CN116005813A - 盒式板-销连接的模块化钢结构中部螺栓连接节点及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了盒式板‑销连接的模块化钢结构中部螺栓连接节点及施工方法，包括：中间板‑销连接件、上盒式连接件单元、下盒式连接件单元、梁衬筒单元、模块梁单元；中间板‑销连接件，包括一根中心圆棒、四个插销、一块水平板及四块竖向板；上盒式连接件单元和下盒式连接件单元，通过中间板‑销连接件实现连接，上下对称，结构相同，下盒式连接件单元均包括四个依次排列且对称设置的盒式连接件，包括：一块方形板、一块L形折板、一块弧弯板、一块开洞板及圆钢管；梁衬筒单元包括八个上部梁衬筒和八个下部梁衬筒；模块梁单元包括八根下部模块天花板梁和八根上部模块地板梁。本发明可实现模块化钢结构节点工厂精细化制造、现场全装配化安装及拆卸。

Description

盒式板-销连接的模块化钢结构中部螺栓连接节点及施工方法

技术领域

本发明属于模块化结构的节点领域，尤其涉及一种盒式板-销连接的模块化钢结构中部螺栓连接节点及施工方法。

背景技术

模块化结构是一种采用集成化设计、标准化生产、装配式建造的新型装配式钢结构建筑，模块化结构体系由多个模块化单元通过模块化节点连接而成。模块化结构完成度和集成度较高，施工质量可靠，稳定地加速项目进度，最大限度提高生产效率。模块化建筑凭借其场外标准化生产、施工时间短的优势降低了建筑物整体生命周期成本。模块化结构作为一种新型建筑结构类型，有绿色低碳、可持续化发展、循环回收利用等明显优势，是装配式建筑发展的新模式。模块化结构体系由多个相互独立的模块化单元通过模块化节点连接而成，模块化连接节点是模块化结构体系关键点和核心。

目前国内外学者对模块化钢结构连接节点的研究尚未成熟，当下的模块化连接节点也存在各种不足之处，例如：1）模块化节点连接设计不具备多种节点连接形式的兼容性；2）模块化节点区域需焊接补强，未达到100%装配化；3）模块化节点设计传力不够简洁直接，难以适应模块化结构向高层建筑的发展需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种盒式板-销连接的模块化钢结构中部螺栓连接节点及施工方法，可实现现场完全装配式作业及拆卸回收。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种盒式板-销连接的模块化钢结构中部螺栓连接节点，包括：

中间板-销连接件，包括一根中心圆棒、四个插销、一块水平板及四块竖向板，所述插销关于竖向板两两对称，；所述水平板在四个插销定位孔处开洞，与插销配合焊接，所述水平板中心处开口与中心圆棒焊接；所述水平板上下表面关于中心圆棒上下表面对称；

所述四块竖向板，上下部对称开设长圆孔与模块梁单元的侧面配合，所述四块竖向板中部开槽，插入水平板且与中心圆棒接触，三者进行焊接形成整体，所述四块竖向板外侧面分别与水平板对应外侧面重合。所述四块竖向板两两相互垂直并对称居中；

上盒式连接件单元和下盒式连接件单元，通过中间板-销连接件实现上下左右定位连接，结构相同，所述下盒式连接件单元均包括四个对称设置的下盒式连接件；四个所述下盒式连接件形成装配所述中间板-销连接件下段的孔位空间，所述下盒式连接件包括：

一块方形板，垂直于模块柱轴线方向，所述方形板与模块柱焊接；

一块L形折板，垂直于模块梁轴线方向，所述L形折板外侧面分别与一模块梁焊接；所述L形折板底面与方形板焊接，所述L形折板外侧面与方形板外侧面重合；

一块弧弯板，垂直于模块梁轴线方向，所述弧弯板底面与方形板焊接，所述弧弯板厚度方向立面与L形折板内侧面焊接，所述弧弯板外侧面与方形板外侧面重合；

一块开洞板，平行于方形板，所述开洞板外侧面与弧弯板、L形折板焊接；所述开洞板外表面与弧弯板顶面重合；

圆钢管，垂直于方形板，所述圆钢管底面与方向板焊接；所述圆钢管顶面与开洞板外表面重合；所述圆钢管侧面与开洞板内侧面焊接；所述圆钢管用于与中间板-销连接件的插销配合；

