CN116927341A - 一种组合立柱与桁架梁的安装结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种组合立柱与桁架梁的安装结构及施工方法，其中安装结构包括组合立柱，在组合立柱之间分布有桁架梁，桁架梁绕其中心线在水平面内旋转时其两端的第一节点分别与相应的第三节点插接后并通过螺栓连接。通过特殊的节点和卷边型钢焊接并组合成梁和柱，桁架梁通过特殊节点先卡接在组合立柱上，并配合特殊的安装方法使得桁架梁两端的节点快速插接在立柱上相应的节点上，从而避免吊车常时间停留，提高吊车的利用率，降低成本和提高施工效率；组合立柱和桁架梁分别通过与之相应的统一节点和卷边型钢组合焊接，提高工厂化生产效率和生产质量。

Description

一种组合立柱与桁架梁的安装结构及施工方法

技术领域

本发明涉及装配式建筑领域，具体涉及一种组合立柱与桁架梁的安装结构及施工方法。

背景技术

常见的钢结构体系可分为以H型钢、方钢管等型钢组成的框架（支撑）结构体系，以及以冷弯薄壁型钢与结构墙板组成的墙承载结构体系。采用复杂加强且截面加厚冷弯型钢，可以通过组合方式组成新型的性能优秀的截面形式，形成框架结构的主要构件，配套新型的符合装配式建筑要求的节点形式，可以成为新型建筑工业化的一种选择形式。

目前，卷边型钢形成的钢结构体系中，梁柱之间主要通过焊接和栓接的方式连接，具体为，先将第一连接板焊接或栓接在立柱上，并将第二连接板焊接或栓接在梁上，现场施工时，当立柱立好后，将梁起吊，然后将第二连接板和第一连接板对齐后通过螺栓预定位，在预定位时，需至少两名工人分别位于梁的两端并通过螺栓将第一连接板和第二连接板连接在一起，待梁两端的第一连接板和第二连接板预定位后，吊车才能对下一个梁进行起吊，由于第一连接板和第二连接板之间的预定位时间较长且工人投入量大，使得目前梁柱的装配效率低且成本高。桁架梁一般包括上弦梁和下弦梁以及固定连接在两者之间的腹杆，桁架梁吊装时，由于桁架梁的高度较高且重量大，桁架梁的一端需要至少两人分别对桁架梁进行定位和固定，才能将桁架梁固定连接在立柱上，人工投入量非常大且费时费力，效率低。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种组合立柱与桁架梁的安装结构及施工方法，目的在于便于实现桁架梁和立柱的工厂化批量生产，提高桁架梁和立柱的现场施工效率及质量。

一种组合立柱与桁架梁的安装结构，包括组合立柱，在所述组合立柱之间分布有桁架梁，所述桁架梁包括第一节点、上弦梁、下弦梁和腹杆，所述上弦梁和下弦梁均包括两个卷边型钢以及夹持并焊接在这两个卷边型钢之间的第二节点，所述第一节点焊接在所述上弦梁和下弦梁同一端端头之间，所述腹杆通过所述第一节点和第二节点支撑在所述上弦梁和下弦梁之间，所述第一节点和第二节点分别与相应的所述腹杆端头焊接；所述组合立柱包括第三节点以及由若干个竖向的卷边型钢聚集在一起组合形成的柱体结构，所述柱体结构中卷边型钢之间夹持并焊接连接板，所述第三节点焊接在所述柱体结构上，所述桁架梁绕其中心线在水平面内旋转时其两端的第一节点分别从组合立柱的正面和反面与相应的所述第三节点插接后并通过螺栓连接，其中，在第一节点的中部设置有卡接结构，在第三节点的中部开设有与所述卡接结构相匹配的卡槽，所述卡接结构卡接在所述卡槽内。

