CN121006844B - 一种用于装配式钢结构的榫合快拆梁柱连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于装配式钢结构的榫合快拆梁柱连接装置，属于预制建筑结构技术领域。装置包括预制槽钢梁、预制钢柱、套筒、梁‑套筒连接件、柱端限位筒及预制砌块；预制钢柱通过柱端限位筒与套筒插设相连，预制槽钢梁、梁‑套筒连接件与套筒依次插设并经预制砌块固定。通过各构件上的砌形凹槽、矩形块与槽的插设配合，以及柱端限位筒的卡接限位，可以实现梁柱的快速定位安装。利用预制砌块嵌入组合凹槽完成最终固定。本发明无需螺栓与膨胀剂，现场组装效率高，可实现无损拆卸与构件重复利用，显著降低成本，且节点结构稳定，承载与抗震性能优良。

Description

一种用于装配式钢结构的榫合快拆梁柱连接装置

技术领域

本发明涉及预制建筑结构技术领域，尤其是涉及一种用于装配式钢结构的榫合快拆梁柱连接装置。

背景技术

随着住宅产业化的推进，以工业化方式生产住宅构配件并在施工现场组装的装配式建筑成为行业发展趋势。装配式框架结构因具备刚度大、承载力高、整体性好、施工速度快、节省材料与劳动力等优势，成为实现住宅产业化的关键途径之一。其基本思路是将框架结构拆解为柱、梁、楼板等构件，在预制构件厂完成标准化预制后，运输至施工现场进行安装连接，最终形成整体框架结构。在此过程中，预制梁与预制柱的连接节点性能直接决定了装配式框架结构的整体承载能力与稳定性，因此，设计兼具良好受力性能与便捷施工性的梁柱连接装置至关重要。

目前，装配式钢结构中预制柱与预制梁的连接多采用大量的螺栓连接、现场焊接或使用螺栓膨胀剂。这些方式存在显著缺陷：

1）施工繁琐：每个螺栓孔位均需注入膨胀剂加固，且螺栓用量大，需逐一精准对位加固安装，工序复杂，严重影响施工效率。

2）拆卸不便：膨胀剂固化后会使螺栓与构件形成刚性连接，导致构件无法无损拆卸，仅能通过强制破坏方式拆解，造成构件报废。

3）成本高昂：大量螺栓、膨胀剂的材料消耗，加之焊接施工的人工与设备成本，显著增加了项目总造价。

综上，现有梁柱连接方式无法满足装配式建筑高效装配、便捷拆卸、低成本、高质量的核心需求，亟需设计一种新型连接装置以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于装配式钢结构的榫合快拆梁柱连接装置，解决上述背景技术中提出的问题，避免了大量的螺栓数以及使用膨胀剂，从到达到方便安装及拆卸，极大程度的降低了施工的困难程度，也降低了成本；并且也达到了装配式建筑的高效的速度装配以及拆卸，全部可在工厂加工完毕现场快速组装。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于装配式钢结构的榫合快拆梁柱连接装置，包括预制槽钢梁、预制钢柱、套筒、梁-套筒连接件、柱端限位筒以及预制砌块，所述预制钢柱的端部通过所述柱端限位筒与所述套筒插设相连，所述预制槽钢梁、所述梁-套筒连接件以及所述套筒依次通过插设相连并均通过所述预制砌块实现固定。

优选的，所述套筒为含有四个侧面的立体框架结构，其顶端四面开设有半砌形贯通凹槽，且所述套筒的两个相邻侧面上分别设置有向外凸出的矩形块和向内凹陷的矩形槽，另外两个相邻侧面上均设置有向外延伸的连接部，所述连接部的上下表面靠近外部相邻的两边分别设有半砌形贯通凹槽和半砌形凹槽，所述半砌形贯通凹槽和所述半砌形凹槽的下方开设有第一槽型凹槽，所述连接部的中间开设有贯通槽。

优选的，所述矩形块和所述矩形槽通过横向和竖向等距分布。

优选的，所述预制槽钢梁的上下表面相对应的位置均开设有一个完整砌形凹槽。

优选的，所述梁-套筒连接件上对称设置有完整砌形凹槽、半砌形贯通凹槽和第二槽型凹槽；其中，所述半砌形贯通凹槽位于所述梁-套筒连接件的上下表面端部；所述完整砌形凹槽位于所述梁-套筒连接件的上下表面中部。

