CN117107897A - 一种装配式榫卯铝合金木组合梁柱节点及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式榫卯铝合金木组合梁柱节点，包括上柱、下柱、第一梁、第二梁、十字型铝合金板和加固件，上柱与下柱通过榫卯以及内填十字型铝合金板相连，下柱、第一梁、第二梁互相榫卯连接；加固件包括铝合金套筒、阳角连接件、第一L型铝合金套板和第二L型铝合金套板，铝合金套筒设置在上柱靠近下柱的一端，并与阳角连接件、第一L型铝合金套板、第二L型铝合金套板互相榫卯连接，铝合金套筒通过木螺钉与下柱相连；阳角连接件与第一梁、第二梁相连，并与第一L型铝合金套板和第二L型铝合金套板互相榫卯连接。本发明还公开了该节点的安装方法。本发明建筑坚固耐用，角柱节点承载力好，运用多个不同形式的榫卯，解决应力集中的问题。

Description

一种装配式榫卯铝合金木组合梁柱节点及其安装方法

技术领域

本发明属于梁柱节点，具体为一种装配式榫卯铝合金木组合梁柱节点及其安装方法。

背景技术

随着现代建筑施工技术不断的改进，建筑发展进入智能化时代，人们对于建筑发展的理念不局限于安全可靠，还对建筑材料和环境影响提出了更高的要求。相比于传统的混凝土结构建筑，木结构因其施工建造周期短、绿色环保、节能耐久性强等优点，在当今建筑行业有巨大的发展前景，广泛受到人们青睐。

木结构建筑采用木材作为主要材料，随着建筑规模的扩大以及高度的增加，传统木结构梁柱连接后存在节点整体性不好，力学性能削弱等问题，无法满足现代建筑承载力的要求。钢木组合结构是传统木结构与现代钢结构相结合的一种构造形式，既克服了钢材易失稳以及木材各向异性的缺点，同时充分保留了钢材装配式的优势以及木材绿色环保的优点，并且极大加强了结构的承载力，使得建筑坚固耐用。

申请号为2020111164496的中国专利公开了一种榫卯方形钢木组配节点，包括组合柱、组合梁和节点榫卯组件；方形钢木组配节点，主体材料为木材，科学地结合了钢材和FRP纤维材料。但是，组合梁的形式过于复杂，在梁的中段进行了变截面的装配，会导致承载力不足以及应力集中的情况，角柱节点承载力不足。

申请号为CN116084738A的中国专利公开了一种榫卯组合的加固木梁柱结构，包括木梁以及木柱；木梁与木柱通过榫卯和楔子连接，科学地运用了木材的可塑性。但是，上柱榫卯部分的上部开设了截面偏大的方形卯孔用于与梁进行变截面装配，会出现上柱节点连接部分承载力不足以及应力集中的情况。其次，梁的形式过于复杂且每个梁的截面也大不相同，梁与梁之间连接需要楔子才能使得整体更好的连接加固，不利于工厂的加固和现场的快速装配。

总的来说，现有的钢木榫卯节点会出现节点连接部分承载力不足以及应力集中的情况，不利于工厂的加固和现场的快速装配。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种提高结构承载力的装配式榫卯铝合金木组合梁柱节点，本发明的另一目的是提供一种绿色环保、施工周期短的装配式榫卯铝合金木组合梁柱节点的安装方法。

技术方案：本发明所述的一种装配式榫卯铝合金木组合梁柱节点，包括上柱、下柱、第一梁、第二梁、十字型铝合金板和加固件，上柱与下柱通过榫卯以及内填十字型铝合金板相连，下柱、第一梁、第二梁互相榫卯连接；加固件包括铝合金套筒、阳角连接件、第一L型铝合金套板和第二L型铝合金套板，铝合金套筒设置在上柱靠近下柱的一端，并与阳角连接件、第一L型铝合金套板、第二L型铝合金套板互相榫卯连接，铝合金套筒通过木螺钉与下柱相连；阳角连接件与第一梁、第二梁相连，并与第一L型铝合金套板和第二L型铝合金套板互相榫卯连接；第一L型铝合金套板与下柱、第一梁相连；第二L型铝合金套板与下柱、第二梁相连；加固件表面设置若干螺孔。

