CN114294311A - 一种抗拔柔性抗剪自攻螺钉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗拔柔性抗剪自攻螺钉，用于连接冷弯薄壁型钢‑覆面墙板组合剪力墙体的覆面墙板与钢骨框架，包括五种结构形式，它们的相同结构包括螺帽、螺身段和螺尾段，其中四种结构还包括弹性材质的外螺纹套管，外螺纹套管位于螺帽和螺身段之间，四种结构的外螺纹套管中分别包覆固定连接螺帽和螺身段的长连杆、长弹簧及分别连接螺帽和螺身段的上下短连杆、上下短连杆之间连接短弹簧，另外一种将螺身段的中上部设置为空心段，五种结构分别具有不同的刚度和变形能力，可根据墙板的不同连接位置灵活选用，复合墙体受剪时释放部分连接应力，延缓覆面墙板板端开裂和承压破坏，改善连接处受力性能，提高墙体抗侧能力和抗震性能，降低结构维护成本。

Description

一种抗拔柔性抗剪自攻螺钉

技术领域

本发明涉及一种应用于建筑结构的自攻螺钉，特别涉及一种抗拔柔性抗剪自攻螺钉。

技术背景

冷弯薄壁型钢-覆面墙板组合剪力墙结构体系由低层向多层或高层推广的过程中，组合墙体作为该结构体系的主要抗侧系统，其抗侧性能、抗震性能被广泛关注。传统组合墙体主要由覆面墙板、冷弯薄壁型钢骨通过自攻螺钉连接固定。自攻螺钉的主要作用如下：

1.抗剪：承担覆面墙板与冷弯薄壁型钢骨界面之间的剪力。

2.抗拔：防止组合墙体在受力变形时覆面墙板翘起导致与钢骨框架脱离，保证覆面墙板与钢骨框架变形协调。

3.紧固：螺纹将覆面墙板和钢骨框架紧密连接，充分发挥组合墙体的整体性，使覆面墙板和钢骨框架变形协调。

自攻螺钉的抗剪、抗拔、紧固三大作用共同保证了覆面墙板的蒙皮效应，进而使得冷弯薄壁型钢-组合剪力墙结构中组合墙体的抗侧能力和抗震性能得以发挥。而实际工程中，冷弯薄壁型钢-覆面墙板组合剪力墙结构在受到水平地震作用时常在组合墙体自攻螺钉连接处发生破坏。

究其原因，是因为传统组合墙体中自攻螺钉的螺帽、螺身、螺纹、螺尾部分均为金属材质，覆面墙板多为石膏板、刨花板、玻镁板、硅酸钙板、胶合板等脆性板材，自攻螺钉剪切模量和弹性模量相比覆面墙板大很多。当结构受到水平地震作用时，组合墙体承受剪力，此时由于自攻螺钉刚度较大，变形能力较弱，覆面墙板变形能力较强，二者变形不协调且覆面墙板板端应力较大，使得覆面墙板过早在连接件处发生开裂和承压破坏。

此外，组合墙体在受到水平地震作用时也常常在覆面墙板连接件处发生螺钉剪断破坏和弯曲破坏。螺钉弯曲破坏属于延性破坏，是组合墙体较为理想的破坏模式。而覆面墙板板端开裂破坏、板端承压破坏和自攻螺钉剪断破坏等破坏模式均为脆性破坏，延性较差，会使得组合墙体抗侧能力和抗震性能得不到有效发挥，实际工程中应该避免发生。同时，这些破坏模式也导致覆面墙板在实际工程应用中利用率较低，提高了结构的维护成本，制约了冷弯薄壁型钢-覆面墙板组合剪力墙结构的推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能发挥抗剪、抗拔及紧固作用，又能改善冷弯薄壁型钢-覆面墙板连接处受力性能的抗拔柔性抗剪自攻螺钉，使冷弯薄壁型钢-覆面墙板组合剪力墙结构体系从低层向多层或高层推广应用。

为实现上述目的，本发明采用如下五种技术方案。

技术方案一提供的这种抗拔柔性抗剪自攻螺钉，包括依次共轴向中心线连接的螺帽、连杆、螺身段和螺尾段，连杆外同心套固有弹性材质的外螺纹套管，外螺纹套管和螺身段外的螺纹形成连续光滑的螺旋线，螺身段的螺纹圈数不小于三圈，连杆的长度不小于覆面墙板的厚度。

