CN115126096A - 一种模块钢结构连接节点及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模块钢结构连接节点及其装配方法。其中，连接节点主要包括上角件、下角件、上模块柱、下模块柱、上模块地板梁、下模块天花板梁、连接板、高强钢棒、耗能钢板、套筒、限位螺母及限位钢板。耗能钢板其一侧与上角件的侧板固定连接，另一侧与套筒的外周缘固定连接。将本发明的连接节点应用于工程项目中，可在室内实现上下模块间的快速干法装配，且不需在楼板或梁上预留洞口；当模块钢结构建筑遭遇强震或飓风等灾害时，连接节点内的高强螺栓、套筒及耗能钢板可有效传递水平及竖向荷载；当建筑服役结束时，可通过连接节点的简单拆卸实现模块单元的快速回收。

Description

一种模块钢结构连接节点及其装配方法

技术领域

本发明涉及模块钢结构建筑等建筑形式的单元与单元之间，单元与基础之间的连接节点及其装配方法。

背景技术

模块钢结构建筑是一种高度集成的装配式建筑，在疫情防控、防灾应急等领域发挥着重要作用。除了控制成本等基本需求外，模块钢结构连接节点的以下3项功能1)施工期间在现场可快速干法装配、2)使用期间可提供足够的刚度与承载力、3)服役结束后可快速拆卸，在工程项目中的需求越来越显著。

专利(CN207553293U)提出了一种模块钢结构的连接节点，可实现现场快速干法装配及快速拆卸。但角柱等节点区域的上下模块柱与连接板之间在大变形下易脱开，导致建筑存在围护体开裂、结构体损伤等影响使用及安全功能的隐患。专利(CN207314526U)提出了一种可防止节点区域上下模块柱与连接板之间脱开的插入自锁式节点，但制作工艺复杂、成本较高，施工现场安装较困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块钢结构连接节点及其装配方法，可实现现场快速干法装配，可提供足够的刚度与承载力，服役结束后模块可快速拆卸回收。

本发明是这样实现的，一种模块钢结构连接节点，用于连接上、下两个钢结构模块，其包括上角件、下角件、上模块柱、下模块柱、上模块地板梁、下模块天花板梁、连接板、高强钢棒、耗能钢板、套筒、限位螺母及限位钢板，所述上角件及下角件均为空心管状结构；

所述上模块柱的底端与所述上角件的顶板固定连接，所述上模块地板梁的一端与所述上角件的侧板固定连接，所述下模块柱的顶端与所述下角件的底板固定连接，所述下模块天花板梁的一端与所述下角件的侧板固定连接；

所述上角件位于所述下角件的上方，所述连接板夹置于所述上角件与下角件之间，

所述连接板上预留有第一定位槽孔，所述下角件的顶板预留有第二定位槽孔；所述高强钢棒位于所述上角件的管体内，所述高强钢棒的底端通过定位槽孔穿出所述下角件的底板，并与所述预先固定于下角件顶板下侧的螺母固定连接；

所述套筒套设于所述高强钢棒的外周缘，所述套筒的上端螺纹连接有加强环箍，所述高强钢棒的顶端向上凸伸出所述套筒，所述限位螺母螺纹连接于高强钢棒的顶端，所述限位钢板夹置于所述限位螺母与加强环箍之间；所述限位钢板下表面与加强环箍上表面之间摩擦接触；

所述耗能钢板位于所述上角件的管体内，所述耗能钢板的一侧与所述上角件的侧板固定连接，另一侧与所述套筒的外周缘固定连接。

进一步的，所述耗能钢板的顶端与所述上角件的顶板预留有一定空隙，所述耗能钢板的底端与所述上角件的底板预留有一定空隙。

进一步的，所述套筒的两侧包括至少一块耗能钢板，所述耗能钢板沿所述套筒的周向方向间隔分布。

进一步的，所述限位钢板的下表面与所述加强环箍的上表面摩擦接触。

进一步的，所述限位钢板的下表面与所述加强环箍的上表面均为粗糙面。

进一步的，所述上模块柱的底端与所述上角件的顶板焊接，所述上模块地板梁的一端与所述上角件的侧板焊接，所述下模块柱的顶端与所述下角件的底板焊接，所述下模块天花板梁的一端与所述下角件的侧板焊接；所述耗能钢板的一侧与所述上角件的侧板焊接，另一侧与所述套筒的外周缘焊接。