梁衬筒单元，包括八个上部梁衬筒和八个下部梁衬筒，上部梁衬筒和下部梁衬筒结构相同，所述下部梁衬筒两侧面开设大小一致同心居中操作孔，所述下部梁衬筒与L形折板外侧面焊接；所述下部梁衬筒外表面与模块梁单元的下部模块天花板梁内表面接触；

模块梁单元，包括八根下部模块天花板梁和八根上部模块地板梁，上部模块地板梁和下部模块天花板梁结构相同，所述下部模块天花板梁外侧面开设螺栓孔，内侧面开设操作孔，两孔同心，与下部梁衬筒操作孔、竖向板长圆孔配合；所述下部模块天花板梁与L形折板外侧面焊接；下部模块天花板梁内表面与下部梁衬筒外表面接触。

优选地，中间板-销连接件、上盒式连接件和下盒式连接件安装完成后，所述中间板-销连接件插销分别与上盒式连接件和下盒式连接件钢管定位配合。

优选地，中间板-销连接件、上盒式连接件和下盒式连接件安装完成后，所述中间板-销连接件上表面与上盒式连接件开洞板接触，所述中间板-销连接件下表面与下盒式连接件开洞板接触。

优选地，中间板-销连接件、上盒式连接件和下盒式连接件安装完成后，所述竖向板内表面与上、下盒式连接件弧弯板外表面、模块梁单元的外表面均重合。

优选地，所述上盒式连接件和下盒式连接件上下对称设置。

优选地，所述梁衬筒单元采用方管状构件制成。

优选地，所述模块梁、上部模块柱和下部模块柱均采用方管状构件制成。

优选地，所述模块梁单元的强度等级为Q235、Q355、Q390或Q420。

一种盒式板-销连接的模块化钢结构中部螺栓连接节点的施工方法，包括以下步骤：

（1）焊接上盒式连接件单元和下盒式连接件单元：

所述下盒式连接件单元包括四个下盒式连接件，上盒式连接件单元包括四个上盒式连接件；

焊接下盒式连接件时：首先在方形板上分别焊接一块弧弯板和一块L形折板，三者外侧面均重合；然后将弧弯板厚度方向立面与L形折板内侧面焊接；之后将开洞板外侧面与L形折板、弧弯板内侧面焊接；最后将圆钢管侧面与开洞板内侧面焊接，底面与方形板焊接；

（2）焊接梁衬筒单元：

所述梁衬筒单元包括下部梁衬筒和上部梁衬筒；

在下盒式连接件中L形折板外侧面上均焊接一下部梁衬筒，在上盒式连接件中L形折板外侧面上均焊接一上部梁衬筒；

（3）焊接模块梁单元：

所述模块梁单元包括下部模块天花板梁和上部模块地板梁；

在下盒式连接件中L形折板外侧面上均焊接一下部模块天花板梁，在上盒式连接件中L形折板外侧面上均焊接一上部模块地板梁；模块梁内表面与梁衬筒外表面接触；

（4）焊接下部模块柱和上部模块柱：

将一上部模块柱焊接于上盒式连接件中方形板的顶面，将一下部模块柱焊接于下盒式连接件中方形板的底面；

（5）焊接中间板-销连接件：

在水平板四个插销定位孔处开洞，与插销配合焊接，然后在水平板中心处开孔与中心圆棒焊接；最后四块竖向板中部开槽，插入水平板且与中心圆棒接触，三者进行焊接形成整体，四块竖向板正交布置，两两之间夹角为90度；

（6）组装下盒式连接件单元：

将下部四个下盒式连接件对称拼合形成下盒式连接件单元；

（7）安装中间板-销连接件：

将中间板-销连接件的插销下段插入下盒式连接件钢管孔中，之后通过下部螺栓将中间板-销连接件竖向板的长圆孔、下部模块天花板梁外侧面上螺栓孔连接；

（8）安装上盒式连接件单元：

将上部四个上盒式连接件对称拼合形成上盒式连接件单元；接着，将中间板-销连接件的插销上段放入上盒式连接件钢管孔中，之后通过上部螺栓将中间板-销连接件竖向板的长圆孔、上部模块地板梁外侧面上螺栓孔连接。

