CN207160233U - 震后可修复式钢梁柱单边连接节点和钢结构建筑 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种震后可修复式钢梁柱单边连接节点和钢结构建筑，属于建筑钢结构领域。所述震后可修复式钢梁柱单边连接节点包括钢梁和钢柱，所述钢梁与钢柱的接合处设置有腹板连接件和翼缘连接件，所述腹板连接件同时与所述钢梁的腹板和所述钢柱的翼缘连接，所述翼缘连接件同时与所述钢梁的下翼缘和所述钢柱的翼缘连接，所述翼缘连接件的中部为削弱区。本实用新型安装方便，抗震性能优越，能显著提高钢框架结构的延性和耗能能力；节点转动所形成的塑性铰位置可控；地震后钢梁和钢柱不损坏，在不破坏原有结构(如楼板)的前提下即可快速更换和修复腹板连接件和翼缘连接件。

Description

震后可修复式钢梁柱单边连接节点和钢结构建筑

技术领域

本实用新型涉及建筑钢结构领域，特别是指一种震后可修复式钢梁柱单边连接节点和钢结构建筑。

背景技术

钢结构住宅中最常用的梁柱连接节点是栓焊混合连接节点。它是将钢梁翼缘与钢柱翼缘用全熔透焊缝连接，钢梁腹板与焊于钢柱翼缘上的剪力板用摩擦型高强螺栓连接。虽然该节点被广泛采用，但存在以下缺点：存在现场施工焊缝，施工工序多，施焊质量难控制；焊接处存在严重的应力集中，在地震荷载下，焊缝易开裂。这些不足使该节点的延性和耗能能力大幅下降，抗震能力不好。而且，若栓焊混合连接节点在地震荷载下上翼缘与钢柱的连接焊缝发生开裂，就需要用切割工具割开节点附近的楼板，再将上翼缘连接焊缝进行补焊，最后将割开的楼板重新浇筑。

全栓连接节点是将钢梁的上、下翼缘用连接件(T型芯板)与钢柱相连。该节点的特点是现场无需焊接，全部使用高强螺栓连接。相比于其他节点，全栓连接节点装配快速，符合建筑工业化要求。但是，在地震荷载下若全栓连接节点的上翼缘连接件屈服或断裂，同样需要割开节点附近的楼板，再松开上翼缘连接件的螺栓，再更换上翼缘连接件，最后将割开的楼板重新浇筑。而且全栓连接节点所需高强螺栓数量多，装配成本较高。

上述栓焊混合连接节点和全栓连接节点的震后修复异常繁琐，而且对大地震后原本脆弱的结构造成二次损伤。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种震后可修复式钢梁柱单边连接节点和钢结构建筑，其安装方便，抗震性能优越，能显著提高钢框架结构的延性和耗能能力；节点转动所形成的塑性铰位置可控；地震后钢梁和钢柱不损坏，在不破坏原有结构(如楼板)的前提下即可快速更换和修复腹板连接件和翼缘连接件。

为解决上述技术问题，本实用新型提供技术方案如下：

一种震后可修复式钢梁柱单边连接节点，包括钢梁和钢柱，所述钢梁与钢柱的接合处设置有腹板连接件和翼缘连接件，所述腹板连接件同时与所述钢梁的腹板和所述钢柱的翼缘连接，所述翼缘连接件同时与所述钢梁的下翼缘和所述钢柱的翼缘连接，所述翼缘连接件的中部为削弱区。

进一步的，所述腹板连接件呈L型，所述腹板连接件为两个且对称设置在所述钢梁的腹板的两侧。

进一步的，所述翼缘连接件为T型芯板或L型芯板，所述翼缘连接件包括水平设置的第一连接板和与所述第一连接板的端部连接且竖向设置的第二连接板，所述第一连接板与钢梁的下翼缘连接，所述第二连接板与钢柱的翼缘连接，所述削弱区设置于第一连接板上。

