CN210127547U - 一种模块化建筑的连接节点 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种模块化建筑的连接节点，包括上角钢、下角钢、上槽钢、下槽钢、连接钢板和螺栓；连接钢板两侧分别设置有一个上层模块柱和一个下层模块柱，上层模块柱和下层模块柱在连接钢板正反面对称竖直设置；两个上层模块柱的相对面设置有上槽钢，上槽钢两个翼缘分别与两个上层模块柱的相对面焊接，上槽钢底板与连接钢板接触，下槽钢和上槽钢结构相同；两个上层模块柱的其余面均设置有一个上角钢，上角钢其中一个肢与上层模块柱焊接，另一个肢与连接钢板接触，下角钢和上角钢结构相同。解决现有模块化箱式房屋螺栓连接节点刚度不足，和焊接连接节点现场施焊不便的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于建筑结构领域，涉及一种模块化建筑的连接节点。
背景技术
随着装配式建筑和工业化建造方式在我国建筑行业的大力推广，模块化箱式房屋在我国的应用越来越多。模块化是一种新的建筑设计理念，它将一个复杂建筑物自上而下拆成若干个子模块，以它们为单元提前在加工厂进行加工预制，最后通过现场吊装，采用竖向及水平连接组成一栋整体建筑。模块化建筑具有现场拼装简单、施工速度快、空间尺寸布置灵活、结构承载力高等特点，可用于建筑物平面及立面造型比较规则的承重体系。对于模块化箱式房屋，单个模块间的连接节点是整体结构受力的关键部位，节点的连接形式和受力性能直接影响着模块化房屋的整体性能。
模块化结构体系的研究起步较晚，常见的节点连接形式有平板钢管连接、平板插销连接、焊接、螺栓盖板连接、铆接、榫接等不同方式。平板钢管连接与平板插销连接需要加工复杂的连接装置；现场全焊接的连接方式增加了施工难度；螺栓盖板连接、铆接、榫接的连接方式大都属于半刚性连接，地震作用下难以满足“强节点、弱构件”的要求；板式内套筒连接节点所需的螺栓为单边螺栓，成本高昂，不适用于一般工程。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种模块化建筑的连接节点，解决现有模块化箱式房屋螺栓连接节点刚度不足，和焊接连接节点现场施焊不便的问题。
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
一种模块化建筑的连接节点，包括上角钢、下角钢、上槽钢、下槽钢、连接钢板和螺栓；
连接钢板上表面设置有一个上层模块柱和一个下层模块柱，连接钢板下表面设置有另一个上层模块柱和另一个下层模块柱，连接钢板每一侧的上层模块柱和下层模块柱在连接钢板正反面对称竖直设置，并均与连接钢板接触；
两个上层模块柱的之间设置有上槽钢，上槽钢其中一个翼缘与其中一个上层模块柱焊接，上槽钢另一个翼缘与另一个上层模块柱焊接，上槽钢底板与连接钢板接触；两个上层模块柱的其余面均设置有一个上角钢，上角钢其中一个肢与上层模块柱焊接，上角钢另一个肢与连接钢板接触；
两个下层模块柱的之间设置有下槽钢，下槽钢其中一个翼缘与其中一个下层模块柱焊接，下槽钢另一个翼缘与另一个下层模块柱焊接，下槽钢底板与连接钢板接触，并通过螺栓穿过连接钢板与上槽钢底板连接；两个下层模块柱的其余面均设置有一个下角钢，下角钢其中一个肢与下层模块柱焊接，另一个肢与连接钢板接触，并通过螺栓穿过连接钢板与上角钢和连接钢板接触的肢连接。
优选的，上槽钢和下槽钢均设置有槽钢加劲板，槽钢加劲板设置在与两个翼缘之间，槽钢加劲板与两个翼缘和底板均垂直并焊接。