与现有技术相比，本发明的优点为：

（1）连接节点仅需通过插销定位即可实现8个模块化单元的连接，再辅助以模块梁外侧面螺栓和竖向板进一步保证了节点域的整体性和受力对称性。

（2）连接节点实现了模块化施工作业，上盒式连接件、下盒式连接件和中间板-销连接件三者通过插销定位以及螺栓完成连接，螺栓手孔处内衬梁衬筒进行构造补强，此外无需任何形式焊接补强。

（3）上盒式连接件、下盒式连接件和中间板-销连接件三者之间均可实现拆卸，从而实现模块化节点循环回收利用。

（4）连接节点扩大了模块化单元的适用范围，又增加了模块化单元的稳定性。连接节点可进一步拓展实现模块化多层永久性建筑的连接，为实现模块化结构体系的多样化、产品的可标准化和规范化奠定基础；此外，模块化结构符合绿色建筑的设计和发展理念；连接节点与钢结构模块化单元可提前预制，结构体系可完全回收利用。

附图说明

图1为本发明一实施例的模块化整体结构示意图；

图2为盒式板-销连接的模块化钢结构中部螺栓连接节点的示意图；

图3为盒式板-销连接的模块化钢结构中部螺栓连接节点的分解图；

图4为下模块单元的安装示意图；

图5为盒式连接件的分解图；

图6为中间板-销连接件的三维示意图；

图7为中间板-销连接件的分解图；

其中， 1-上部模块柱，2-下部模块柱，3-上部模块地板梁，4-下部模块天花板梁，5-上部梁衬筒，6-下部梁衬筒，7-上盒式连接件，8-下盒式连接件，9-中心圆棒， 10-插销，11-水平板，12-竖向板，13-上部螺栓，14-下部螺栓。

实施方式

下面将结合示意图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

如图1~7所示，一种盒式板-销连接的模块化钢结构边部螺栓连接节点，包括：中间板-销连接件、上盒式连接件单元、下盒式连接件单元、梁衬筒单元、模块梁单元。

如图6~7所示，中间板-销连接件，包括一根中心圆棒9、四个插销10、一块水平板11及四块竖向板12，上部螺栓13、下部螺栓14。其中，模块梁单元、上部模块柱1和下部模块柱2均采用方管状构件制成。

中间板-销连接件，包括一根中心圆棒9、四个插销10、一块水平板11及四块竖向板12，所述插销10关于竖向板12两两对称，且两端倒角便于安装配合；所述水平板11在四个插销10定位孔处开洞，与插销10配合焊接，所述水平板11中心处开口与中心圆棒9焊接；所述水平板11上下表面关于中心圆棒9上下表面对称；

所述四块竖向板12，上下部对称开设长圆孔与模块梁单元的侧面配合，所述四块竖向板12中部开槽，插入水平板11且与中心圆棒9接触，三者进行焊接形成整体，所述四块竖向板外侧面12分别与水平板11对应外侧面重合。所述四块竖向板12两两相互垂直并对称居中。

上盒式连接件单元和下盒式连接件单元，通过中间板-销连接件实现上下左右定位连接，结构相同，所述下盒式连接件单元包括四个对称设置的下盒式连接件8；四个所述下盒式连接件8形成装配所述中间板-销连接件下段的孔位空间。

如图4~5所示，所述下盒式连接件8包括：

一块方形板8-5，垂直于模块柱轴线方向，所述方形板8-5与模块柱2焊接；

一块L形折板8-2，垂直于模块梁4轴线方向，所述L形折板8-2外侧面分别与一模块梁4焊接；所述L形折板8-2底面与方形板8-5焊接，所述L形折板外侧面与方形板外侧面重合；

一块弧弯板8-1，垂直于模块梁轴线方向，所述弧弯板8-1底面与方形板8-5焊接，所述弧弯板8-1厚度方向立面与L形折板8-2内侧面焊接，所述弧弯板8-1外侧面与方形板8-5外侧面重合；

