CN116517111A - 一种梁柱节点结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种梁柱节点结构。该结构包括：钢柱和钢梁，钢柱具有平行设置的第一柱翼缘和第二柱翼缘；钢梁具有平行设置的第一梁翼缘和第二梁翼缘；钢梁的长度方向钢柱的长度方向相垂直，且钢梁的一端面与钢柱的第一柱翼缘抵接设置；第一梁翼缘与第一柱翼缘之间、第二梁翼缘与第一柱翼缘之间均设有曲面钢板；曲面钢板包括依次衔接的第一安装部、曲面部和第二安装部；第一安装部与第一柱翼缘连接，第二安装部对应地与第一梁翼缘或所述第二梁翼缘连接。本发明能够提高梁柱节点的抗震性能，减少结构的用钢量。

Description

一种梁柱节点结构

技术领域

本发明涉及钢结构技术领域，尤其涉及一种梁柱节点结构。

背景技术

目前，现有技术的钢结构抗震通常采用设置剪力墙及耗能装置(阻尼器)等。剪力墙抗侧刚度大，水平力作用下呈弯曲型变形，与框架结构的剪切型变形存在协同工作的差异性问题，并且材料消耗多，垂直荷载作用受力不充分；阻尼器造价高，占用空间大，工作效率低。传统的抗震钢结构中也有采用斜支撑柱的，但现有斜支撑柱的施工麻烦，抗震效果差，实用性有限。

发明内容

本发明实施例提供了一种梁柱节点结构，以解决现有技术中提高抗震效果的钢结构用钢量多，成本高和抗震效果差的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种梁柱节点结构，包括：钢柱和钢梁，所述钢柱具有平行设置的第一柱翼缘和第二柱翼缘，所述钢梁具有平行设置的第一梁翼缘和第二梁翼缘；

所述钢梁的长度方向和所述钢柱的长度方向相垂直，且所述钢梁的一端面与所述钢柱的第一柱翼缘抵接设置；

所述第一梁翼缘与所述第一柱翼缘之间、所述第二梁翼缘与所述第一柱翼缘之间均设有曲面钢板；

所述曲面钢板包括依次衔接的第一安装部、曲面部和第二安装部；所述第一安装部与所述第一柱翼缘连接，所述第二安装部对应地与所述第一梁翼缘或所述第二梁翼缘连接。

在一种可能的实现方式中，所述曲面部呈圆弧型，所述曲面部的圆弧半径与所述钢梁的梁腹板的高度相关。

在一种可能的实现方式中，其特征在于，所述曲面部的圆弧半径为所述梁腹板的高度的1/2。

在一种可能的实现方式中，所述第一安装部设置开孔；所述第二安装部不设置开孔。

在一种可能的实现方式中，所述钢梁的一端面与所述钢柱的第一柱翼缘之间设置橡胶板；所述橡胶板的两端分别位于两个第一安装部与所述第一柱翼缘之间；

所述橡胶板的两端均设置开孔，其中，所述橡胶板各端设置开孔的数量与所述第一安装部设置的开孔的数量一致。

在一种可能的实现方式中，所述第一柱翼缘、所述橡胶板的两端与两个第一安装部之间通过若干个高强螺栓连接；每个高强螺栓穿过所述第一安装部上对应的开孔和橡胶板上对应的开孔，连接于所述第一柱翼缘。

在一种可能的实现方式中，所述高强螺栓在所述曲面钢板有若干排且均分分布，其中，所述高强螺栓的数量与所述高强螺栓的最大拉力、所述钢柱和所述钢梁连接处的弯矩和轴拉力有关。

在一种可能的实现方式中，所述高强螺栓的数量的计算公式为：

其中，n为所述高强螺栓的数量；M为所述钢柱和所述钢梁连接处的弯矩；h为所述第一梁翼缘和第二梁翼缘中心间的距离；为高强螺栓的极限拉力；N为所述钢柱和所述钢梁连接处的轴拉力。