优选的，所述连杆与所述外螺纹套管之间通过结构胶黏剂粘结成一体。

技术方案二提供的这种抗拔柔性抗剪自攻螺钉，包括螺帽及其底面中心位置处垂直连接的上连杆，螺身段及其顶面中心位置处垂直连接的下连杆，螺身段下方的螺尾段，上连杆和下连杆的直径相同，它们的外壁同心套固弹性材质的外螺纹套管，外螺纹套管的长度大于上连杆和下连杆的长度之和，使上连杆和下连杆之间形成空心段，上连杆和空心段的长度之和不小于覆面墙板的厚度；外螺纹套管和螺身段外的螺纹形成连续光滑的螺旋线，螺身段的螺纹圈数不小于三圈；

优选的，所述上连杆和下连杆与所述外螺纹套管之间通过结构胶黏剂粘结成一体。

技术方案三提供的这种抗拔柔性抗剪自攻螺钉，包括依次共轴向中心线连接的螺帽、螺身段和螺尾段，螺身段的中上段为空心段，的空心段长度不小于覆面墙板厚度；螺身段下部的螺纹圈数不小于三圈。

技术方案四提供的这种抗拔柔性抗剪自攻螺钉，包括依次共轴向中心线连接的螺帽、弹簧、螺身段和螺尾段，弹簧的长度不小于覆面墙板的厚度，弹簧外同心套固有弹性材质的外螺纹套管，外螺纹套管和螺身段外的螺纹形成连续光滑的螺旋线，螺身段的螺纹圈数不小于三圈。

优选的，所述弹簧与所述外螺纹套管之间通过结构胶黏剂粘结成一体。

技术方案五提供的这种抗拔柔性抗剪自攻螺钉，包括螺帽及其底面中心位置处垂直连接的上连杆，螺身段及其顶面中心位置处垂直连接的下连杆，螺身段下方的螺尾段，上连杆和下连杆的直径相同，它们之间固定于直径相同的弹簧，上连杆、弹簧和下连杆的外壁同心套固弹性材质的外螺纹套管，上连杆和弹簧长度之和不小于覆面墙板的厚度，外螺纹套管和螺身段外的螺纹形成连续光滑的螺旋线，螺身段的螺纹圈数不小于三圈。

优选的，所述上连杆、下连杆和弹簧与与所述外螺纹套管之间通过结构胶黏剂粘结成一体。

上述五种技术方案中，所述螺帽的中心位置处设置有十字槽。

本发明使自攻螺钉的杆体部分可具有不同程度的柔性变形，能有效降低组合墙体的覆面墙板连接板端应力，使组合墙体受剪时覆面墙板不易发生开裂和承压破坏，改善了外覆墙板自攻螺钉连接的受力性能，有力发挥了覆面墙板的蒙皮效应，提高覆面墙板的使用寿命，降低结构维护成本，满足结构的正常使用要求。能提高组合墙体的变形能力，在水平地震作用下使输入结构的地震能量既能得到有效耗散，又不会因组合墙体变形过大导致结构垮塌而丧失承载能力。自攻螺钉具有连接和耗能功能,使其既能性抗剪又能消能减震，免去了在施工现场设置其它消能装置的工序。在平面内360°均可释放外覆墙板处的应力，力学性能各向同性，因此适用于组合墙体外覆墙板的不同位置，使用非常方便。简言之，本发明提供的这种自攻螺钉，具有柔性抗剪的同时兼具常规自攻螺钉抗拔、紧固功能，使覆面墙板和钢骨框架变形协调，保证复合墙体整体性，可很好的解决水平地震作用下组合墙体的覆面墙板自攻螺钉连接板端容易发生开裂和承压破坏，使得组合墙体的抗侧能力和抗震性能得不到有效发挥的技术难题。另外，本自攻螺钉可在工厂按设计要求生产好，现场安装时跟常规的自攻螺钉安装相同，但能使组合墙体的使用性能大大提高，使冷弯薄壁型钢-覆面墙板组合剪力墙结构体系能从低层向多层或高层推广应用，降低建筑成本。

附图说明

图1为本发明将钢骨框架与覆面墙板连接固定形成剪力墙体的结构示意图。

图2为图1中钢骨框架、覆面墙板和本发明的连接固定详图。

图3至图7分别为本发明五种结构形式的纵剖面结构示意图。

图8为第五种结构形式的爆炸结构示意图。

图9为在图2基础上增设抗拔垫片的结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明公开的这种抗拔柔性抗剪自攻螺钉，用于连接冷弯薄壁型钢-覆面墙板组合剪力墙的覆面墙板1和钢骨框架2，包括以下五种结构形式，可根据实际需要在墙体不同部位进行选择应用。