一块开洞板8-3，平行于方形板8-2，所述开洞板8-3外侧面与弧弯板8-1、L形折板8-2焊接；所述开洞板外表面8-3与弧弯板顶面8-1重合；

圆钢管8-4，垂直于方形板8-5，所述圆钢管8-4底面与方向板8-5焊接；所述圆钢管8-4顶面与开洞板外表面8-3重合，即圆钢管8-4与开洞板8-3贯通；所述圆钢管8-4侧面与开洞板8-3内侧面焊接；所述圆钢管8-4用于与中间板-销连接件9-12的插销10配合；

梁衬筒单元，包括八个上部梁衬筒5和八个下部梁衬筒6，上部梁衬筒5和下部梁衬筒6结构相同，所述下部梁衬筒6两侧面开设大小一致同心居中操作孔，所述下部梁衬筒6与L形折板8-2外侧面焊接；所述下部梁衬筒6外表面与下部模块天花板梁4内表面紧密接触；

模块梁单元，包括八根上部模块地板梁3和八根下部模块天花板梁4，上部模块地板梁3和下部模块天花板梁4结构相同，所述下部模块天花板梁4外侧面开设螺栓孔，内侧面开设操作孔，两孔同心，与下部梁衬筒6的操作孔、竖向板12长圆孔配合；所述模块梁单元的下部模块天花板梁4与L形折板8-2外侧面焊接；下部模块天花板梁4内表面与下部梁衬筒6外表面紧密接触。

由上，上多向连接件单元、上部模块地板梁3、上部模块柱1构成上部模块化单元；下多向连接件单元、下部模块天花板梁4、下部模块柱2构成下部模块化单元；所有焊接连接均提前在工厂进行。上部模块化单元和下部模块化单元均为钢制构件，关于两者接触面上下对称。上部模块化单元和下部模块化单元紧密接触；保证节点区域整体性和满足结构受力性能要求。

在本实施例中，模块梁单元中上部模块地板梁3、下部模块天花板梁4的强度等级均为Q235、Q355、Q390或Q420；上部模块柱1下部模块柱2的强度等级为Q235、Q355、Q390或Q420；上盒式连接件7、下盒式连接件8的强度等级可以为Q235、Q355、Q390或Q420；中间板-销连接件的强度等级为Q235、Q355、Q390或Q420。

该盒式板-销连接的模块化钢结构中部螺栓连接节点的施工方法，包括步骤（1）~（8），具体如下：

（1）焊接上盒式连接件单元和下盒式连接件单元：

所述下盒式连接件单元包括四个下盒式连接件8，上盒式连接件单元包括四个上盒式连接件7；

焊接下盒式连接件时，首先在方形板8-5上分别焊接一块弧弯板8-1和一块L形折板8-2，三者外侧面均重合；然后将弧弯板8-1厚度方向立面与L形折板8-2内侧面焊接；之后将开洞板8-3外侧面与L形折板8-2、弧弯板8-1内侧面焊接；最后将圆钢管8-4侧面与开洞板8-3内侧面焊接，底面与方形板8-5焊接。

（2）焊接梁衬筒单元：

所述梁衬筒单元包括下部梁衬筒6和上部梁衬筒5；

在下盒式连接件8中L形折板8-2外侧面上均焊接一下部梁衬筒6，在上盒式连接件7中L形折板7-2外侧面上均焊接一上部梁衬筒5。

（3）焊接模块梁单元：

所述模块梁单元包括下部模块天花板梁4和上部模块地板梁3；

在下盒式连接件8中L形折板8-2外侧面上均焊接一下部模块天花板梁4，在上盒式连接件7中L形折板8-2外侧面上均焊接一上部模块地板梁3；模块梁内表面与梁衬筒外表面紧密接触。即上部模块地板梁3与上部梁衬筒5外表面紧密接触、下部模块天花板梁4与外部梁衬筒6外表面紧密接触。