优选的，所述预制钢柱包括分别插设在所述套筒上下两端的第一预制钢柱和第二预制钢柱，所述第一预制钢柱的四面均开设有完整砌形凹槽，所述第一预制钢柱的下端以及所述第二预制钢柱的上端均开设有与所述柱端限位筒的端部相匹配的圆形凹槽。

优选的，所述柱端限位筒设置在所述套筒内部，为中部带有径向凸起圆环的柱状结构，所述凸起圆环与所述套筒内部的环形限位板卡接，其上下端部则分别插入所述第一预制钢柱和所述第二预制钢柱端部的所述圆形凹槽中进行连接限位。

优选的，所述预制砌块为左右高度不对称的梯形块，其中一端的高度是另一端高度的一半。

优选的，所述预制槽钢梁以及所述梁-套筒连接件整个梁柱节点均设置有四个，插设相连后分别对称分布在所述套筒两个相邻侧面上的连接部的四个水平方向。

优选的，每个所述连接部的两个上下水平方向插设相连后的所述预制槽钢梁以及所述梁-套筒连接件之间通过等高砌块相连。

因此，本发明采用上述一种用于装配式钢结构的榫合快拆梁柱连接装置，具体有益效果如下：

（1）施工效率大幅提升：无需使用大量螺栓及膨胀剂，所有部件均在工厂完成标准化预制，现场仅需通过插设+砌块固定的方式组装，工序简单、操作便捷，可以大幅度缩短梁柱节点施工时间；

（2）实现无损拆卸与构件复用：拆卸时仅需取出预制砌块，即可将各部件依次分离，无强制破坏操作，预制槽钢梁、预制钢柱、套筒等核心构件可重复用于多个项目，降低建材浪费；

（3）成本显著降低：一方面减少了螺栓、膨胀剂等耗材的材料成本，另一方面简化了施工工序，降低了人工与设备成本；

（4）结构稳定性优异：通过套筒、梁-套筒连接件的插设配合及预制砌块的刚性固定，形成了多点受力的稳定节点结构，整体承载能力与抗震性能优于传统螺栓连接节点。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明实施例的连接装置的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的连接装置的爆炸结构示意图；

图3是本发明实施例的套筒的第一角度的结构示意图；

图4是本发明实施例的套筒的第二角度的结构示意图；

图5是本发明实施例的套筒的第三角度的结构示意图；

图6是本发明实施例的预制槽钢梁的结构示意图；

图7是本发明实施例的梁-套筒连接件的结构示意图；

图8为本发明实施例的柱端限位筒的结构示意图；

图9为本发明实施例的预制砌块的结构示意图；

图10为本发明实施例的等高砌块的结构示意图；

附图标记

1、预制槽钢梁；2、预制钢柱；3、套筒；4、梁-套筒连接件；5、柱端限位筒；6、预制砌块；7、矩形块；8、矩形槽；9、连接部；10、半砌形贯通凹槽；11、第一槽型凹槽；12、贯通槽；13、完整砌形凹槽；14、第二槽型凹槽；15、第一预制钢柱；16、第二预制钢柱；17、半砌形凹槽；18、圆形凹槽；19、凸起圆环；20、环形限位板；21、等高砌块。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的第一、第二以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。包括或者包含等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。连接或者相连等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。上、下、左、右等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

实施例

如图1-图10所示，本实施例提供了一种用于装配式钢结构的榫合快拆梁柱连接装置，包括预制槽钢梁1、预制钢柱2、套筒3、梁-套筒连接件4、柱端限位筒5及预制砌块6，所有构件均通过工厂标准化预制加工，可直接运至现场装配，无需现场二次加工，能减少施工环节的复杂操作，为快速组装提供基础。其中，预制钢柱2的端部通过柱端限位筒5与套筒3插设相连，预制槽钢梁1和梁-套筒连接件4插设相连并通过预制砌块6实现固定，梁-套筒连接件4和套筒3也插设相连并通过预制砌块6实现固定。预制砌块6为左右高度不对称的梯形块，其中一端的高度是另一端高度的一半，其高度差设计能使其嵌入各部件凹槽的组合空间后形成自锁效果，防止在振动或荷载作用下预制砌块6松动脱落，无需额外加固件即可实现稳定固定，进一步简化装配流程。

其中，预制钢柱2包括第一预制钢柱15与第二预制钢柱16，两者分别对应插设连接于套筒3的上下两端，第一预制钢柱15的下端与第二预制钢柱16的上端均开设有圆形凹槽18，柱端限位筒5设置于套筒3内部，为中部带径向凸起圆环19的柱状结构，其凸起圆环19可与套筒3内部预设的环形限位板20卡接，上下端部分别插入第一预制钢柱15与第二预制钢柱16的圆形凹槽18内，通过这种结构配合，能精准限制柱端限位筒5在套筒3内的径向位移，确保预制钢柱2与套筒3的同轴度，避免垂直方向受力偏移引发的节点变形，有效提升结构整体稳定性。