进一步的，所述第一连接板中部两侧有切槽/切口，形成所述削弱区；或者，所述第一连接板中部开有长孔，形成所述削弱区。

进一步的，所述腹板连接件的折角处设置有水平加劲肋，所述腹板连接件通过第一组螺栓或销轴与所述钢梁的腹板连接，并通过第二组螺栓与所述钢柱的翼缘连接，所述第一组螺栓和第二组螺栓为高强螺栓，所述钢梁的腹板上用于穿过第一组螺栓的螺栓孔为竖向长圆孔；

所述第一连接板和第二连接板的连接处设置有竖向加劲肋，所述第一连接板通过第三组螺栓与所述钢梁的下翼缘连接，所述第二连接板通过第四组螺栓与所述钢柱的翼缘连接，所述第三组螺栓和第四组螺栓为高强螺栓。

进一步的，所述第一连接板的外侧在所述削弱区的上方设置有盖板，所述盖板通过第五组螺栓与所述钢梁的下翼缘连接，其中，所述第五组螺栓穿过所述切槽/切口或长孔。

进一步的，所述第一连接板从钢柱侧面至所述削弱区的范围内，沿着从内到外的方向，其截面面积逐渐增大，所述第一连接板厚度为6～30mm，宽度为80～400mm，长度不超过1000mm；所述盖板的厚度为6～34mm，宽度为80～400mm，长度不超过1000mm。

进一步的，所述钢柱的翼缘设置有用于通过第六组螺栓连接所述钢梁的腹板的剪力板，所述剪力板上开有至少两个上下排布的螺栓孔，所述上下排布的螺栓孔为水平方向的长圆孔，所述剪力板位于所述腹板连接件与翼缘连接件之间，所述第六组螺栓为高强螺栓。

进一步的，所述钢柱的腹板两侧设置有竖向加劲钢板，所述钢柱的两个翼缘之间对应所述钢梁的位置设置有水平加劲钢板。

一种钢结构建筑，包括上述震后可修复式钢梁柱单边连接节点。

本实用新型具有以下有益效果：

与现有技术相比，一方面，本实用新型的震后可修复式钢梁柱单边连接节点采用腹板连接件和下翼缘连接件承受钢梁端部的轴力和弯矩，在采用组合梁时，钢梁的上翼缘可以通过抗剪连接件与楼板连接。在地震的反复载荷下，本实用新型的震后可修复式钢梁柱单边连接节点的损伤将集中在翼缘连接件上，当需要更换或修复翼缘连接件时无需破拆楼板，因此更换和修复时更易于施工，降低了连接节点修复成本，延长了结构的使用寿命。起耗能作用的翼缘连接件的震后损伤容易观察，便于鉴定人员准确评估连接节点震后的损伤并选择合理的修复方法。另一方面，本实用新型通过在翼缘连接件的中部设置削弱区的方式，使钢梁和钢柱在地震载荷下的塑性铰发生在翼缘连接件的削弱区，实现塑性铰出现的位置可控；并且通过合理的设计，在翼缘连接件的削弱区出现塑性铰时，钢梁和钢柱还保持弹性，使得塑性铰出现的时机可控，这就避免了塑性铰出现在传统栓焊混合连接节点中应力集中严重的钢梁的翼缘端部，避免该处发生断裂破坏，确保节点工作过程中钢梁和钢柱始终保持弹性；此外，由于钢梁的上翼缘无需设置与钢柱的连接件，故新型节点用于装配式钢结构建筑时，在钢梁上翼缘能够方便地设置叠合楼板的预制底板，使预制底板与钢梁的上翼缘贴合。