进一步地，下柱靠近上柱的一端表面设置圆形榫芯、直角榫边、第一矩形榫芯、第二矩形榫芯、定位榫、第一燕尾榫和第二燕尾榫；圆形榫芯的中间设有十字型卯孔二，周向设置用于卡接的凸块。

进一步地，第一梁靠近下柱的一端设置搭接部一、圆形燕尾卯一；搭接部一上设置与第一燕尾榫相匹配的燕尾卯一、与第一矩形榫芯相匹配的矩形卯一；圆形燕尾卯一上设置与凸块相匹配的凹槽一，圆形燕尾卯一与圆形榫芯互相榫卯连接。

进一步地，第二梁靠近下柱的一端设置搭接部二、圆形燕尾卯二；搭接部二上设置与第二燕尾榫相匹配的燕尾卯二、与第二矩形榫芯相匹配的矩形卯二；圆形燕尾卯二上设置与凸块相匹配的凹槽二，圆形燕尾卯二与圆形榫芯互相榫卯连接。圆形榫芯横截面积占下柱横截面积的55％，能获得较高的节点强度。

进一步地，上柱靠近下柱的一端表面设置圆形卯孔，圆形卯孔底部的中间设置与十字型铝合金板相匹配的十字型卯孔一，四周设置与凸块相匹配的凹槽三。

进一步地，十字型铝合金板顶端与十字型卯孔一插接，底端与十字型卯孔二插接。

进一步地，铝合金套筒上设置第一燕尾卯凹槽、第二燕尾卯凹槽，第一L型铝合金套板上设置第三燕尾卯凹槽、第四燕尾卯凹槽以及第三燕尾榫，第三燕尾榫与第一燕尾卯凹槽相匹配。

进一步地，第二L型铝合金套板上设置第五燕尾卯凹槽、第六燕尾卯凹槽以及第四燕尾榫，第四燕尾榫与第二燕尾卯凹槽相匹配。

进一步地，阳角连接件上设置燕尾榫一、燕尾榫二、燕尾榫三和燕尾榫四，燕尾榫一与第三燕尾卯凹槽相匹配，燕尾榫二与第四燕尾卯凹槽相匹配，燕尾榫三与第五燕尾卯凹槽相匹配，燕尾榫四与第六燕尾卯凹槽相匹配。

进一步地，上柱、下柱、第一梁、第二梁为木柱或木梁。

本发明所述的装配式榫卯铝合金木组合梁柱节点的安装方法，包括以下步骤：

步骤一，将下柱、第一梁、第二梁进行榫卯连接；

步骤二，将十字型铝合金板的一端插入下柱，；另一端插入上柱并将上柱与下柱榫卯连接；铝合金套筒套在上柱的四周，并通过木螺钉进行固定；

步骤三，将第一L型铝合金套板、第二L型铝合金套板套在下柱、第一梁、第二梁的表面，并与铝合金套筒进行榫卯连接；

步骤四，将阳角连接件套在第一梁、第二梁的内侧表面，并与第一L型铝合金套板、第二L型铝合金套板进行榫卯连接；

步骤五，用木螺钉将第一L型铝合金套板、第二L型铝合金套板、阳角连接件进行整体锚固，得到带铝合金套的装配式榫卯铝合金木组合梁柱节点。

工作原理：本结构在承受地震荷载时，梁会受到上下低周往复的力，梁的榫卯部分将力传递到下柱的榫卯部分，下柱的榫卯部分在将力传递给外部加固件以及上柱，使得主要的受力部件为外部的加固件。并且，外部的两个L型铝合金套板和阳角连接件通过榫卯连接形成了半刚性节点，大大提高了结构的耗能能力。为了避免外部加固件与梁柱之间出现滑移，在不大量破坏木梁与木柱截面的情况下，使用木螺钉进行固定。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：

1、在保证加工简单、受力特点好的情况下既克服了铝合金材易失稳以及木材各向异性的缺点，同时充分保留了铝合金材装配式的优势以及木材绿色环保的优点，并且极大加强了结构的承载力，使得建筑坚固耐用，解决了角柱节点承载力不足的情况，运用多个不同形式的榫卯，大大降低了现有榫卯体系中应力集中的问题；

2、考虑到经济效益，结构部件在工厂进行预制、运输，避免现场焊接，只需现场简单安装，通过螺栓连接即可，缩短了施工的周期，部分结构部件具有相同的结构形式，大大提高了预制的效率，适用于快速装配木结构，且节点装配式组装，构造简单；