进一步为：所述第一节点包括竖向的第一基板，在所述第一基板的两侧侧面上分别对称设置有两个第一限位板、两个第二限位板、两个第三限位板、两个第四限位板以及两个第五限位板，同一侧的所述第一限位板、第二限位板、第三限位板、第四限位板和第五限位板依次焊接并均垂直焊接在所述第一基板上，所述第一限位板、第三限位板和第五限位板为竖向设置，所述第二限位板和第四限位板为横向设置，所述第一限位板与相应的所述上弦梁端面贴合并焊接，所述第五限位板与相应的所述下弦梁端面贴合并焊接，所述第二限位板、第三限位板和第四限位板组成U型的所述卡接结构；所述第三节点包括竖向的第二基板，所述第二基板的一侧夹持在所述柱体结构中卷边型钢之间并与之焊接，在所述第二基板另一侧的中部开设有所述卡槽，所述第一基板的上部和下部分别与所述第二基板的上部和下部贴合并栓接。

进一步为：第二限位板为直角梯形结构，直角梯形结构的直角边与第一基板贴合并焊接，直角梯形结构顶边与第三限位板的一端端头焊接，直角梯形结构底边与第一限位板或第五限位板的一端端头焊接；直角梯形结构顶边与第三限位板的宽度相同，直角梯形结构顶边小于直角梯形结构底边的二分之一。

进一步为：所述柱体结构包括四个卷边型钢聚集在一起组合成的呈闭口形式的矩形截面，所述四个卷边型钢呈中心对称设置，所述四个卷边型钢中卷边型钢的开口方向为两个相向设置，所述连接板的一端端部位于其中两个所述卷边型钢之间，所述连接板的另一端端部位于另外两个所述卷边型钢之间，从而提高柱体结构整体的结构强度。

进一步为：在所述第二基板的固定侧固定连接有第一加强板，所述第一加强板和第二基板相互插接并组成十字型结构，所述第一加强板夹持在所述柱体结构的四个卷边型钢之间并与之焊接。

为提高第二节点、腹杆和弦梁之间的结构强度，所述第二节点包括第二夹板以及对称设置在所述第二夹板两侧的两个第二加强板，所述第二加强板与所述第二夹板垂直设置且位于所述第二夹板一侧的中部，所述第二夹板的另一侧夹持在所述上弦梁中两个卷边型钢之间或者所述下弦梁中两个卷边型钢之间，所述第二加强板一侧的侧边与相应的所述上弦梁焊接或与相应的所述下弦梁焊接，在所述第二夹板上位于所述第二加强板两侧的位置均焊接有所述腹杆。

一种组合立柱与桁架梁的施工方法，采用独立基础并在独立基础内预埋地脚锚栓，将组合立柱的柱脚与地脚锚栓连接，在柱脚和独立基础之间设置安装定位螺栓并调平柱脚；在柱脚和独立基础之间预留间隙并在该间隙内灌注填密细石混凝土；组合立柱施工完毕后，通过吊车依次将桁架梁吊装到相应的组合立柱之间，吊车的吊绳与桁架梁的中心点位于同一直线上，桁架梁的中心点位于相应的两个连接节点之间的中心点处，桁架梁的两端分别位于两个组合立柱的相对侧；工人在桁架梁的一端摆动桁架梁并使桁架梁采用逆时针法或正时针法装配在相应组合立柱之间；吊车将桁架梁吊装完毕后，工人们依据耗能需求和指定的扭矩对相应的节点进行螺栓连接。

本发明的有益效果：通过特殊的节点和卷边型钢焊接并组合成梁和柱，桁架梁通过其节点中部的卡接结构插接在相应立柱上节点的卡槽内，便于单人旋转桁架梁后快速操作完成，解决了桁架梁太高太重不便定位的问题，提高吊车的利用率，降低成本和提高施工效率；组合立柱和桁架梁分别通过与之相应的统一节点和卷边型钢组合焊接，提高工厂化生产效率和生产质量。