套筒3为具有四个侧面的立体框架结构，其顶端四面均开设有半砌形贯通凹槽10，可与第一预制钢柱15的结构适配连接；套筒3的两个相邻侧面上，分别设有向外凸出的矩形块7与向内凹陷的矩形槽8，且矩形块7与矩形槽8沿横向、竖向呈等距分布，这种分布方式能在套筒3受到水平荷载时，通过矩形块7与周边构件的咬合作用、矩形槽8对荷载的缓冲作用分散应力，避免局部应力过大导致的结构损坏，同时增强套筒3的抗侧移能力；套筒3另外两个相邻侧面均向外延伸形成连接部9，连接部9的上下表面靠近外部的相邻两边，分别开设有半砌形贯通凹槽10与半砌形凹槽17，且半砌形贯通凹槽10、半砌形凹槽17的下方均对应开设有第一槽型凹槽11，连接部9中部还开设有贯通槽12。梁-套筒连接件4和套筒3通过以上凹槽实现插设相连并通过预制砌块6实现固定，且套筒3每侧连接部9的下水平方向的梁-套筒连接件4的与套筒3实现固定的预制砌块6的一端与套筒3的连接部9下表面的半砌形贯通凹槽10焊接相连。

预制槽钢梁1的上下表面相对应位置各开设有一个完整砌形凹槽13，梁-套筒连接件4上对称设置有完整砌形凹槽13、半砌形贯通凹槽10及第二槽型凹槽14，其中半砌形贯通凹槽10位于梁-套筒连接件4的上下表面端部，完整砌形凹槽13位于其上下表面中部。整个梁柱节点处共设置四个预制槽钢梁1与四个梁-套筒连接件4，分别对应套筒3两个相邻侧面上的连接部9的四个上下水平方向，使节点受力均匀分布在四个方向的构件上，避免局部应力集中，同时形成多向支撑体系，提升节点的抗扭性能与整体承载能力。具体的，每侧连接部9的上下两个水平方向插设相连的预制槽钢梁1和梁-套筒连接件4之间通过等高砌块21相连，等高砌块21为左右高度相同的梯形块，该梯形块的尺寸和高度与预制砌块6高度较高的一端相同。每侧连接部9的下水平方向插设相连的预制槽钢梁1和梁-套筒连接件4的下方也通过预制砌块6相连，预制砌块6的一端与梁-套筒连接件4的半砌形贯通凹槽10焊接相连。

安装时，首先取预制槽钢梁1，将其上下表面的完整砌形凹槽13的右半部分与梁-套筒连接件4上下表面端部的半砌形贯通凹槽10对准，确保位置准确后插入，形成由预制槽钢梁1和梁-套筒连接件4组成的水平连接单元。整个梁柱节点处共设置四个预制槽钢梁1与四个梁-套筒连接件4，分别对应套筒3两个相邻侧面上的连接部9的四个上下水平方向。每侧连接部9上下两个水平方向的预制槽钢梁1和梁-套筒连接件4水平连接单元之间嵌入等高砌块21形成稳定连接。对于每侧下水平方向的水平连接单元，将预制砌块6的一端与梁-套筒连接件4的半砌形贯通凹槽10焊接相连，确保预制砌块6不会由于重力掉落并保证该连接点具有更高的抗剪能力和稳定性。将这些水平连接单元移动至套筒3旁，使梁-套筒连接件4上下表面中部的完整砌形凹槽13与套筒3相邻侧面上连接部9的半砌形贯通凹槽10对齐，确认对位后，将梁-套筒连接件4插入套筒3，完成水平连接单元与套筒3的连接。套筒3每侧连接部9的下水平方向的梁-套筒连接件4的与套筒3实现固定的预制砌块6的一端与套筒3的连接部9下表面的半砌形贯通凹槽10焊接相连，同样确保预制砌块6不会由于重力掉落并保证该连接点具有更高的抗剪能力和稳定性。接着，将柱端限位筒5放入套筒3内部，使其凸起圆环19与套筒3内部的环形限位板20卡接，以固定柱端限位筒5的位置。再取第一预制钢柱15，将其下端的圆形凹槽18对准套筒3上端的柱端限位筒5端部，插入套筒3，同时确保第一预制钢柱15四面的完整砌形凹槽13下半部分与套筒3顶端四面的半砌形贯通凹槽10对应。同样，取第二预制钢柱16，将其上端的圆形凹槽18对准套筒3下端的柱端限位筒5端部，插入套筒3，完成预制钢柱2与套筒3的垂直连接。最后，将预制砌块6嵌入所有对齐的凹槽组合中，利用其不对称梯形结构卡紧各连接部位，防止松动。拆卸时，使用撬棍从凹槽侧面轻敲预制砌块6，使其脱出，然后水平拉动预制槽钢梁1，使其与梁-套筒连接件4分离，再水平拉动梁-套筒连接件4，使其与套筒3分离。最后，分别向上起吊第一预制钢柱15和向下下放第二预制钢柱16，使其与柱端限位筒5分离，从而实现所有部件的无损拆卸。