在一种可能的实现方式中，所述橡胶板的厚度与所述钢柱的腹板厚度相关，所述橡胶板的厚度介于所述钢柱的腹板厚度的1/6到1/4之间。

在一种可能的实现方式中，所述第二安装部与所述钢梁的第一梁翼缘采用焊接方式连接；

在一种可能的实现方式中，在所述钢柱的柱翼缘之间放置至少两对加劲肋；所述至少两对加劲肋中每对加劲肋包括第一加劲肋和第二加劲肋；所述第一加劲肋与所述钢梁的第一梁翼缘的位置对齐；所述第二加劲肋与所述钢梁的第二梁翼缘的位置对齐；

在一种可能的实现方式中，钢柱为H型钢柱，所述钢梁为H型钢梁。

本发明实施例提供一种梁柱节点结构，该梁柱节点结构包括：钢柱和钢梁，钢柱具有平行设置的第一柱翼缘和第二柱翼缘，钢梁具有平行设置的第一梁翼缘和第二梁翼缘；钢梁的长度方向和钢柱的长度方向相垂直，且钢梁的一端面与钢柱的第一柱翼缘抵接设置；第一梁翼缘与第一柱翼缘之间、第二梁翼缘与第一柱翼缘之间均设有曲面钢板；曲面钢板包括依次衔接的第一安装部、曲面部和第二安装部；第一安装部与第一柱翼缘连接，第二安装部对应地与第一梁翼缘或第二梁翼缘连接。本发明实施例通过在钢梁的一端面与钢柱的第一柱翼缘抵接设置，且使用曲面钢板连接钢梁和钢柱，曲面钢板的曲面形式类比弹簧结构，既可作为连接结构，又可充当加劲肋，提高了梁柱节点的抗震性能，而且本发明采用曲面钢板实现抗震效果，减少了结构的用钢量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种梁柱节点结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种曲面钢板的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种橡胶板的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本方案保护的范围。

本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含，并不仅限于文中列举的示例。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述：

图1为本发明实施例提供的一种梁柱节点结构示意图。参照图1，该梁柱节点结构包括：钢柱1和钢梁2。钢柱1具有平行设置的第一柱翼缘11和第二柱翼缘12，钢梁2具有平行设置的第一梁翼缘21和第二梁翼缘22。

钢梁2的长度方向和钢柱1的长度方向相垂直，且钢梁2的一端面与钢柱1的第一柱翼缘11抵接设置。

第一梁翼缘21与第一柱翼缘11之间、第二梁翼缘22与第一柱翼缘11之间均设有曲面钢板3。

曲面钢板3包括依次衔接的第一安装部31、曲面部32和第二安装部33。第一安装部31与第一柱翼缘11连接，第二安装部33对应地与第一梁翼缘21或第二梁翼缘22连接。

在本实施例中，钢柱1包括第一柱翼缘11和第二柱翼缘12。第一柱翼缘11和第一二柱翼缘平行设置，并且第一柱翼缘11和第二柱翼缘12通过腹板连接。腹板与第一柱翼缘11和第二柱翼缘12垂直设置。钢梁2包括第一梁翼缘21和第二梁翼缘22。第一梁翼缘21和第二梁翼缘22平行设置，在第一梁翼缘21和第二梁翼缘22之间通过梁腹板连接。梁腹板的两端分别放置于第一梁翼缘21和第二梁翼缘22中心位置且垂直放置。

在本实施例中，如图1所示的梁柱节点结构，钢柱1和钢梁2在位置上相互垂直，且钢梁2的一端面与钢柱1的第一柱翼缘11接触，且钢梁2的梁腹板所在的水平面和钢柱1的腹板所在的水平面在同一水平面。钢梁2的一端面与钢柱1的第一柱翼缘11抵接设置或者贴合设置。应理解上述解释仅为举例，并不做具体限定，比如，该结构包括还包括至少一个钢梁2，该至少一个钢梁2的一端面与第一柱翼缘11或第二柱翼缘12抵接设置。