提出逆时针或顺时针装配方式，一方面保持柱轴线通过节点中心线，结构校准更简单可靠，另一方面梁的端部节点板始终向一侧偏移，因此可以制作一个标准的节点，同时满足了梁两端的节点构造需求。桁架梁端头处的节点设计有特殊的卡接结构，使得节点的端头为宽缩进构造形式，满足节点的紧密嵌合，同时防止现场施工时沿错误方向嵌入。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A区域的结构放大图；

图3为本发明中第三节点的结构示意图。

图中，1、组合立柱；2、第一节点；21、第一基板；22、第一限位板；23、第二限位板；24、第三限位板；25、第四限位板；26、第五限位板；27、卡槽；28、第二基板；3、桁架梁；31、上弦梁；32、腹杆；33、下弦梁；4、第二节点；41、第二夹板；42、第二加强板；5、第三节点；6、独立基础；61、细石混凝土；7、柱脚；8、第一加强板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明。下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本发明实例中的左、中、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

一种组合立柱与桁架梁的安装结构，如图1和图2所示，包括组合立柱1，在所述组合立柱1之间分布有桁架梁3，所述桁架梁3包括第一节点2、上弦梁31、下弦梁33和腹杆32，所述上弦梁31和下弦梁33均包括两个卷边型钢以及夹持并焊接在这两个卷边型钢之间的第二节点4，所述第一节点2焊接在所述上弦梁31和下弦梁33同一端端头之间，所述腹杆32通过所述第一节点2和第二节点4支撑在所述上弦梁31和下弦梁33之间，所述第一节点2和第二节点4分别与相应的所述腹杆32端头焊接；所述组合立柱1包括第三节点5以及由若干个竖向的卷边型钢聚集在一起组合形成的柱体结构，所述柱体结构中卷边型钢之间夹持并焊接连接板，所述第三节点5焊接在所述柱体结构上，所述桁架梁3绕其中心线在水平面内旋转时其两端的第一节点2分别从组合立柱1的正面和反面与相应的所述第三节点5插接后并通过螺栓连接。

由于桁架梁3中包括上弦梁31和下弦梁33之间的跨度较大，使得第一节点2的高度较高，所以第一节点2向第三节点5中插接时，会有一定的难度；故，桁架梁3采用逆时针转动从而使其两端的第一节点2同时插接在第三节点5内，方便快捷第一节点2向第三节点5内进行插接，并满足单人操作，具体为，吊着桁架梁3的中心点并将桁架梁3的中心点位于相应的两个第三节点5之间的中心点上，一人在桁架梁3的一端转动即可，为方便第一节点2向第三节点5内进行插接，同时保证两者插接后的稳定性、连接强度以及结构的紧凑性，所述第一节点2包括竖向的第一基板21，在所述第一基板21的两侧侧面上分别对称设置有两个第一限位板22、两个第二限位板23、两个第三限位板24、两个第四限位板25以及两个第五限位板26，同一侧的所述第一限位板22、第二限位板23、第三限位板24、第四限位板25和第五限位板26依次焊接并均垂直焊接在所述第一基板21上，所述第一限位板22、第三限位板24和第五限位板26为竖向设置，所述第二限位板23和第四限位板25为横向设置，所述第一限位板22与相应的所述上弦梁31端面贴合并焊接，所述第五限位板26与相应的所述下弦梁33端面贴合并焊接，所述第二限位板23、第三限位板24和第四限位板25组成U型的卡接结构；同时，第二限位板23为直角梯形结构，直角梯形结构的直角边与第一基板21贴合并焊接，直角梯形结构顶边与第三限位板24的一端端头焊接，直角梯形结构底边与第一限位板22或第五限位板26的一端端头焊接，防止现场施工时沿错误方向嵌入，同时提高该节点的结构强度；直角梯形结构顶边与第三限位板24的宽度相同，直角梯形结构顶边小于直角梯形结构底边的二分之一，从而满足节点的紧密嵌合；所述第三节点5包括竖向的第二基板28，所述第二基板28的一侧夹持在所述柱体结构中卷边型钢之间并与之焊接，在所述第二基板28另一侧的中部开设有与所述卡接结构相匹配的卡槽27，所述卡接结构卡接在所述卡槽27内，具体为卡接结构的外壁与卡槽27嵌合，当桁架梁3旋转时，卡接结构的一侧先进入卡槽27内，随后逐渐全部进入，从而便于第一节点2向第三节点5内插入，从而提高施工效率，所述第一基板21的上部和下部分别与所述第二基板28的上部和下部贴合并栓接。腹杆32和第一节点2连接后会提高第一节点2、上弦架和下弦架之间的结构强度，为提高腹杆32和第一节点2之间连接结构的紧凑性，所述第一基板21上位于所述卡接结构内的位置与相应的所述腹杆32焊接。