附图说明

图1(a)、(b)为本实用新型的震后可修复式钢梁柱单边连接节点的一个实施例的结构示意图，其中(b)中的翼缘连接件为实施例1的示意图；

图2为本实用新型的震后可修复式钢梁柱单边连接节点中腹板连接件的结构示意图；

图3为本实用新型的震后可修复式钢梁柱单边连接节点中翼缘连接件的实施例1的示意图；

图4为本实用新型的震后可修复式钢梁柱单边连接节点中翼缘连接件的实施例2的示意图；

图5为本实用新型的震后可修复式钢梁柱单边连接节点中翼缘连接件的实施例3的示意图；

图6为本实用新型的震后可修复式钢梁柱单边连接节点中翼缘连接件的实施例4的示意图；

图7为本实用新型的震后可修复式钢梁柱单边连接节点中翼缘连接件的实施例5的示意图；

图8为本实用新型的震后可修复式钢梁柱单边连接节点中翼缘连接件的实施例6的示意图；

图9为本实用新型的震后可修复式钢梁柱单边连接节点中翼缘连接件的实施例7的示意图；

图10为本实用新型的震后可修复式钢梁柱单边连接节点中钢梁靠近钢柱的端部的结构示意图；

图11为本实用新型的震后可修复式钢梁柱单边连接节点中剪力板的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本实用新型实施例提供一种震后可修复式钢梁柱单边连接节点，如图1至图11所示，包括钢梁1和钢柱2，钢梁1与钢柱2的接合处设置有腹板连接件5和翼缘连接件3，腹板连接件5同时与钢梁1的腹板12和钢柱2的翼缘21连接，翼缘连接件3同时与钢梁1的下翼缘13和钢柱2的翼缘21连接，翼缘连接件3的中部为削弱区33。

本实用新型的震后可修复式钢梁柱单边连接节点采用腹板连接件5代替上翼缘连接件承受轴力和弯矩，使得钢梁1的上翼缘11可以通过抗剪连接件(如栓钉7)与楼板连接。在地震载荷的反复作用下，本实用新型的震后可修复式钢梁柱单边连接节点的损伤将集中在翼缘连接件3上，当需要更换或修复翼缘连接件3时无需破拆楼板，因此更换和修复时更易于施工，降低了连接节点修复成本，延长了结构的使用寿命。起耗能作用的翼缘连接件3的震后损伤容易观察，便于鉴定人员准确评估连接节点震后的损伤情况并选择合理的修复方法。另一方面，本实用新型通过在翼缘连接件3的中部设置削弱区33的方式，使钢梁1和钢柱2在地震载荷下的塑性铰发生在翼缘连接件3的削弱区33，实现塑性铰出现的位置可控；并且通过合理的设计，在翼缘连接件3的削弱区33出现塑性铰时，钢梁1和钢柱2还保持弹性，使得塑性铰出现的时机可控，这就避免了塑性铰出现在传统栓焊混合连接节点中应力集中严重的钢梁1的翼缘端部，避免该处发生断裂破坏，确保节点工作过程中钢梁和钢柱始终保持弹性。此外，翼缘连接件3中部的削弱区33能降低钢柱2侧面的弯矩，减少翼缘连接件3与钢柱1的翼缘连接螺栓的数量。

进一步的，腹板连接件5优选呈L型，腹板连接件5为两个且对称设置在钢梁1的腹板12的两侧。由于钢梁1的腹板12和钢柱2的翼缘21呈垂直布置，腹板连接件5呈L型时不仅结构简单，还能承受轴力和弯矩，同时还能承受一部分剪力；腹板连接件5对称设置在钢梁1的腹板12的两侧时，能够更加均匀的承受钢梁1和钢柱2在地震载荷下产生的轴力的弯矩。

本实用新型实施例中，翼缘连接件3可以有多种结构，优选为T型芯板或L型芯板，图3至图9中给出了T型芯板的多种结构，L型芯板类似。T型芯板包括水平设置的第一连接板31和与第一连接板31的端部连接且竖向设置的第二连接板32，第一连接板31与钢梁1的下翼缘13连接，第二连接板32与钢柱2的翼缘21连接，削弱区33设置于第一连接板31上。

T型芯板或L型芯板结构简单，方便制作，并且安装方便。

在T型芯板或L型芯板上的削弱区可以通过各种方式制得，优选的，第一连接板31中部两侧有切槽/切口331，形成削弱区33；或者，第一连接板31中部开有长孔332，形成削弱区33。通过切槽/切口或开长孔的方式得到削弱区，这种方法简单方便，易根据设计要求计算削弱区33的削弱程度，使得削弱区33出现塑性铰时，钢梁1和钢柱2还保持弹性，令塑性铰出现的时机可控。

削弱区33除了采用上述结构形式得到，还可以采用本领域技术人员能够想到的符合上述原则的其他方式得到，例如可以采用局部退火的方式降低第一连接板31中部钢材的强度以得到削弱区。