3、上柱通过内填铝合金板与下柱进行连接，使得上柱的压力由铝合金板来承受；梁与下柱间用榫卯的形式进行连接，并用外部加固件对其进行锚固，使得节点整体性更强，更加稳固，提高了节点的承载力。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明下柱2的一侧结构示意图；

图3是本发明下柱2的另一侧结构示意图；

图4是本发明第一梁3的结构示意图；

图5是本发明第二梁4的结构示意图；

图6是本发明上柱1的结构示意图；

图7是本发明上柱1的底部卯孔结构示意图；

图8是本发明十字型铝合金板7的结构示意图；

图9是本发明铝合金套筒51的结构示意图；

图10是本发明第一L型铝合金套板53的结构示意图；

图11是本发明第二L型铝合金套板54的结构示意图；

图12是本发明阳角连接件52的结构示意图；

图13是本发明的安装流程图。

具体实施方式

如图1，上柱1、下柱2、第一梁3、第二梁4和加固件5形成梁柱节点，上柱1、下柱2为木柱，第一梁3、第二梁4为木梁，木材为中国古建筑木结构中最常用的木种之一的杉木，强度达到29MPa，截面尺寸皆为300*300mm，上柱1与下柱2通过榫卯以及内填十字型铝合金板7连接。上柱1、下柱2、第一梁3、第二梁4、加固件5表面设置若干螺孔6，螺栓孔的直径为10mm，螺孔6均不在一个水平面上，连接件皆为木螺钉。加固件5包括铝合金套筒51、阳角连接件52、第一L型铝合金套板53和第二L型铝合金套板54，第一梁3和第二梁4与下柱2榫卯连接。铝合金套筒51设置在上柱1靠近下柱2的一端，并与阳角连接件52、第一L型铝合金套板53、第二L型铝合金套板54互相榫卯连接。铝合金套筒51通过木螺钉与上柱1相连。阳角连接件52通过木螺钉与第一梁3、第二梁4固定连接，并与第一L型铝合金套板53、第二L型铝合金套板54榫卯连接。第一L型铝合金套板53通过木螺钉与下柱2、第一梁3固定连接。第二L型铝合金套板54通过木螺钉与下柱2、第二梁4固定连接。

如图2～3，下柱2靠近上柱1的一端表面设置圆形榫芯21、直角榫边22、第一矩形榫芯23、第二矩形榫芯24、定位榫25、第一燕尾榫26和第二燕尾榫27。圆形榫芯21的中间设有十字型卯孔二212，圆形榫芯21的周向设置用于卡接的凸块211。直角榫边22的一个直边同侧设有第一矩形榫芯23、第一燕尾榫26，另一个直边同侧设有第二矩形榫芯24、第二燕尾榫27。圆形榫芯横截面积占下柱横截面积的55％且高度高于其他榫截面400mm，能获得较高的节点强度。第一燕尾榫26、第二燕尾榫27的锥度为45度，厚度为20mm，直角榫边22的厚度、长度和高度分别为100mm、250mm、200mm。

如图4，第一梁3靠近下柱2的一端设置搭接部一31、圆形燕尾卯一32。搭接部一31上设有与第一燕尾榫26相对榫卯连接的燕尾卯一311、与第一矩形榫芯23相对榫卯连接的矩形卯一312。圆形燕尾卯一32上设置与凸块211相对榫卯连接的凹槽一321，圆形燕尾卯一32与圆形榫芯21相对榫卯连接。

如图5，第二梁4靠近下柱2的一端设置搭接部二41、圆形燕尾卯二42。搭接部二41上设置与第二燕尾榫27相对榫卯连接的燕尾卯二411、与第二矩形榫芯24相对榫卯连接的矩形卯二412。圆形燕尾卯二42上设置与凸块211相对榫卯连接的凹槽二421，圆形燕尾卯二42与圆形榫芯21半榫卯连接。

如图6～7，上柱1靠近下柱2的一端表面设置圆形卯孔11，圆形卯孔11底部的中间设置了十字型卯孔112、四周设置了与凸块211相匹配的凹槽三111。

如图8，十字型铝合金板7顶端与十字型卯孔一112插接、底端与十字型卯孔二212插接。

如图9，铝合金套筒51锚固在上柱1的四周。铝合金套筒51上设置第一燕尾卯凹槽511、第二燕尾卯凹槽512。铝合金套筒51和上柱1每个侧面都预留螺孔6，连接件为木螺钉。