所述柱体结构包括四个卷边型钢聚集在一起组合成的呈闭口形式的矩形截面或T字形截面或十字形截面的柱体结构，当所述柱体结构为矩形结构时，所述四个卷边型钢呈中心对称设置，所述四个卷边型钢中卷边型钢的开口方向为两个相向设置，所述连接板的一端端部位于其中两个所述卷边型钢之间，所述连接板的另一端端部位于另外两个所述卷边型钢之间，从而提高柱体结构整体的结构强度。结合图3所示，第二基板28一侧夹持在柱体结构中，为增加第二基板28的固定侧和柱体结构之间的连接强度，在所述第二基板28的固定侧固定连接有第一加强板8，所述第一加强板8和第二基板28相互插接并组成十字型结构，所述第一加强板8夹持在所述柱体结构的四个卷边型钢之间并与之焊接。

另外，为提高第二节点4、腹杆32和弦梁之间的结构强度，所述第二节点4包括第二夹板41以及对称设置在所述第二夹板41两侧的两个第二加强板42，所述第二加强板42与所述第二夹板41垂直设置且位于所述第二夹板41一侧的中部，所述第二夹板41的另一侧夹持在所述上弦梁31中两个卷边型钢之间或者所述下弦梁33中两个卷边型钢之间，所述第二加强板42一侧的侧边与相应的所述上弦梁31焊接或与相应的所述下弦梁33焊接，在所述第二夹板41上位于所述第二加强板42两侧的位置均焊接有所述腹杆32。本发明中卷边型钢均为G型钢，所述G型钢采用CN207032476U一种集束组合构件中公开的G型钢构件，同理，G型钢包括底板和设置于底板宽度方向两侧的两侧板，卷边型钢的腹板即为所述G型钢的底板，底板具体为平板结构，两侧板的远离底板的一端分别朝向相对的翻折有翼板，翼板朝内翻折，同一个G型钢构件的两翼板的相对端朝向底板方向内翻有加强边，使得相应两翼板形成约束边，此处的约束边具体为半约束边，底板和两侧板则为全约束边。加强边的设置，使得相应的翼板可有效承力，进而可有效提高G型钢的强度。

本发明的施工方法，如图1所示，采用独立基础6并在独立基础6内预埋地脚锚栓，将组合立柱1的柱脚7与地脚锚栓连接，在柱脚7和独立基础6之间设置安装定位螺栓并调平柱脚7；将柱脚7和独立基础6之间留50mm的间隙并在该间隙内灌注填密细石混凝土61；组合立柱1施工完毕后，通过吊车依次将桁架梁3吊装到相应的组合立柱1之间，桁架梁3采用逆时针法或正时针法装配在相应组合立柱1之间；其中，吊车的吊绳与桁架梁3的中心点位于同一直线上，桁架梁3的中心点位于相应的两个连接节点之间的中心点处，桁架梁3的两端分别位于两个组合立柱的相对侧；吊车将所有桁架梁3吊装完毕后，工人们依据耗能需求和指定的扭矩对相应的节点进行螺栓连接。其中，该体系适应于计算机自动设计，编制了定制化智能BIM软件，可以完成结构的自动设计、施工图绘制、清单提交、加工详图绘制，以及BIM模型的自动生成。