图3所示第一种结构形式的自攻螺钉，包括螺帽1、连杆2、螺身段3、螺尾段4、外螺纹套管5。

连杆2的两端分别固定于螺帽1底面中心和螺身段3的顶面中心，螺尾段4位于螺身段3的下侧。螺身段和螺尾段均为实心段，且螺身段的螺纹圈数不少于三圈，保证自攻效果。

外螺纹套管5的材质包括但不限于橡胶、硅胶、塑料等，它们的共性为具有延展性，可柔性变形。

连杆2的长度不小于覆面墙板1的厚度。外螺纹套管5与连杆2之间通过结构胶黏剂粘结，同时外螺纹套管的两端与螺帽1和螺身段3之间通过结构胶黏剂粘结，提高整个自攻螺钉的整体性，外螺纹套管和螺身段外的螺纹形成连续光滑的螺旋线。

连杆2的长度不小于覆面墙板1的厚度，可使覆面墙板自攻螺钉连接件处的板端沿厚度方向应力和变形一致。

外螺纹套管5作为穿过覆面墙板段，具有合适的弹性模量和刚度，自攻螺钉既能承担部分剪力，又能产生部分变形，发挥柔性抗剪的作用，释放部分外覆墙板连接处板端应力，从而延缓覆面墙板板端开裂和承压破坏；当组合墙体受剪较大时，随着自攻螺钉变形加大，自攻螺钉螺帽的抗拉拔作用显现，最终使连接处发生螺钉拉断或弯曲破坏，可用于负面墙板的板端连接部位。

图4所示的第二种结构形式，包括螺帽1、上连杆21、下连杆22、螺身段3、螺尾段4和外螺纹套管5。

上连杆21垂直固定于螺帽1的底面中心位置处，下连杆22固定于螺身段3的顶面中心位置处。上、下连杆外套固外螺纹套管5。上连杆和空心段的长度之和不小于覆面墙板的厚度。

即本结构形式与图3所示的第一种结构形式的差别为将连杆2断开分为上下两段，并分别与螺帽和螺身段固连，其它结构与第一种结构形式相同。相比于第一种结构形式，由于上、下连杆之间空心段的存在，使得本结构形式抗剪刚度更低，变形能力更强，可用于组合墙体侧向变形较大的部位，如外覆墙板接缝处、角部及门窗洞口角部连接处等。

图5所示第三种结构形式的自攻螺钉，包括螺帽1、螺身段3和螺尾段4，螺身段的中上部段为空心段，空心段的长度不小于覆面墙板的厚度。即将常规自攻螺钉的中上部段轴向中心设置为空心段。

相比于图4所示的第二种结构形式，本结构形式的抗剪刚度较高，变形能力较弱，可用于组合墙体侧向变形较小的部位，如覆面墙板的中部连接处等。

图6所示第四种结构形式的自攻螺钉，包括螺帽1、弹簧6、螺身段3和螺尾段4。即第一种结构形式的连杆替换为弹簧或者钢绞线等，使本结构形式的自攻螺钉较前三种结构形式具有更高的变形能力和耗能能力。

图7、图8所示第五种结构形式的自攻螺钉，包括螺帽1、上连杆21、下连杆22、螺身段3、螺尾段4、外螺纹套管5、弹簧6。为图4所示第二种结构形式和图6所示第四种结构形式的结合，其变形能力和耗能能力比第四种弱，比第二种强，但刚度比四种稍强。

第四和第五种结构形式的自攻螺钉均可用于第三、第四种结构形式用的连接部位，可根据具体情形选择使用。

为了便于自攻螺钉的安装操作，上述五种结构形式中，螺帽中心位置处均设置十字槽。

本发明的安装时，在施工现场将钢骨框架装配完整，根据设计要求在覆面墙板1表层对应自攻螺钉连接的端距、间距进行定位并座标记；然后用螺钉枪将自攻螺钉攻入覆面墙板并穿过钢骨框架侧壁，尽量保证自攻螺钉与覆面墙板板面垂直，并使自攻螺钉螺帽底部紧贴覆面墙板外表面，覆面墙板紧贴钢骨框架侧壁。螺钉枪选择时注意扭矩大小适中，使自攻螺钉不易过快和过慢攻入覆面墙板。

为避免组合墙体受剪时发生自攻螺钉拔出破坏，可在自攻螺钉螺帽底部增设抗拔垫片7。在抗拔垫片的中心位置处设置孔径不小于自攻螺钉螺身段外直径的圆孔，在整个螺钉安装前通过结构胶黏剂粘结于覆面墙板表面。抗拔垫片的形状、尺寸、材性根据计算和构造确定。此外，为节约成本，本自攻螺钉可在覆面墙板周边角部区等受力较大位置处单独采用。