在本实施例中，如图2所述，图2是本发明实施例提供的一种曲面钢板3的结构示意图。曲面钢板3有一对，其中一个曲面钢板3设置于第一梁翼缘21和第一柱翼缘11之间，另一个曲面钢板3设在第二梁翼缘22和第一柱翼缘11之间。曲面钢板3用于连接梁柱节点使钢梁2和钢柱1连接更稳定。曲面钢板3连接第一柱翼缘11的部分为第一安装部31，与梁翼缘连接的部分为第二安装部33，曲面部32分别与第一安装部31和第二安装部33相连接。

在本实施例中，曲面钢板3的制造方式具体但不限于根据钢梁2和钢柱1的结构和受力情况等设计曲面钢板3的铸造模具并根据铸造模具制造一体成型的曲面钢板3，或将曲面钢板3的三个组成部位分别制造，采用焊接等方式将三个组成部位连接。

在本实施例中，如图1所述，实现钢梁2与钢柱1固定连接是通过两个曲面钢板3在钢梁2和钢柱1之间连接。第一个曲面钢板3的第一安装部31与钢柱1的第一柱翼缘11连接，第二安装部33与钢梁2的第一梁翼缘21连接；第二个曲面钢板3的第一安装部31与钢柱1的第一柱翼缘11连接，第二安装部33与钢梁2的第二梁翼缘22连接，因此，使用曲面钢板3完成钢柱1和钢梁2的固定，提高节点的抗震性能；曲面部32本身既可作为连接结构，又可充当加劲肋，结构用钢量小；同时曲面部32对梁翼缘和柱翼缘的挤压作用较小，降低了梁翼缘和柱翼缘局部屈曲的概率。

在一些实施例中，曲面部32呈圆弧型，曲面部32的圆弧半径与钢梁2的梁腹板的高度相关。

在一些实施例中，曲面部32的圆弧半径为梁腹板的高度的1/2。

在本实施例中，考虑到应力集中对构件疲劳强度的影响，曲面钢板3使用模具一体化浇筑。曲面钢板3具体结构为以一1/4圆弧(圆弧半径可取为1/2的梁腹板高度，一方面满足连接要求，另一方面也使得两侧连接板间距充足，使得结构受力相同时可获得更大的抵抗矩)为基础，沿其两端切线方向进行延伸，延伸出两端端板，这样可以使得整个曲面都保持平滑，减少应力集中的影响，从而该曲面板的疲劳强度也能得到保证，在结构抗震时能有更好的耗能作用。整个曲面钢板3连接着钢柱1与钢梁2，在结构转动时，两侧的曲面钢板3受力变形，因为曲面钢板3存在1/4圆环的结构形式，其对受力引发的变形有充分富余量，即其中间段由圆弧转化为椭圆弧，而不会完全依靠钢材本身的拉压变形，即类似弹簧结构，一定程度上保证了其寿命与耗能能力，较大的变形富余，使得曲面钢板3在地震等破环力的作用下，能保持在弹性阶段，维持结构之间的可靠连接。

在本实施例中，曲面钢板3的曲面部32表面平滑，应力集中现象较少，本身的曲面形式可以类比弹簧结构，提高节点的抗震性能；曲面部32本身既可作为连接结构，又可充当加劲肋，结构用钢量小。同时曲面板对梁柱翼缘的挤压作用较小，降低了梁柱翼缘局部屈曲的概率。

在一些实施例中，第一安装部31设置开孔；第二安装部33不设置开孔。

在本实施例中，第一安装部31设置开孔与第一柱翼缘11连接，通过螺栓等固定连接件将第一安装面与钢柱1固定。第二安装面不设置开孔方便使用焊接等连接方法与钢梁2固定，本发明梁柱节点结构多采用栓接，焊接部分较少，符合装配式要求。

在一些实施例中，钢梁2的一端面与钢柱1的第一柱翼缘11之间设置橡胶板4。橡胶板4的两端分别位于两个第一安装部31与第一柱翼缘11之间。橡胶板4的两端均设置开孔，其中，橡胶板4各端设置开孔的数量与第一安装部31设置的开孔的数量一致。