（4）焊接下部模块柱和上部模块柱：

将一上部模块柱1焊接于上盒式连接件7中方形板的顶面，将一下部模块柱2焊接于下盒式连接件8中方形板8-5的底面；

（5）焊接中间板-销连接件：

在水平板11四个插销定位孔处开洞，与插销10配合焊接，然后在水平板11中心处开孔与中心圆棒9焊接；最后四块竖向板12中部开槽，插入水平板11且与中心圆棒9接触，三者进行焊接形成整体，四块竖向板12正交布置，两两之间夹角为90度。

（6）组装下盒式连接件单元：

将下部四个下盒式连接件8对称拼合形成下盒式连接件单元；

（7）安装中间板-销连接件：

将中间板-销连接件的插销10下段插入各个下盒式连接件8钢管8-4孔中，之后通过下部螺栓14将中间板-销连接件竖向板12的长圆孔、下部模块天花板梁4外侧面上的螺栓孔连接。其中，每个竖向板12的下段，均位于8根下部模块天花板梁4形成的间隙内，每个竖向板12的上段均位于8根上部模块地板梁3形成的间隙内。

（8）安装上盒式连接件单元：

将上部四个上盒式连接件7对称拼合形成上盒式连接件单元；接着，将中间板-销连接件的插销10上段放入各个上盒式连接件7钢管孔中，之后通过上部螺栓13将中间板-销连接件竖向板12的长圆孔、上部模块地板梁3外侧面上螺栓孔连接。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种盒式板-销连接的模块化钢结构中部螺栓连接节点，其特征在于，包括：

中间板-销连接件，包括一根中心圆棒、四个插销、一块水平板及四块竖向板，所述插销关于竖向板两两对称；所述水平板在四个插销定位孔处开洞，与插销配合焊接，所述水平板中心处开口与中心圆棒焊接；所述水平板上下表面关于中心圆棒上下表面对称；

所述四块竖向板，上下部对称开设长圆孔与模块梁单元的侧面配合，所述四块竖向板中部开槽，插入水平板且与中心圆棒接触，三者进行焊接形成整体，所述四块竖向板外侧面分别与水平板对应外侧面重合；所述四块竖向板两两相互垂直并对称居中；

上盒式连接件单元和下盒式连接件单元，通过中间板-销连接件实现上下左右定位连接，结构相同，所述下盒式连接件单元均包括四个对称设置的下盒式连接件；四个所述下盒式连接件形成装配所述中间板-销连接件下段的孔位空间，所述下盒式连接件包括：

一块方形板，垂直于模块柱轴线方向，所述方形板与模块柱焊接；

一块L形折板，垂直于模块梁轴线方向，所述L形折板外侧面分别与一模块梁焊接；所述L形折板底面与方形板焊接，所述L形折板外侧面与方形板外侧面重合；

一块弧弯板，垂直于模块梁轴线方向，所述弧弯板底面与方形板焊接，所述弧弯板厚度方向立面与L形折板内侧面焊接，所述弧弯板外侧面与方形板外侧面重合；

一块开洞板，平行于方形板，所述开洞板外侧面与弧弯板、L形折板焊接；所述开洞板外表面与弧弯板顶面重合；

圆钢管，垂直于方形板，所述圆钢管底面与方向板焊接；所述圆钢管顶面与开洞板外表面重合；所述圆钢管侧面与开洞板内侧面焊接；所述圆钢管用于与中间板-销连接件的插销配合；

梁衬筒单元，包括八个上部梁衬筒和八个下部梁衬筒，上部梁衬筒和下部梁衬筒结构相同，所述下部梁衬筒两侧面开设大小一致同心居中操作孔，所述下部梁衬筒与L形折板外侧面焊接；所述下部梁衬筒外表面与模块梁单元的下部模块天花板梁内表面接触；

模块梁单元，包括八根下部模块天花板梁和八根上部模块地板梁，上部模块地板梁和下部模块天花板梁结构相同，所述下部模块天花板梁外侧面开设螺栓孔，内侧面开设操作孔，两孔同心，与下部梁衬筒操作孔、竖向板长圆孔配合；所述下部模块天花板梁与L形折板外侧面焊接；下部模块天花板梁内表面与下部梁衬筒外表面接触。