进一步的，腹板连接件5的折角处优选设置有水平加劲肋55，腹板连接件55通过第一组螺栓51与钢梁1的腹板12连接，并通过第二组螺栓52与钢柱2的翼缘21连接，第一组螺栓51优选为摩擦型高强螺栓，第二组螺栓52优选为承压型高强螺栓，钢梁1的腹板12上用于穿过第一组螺栓51的螺栓孔121为竖向长圆孔；

第一连接板31和第二连接板32的连接处也优选设置有竖向加劲肋34，第一连接板31通过第三组螺栓35与钢梁1的下翼缘13连接，第二连接板32通过第四组螺栓36与钢柱2的翼缘21连接，第三组螺栓35和第四组螺栓36也优选为高强螺栓。

水平加劲肋55的设置能够增加腹板连接件5的强度和刚度，竖向加劲肋34的设置能够增加第一连接板31和第二连接板32之间的连接强度和刚度。高强螺栓能够保证节点的连接强度，还能避免第一螺栓孔53、第二螺栓孔54、第三螺栓孔311和第四螺栓孔321受压变形，影响钢梁1和钢柱2的二次使用。螺栓孔121设计为竖向长圆孔能够防止连接节点大变形转动时第一组螺栓51受到的剪力骤然增大，保护第一组螺栓51不受剪变形，从而是腹板连接件5在震后亦可重复使用。其中，第一螺栓孔121在竖向的开孔长度可以根据连接节点的最大塑性转角来确定。

此外，为避免钢梁1的腹板12发生第一螺栓孔121的孔壁承压破坏，可以通过在围焊钢板122的形式局部加厚第一螺栓孔121周围的钢梁1的腹板12，如图10所示。

当然，腹板连接件5还可以通过销轴与钢梁1的腹板12连接，第一组螺栓51或销轴主要承受水平方向的剪力。

本实用新型中的翼缘连接件3和腹板连接件5通过高强螺栓与钢梁1和钢柱2连接，可拆卸，翼缘连接件3和腹板连接件5均可在工厂预制，并能在现场快速安装，避免现场施工焊缝，大幅加快施工进度，缩减工人用量，符合建筑工业化要求。

优选的，第一连接板31的外侧在削弱区33的上方可以设置有盖板4，盖板4通过第五组螺栓42与钢梁1的下翼缘13连接，其中，第五组螺栓42穿过切槽/切口331或长孔332。盖板4至少覆盖削弱区33，第五组螺栓42优选为普通螺栓；盖板4和钢梁1的下翼缘13对削弱区33起到屈曲约束作用，使削弱区33在受拉和受压下均能进入材料的屈服状态，并避免削弱区33的刚度和承载力的急剧降低；同时使得节点耗能能力更优异、延性好、滞回曲线饱满；通过调节第五组螺栓42的预紧力可以控制盖板4屈曲约束的程度。

并且，在第一连接板31与盖板4之间、第一连接板31与钢梁1的下翼缘13之间应预留空隙，空隙中可不填充任何材料，或者可以添加润滑剂或其它柔性材料。

上述实施例中，第一连接板31从钢柱2侧面至削弱区33的范围内，沿着从内到外的方向(图2中箭头方向)，优选截面面积逐渐增大的形式，这种形式能够增大第一连接板31和第二连接板32之间连接焊缝的长度，延缓其开裂，并增加节点在地震载荷下的刚度。

这里给出翼缘连接件3的几个实施例：

实例1：

如图1(b)和图3所示，第一连接板31的端部采用扩大截面形式，第一连接板31中部的削弱区33采用圆弧和直线混合切割的方式，第三螺栓孔311并列布置，其中图3(a)为T型芯板，图3(b)为L型芯板。