在本实施例中，如图3所述，图3是本发明实施例提供的一种橡胶板4的结构示意图橡胶板4在钢梁2的一端面与第一柱翼缘11之间，橡胶板4的两端分别延伸到两个曲面钢板3的第一安装部31。钢梁2和钢柱1之间采用橡胶板4过渡，解决了常规梁柱节点中因制造误差导致的接触面不平整问题。橡胶板4在第一安装部31与第一柱翼缘11之间，橡胶板4增大了接触面之间的抗滑移系数，提高了连接螺栓的抗剪能力。橡胶板4弹性模量较小，在结构受力时可以产生适度的变形，提高了梁柱节点的抗震性能。

在一些实施例中，第一柱翼缘11、橡胶板4的两端与两个第一安装部31之间通过若干个高强螺栓5连接。每个高强螺栓5穿过第一安装部31上对应的开孔和橡胶板4上对应的开孔，连接于第一柱翼缘11。

在本实施例中，本发明采用高强螺栓5将第一安装部31、橡胶板4与第一柱翼缘11连接。橡胶板4与第一安装部31的开孔数量一致且对应，使用高强螺栓5将橡胶板4和第一安装部31连接。在梁上荷载及梁重力的作用下，曲面钢板3与钢柱1之间会产生相对错动的趋势，但由于高强螺栓5的紧固作用，曲面钢板3及柱翼缘均与其间的橡胶板4产生较大的静摩擦力，以抵抗该滑移。同时由于橡胶材料本身与钢材较大的静摩擦系数，使得整个接触面具有了较大的抗滑移系数。接触面抗滑移系数越高，其所需连接板尺寸及螺栓数量越少，其承载力越高，故可以降低用钢量。但同时因为连接板强度提高，其抗震性能下降，故应综合考虑其抗震性能与经济效益，合理控制接触面抗滑移系数。

在一些实施例中，高强螺栓5在曲面钢板3有若干排且均分分布。其中，高强螺栓5的数量与高强螺栓5的最大拉力、钢柱1和钢梁2连接处的弯矩和轴拉力有关。

在一些实施例中，高强螺栓5的数量的计算公式为：

其中，n为高强螺栓5的数量；M为钢柱1和钢梁2连接处的弯矩；h为第一梁翼缘21和第二梁翼缘22中心间的距离；为高强螺栓5的极限拉力；N钢柱1和所述钢梁2连接处的轴拉力。

在本实施例中，考虑高强螺栓5在第一安装部31设置有两排，且均匀分布。根据钢柱1和钢梁2连接处的弯矩、第一梁翼缘21和第二梁翼缘22中心间的距离、高强螺栓5的极限拉力和钢柱1和所述钢梁2连接处的轴拉力确定高强螺栓5的最小值，当高强螺栓5为极限拉力时，所对应的高强螺栓5连接数量为最小值，结合实际的应用场景，增加高强螺栓5的数量，提高高强螺栓5与钢柱1连接的稳定性。

在本实施例中，本发明实施例的结构中螺栓排布可根据工程实际需求进行设计，选择的空间较大。也就是说，接触面抗滑移系数越高，其连接所需的连接板面积及螺栓数量就可以相应降低，而因为本设计中钢柱1翼缘与曲面板之间填充橡胶板4，其得到的抗滑移系数已远高于现有处理手段，也就是说，结合工程实际需求，合理选择曲面板两端平面段的尺寸及其上螺栓数量。

在本实施例中，高强螺栓5将第一安装部31与橡胶板4固定至第一柱翼缘11。高强螺栓5布置有若干排且均匀分布。对柱翼缘截面的削弱较为分散，降低了柱翼缘局部屈曲的概率；同时相比传统栓接节点，因其螺栓间距较大，在螺栓受力相同时，可以提供更大的抵抗矩。

在本实施例中，螺栓布置在位于中心的一整块连续的板上，需要根据弯矩算受拉受压区分界。这个实施例因为两侧螺栓间隔较远，梁端受力时单侧螺栓应该都处在同一种受力状态(如上侧平面段螺栓均受拉，则下侧均受压)。