进一步的，所述套筒以及高强钢棒的顶端均穿出所述上角件的顶板，并且，所述上模块柱的侧板上开设有供安装所述限位螺母及限位钢板的操作洞口。

进一步的，所述操作洞口外部四周设置第一加强钢板，所述第一加强钢板与上模块柱外壁固定连接。

进一步的，所述操作洞口上侧内部设置第二加强钢板，所述第二加强钢板四周与上模块柱内壁固定连接。

本发明为实现上述目的，还提供了一种连接节点的装配方法，包括以下步骤：

(1)在工厂将耗能钢板的左右两侧分别与上角件侧板内壁及套筒外壁通过焊接相连；

(2)套筒的上端通过螺纹连接固定加强环箍；

(3)将上角件底板与顶板预先开操作洞口，以避免与套筒碰撞；

(4)将上角件底板、顶板、前板、后板分别与左右侧板焊接相连，形成管状上角件；

(5)下角件顶板预先开设第一定位槽孔；

(6)下角件顶板下侧增设垫板，二者间通过焊接连接；

(7)下角件顶板下侧的垫板下侧增设螺母，二者间亦通过焊接连接；

(8)下模块在施工现场吊装完毕后，将预留有第二定位槽孔的连接板放置于下角件的顶板上方，并将第二定位槽孔与下角件顶板上的第一定位槽孔的中心上下对齐；

(9)将高强钢棒从上往下穿过第一定位槽和第二定位槽孔拧进至下角件内，与预先增设的螺母螺纹固定连接；

(10)将上模块吊装放置于下模块上，此时，高强钢棒穿过套筒插入上角件进上模块柱；

(11)通过上模块柱侧面的操作洞口，将限位钢板套进高强钢棒的顶端，二者内外壁之间留一定间隙；

(12)拧紧限位螺母，使限位钢板下表面与加强环箍上表面产生咬合接触；节点安装完毕。

进一步的，上述方法还包括以下步骤：

于限位钢板下表面与加强环箍上表面上加工出凸凹结构，以使限位钢板下表面的凸凹结构与加强环箍上表面的凸凹结构能相互咬合。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：

本发明的连接节点的结构设计及其装配方法可满足工程项目中所需要的以下3项功能：

1、模块钢结构建筑现场施工期间上下模块可在室内实现上下模块间的快速干法装配，且不需在楼板或梁上预留洞口；

2、当模块钢结构建筑使用期间遭遇强震或飓风等灾害时，连接节点内的高强钢棒、套筒及耗能钢板可有效传递水平及竖向荷载；

3、模块钢结构建筑服役结束时，可通过连接节点的简单拆卸实现模块的快速拆除。

附图说明

图1是本发明实施例的连接节点用于角柱时的纵向剖面示意图；

图2是图1所示连接节点沿A-A剖面处的剖视示意图；

图3是本发明实施例的连接节点用于角柱时的立体结构示意图。

图中标记：

1-上角件、2-下角件、3-上模块地板梁、4-下模块天花板梁、5-上模块柱、6-下模块柱、7-连接板、8-高强钢棒、9-套筒、10-加强环箍、11-耗能钢板、12-上模块柱内限位螺母、13-限位钢板、14-下角件内垫板、15-下角件内螺母、16-上角件顶底板预留洞口、17-操作洞口、18-第一加强钢板、19-第二加强钢板、21-第一定位槽孔、71-第二定位槽孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体化连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通。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。

图1、图2及图3示出了本实施例提供的一种模块钢结构连接节点，包括上角件1、下角件2、上模块地板梁3、下模块天花板梁4、上模块柱5、下模块柱6、连接板7、高强钢棒8、套筒9、加强环箍10、耗能钢板11、上模块柱内限位螺母12、限位钢板13、下角件内垫板14、下角件内螺母15、上角件顶底板预留洞口16、上模块柱5柱脚预留操作洞口17、操作洞口17四周固定连接第一加强钢板18、上模块柱5内固定连接第二加强钢板19、下角件2顶板预留第一定位槽孔21、连接板7预留第二定位槽孔71。

上模块柱5的底端与上角件1的顶板焊接，上模块地板梁3的一端与上角件1的侧板焊接，下模块柱6的顶端与下角件2的底板焊接，下模块天花板梁4的一端与下角件2的侧板焊接。

上角件1位于下角件2的上方，连接板7夹置于上角件1与下角件2之间。

下角件2的顶板预留有第一定位槽孔21，连接板7上预留有第二定位槽孔71。高强钢棒8位于上角件1的管体内，高强钢棒8的底端穿出下角件2的底板，并通过第一定位槽孔21、第二定位槽孔与下角件内垫板14、下角件内螺母15螺纹连接。