与现有技术相比：如果将桁架梁从两立柱的同一侧向立柱的节点内插接时，由于桁架梁的一端摆动，另一端则会反向移动，使得桁架梁的两端不易同时插接在立柱的节点上，故需要两人同时在桁架梁的两端同时配合吊绳的移动才能将桁架梁的两端同时插接在立柱的节点内。而本发明中吊绳可以直接将桁架梁的中心点放置在两个立柱的节点之间，桁架梁的两端分别位于两个立柱的相对侧，桁架梁绕其中心线摆动后，桁架梁的两端则可同时插接在相应立柱的节点内。

1、创新采用复杂卷边冷弯型钢（即所述卷边型钢）缀合形成框架结构的梁柱构件，突破了冷弯薄壁型钢不用于框架结构的限制，拓展了冷弯型钢的使用范围。

2、提出的结构形式，整个结构只需要一种冷弯型钢截面尺寸（型钢壁厚根据设计计算确定），因此可以高效完成截面的制作、裁切，梁、柱两者和与之相应的节点均在工厂内装配制作，现场螺栓装配，是新型建筑工业化的一个实践模式与示范。

3、提出的一整套节点系列，节点均采用加厚板，加厚板和冷弯型钢焊接，解决了冷弯型钢壁厚较小，节点处连接容易破坏的弱点，拓展了冷弯型钢的使用范围。

4、提出的一整套节点系列，均为标准尺寸的节点，便于在标准工装胎具上，采用机器人高效组焊、焊接制作。

5、提出的中心对称的组合立柱与节点的构造形式，在节点处加强有加厚的中心垂直节点板，为薄壁组合立柱增加了一道“硬骨头”，无需打断组合立柱制作横向贯通隔板节点，提高了构件的制作质量。

6、提出旋转式装配方式，一方面保持组合立柱的轴线通过相应节点，结构校准更简单可靠，另一方面梁的端部节点始终向一侧偏移，因此可以制作一个标准的节点，同时满足了梁两端的节点构造需求。

7、梁柱螺栓节点均为抗震耗能节点的构造措施。采用允许现场螺栓连接后，梁端可以作1/50倾角的有限转动，形成有限变形的“塑性铰”。喷砂、喷丸方式处理节点的板接触面，形成一定摩擦系数的摩擦面，通过施加设计扭矩形成设计的摩擦力，在正常使用状态下不产生滑动，而在地震作用下滑动而耗散地震能量，达到金属摩擦阻尼器的效果。因此所有梁柱节点均为抗震耗能节点，使传统钢结构中运用截面塑性变形而产生的结构延性，在设计的节点摩擦面相对位移中得以实现，避免了传统冷弯型钢延性与抗震性能低的弱点。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种组合立柱与桁架梁的安装结构，其特征在于：包括组合立柱，在所述组合立柱之间分布有桁架梁，所述桁架梁包括第一节点、上弦梁、下弦梁和腹杆，所述上弦梁和下弦梁均包括两个卷边型钢以及夹持并焊接在这两个卷边型钢之间的第二节点，所述第一节点焊接在所述上弦梁和下弦梁同一端端头之间，所述腹杆通过所述第一节点和第二节点支撑在所述上弦梁和下弦梁之间，所述第一节点和第二节点分别与相应的所述腹杆端头焊接；所述组合立柱包括第三节点以及由若干个竖向的卷边型钢聚集在一起组合形成的柱体结构，所述柱体结构中卷边型钢之间夹持并焊接连接板，所述第三节点焊接在所述柱体结构上，所述桁架梁绕其中心线在水平面内旋转时其两端的第一节点分别从组合立柱的正面和反面与相应的所述第三节点插接后并通过螺栓连接；其中，在第一节点的中部设置有卡接结构，在第三节点的中部开设有与所述卡接结构相匹配的卡槽，所述卡接结构卡接在所述卡槽内。