实例2：

如图4所示，第一连接板31的端部采用不扩大截面形式，第一连接板31中部的削弱区33采用圆弧和直线混合切割的方式，第三螺栓孔311并列布置。

实例3：

如图5所示，第一连接板31的端部采用不扩大截面形式，第一连接板31中部的削弱区33采用直线切割的方式，第三螺栓孔311并列布置。

实例4：

如图6所示，第一连接板31的端部采用不扩大截面形式，第一连接板31中部的削弱区33采用圆弧切割的方式，第三螺栓孔311并列布置。

实例5：

如图7所示，第一连接板31的端部采用不扩大截面形式，第一连接板31中部的削弱区33采用梯形切割的方式，第三螺栓孔311并列布置。

实例6：

如图8所示，第一连接板31的端部采用不扩大截面形式，第一连接板31中部的削弱区33采用长圆孔332的开孔方式，第三螺栓孔311并列布置。

实例7：

如图9所示，第一连接板31的端部采用不扩大截面形式，第一连接板31中部的削弱区33采用长条孔332的开孔方式，第三螺栓孔311并列布置。

上述7个实施例中，翼缘连接件3和盖板4的厚度根据设计要求决定，这里给出一个实施例，第一连接板31的厚度为6～30mm，宽度为80～400mm，长度不超过1000mm；盖板4的厚度为6～34mm，宽度为80～400mm，长度不超过1000mm。

进一步的，钢柱2的翼缘21优选设置有用于通过第六组螺栓61连接钢梁1的腹板12的剪力板6，如图11所示，剪力板6上开有至少两个上下排布的螺栓孔62，上下排布的螺栓孔为水平方向的长圆孔，剪力板6位于腹板连接件5与翼缘连接件3之间，第六组螺栓61为高强螺栓。剪力板6主要承受节点剪力，剪力板6的一端可以预先焊接在钢柱2的翼缘21上，再将剪力板6的侧面与钢梁1的腹板12通过第六组螺栓61连接。长圆孔能够防止节点大变形转动时，第六组螺栓61收到的剪力骤然增大，保护第六组螺栓61不变形，使剪力板61在震后亦可重复使用。上下排布的螺栓孔在水平方向的开孔长度可以根据节点的最大塑性转角来确定。

为了增加钢柱2的受力性能，钢柱2的腹板22两侧优选设置有竖向加劲钢板23，钢柱2的两个翼缘21之间对应钢梁1的位置优选设置有水平加劲钢板24。竖向加劲钢板23的设置避免了钢柱节点域受剪屈服，水平加劲钢板24的设置能够防止钢柱2的翼缘21局部变形过大。

另一方面，本实用新型提供一种钢结构建筑，包括上述震后可修复式钢梁柱单边连接节点。

本实用新型的钢结构建筑能显著提高钢结构建筑节点的延性和耗能能力，抗震性能优越；且该节点设计方法简易，可根据设计要求计算出腹板连接件强度和翼缘连接件削弱区的削弱程度，使得削弱区出现塑性铰时，钢梁和钢柱还保持弹性，震后只需更换腹板连接件和翼缘连接件即可重复使用；而且更换部件时无需破拆楼板，减少地震后对结构的二次损伤。

综上，本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型的震后可修复式钢梁柱单边连接节点，其性能优越、加工方便；所有构件均可在工厂预制，并能在现场快速拼装，避免现场施工焊缝，大幅加快施工进度，缩减工人用量，符合建筑工业化要求。

2.本实用新型的震后可修复式钢梁柱单边连接节点用于装配式钢结构建筑时，在钢梁上翼缘方便搁置叠合楼板的预制底板，预制底板与钢梁的上翼缘贴合。

3.本实用新型通过腹板连接件和翼缘连接件将钢梁和钢柱连接，能有效承受节点的端部弯矩。相比于传统的全栓接节点能减少螺栓用量，降低装配成本，能明显加快施工进度。

4.在翼缘连接件的中部切槽/切口或开长孔，使塑性铰发生在削弱区，使得塑性铰出现的位置可控；并且通过合理的设计，使得削弱区出现塑性铰时，钢梁和钢柱还保持弹性，使得塑性铰出现的时机可控。这就避免塑性铰出现在应力集中严重的钢梁翼缘端部，使连接焊缝不开裂；此外，在翼缘连接件中部切槽/切口或开长孔能降低柱面弯矩，减少翼缘连接件与钢柱翼缘的连接螺栓数量。