如图10，第一L型铝合金套板53上设置第三燕尾卯凹槽531、第四燕尾卯凹槽532以及第三燕尾榫533，第三燕尾榫533与第一燕尾卯凹槽511相互榫卯连接。

如图11，第二L型铝合金套板54上设置第五燕尾卯凹槽541、第六燕尾卯凹槽542以及第四燕尾榫543，第四燕尾榫543与第二燕尾卯凹槽512相互榫卯连接。

如图12，阳角连接件52上设置燕尾榫一521、燕尾榫二522、燕尾榫三523和燕尾榫四524，燕尾榫一521与第三燕尾卯凹槽531相互榫卯连接，燕尾榫二522与第四燕尾卯凹槽532相互榫卯连接，燕尾榫三523与第五燕尾卯凹槽541相互榫卯连接，燕尾榫四524与第六燕尾卯凹槽542相互榫卯连接。

如图13，装配式榫卯铝合金木组合梁柱节点的安装方法，包括以下步骤：

步骤一，将第一梁3中的圆形燕尾卯一32、燕尾卯一311以及矩形卯一312对准下柱2一端的圆形榫芯21、第一燕尾榫26以及直角榫边22从上至下榫卯连接，将第二梁4中的圆形燕尾卯二42、燕尾卯二411以及矩形卯二412对准下柱2相邻的另一端的圆形榫芯21、第二燕尾榫27以及第二矩形榫芯24从上至下榫卯连接。

步骤二，将十字型铝合金板7的底端对准下柱2中预留的十字型卯孔二212并插入，将上柱1中预留的圆形卯孔11以及其四周设有的凹槽三111和中间的十字型卯孔一112对准下柱2中的预留的圆形榫头21以及其四周设有的凸块211和十字型铝合金板7的顶端从上而下插入。将铝合金套筒51整体套在上柱的四周，并通过木螺钉进行固定。

步骤三，将第一L型铝合金套板53、第二L型铝合金套板54分别套在第一梁3、第二梁4的表面，并将预留的第三燕尾榫533、第四燕尾榫543对准铝合金套筒51的第一燕尾卯凹槽511、第二燕尾卯凹槽512，从前往后插入进行榫卯连接。

步骤四，将阳角连接件52套在第一梁3、第二梁4的内侧表面，并将预留的燕尾榫一521、燕尾榫一522、燕尾榫三523、燕尾榫四524，对准第一L型铝合金套板53预留的第三燕尾卯凹槽531和第四燕尾卯凹槽532、第二L型铝合金套板54中预留的第五燕尾卯凹槽541和第六燕尾卯凹槽542，从前往后插入进行榫卯连接。

步骤五，用木螺钉将第一L型铝合金套板53、第二L型铝合金套板54、阳角连接件52进行整体锚固，得到装配式榫卯铝合金木组合梁柱节点。

Claims (10)

1.一种装配式榫卯铝合金木组合梁柱节点，其特征在于：包括上柱(1)、下柱(2)、第一梁(3)、第二梁(4)、十字型铝合金板(7)和加固件(5)，所述上柱(1)与下柱(2)通过榫卯以及内填十字型铝合金板(7)相连，所述下柱(2)、第一梁(3)、第二梁(4)互相榫卯连接；所述加固件(5)包括铝合金套筒(51)、阳角连接件(52)、第一L型铝合金套板(53)和第二L型铝合金套板(54)，所述铝合金套筒(51)设置在上柱(1)靠近下柱(2)的一端，并与阳角连接件(52)、第一L型铝合金套板(53)、第二L型铝合金套板(54)互相榫卯连接，所述铝合金套筒(51)通过木螺钉与上柱(1)相连；所述阳角连接件(52)与第一梁(3)、第二梁(4)相连，并与第一L型铝合金套板(53)和第二L型铝合金套板(54)互相榫卯连接；所述第一L型铝合金套板(53)与下柱(2)、第一梁(3)相连；所述第二L型铝合金套板(54)与下柱(2)、第二梁(4)相连；所述加固件(5)表面设置若干螺孔(6)。

2.根据权利要求1所述的一种装配式榫卯铝合金木组合梁柱节点，其特征在于：所述下柱(2)靠近上柱(1)的一端表面设置圆形榫芯(21)、直角榫边(22)、第一矩形榫芯(23)、第二矩形榫芯(24)、定位榫(25)、第一燕尾榫(26)和第二燕尾榫(27)；所述圆形榫芯(21)的中间设有十字型卯孔二(212)，周向设置用于卡接的凸块(211)。