本发明使自攻螺钉的杆体部分可具有不同程度的柔性变形，能有效降低组合墙体的覆面墙板连接板端应力，使组合墙体受剪时覆面墙板不易发生开裂和承压破坏，改善了外覆墙板自攻螺钉连接的受力性能，有力发挥了覆面墙板的蒙皮效应，提高覆面墙板的使用寿命，降低结构维护成本，满足结构的正常使用要求。能提高组合墙体的变形能力，在水平地震作用下使输入结构的地震能量既能得到有效耗散，又不会因组合墙体变形过大导致结构垮塌而丧失承载能力。自攻螺钉具有连接和耗能功能,使其既能性抗剪又能消能减震，免去了在施工现场设置其它消能装置的工序。在平面内360°均可释放外覆墙板处的应力，力学性能各向同性，因此适用于组合墙体外覆墙板的不同位置，使用非常方便。简言之，本发明提供的这种自攻螺钉，具有柔性抗剪的同时兼具常规自攻螺钉抗拔、紧固功能，使覆面墙板和钢骨框架变形协调，保证组合墙体整体性，可很好的解决水平地震作用下组合墙体的覆面墙板自攻螺钉连接板端容易发生开裂和承压破坏，使得组合墙体的抗侧能力和抗震性能得不到有效发挥的技术难题。

Claims (10)

1.一种抗拔柔性抗剪自攻螺钉，用于连接冷弯薄壁型钢及其两侧的覆面墙板形成剪力墙，其特征在于：它包括依次共轴向中心线连接的螺帽、连杆、螺身段和螺尾段，连杆外同心套固有弹性材质的外螺纹套管，外螺纹套管和螺身段外的螺纹形成连续光滑的螺旋线，螺身段的螺纹圈数不小于三圈，连杆的长度不小于覆面墙板的厚度。

2.如权利要求1所述的抗拔柔性抗剪自攻螺钉，其特征在于：所述连杆与所述外螺纹套管之间通过结构胶黏剂粘结成一体。

3.一种抗拔柔性抗剪自攻螺钉，用于连接冷弯薄壁型钢及其两侧的覆面墙板形成剪力墙，其特征在于：它包括螺帽及其底面中心位置处垂直连接的上连杆，螺身段及其顶面中心位置处垂直连接的下连杆，螺身段下方的螺尾段，上连杆和下连杆的直径相同，它们的外壁同心套固弹性材质的外螺纹套管，外螺纹套管的长度大于上连杆和下连杆的长度之和，使上连杆和下连杆之间形成空心段，上连杆和空心段的长度之和不小于覆面墙板的厚度；外螺纹套管和螺身段外的螺纹形成连续光滑的螺旋线，螺身段的螺纹圈数不小于三圈。

4.如权利要求3所述的抗拔柔性抗剪自攻螺钉，其特征在于：所述上连杆和下连杆与所述外螺纹套管之间通过结构胶黏剂粘结成一体。

5.一种抗拔柔性抗剪自攻螺钉，用于连接冷弯薄壁型钢及其两侧的覆面墙板使之形成剪力墙，其特征在于：它包括依次共轴向中心线连接的螺帽、螺身段和螺尾段，螺身段的中上段为空心段，的空心段长度不小于覆面墙板厚度；螺身段下部的螺纹圈数不小于三圈。

6.一种抗拔柔性抗剪自攻螺钉，用于连接冷弯薄壁型钢及其两侧的覆面墙板形成剪力墙，其特征在于：它包括依次共轴向中心线连接的螺帽、弹簧、螺身段和螺尾段，弹簧的长度不小于覆面墙板的厚度，弹簧外同心套固有弹性材质的外螺纹套管，外螺纹套管和螺身段外的螺纹形成连续光滑的螺旋线，螺身段的螺纹圈数不小于三圈。

7.如权利要求6所述的抗拔柔性抗剪自攻螺钉，其特征在于：所述弹簧与所述外螺纹套管之间通过结构胶黏剂粘结成一体。

8.一种抗拔柔性抗剪自攻螺钉，用于连接冷弯薄壁型钢及其两侧的覆面墙板形成剪力墙，其特征在于：它包括螺帽及其底面中心位置处垂直连接的上连杆，螺身段及其顶面中心位置处垂直连接的下连杆，螺身段下方的螺尾段，上连杆和下连杆的直径相同，它们之间固定于直径相同的弹簧，上连杆、弹簧和下连杆的外壁同心套固弹性材质的外螺纹套管，上连杆和弹簧长度之和不小于覆面墙板的厚度，外螺纹套管和螺身段外的螺纹形成连续光滑的螺旋线，螺身段的螺纹圈数不小于三圈。

9.如权利要求8所述的抗拔柔性抗剪自攻螺钉，其特征在于：所述上连杆、下连杆和弹簧与与所述外螺纹套管之间通过结构胶黏剂粘结成一体。

10.如权利要求1或3或5或6或8所述的抗拔柔性抗剪自攻螺钉，其特征在于：所述螺帽的中心位置处设置有十字槽。

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