2.根据权利要求1所述的一种组合立柱与桁架梁的安装结构，其特征在于：所述第一节点包括竖向的第一基板，在所述第一基板的两侧侧面上分别对称设置有两个第一限位板、两个第二限位板、两个第三限位板、两个第四限位板以及两个第五限位板，同一侧的所述第一限位板、第二限位板、第三限位板、第四限位板和第五限位板依次焊接并均垂直焊接在所述第一基板上，所述第一限位板、第三限位板和第五限位板为竖向设置，所述第二限位板和第四限位板为横向设置，所述第一限位板与相应的所述上弦梁端面贴合并焊接，所述第五限位板与相应的所述下弦梁端面贴合并焊接，所述第二限位板、第三限位板和第四限位板组成U型的所述卡接结构；所述第三节点包括竖向的第二基板，所述第二基板的一侧夹持在所述柱体结构中卷边型钢之间并与之焊接，在所述第二基板另一侧的中部开设有所述卡槽，所述第一基板的上部和下部分别与所述第二基板的上部和下部贴合并栓接。

3.根据权利要求2所述的一种组合立柱与桁架梁的安装结构，其特征在于：第二限位板为直角梯形结构，直角梯形结构的直角边与第一基板贴合并焊接，直角梯形结构顶边与第三限位板的一端端头焊接，直角梯形结构底边与第一限位板或第五限位板的一端端头焊接；直角梯形结构顶边与第三限位板的宽度相同，直角梯形结构顶边小于直角梯形结构底边的二分之一。

4.根据权利要求2所述的一种组合立柱与桁架梁的安装结构，其特征在于：所述柱体结构包括四个卷边型钢聚集在一起组合成的呈闭口形式的矩形截面，所述四个卷边型钢呈中心对称设置，所述四个卷边型钢中卷边型钢的开口方向为两个相向设置，所述连接板的一端端部位于其中两个所述卷边型钢之间，所述连接板的另一端端部位于另外两个所述卷边型钢之间。

5.根据权利要求4所述的一种组合立柱与桁架梁的安装结构，其特征在于：在所述第二基板的固定侧固定连接有第一加强板，所述第一加强板和第二基板相互插接并组成十字型结构，所述第一加强板夹持在所述柱体结构的四个卷边型钢之间并与之焊接。

6.根据权利要求1所述的一种组合立柱与桁架梁的安装结构，其特征在于，所述第二节点包括第二夹板以及对称设置在所述第二夹板两侧的两个第二加强板，所述第二加强板与所述第二夹板垂直设置且位于所述第二夹板一侧的中部，所述第二夹板的另一侧夹持在所述上弦梁中两个卷边型钢之间或者所述下弦梁中两个卷边型钢之间，所述第二加强板一侧的侧边与相应的所述上弦梁焊接或与相应的所述下弦梁焊接，在所述第二夹板上位于所述第二加强板两侧的位置均焊接有所述腹杆。

7.一种组合立柱与桁架梁的施工方法，其特征在于：基于权利要求1至6中任一权利要求所述的组合立柱与桁架梁的安装结构，采用独立基础并在独立基础内预埋地脚锚栓，将组合立柱的柱脚与地脚锚栓连接，在柱脚和独立基础之间设置安装定位螺栓并调平柱脚；在柱脚和独立基础之间预留间隙并在该间隙内灌注填密细石混凝土；组合立柱施工完毕后，通过吊车依次将桁架梁吊装到相应的组合立柱之间，吊车的吊绳与桁架梁的中心点位于同一直线上，桁架梁的中心点位于相应的两个连接节点之间的中心点处，桁架梁的两端分别位于两个组合立柱的相对侧；工人在桁架梁的一端摆动桁架梁并使桁架梁采用逆时针法或正时针法装配在相应组合立柱之间；吊车将桁架梁吊装完毕后，工人们依据耗能需求和指定的扭矩对相应的节点进行螺栓连接。