在本实施例中，高强螺栓5的数量与高强螺栓5的最大拉力、钢柱1和钢梁2连接处的弯矩和轴拉力有关，通过上述公式得到高强螺栓5的总数量，如图1所示，高强螺栓5共有两排，应理解并不能构成对高强螺栓5中数量的具体限定。将高强螺栓5的总数量分为两排，根据高强螺栓5的最小间隔和高强螺栓5的每排数量计算第一安装部31的最小宽度(最小宽度小于第一柱翼缘11的宽度)，并根据高强螺栓5的数量和位置确定第一安装部31和橡胶板4开孔的数量和位置，提高高强螺栓5固定的稳定性，并提高结构的抗滑移系数。

在一些实施例中，橡胶板4的厚度与钢柱1的腹板厚度有关，橡胶板4的厚度介于钢柱1的腹板厚度的1/6到1/4之间。

在本实施例中，对于该梁柱连接节点，首先考虑到实际应用过程中该节点应具有一定转动刚度，即节点核心区处转角不宜过大，因此橡胶板4厚度不宜过厚，防止弹性模量较小的橡胶板4因受力产生过大变形；同时，若橡胶板4厚度过薄，即橡胶板4厚度可忽略不计，此时钢梁2与钢柱1近似直接接触，转角的大小几乎完全取决于钢材的刚度，这是不理想的，橡胶板4过薄也不利于整平接触面，即柱翼缘及柱截面位置处可能会因为较大的制造误差无法紧密贴合。希望得到的是在梁柱没有过大受力变形的情况下，结构依旧可以产生适度的转角以抵抗外荷载，从而在抗震中起到较好的耗能作用。故综合考虑，可以取钢梁2钢柱1的钢腹板厚度t为参考，将橡胶板4厚度控制在t/6到t/4之间。

在一些实施例中，第二安装部33与钢梁2的第一梁翼缘21采用焊接方式连接。

在本实施例中，在第一安装部31和第一柱翼缘11通过高强螺栓5连接后，第一安装部31与与钢梁2的第一梁翼缘21采用焊接方式连接，结构多采用栓接，焊接部分较少，符合装配式要求。

在一些实施例中，在钢柱1的柱翼缘之间放置至少两对加劲肋6。至少两对加劲肋6中每对加劲肋包括第一加劲肋和第二加劲肋。第一加劲肋与钢梁2的第一梁翼缘21的位置对齐；第二加劲肋与钢梁2的第二梁翼缘22的位置对齐。

在本实施例中，在第一柱翼缘11和第二柱翼缘12之间放置了两对加劲肋，如图1所示，在钢梁1的腹板前放置一对加劲肋，在钢梁1的腹板后放置另一对加劲肋(图1中未画出)。使用焊接的方式在腹板前的将一对加劲肋连接至第一柱翼缘11、第二柱翼缘12和腹板上，并使用焊接的方式在腹板后将另外一堆加劲肋连接第一柱翼缘11、第二柱翼缘12和腹板上，且对应的腹板前和腹板后焊接的第一加劲肋和第二加劲肋分别与第一梁翼缘和第二梁翼缘水平对齐，能有效地提高对于钢柱1加劲的作用，添加加劲肋有助于减轻节点域剪切变形的作用，延缓了钢柱1的腹板的屈服。