套筒9套设于高强钢棒8的外周缘，套筒9的上端螺纹连接有加强环箍10。高强钢棒8的顶端向上通过预留洞口16凸伸出上角件1入上模块柱5，上模块柱内限位螺母12螺纹连接于高强钢棒8的顶端，限位钢板13夹置于限位螺母12与加强环箍10之间；限位钢板13下表面与加强环箍10上表面之间摩擦接触。

耗能钢板11位于上角件1的管体内，耗能钢板11的一侧与上角件1的侧板固定连接，另一侧与套筒9的外周缘固定连接。耗能钢板11的顶端、底端与上角件1的顶板、底板分别可预留有一定空隙。

上述耗能钢板11的数量不限定，可以是一块或多块。于本实施例中，连接节点包括四块耗能钢板11，分别沿套筒9的周向方向间隔分布。

当上模块柱12受到水平推力或竖向拉力等外部作用时，耗能钢板11因节点区域的变形而产生内力，对节点区域的承载力有提高作用。

限位钢板13的下表面与加强环箍10的上表面均为粗糙面，可通过较大摩擦接触实现同步移动。

当上角件1受水平力而使连接板7上下部位产生剪力时，初始情况下可通过耗能钢板11的承载力及下角件2顶板与连接板7之间的摩擦抗力抵抗。

为了进一步增加限位钢板13与加强环箍10之间的摩擦力，可在限位钢板13下表面与加强环箍10上表面上加工出凸凹结构，以使限位钢板13下表面的凸凹结构与加强环箍10上表面的凸凹结构能相互咬合。

套筒9以及高强钢棒8的顶端均穿出上角件1的顶板，为了便于工人操作，上模块柱5柱脚的侧板上开设有供工人操作限位螺母12以及限位钢板13的操作洞口17，该操作洞口17在连接节点安装完毕后可安装翻转式板块、装饰板或密封板封闭。

本实施例的连接节点适用于模块钢结构建筑等建筑形式的单元之间及单元与基础之间的连接，尤其是角柱及边柱等水平或竖向作用下轴向力变化较为明显的节点区域。

本实施例还提供了上述连接节点的装配方法，包括以下步骤：

(1)在工厂将耗能钢板11的左右两侧分别与上角件1侧板内壁及套筒9外壁通过焊接相连；

(2)套筒9的上端通过螺纹连接固定加强环箍10；

(3)将上角件1底板与顶板预先开操作洞口16，以避免与套筒9碰撞；

(4)将上角件1底板、顶板、前板、后板分别与左右侧板焊接相连，形成管状上角件；

(5)下角件2顶板预先开设第一定位槽孔21；

(6)下角件2顶板下侧增设下角件内垫板14，二者间通过焊接连接；

(7)下角件内垫板14下侧增设下角件内螺母15，二者间亦通过焊接连接；

(8)下模块2在施工现场吊装完毕后，将预留有第二定位槽孔71的连接板7放置于下角件2的顶板上方，并将第二定位槽孔71与下角件2顶板上的第一定位槽孔21的中心上下对齐；

(9)将高强钢棒8从上往下穿过第一定位槽孔21、第二定位槽孔71拧进至下角件2内，与预先增设的下角件内螺母15螺纹固定连接；

(10)将上模块吊装放置于下模块上，此时，高强钢棒8穿过套筒9插入上角件1进上模块柱5内；

(11)通过上模块柱5侧面的操作洞口17，将限位钢板13套进高强钢棒8的顶端，二者内外壁之间留一定间隙；

(12)拧紧(可通过扳手)限位螺母12，使限位钢板13下表面与加强环箍10上表面产生咬合接触；节点安装完毕。

步骤(1)到步骤(7)在工厂加工组装完成，步骤(8)到步骤(12)于工程项目现场完成。

通过上述的结构设计及装配方法，本实施例的连接节点可满足工程项目中所需要的以下3项功能：

1、模块钢结构建筑现场施工期间上下模块可在室内实现上下模块间的快速干法装配，且不需在楼板或梁上预留洞口；

2、当模块钢结构建筑使用期间遭遇强震或飓风等灾害时，连接节点内的高强钢棒8、套筒9及耗能钢板11可有效传递水平及竖向荷载；

3、模块钢结构建筑服役结束时，可通过连接节点的简单拆卸实现模块的快速拆除。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种模块钢结构连接节点，用于连接上、下两个模块，其特征在于，包括上角件、下角件、上模块柱、下模块柱、上模块地板梁、下模块天花板梁、连接板、高强钢棒、套筒、耗能钢板、限位螺母、限位钢板及垫板，所述上角件以及下角件均为空心管状结构；

