螺栓连接节点在加工制造过程中需要在构件上开孔，制造工作量大，而且在钢梁翼缘和腹板开设的螺栓孔会使构件截面被削弱。
16G519《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》中记载有如图10所示柱牛腿的梁柱刚接连接节点形式，即悬臂梁段与柱、中间梁段全焊或栓焊连接，悬臂梁段伸出柱中心线长度大于等于梁高，由于悬臂梁段与柱在工厂内焊接完成，因而会造成构件运输难度大、运输成本高的问题。
十字形钢骨柱连接节点的施工方法直接影响着工程的施工速度以及结构的装配化程度，梁柱节点应尽量多采用便于操作的螺栓连接，并且螺栓的布置应尽可能地易于工人现场紧固。因此，鉴于以上问题，工程中需要提供一种施工便捷、能有效提高钢框架结构整体稳定性和承载力且综合成本低的全螺栓刚性连接节点构造。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种十字形钢骨柱全螺栓刚性连接节点及施工方法，采用高强度螺栓连接代替传统的焊接连接方式，有效保障梁柱节点连接质量，且十字形钢骨柱、钢梁以及相应的连接部件均在工厂内预制焊接完成，大大减少了现场施工量，施工更加方便快捷。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种十字形钢骨柱全螺栓刚性连接节点，包括一体化成型的十字形钢骨柱，十字形钢骨柱四周垂直安装有H型钢梁；十字形钢骨柱包括四块相互垂直的柱腹板，每块柱腹板均与柱翼板连接，相邻柱翼板之间焊接封板，柱翼板外表面均对称焊接有两块柱连接板，柱连接板另一端沿竖向开设有螺栓安装孔；
H型钢梁腹板两侧均对称焊接有梁加劲板，梁加劲板与中部不等边角钢的短肢焊接，中部不等边角钢的长肢与柱连接板之间螺栓连接；
H型钢梁下表面对称焊接有两个下部不等边角钢，位于H型钢梁下方的柱翼板外表面均对称焊接有两块支撑板，支撑板与下部不等边角钢的短肢之间螺栓连接。
进一步地，所述柱连接板的上部均分别与相应的上部不等边角钢的短肢焊接；H型钢梁上表面均焊接有梁翼缘盖板，梁翼缘盖板两端均分别与相应的上部不等边角钢的长肢螺栓连接。
进一步地，所述十字形钢骨柱、H型钢梁、柱连接板、上部不等边角钢、梁翼缘盖板、梁加劲板、中部不等边角钢、下部不等边角钢以及支撑板均在工厂内预制加工完成。
进一步地，所述螺栓连接中使用的螺栓为高强度螺栓。
进一步地，所述梁加劲板内侧边与钢梁腹板焊接，梁加劲板顶部与H型钢梁的上翼缘内表面焊接，梁加劲板底部与H型钢梁的下翼缘内表面焊接。
进一步地，相邻的所述两块柱腹板以及两块柱翼板所围成的空间内均焊接有柱加劲板，且柱加劲板与柱腹板垂直。
一种上述十字形钢骨柱全螺栓刚性连接节点的施工方法，包括如下步骤：
步骤一：根据深化设计图纸的零件图，在工厂内将封板、柱连接板、上部不等边角钢、梁翼缘盖板、梁加劲板、中部不等边角钢、下部不等边角钢、支撑板进行加工、切割，加工切割完成后，根据深化设计图纸构件图，将其焊接在十字形钢骨柱以及H型钢梁的对应位置上，之后整体运输到施工现场使用；
步骤二：首先将十字形钢骨柱安装就位，然后吊装H型钢梁，当H型钢梁的下翼缘下表面与支撑板表面接触时，H型钢梁吊装就位完成；
步骤三：将高强度螺栓按照节点配齐，首先在梁翼缘盖板与上部不等边角钢之间塞入高强度螺栓以实现固定；
步骤四：继续塞入梁翼缘盖板与上部不等边角钢之间剩余的高强度螺栓以固定装配，随后依次安装支撑板与下部不等边角钢之间、柱连接板与中部不等边角钢之间的高强度螺栓，最后根据按照先中间、后两边、顺时针方向依次分阶段紧固螺栓，螺栓拧紧后，外露螺纹不少于两扣。
本发明具有如下有益效果：
本发明中所使用的十字形钢骨柱、钢梁以及连接用部件均在工厂内加工制造并焊接完成，主构件上不需开设螺栓孔，无截面削弱，加工方便，减少了主构件打孔的车间加工工序，避免了大型构件车间内转运打孔的操作流程，缩短了加工制作工时；同时可针对不同钢梁截面信息(梁高、翼缘宽度)进行螺栓个数、连接板厚度、角钢的区域划定，所有零部件均可实现了设计标准化、制造标准化，进一步提高了梁柱节点安装准确度；
该发明节点减少了现场焊接施工作业量，同时节省了钢结构工程现场焊接焊缝检测费用，现场只需采用螺栓进行装配即可，利用高强度螺栓能够实现快速安装、施拧，避免了连接板的散装，施工方便且效率高，省时省力，大大降低了高空焊接作业的危险性。