在一些实施例中，钢柱1为H型钢柱1，钢梁2为H型钢梁2。

综上，本发明实施例提供的梁柱节点结构包括：钢柱1和钢梁2，钢柱1具有平行设置的第一柱翼缘11和第二柱翼缘12，钢梁2具有平行设置的第一梁翼缘21和第二梁翼缘22；钢梁2的长度方向和钢柱1的长度方向相垂直，且钢梁2的一端面与钢柱1的第一柱翼缘11抵接设置；第一梁翼缘21与第一柱翼缘11之间、第二梁翼缘22与第一柱翼缘11之间均设有曲面钢板3；曲面钢板3包括依次衔接的第一安装部31、曲面部32和第二安装部33；第一安装部31与第一柱翼缘11连接，第二安装部33对应地与第一梁翼缘21或第二梁翼缘22连接。本发明通过在钢梁2的一端面与钢柱1的第一柱翼缘11抵接设置，且使用曲面钢板3连接钢梁2和钢柱1，曲面钢板3的曲面形式类比弹簧结构，既可作为连接结构，又可充当加劲肋，提高了梁柱节点的抗震性能，而且本发明采用曲面钢板3实现抗震效果，减少了结构的用钢量。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种梁柱节点结构，其特征在于，包括：钢柱和钢梁，所述钢柱具有平行设置的第一柱翼缘和第二柱翼缘，所述钢梁具有平行设置的第一梁翼缘和第二梁翼缘；

所述钢梁的长度方向和所述钢柱的长度方向相垂直，且所述钢梁的一端面与所述钢柱的第一柱翼缘抵接设置；

所述第一梁翼缘与所述第一柱翼缘之间、所述第二梁翼缘与所述第一柱翼缘之间均设有曲面钢板；

所述曲面钢板包括依次衔接的第一安装部、曲面部和第二安装部；所述第一安装部与所述第一柱翼缘连接，所述第二安装部对应地与所述第一梁翼缘或所述第二梁翼缘连接。

2.根据权利要求1所述的梁柱节点结构，其特征在于，所述曲面部呈圆弧型，所述曲面部的圆弧半径与所述钢梁的梁腹板的高度相关。

3.根据权利要求2所述的梁柱节点结构，其特征在于，所述曲面部的圆弧半径为所述梁腹板的高度的1/2。

4.根据权利要求1所述的梁柱节点结构，其特征在于，所述第一安装部设置开孔；所述第二安装部不设置开孔。

5.根据权利要求4所述的梁柱节点结构，其特征在于，所述钢梁的一端面与所述钢柱的第一柱翼缘之间设置橡胶板；所述橡胶板的两端分别位于两个第一安装部与所述第一柱翼缘之间；

所述橡胶板的两端均设置开孔，其中，所述橡胶板各端设置开孔的数量与所述第一安装部设置的开孔的数量一致。

6.根据权利要求5所述的梁柱节点结构，其特征在于，所述第一柱翼缘、所述橡胶板的两端与两个第一安装部之间通过若干个高强螺栓连接；每个高强螺栓穿过所述第一安装部上对应的开孔和橡胶板上对应的开孔，连接于所述第一柱翼缘。

7.根据权利要求6所述的梁柱节点结构，其特征在于，所述高强螺栓在所述曲面钢板有若干排且均分分布，其中，所述高强螺栓的数量与所述高强螺栓的最大拉力、所述钢柱和所述钢梁连接处的弯矩和轴拉力有关。

8.根据权利要求7所述的梁柱节点结构，其特征在于，所述高强螺栓的数量的计算公式为：

其中，n为所述高强螺栓的数量；M为所述钢柱和所述钢梁连接处的弯矩；h为所述第一梁翼缘和第二梁翼缘中心间的距离；为所述高强螺栓的极限拉力；N为所述钢柱和所述钢梁连接处的轴拉力。

9.根据权利要求5所述的梁柱节点结构，其特征在于，所述橡胶板的厚度与所述钢柱的腹板厚度相关，所述橡胶板的厚度介于所述钢柱的腹板厚度的1/6到1/4之间。

10.根据权利要求1所述的梁柱节点结构，其特征在于，所述第二安装部与所述钢梁的第一梁翼缘采用焊接方式连接；

在所述钢柱的柱翼缘之间放置至少两对加劲肋；所述至少两对加劲肋中每对加劲肋包括第一加劲肋和第二加劲肋；所述第一加劲肋与所述钢梁的第一梁翼缘的位置对齐；所述第二加劲肋与所述钢梁的第二梁翼缘的位置对齐；

所述钢柱为H型钢柱，所述钢梁为H型钢梁。