所述上模块柱的底端与所述上角件的顶板固定连接，所述上模块地板梁的一端与所述上角件的侧板固定连接，所述下模块柱的顶端与所述下角件的底板固定连接，所述下模块天花板梁的一端与所述下角件的侧板固定连接；

所述上角件位于所述下角件的上方，所述连接板夹置于所述上角件与下角件之间，

所述连接板上预留有第一定位槽孔，所述下角件的顶板预留有第二定位槽孔；所述高强钢棒位于所述上角件及下角件的管体内，所述高强钢棒的底端穿出所述下角件的顶板，并通过固定连接于下角件顶板的垫板与固定连接于所述垫板的螺母相连；

所述套筒套设于所述高强钢棒的外周缘，所述套筒的上端固定连接有加强环箍，所述高强钢棒的顶端向上凸伸出所述套筒，所述限位螺母螺纹连接于高强钢棒的顶端，所述限位钢板夹置于所述限位螺母与加强环箍之间；所述限位钢板下表面与所述加强环箍上表面之间摩擦接触；

所述耗能钢板位于所述上角件的管体内，所述耗能钢板的一侧与所述上角件的侧板固定连接，另一侧与所述套筒的外周缘固定连接。

2.如权利要求1所述的连接节点，其特征在于，所述耗能钢板的顶端与所述上角件的顶板预留有一定空隙，所述耗能钢板的底端与所述上角件的底板预留有一定空隙。

3.如权利要求1所述的连接节点，其特征在于，所述套筒的两侧至少固定连接一块耗能钢板。

4.如权利要求1至3中任一项所述的连接节点，其特征在于，所述限位钢板的下表面与所述加强环箍的上表面咬合接触。

5.如权利要求4所述的连接节点，其特征在于，所述限位钢板的下表面与所述加强环箍的上表面均为粗糙面。

6.如权利要求1至3中任一项所述的连接节点，其特征在于，所述上模块柱的底端与所述上角件的顶板焊接，所述上模块地板梁的一端与所述上角件的侧板焊接，所述下模块柱的顶端与所述下角件的底板焊接，所述下模块天花板梁的一端与所述下角件的侧板焊接；所述耗能钢板的一侧与所述上角件的侧板焊接，另一侧与所述套筒的外周缘焊接。

7.如权利要求1至3中任一项所述的连接节点，其特征在于，所述套筒及高强钢棒的顶端均穿出所述上角件的顶板，并且，所述上模块柱的侧板上开设有供工人操作所述限位螺母及限位钢板的操作洞口。

8.如权利要求7所述的连接节点，其特征在于，所述操作洞口外部四周设置第一加强钢板，所述第一加强钢板与上模块柱外壁固定连接。

9.如权利要求8所述的连接节点，其特征在于，所述操作洞口上侧内部设置第二加强钢板，所述第二加强钢板四周与上模块柱内壁固定连接。

10.一种如权利要求1至9所述的连接节点的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在工厂将耗能钢板的左右两侧分别与上角件侧板内壁及套筒外壁通过焊接相连；

(2)套筒的上端通过螺纹连接固定加强环箍；

(3)将上角件底板与顶板预留洞口，以避免与套筒碰撞；

(4)将上角件底板、顶板、前板、后板分别与左右侧板焊接相连，形成上角件；

(5)下角件顶板预先开设第一定位槽孔；

(6)下角件顶板下侧增设垫板，二者间通过焊接连接；

(7)下角件顶板下侧的垫板的下侧增设螺母，垫板与螺母二者间亦通过焊接连接；

(8)下模块在施工现场吊装完毕后，将预留有第二定位槽孔的连接板放置于下角件的顶板上方，并将第二定位槽孔与下角件顶板上的第一定位槽孔的中心上下对齐；

(9)将高强钢棒从上往下穿过第一定位槽孔和第二定位槽孔进至下角件内，与预先增设的螺母螺纹固定连接；

(10)将上模块吊装放置于下模块上，此时，高强钢棒穿过套筒插入上角件进上模块柱内；

(11)通过上模块柱侧面的操作洞口，将限位钢板套进高强钢棒的顶端，二者内外壁之间留一定间隙；

(12)拧紧限位螺母，使限位钢板下表面与加强环箍上表面产生摩擦接触；节点安装完毕。

11.一种如权利要求10所述的连接节点的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

于限位钢板下表面与加强环箍上表面加工出凸凹结构，以使限位钢板下表面的凸凹结构与加强环箍上表面的凸凹结构能相互咬合。

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