相对于传统的梁柱节点连接结构，本发明针对十字形钢骨柱、钢梁的现场焊接量为零，不会导致钢材产生较大焊接残余应力，不会使得节点处钢材发生分层或脆性破坏，能够有效提高钢框架结构整体稳定性和承载力；本发明可适用于对施工作业要求高的情况、受力状态下不能焊接的情况以及不便于动火的情况。
本节点属于“强节点弱杆件”连接，可使在大震作用下，塑性铰出现在梁上，消耗地震能量，实现遭受预估的罕遇地震后不倒的抗震设计目标，是国标图集16G519中梁柱刚接节点的补充延伸。
附图说明
图1为本发明所述十字形钢骨柱全螺栓刚性连接节点结构示意图；
图2为本发明所述柱连接板与十字形钢骨柱安装示意图；
图3为本发明所述梁加劲板与钢梁安装示意图；
图4为本发明所述十字形钢骨柱全螺栓刚性连接节点正面示意图；
图5为本发明所述十字形钢骨柱全螺栓刚性连接节点斜侧面示意图；
图6为本发明所述十字形钢骨柱全螺栓刚性连接节点顶部示意图；
图7为本发明所述步骤三中十字形钢骨柱全螺栓刚性连接节点安装示意图；
图8为本发明所述步骤四中十字形钢骨柱全螺栓刚性连接节点安装示意图；
图9为传统钢框架梁柱刚性连接节点示意图；
图10为柱牛腿梁柱刚接节点示意图。
图中：1-柱腹板；2-柱翼板；3-柱加劲板；4-H型钢梁；5-柱连接板；6-上部不等边角钢；7-梁翼缘盖板；8-梁加劲板；9-中部不等边角钢；10-下部不等边角钢；11-支撑板；12-封板。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上部”、“下部”、“中部”、“内表面”、“外表面”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，仅是为了便于描述本发明，不能理解为对本发明的限制；属于“第一”、“第二”的使用也均是为了便于描述本发明，不能理解为对本发明的限制；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、2、3所示，本发明所述的一种十字形钢骨柱全螺栓刚性连接节点为对称结构，包括在工厂内预制完成的十字形钢骨柱、H型钢梁4、柱连接板5、上部不等边角钢6、梁翼缘盖板7、梁加劲板8、中部不等边角9、下部不等边角钢10、支撑板11、封板12。多根H型钢梁4均垂直安装在十字形钢骨柱四周。
如图2所示，十字形钢骨柱为一体化结构，包括四块相互垂直的柱腹板1，四块柱腹板1共同形成十字形结构，每块柱腹板1均与相应的柱翼板2连接。相邻的两块柱腹板1以及两块柱翼板2所围成的空间内均焊接有柱加劲板3，且柱加劲板3与柱腹板1垂直。相邻的两块柱翼板2之间还焊接有封板12。
如图2所示，柱翼板2外表面均对称焊接有两块柱连接板5，柱连接板5另一端的上部均分别与相应的上部不等边角钢6的短肢焊接在一起，上部不等边角钢6的长肢开设有多个螺栓安装孔；柱连接板5另一端均沿竖向开设有多个螺栓安装孔，便于后续与中部不等边角钢9连接。
如图1、3、6所示，H型钢梁4上表面焊接有梁翼缘盖板7，梁翼缘盖板7两端对称设置有多个螺栓安装孔，梁翼缘盖板7两端分别与上部不等边角钢6的长肢通过高强度螺栓连接。如图4、5所示，钢梁腹板两侧均对称焊接有梁加劲板8，其中，梁加劲板8内侧边与钢梁腹板焊接，梁加劲板8顶部与H型钢梁4的上翼缘内表面焊接，梁加劲板8底部与H型钢梁4的下翼缘内表面焊接。中部不等边角钢9的短肢与梁加劲板8焊接，中部不等边角钢9的长肢设置有多个螺栓安装孔，中部不等边角钢9的长肢与柱连接板5之间通过高强度螺栓连接。
如图3、4、5所示，H型钢梁4下表面对称焊接有两个下部不等边角钢10，下部不等边角钢10的短肢均设置有多个螺栓安装孔；位于H型钢梁4下方的十字形钢骨柱的柱翼板2外表面均对称焊接有两块支撑板11，支撑板11上设置有多个螺栓安装孔；支撑板11与下部不等边角钢10的短肢之间通过高强度螺栓连接。
本发明所述的一种十字形钢骨柱全螺栓刚性连接节点的施工过程如下：
步骤一：在预制加工厂内，根据深化设计图纸的零件图，将各连接部件(柱连接板5、上部不等边角钢6、梁翼缘盖板7、梁加劲板8、中部不等边角钢9、下部不等边角钢10、支撑板11)进行加工、切割；如图2、4所示，根据深化设计图纸构件图，将相应连接部件焊接在十字形钢骨柱以及钢梁4的对应位置上，之后整体运输到施工现场使用。