3.根据权利要求2所述的一种装配式榫卯铝合金木组合梁柱节点，其特征在于：所述第一梁(3)靠近下柱(2)的一端设置搭接部一(31)、圆形燕尾卯一(32)；所述搭接部一(31)上设置与第一燕尾榫(26)相匹配的燕尾卯一(311)、与第一矩形榫芯(23)相匹配的矩形卯一(312)；所述圆形燕尾卯一(32)上设置与凸块(211)相匹配的凹槽一(321)，所述圆形燕尾卯一(32)与圆形榫芯(21)互相榫卯连接。

4.根据权利要求2所述的一种装配式榫卯铝合金木组合梁柱节点，其特征在于：所述第二梁(4)靠近下柱(2)的一端设置搭接部二(41)、圆形燕尾卯二(42)；所述搭接部二(41)上设置与第二燕尾榫(27)相匹配的燕尾卯二(411)、与第二矩形榫芯(24)相匹配的矩形卯二(412)；所述圆形燕尾卯二(42)上设置与凸块(211)相匹配的凹槽二(421)，所述圆形燕尾卯二(42)与圆形榫芯(21)互相榫卯连接。

5.根据权利要求1所述的一种装配式榫卯铝合金木组合梁柱节点，其特征在于：所述上柱(1)靠近下柱(2)的一端表面设置圆形卯孔(11)，所述圆形卯孔(11)底部设置十字型卯孔一(112)、四周设置与凸块(211)相匹配的凹槽三(111)。

6.根据权利要求1所述的一种装配式榫卯铝合金木组合梁柱节点，其特征在于：所述十字型铝合金板(7)顶端与十字型卯孔一(112)插接，底端与十字型卯孔二(212)插接。

7.根据权利要求1所述的一种装配式榫卯铝合金木组合梁柱节点，其特征在于：所述铝合金套筒(51)上设置第一燕尾卯凹槽(511)、第二燕尾卯凹槽(512)，所述第一L型铝合金套板(53)上设置第三燕尾卯凹槽(531)、第四燕尾卯凹槽(532)以及第三燕尾榫(533)，所述第三燕尾榫(533)与第一燕尾卯凹槽(511)相匹配。

8.根据权利要求7所述的一种装配式榫卯铝合金木组合梁柱节点，其特征在于：所述第二L型铝合金套板(54)上设置第五燕尾卯凹槽(541)、第六燕尾卯凹槽(542)以及第四燕尾榫(543)，所述第四燕尾榫(543)与第二燕尾卯凹槽(512)相匹配。

9.根据权利要求8所述的一种装配式榫卯铝合金木组合梁柱节点，其特征在于：所述阳角连接件(52)上设置燕尾榫一(521)、燕尾榫二(522)、燕尾榫三(523)和燕尾榫四(524)，所述燕尾榫一(521)与第三燕尾卯凹槽(531)相匹配，所述燕尾榫二(522)与第四燕尾卯凹槽(532)相匹配，所述燕尾榫三(523)与第五燕尾卯凹槽(541)相匹配，所述燕尾榫四(524)与第六燕尾卯凹槽(542)相匹配。

10.根据权利要求1所述的一种装配式榫卯铝合金木组合梁柱节点的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将下柱(2)、第一梁(3)、第二梁(4)进行榫卯连接；

步骤二，将十字型铝合金板(7)的一端插入下柱(2)，另一端插入上柱(1)并将上柱(1)与下柱(2)榫卯连接；将铝合金套筒(51)套在上柱(1)的四周，并通过木螺钉进行固定；

步骤三，将第一L型铝合金套板(53)、第二L型铝合金套板(54)套在下柱(2)、第一梁(3)、第二梁(4)的表面，并与铝合金套筒(51)进行榫卯连接；

步骤四，将阳角连接件(52)套在第一梁(3)、第二梁(4)的内侧表面，并与第一L型铝合金套板(53)、第二L型铝合金套板(54)进行榫卯连接；

步骤五，用木螺钉将第一L型铝合金套板(53)、第二L型铝合金套板(54)、阳角连接件(52)进行整体锚固，得到装配式榫卯铝合金木组合梁柱节点。