因此，本发明采用上述一种用于装配式钢结构的榫合快拆梁柱连接装置，具有施工效率高、可无损拆卸、成本低及结构稳定性好等有益效果。所有构件在工厂预制完成，现场仅需插设与砌块固定，无需螺栓与膨胀剂，大幅缩短施工周期并降低材料与人工成本。拆卸过程不损伤构件，可实现重复利用，减少资源浪费。同时，通过榫合连接与砌块锁定，形成多点受力结构，具备良好的承载能力与抗震性能。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳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：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种用于装配式钢结构的榫合快拆梁柱连接装置，其特征在于：包括预制槽钢梁、预制钢柱、套筒、梁-套筒连接件、柱端限位筒以及预制砌块，所述预制钢柱的端部通过所述柱端限位筒与所述套筒插设相连，所述预制槽钢梁、所述梁-套筒连接件以及所述套筒依次通过插设相连并均通过所述预制砌块实现固定；

所述套筒为含有四个侧面的立体框架结构，其顶端四面开设有半砌形贯通凹槽，且所述套筒的两个相邻侧面上分别设置有向外凸出的矩形块和向内凹陷的矩形槽，另外两个相邻侧面上均设置有向外延伸的连接部，所述连接部的上下表面靠近外部相邻的两边分别设有半砌形贯通凹槽和半砌形凹槽，所述半砌形贯通凹槽和所述半砌形凹槽的下方开设有第一槽型凹槽，所述连接部的中间开设有贯通槽；

所述梁-套筒连接件上对称设置有完整砌形凹槽、半砌形贯通凹槽和第二槽型凹槽；其中，所述半砌形贯通凹槽位于所述梁-套筒连接件的上下表面端部；所述完整砌形凹槽位于所述梁-套筒连接件的上下表面中部；

所述预制钢柱包括分别插设在所述套筒上下两端的第一预制钢柱和第二预制钢柱，所述第一预制钢柱的四面均开设有完整砌形凹槽，所述第一预制钢柱的下端以及所述第二预制钢柱的上端均开设有与所述柱端限位筒的端部相匹配的圆形凹槽。

2.根据权利要求1所述的一种用于装配式钢结构的榫合快拆梁柱连接装置，其特征在于：所述矩形块和所述矩形槽沿横向和竖向等距分布。

3.根据权利要求1所述的一种用于装配式钢结构的榫合快拆梁柱连接装置，其特征在于：所述预制槽钢梁的上下表面相对应的位置均开设有一个完整砌形凹槽。

4.根据权利要求1所述的一种用于装配式钢结构的榫合快拆梁柱连接装置，其特征在于：所述柱端限位筒设置在所述套筒内部，为中部带有径向凸起圆环的柱状结构，所述凸起圆环与所述套筒内部的环形限位板卡接，其上下端部则分别插入所述第一预制钢柱和所述第二预制钢柱端部的所述圆形凹槽中进行连接限位。

5.根据权利要求1所述的一种用于装配式钢结构的榫合快拆梁柱连接装置，其特征在于：所述预制砌块为左右高度不对称的梯形块，其中一端的高度是另一端高度的一半。

6.根据权利要求2所述的一种用于装配式钢结构的榫合快拆梁柱连接装置，其特征在于：整个梁柱节点处共设置四个所述预制槽钢梁以及四个所述梁-套筒连接件，插设相连后分别对称分布在所述套筒两个相邻侧面上的连接部的四个水平方向。

7.根据权利要求6所述的一种用于装配式钢结构的榫合快拆梁柱连接装置，其特征在于：每个所述连接部的两个上下水平方向插设相连后的所述预制槽钢梁以及所述梁-套筒连接件之间通过等高砌块相连。