5.钢梁上的荷载由翼缘连接件和腹板连接件传递至钢柱，盖板和钢梁下翼缘对翼缘连接件的削弱区起到屈曲约束作用，使削弱区在受拉和受压下均能进入材料的屈服状态，避免刚度和承载力的急剧降低；因而本实用新型所述的节点抗震性能好，延性大、耗能能力强。

6.本实用新型的震后可修复式钢梁柱单边连接节点具有震后易修复、可快速更换的特点。通过合理设计可以保证震后的钢梁和钢柱仍处于弹性状态。技术人员在震后容易观察医院连接件的损伤状况，并确认是否有必要对翼缘连接件进行更换；翼缘连接件的更换简便快捷，更换时无需破拆楼板，不对结构二次损坏。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种震后可修复式钢梁柱单边连接节点，包括钢梁和钢柱，其特征在于，所述钢梁与钢柱的接合处设置有腹板连接件和翼缘连接件，所述腹板连接件同时与所述钢梁的腹板和所述钢柱的翼缘连接，所述翼缘连接件同时与所述钢梁的下翼缘和所述钢柱的翼缘连接，所述翼缘连接件的中部为削弱区。

2.根据权利要求1所述的震后可修复式钢梁柱单边连接节点，其特征在于，所述腹板连接件呈L型，所述腹板连接件为两个且对称设置在所述钢梁的腹板的两侧。

3.根据权利要求1所述的震后可修复式钢梁柱单边连接节点，其特征在于，所述翼缘连接件为T型芯板或L型芯板，所述翼缘连接件包括水平设置的第一连接板和与所述第一连接板的端部连接且竖向设置的第二连接板，所述第一连接板与钢梁的下翼缘连接，所述第二连接板与钢柱的翼缘连接，所述削弱区设置于第一连接板上。

4.根据权利要求3所述的震后可修复式钢梁柱单边连接节点，其特征在于，所述第一连接板中部两侧有切槽/切口，形成所述削弱区；或者，所述第一连接板中部开有长孔，形成所述削弱区。

5.根据权利要求3所述的震后可修复式钢梁柱单边连接节点，其特征在于，所述腹板连接件的折角处设置有水平加劲肋，所述腹板连接件通过第一组螺栓或销轴与所述钢梁的腹板连接，并通过第二组螺栓与所述钢柱的翼缘连接，所述第一组螺栓和第二组螺栓为高强螺栓，所述钢梁的腹板上用于穿过第一组螺栓的螺栓孔为竖向长圆孔；

所述第一连接板和第二连接板的连接处设置有竖向加劲肋，所述第一连接板通过第三组螺栓与所述钢梁的下翼缘连接，所述第二连接板通过第四组螺栓与所述钢柱的翼缘连接，所述第三组螺栓和第四组螺栓为高强螺栓。

6.根据权利要求4所述的震后可修复式钢梁柱单边连接节点，其特征在于，所述第一连接板的外侧在所述削弱区的上方设置有盖板，所述盖板通过第五组螺栓与所述钢梁的下翼缘连接，所述第五组螺栓穿过所述切槽/切口或长孔。

7.根据权利要求6所述的震后可修复式钢梁柱单边连接节点，其特征在于，所述第一连接板从钢柱侧面至所述削弱区的范围内，沿着从内到外的方向，其截面面积逐渐增大，所述第一连接板厚度为6～30mm，宽度为80～400mm，长度不超过1000mm；所述盖板的厚度为6～34mm，宽度为80～400mm，长度不超过1000mm。

8.根据权利要求1-7中任一所述的震后可修复式钢梁柱单边连接节点，其特征在于，所述钢柱的翼缘设置有用于通过第六组螺栓连接所述钢梁的腹板的剪力板，所述剪力板上开有至少两个上下排布的螺栓孔，所述上下排布的螺栓孔为水平方向的长圆孔，所述剪力板位于所述腹板连接件与翼缘连接件之间，所述第六组螺栓为高强螺栓。

9.根据权利要求8所述的震后可修复式钢梁柱单边连接节点，其特征在于，所述钢柱的腹板两侧设置有竖向加劲钢板，所述钢柱的两个翼缘之间对应所述钢梁的位置设置有水平加劲钢板。

10.一种钢结构建筑，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的震后可修复式钢梁柱单边连接节点。