步骤二：预制构件到达施工现场后，进行十字形钢骨柱和H型钢梁4的吊装作业，将十字形钢骨柱安装就位后，吊装H型钢梁4，十字形钢骨柱的柱翼板2表面的支撑板11能够对H型钢梁4起到定位作用，当H型钢梁4的下翼缘下表面与支撑板11上表面接触时，即表明H型钢梁4吊装就位完成。
步骤三：如图7所示，将高强度螺栓按照节点配齐，首先在梁翼缘盖板7与上部不等边角钢6之间塞入高强度螺栓以起到固定作用；
步骤四：如图8所示，继续塞入梁翼缘盖板7与上部不等边角钢6之间剩余的高强度螺栓以固定装配，随后依次安装支撑板11与下部不等边角钢10之间、柱连接板5与中部不等边角钢9之间的高强度螺栓，最后根据规范先中间、后两边、顺时针方向依次分阶段紧固螺栓，螺栓拧紧后，保证外露螺纹不得少于两扣。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种十字形钢骨柱全螺栓刚性连接节点，其特征在于，包括一体化成型的十字形钢骨柱，十字形钢骨柱四周垂直安装有H型钢梁(4)；十字形钢骨柱包括四块相互垂直的柱腹板(1)，每块柱腹板(1)均与柱翼板(2)连接，相邻柱翼板(2)之间焊接封板(12)，柱翼板(2)外表面均对称焊接有两块柱连接板(5)，柱连接板(5)另一端沿竖向开设有螺栓安装孔；
钢梁腹板两侧均对称焊接有梁加劲板(8)，梁加劲板(8)与中部不等边角钢(9)的短肢焊接，中部不等边角钢(9)的长肢与柱连接板(5)之间螺栓连接；
H型钢梁(4)下表面对称焊接有两个下部不等边角钢(10)，位于H型钢梁(4)下方的柱翼板(2)外表面均对称焊接有两块支撑板(11)，支撑板(11)与下部不等边角钢(10)的短肢之间螺栓连接。
2.根据权利要求1所述的十字形钢骨柱全螺栓刚性连接节点，其特征在于，所述柱连接板(5)的上部均分别与相应的上部不等边角钢(6)的短肢焊接；H型钢梁(4)上表面均焊接有梁翼缘盖板(7)，梁翼缘盖板(7)两端均分别与相应的上部不等边角钢(6)的长肢螺栓连接。
3.根据权利要求2所述的十字形钢骨柱全螺栓刚性连接节点，其特征在于，所述十字形钢骨柱、H型钢梁(4)、柱连接板(5)、上部不等边角钢(6)、梁翼缘盖板(7)、梁加劲板(8)、中部不等边角钢(9)、下部不等边角钢(10)以及支撑板(11)均在工厂内预制加工完成。
4.根据权利要求2所述的十字形钢骨柱全螺栓刚性连接节点，其特征在于，所述螺栓连接中使用的螺栓为高强度螺栓。
5.根据权利要求1所述的十字形钢骨柱全螺栓刚性连接节点，其特征在于，所述梁加劲板(8)内侧边与钢梁腹板焊接，梁加劲板(8)顶部与H型钢梁(4)的上翼缘内表面焊接，梁加劲板(8)底部与H型钢梁(4)的下翼缘内表面焊接。
6.根据权利要求1所述的十字形钢骨柱全螺栓刚性连接节点，其特征在于，相邻的所述两块柱腹板(1)以及两块柱翼板(2)所围成的空间内均焊接有柱加劲板(3)，且柱加劲板(3)与柱腹板(1)垂直。
7.一种权利要求1至6中任一项所述十字形钢骨柱全螺栓刚性连接节点的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：根据深化设计图纸的零件图，在工厂内将封板(12)、柱连接板(5)、上部不等边角钢(6)、梁翼缘盖板(7)、梁加劲板(8)、中部不等边角钢(9)、下部不等边角钢(10)、支撑板(11)进行排版、下料，下料完成后，根据深化设计图纸构件图，将其焊接在十字形钢骨柱以及H型钢梁(4)的对应位置上，之后整体运输到施工现场使用；
步骤二：首先将十字形钢骨柱安装就位，然后吊装H型钢梁(4)，当H型钢梁(4)的下翼缘下表面与支撑板(11)表面接触时，H型钢梁(4)吊装就位完成；
步骤三：将高强度螺栓按照节点配齐，首先在梁翼缘盖板(7)与上部不等边角钢(6)之间塞入高强度螺栓以实现固定；
步骤四：继续塞入梁翼缘盖板(7)与上部不等边角钢(6)之间剩余的高强度螺栓以固定装配，随后依次安装支撑板(11)与下部不等边角钢(10)之间、柱连接板(5)与中部不等边角钢(9)之间的高强度螺栓，最后根据按照先中间、后两边、顺时针方向依次分阶段紧固螺栓，螺栓拧紧后，外露螺纹不少于两扣。
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