2.根据权利要求1所述的盒式板-销连接的模块化钢结构中部螺栓连接节点，其特征在于，中间板-销连接件、上盒式连接件和下盒式连接件安装完成后，所述中间板-销连接件插销分别与上盒式连接件和下盒式连接件钢管定位配合。

3.根据权利要求1所述的盒式板-销连接的模块化钢结构中部螺栓连接节点，其特征在于，中间板-销连接件、上盒式连接件和下盒式连接件安装完成后，所述中间板-销连接件上表面与上盒式连接件开洞板接触，所述中间板-销连接件下表面与下盒式连接件开洞板接触。

4.根据权利要求1所述的盒式板-销连接的模块化钢结构中部螺栓连接节点，其特征在于，中间板-销连接件、上盒式连接件和下盒式连接件安装完成后，所述竖向板内表面与上、下盒式连接件弧弯板外表面、模块梁单元的外表面均重合。

5.根据权利要求1所述的盒式板-销连接的模块化钢结构中部螺栓连接节点，其特征在于，所述上盒式连接件单元和下盒式连接件单元上下对称设置。

6.根据权利要求1所述的盒式板-销连接的模块化钢结构中部螺栓连接节点，其特征在于，所述梁衬筒单元采用方管状构件制成。

7.根据权利要求1所述的盒式板-销连接的模块化钢结构中部螺栓连接节点，其特征在于，所述模块梁、上部模块柱和下部模块柱均采用方管状构件制成。

8.根据权利要求1所述的盒式板-销连接的模块化钢结构中部螺栓连接节点，其特征在于，所述模块梁单元的强度等级为Q235、Q355、Q390或Q420。

9.一种盒式板-销连接的模块化钢结构中部螺栓连接节点的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）焊接上盒式连接件单元和下盒式连接件单元：

所述下盒式连接件单元包括四个下盒式连接件，上盒式连接件单元包括四个上盒式连接件；

焊接下盒式连接件时：首先在方形板上分别焊接一块弧弯板和一块L形折板，三者外侧面均重合；然后将弧弯板厚度方向立面与L形折板内侧面焊接；之后将开洞板外侧面与L形折板、弧弯板内侧面焊接；最后将圆钢管侧面与开洞板内侧面焊接，底面与方形板焊接；

（2）焊接梁衬筒单元：

所述梁衬筒单元包括下部梁衬筒和上部梁衬筒；

在下盒式连接件中L形折板外侧面上均焊接一下部梁衬筒，在上盒式连接件中L形折板外侧面上均焊接一上部梁衬筒；

（3）焊接模块梁单元：

所述模块梁单元包括下部模块天花板梁和上部模块地板梁；

在下盒式连接件中L形折板外侧面上均焊接一下部模块天花板梁，在上盒式连接件中L形折板外侧面上均焊接一上部模块地板梁；模块梁内表面与梁衬筒外表面接触；

（4）焊接下部模块柱和上部模块柱：

将一上部模块柱焊接于上盒式连接件中方形板的顶面，将一下部模块柱焊接于下盒式连接件中方形板的底面；

（5）焊接中间板-销连接件：

在水平板四个插销定位孔处开洞，与插销配合焊接，然后在水平板中心处开孔与中心圆棒焊接；最后四块竖向板中部开槽，插入水平板且与中心圆棒接触，三者进行焊接形成整体，四块竖向板正交布置，两两之间夹角为90度；

（6）组装下盒式连接件单元：

将下部四个下盒式连接件对称拼合形成下盒式连接件单元；

（7）安装中间板-销连接件：

将中间板-销连接件的插销下段插入下盒式连接件钢管孔中，之后通过下部螺栓将中间板-销连接件竖向板的长圆孔、下部模块天花板梁外侧面上螺栓孔连接；

（8）安装上盒式连接件单元：

将上部四个上盒式连接件对称拼合形成上盒式连接件单元；接着，将中间板-销连接件的插销上段放入上盒式连接件钢管孔中，之后通过上部螺栓将中间板-销连接件竖向板的长圆孔、上部模块地板梁外侧面上螺栓孔连接。

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