进一步，槽钢加劲板均设置在上槽钢的中间位置和下槽钢的中间位置。
再进一步，连接上槽钢和下槽钢的螺栓，在槽钢加劲板两侧各设置有一个。
优选的，每个上角钢和下角钢均设置有角钢加劲板，角钢加劲板设置在角钢两个肢形成的90°夹角区域之间，角钢加劲板与角钢两个肢均垂直并焊接。
进一步，角钢加劲板均设置在上角钢的中间位置和下角钢的中间位置。
再进一步，连接上角钢和下角钢的螺栓，在角钢加劲板两侧各设置有一个。
优选的，两个上层模块柱的相背面分别设置有一个梁，梁与上层模块柱垂直；两个下层模块柱的相背面分别设置有一个梁，梁与下层模块柱垂直。
优选的，两个上层模块柱和两个下层模块柱均为方管柱。
优选的，连接钢板的厚度为10-20mm，上槽钢和下槽钢的长度均为100-200mm。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型的模块化连接节点，上层模块柱和下层模块柱与角钢和槽钢采用焊接的连接方式，焊接施工可在加工厂完成，既保证了焊接质量，又避免了现场施焊的不便，焊接节点有效的保证了节点刚度。并且上角钢与下角钢之间，上槽钢与下槽钢之间均采用螺栓连接，现场施工方便高效。
进一步，槽钢的两个肢间设置加劲板，防止由拉压引起槽钢的过度变形。
进一步，角钢的两个肢间设置加劲板，防止由拉压引起角钢的过度变形。
附图说明
图1为本实用新型连接节点的结构示意图；
图2为本实用新型连接节点的部分横向爆炸图；
图3为本实用新型连接节点的部分纵向爆炸图；
图4为本实用新型连接节点的滞回曲线图；
图5为本实用新型连接节点的骨架曲线图。
其中：1-上层模块柱；2-下层模块柱；3-上角钢；4-下角钢；5-上槽钢；6-下槽钢；7-连接钢板；8-螺栓；9-槽钢加劲板；10-角钢加劲板。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
如图1所示，本实用新型公开了一种模块化建筑的连接节点，包括上层模块柱1、下层模块柱2、上角钢3、下角钢4、上槽钢5、下槽钢6、连接钢板7和螺栓8；上角钢3和下角钢4在两肢之间设置角钢加劲板10，角钢加劲板10设置在角钢两个肢形成的90°夹角区域之间，角钢加劲板10与角钢两个肢均垂直并焊接。上槽钢5和下槽钢6在两翼缘之间设置槽钢加劲板9，槽钢加劲板9设置在与两个翼缘之间，槽钢加劲板9与两个翼缘和底板均垂直并焊接；上层模块柱1、下层模块柱2、上角钢3、下角钢4、上槽钢5、下槽钢6和连接钢板7均采用钢材Q345B。钢材Q345B综合力学性能良好，低温性能亦可，塑性和焊接性良好，广泛应用于建筑结构，桥梁结构中，因此，上述构件采用钢材Q345B。螺栓8采用M20的S10.9级高强度螺栓。
具体的，如图2所示，上层模块柱1有2个，下层模块柱2有2个，上角钢3和下角钢4分别有6个，共有12个，每个上角钢3和下角钢4均设置一块角钢加劲板10，上槽钢5和下槽钢6分别有1个，上槽钢5和下槽钢6均设置一个槽钢加劲板9，连接钢板7有1个，螺栓8有14个。
槽钢加劲板9均设置在上槽钢5的中间位置和下槽钢6的中间位置；角钢加劲板10均设置在上角钢3的中间位置和下角钢4的中间位置。
其中一个上层模块柱1和一个下层模块柱2设置在连接钢板7一侧，且在连接钢板7正反面对称竖直设置，并均与连接钢板7接触；另一个上层模块柱1和另一个下层模块柱2设置在连接钢板7另一侧，且在连接钢板7正反面对称竖直设置，并均与连接钢板7接触，两个上层模块柱1和两个下层模块柱2均为方管柱。连接钢板7的厚度为10-20mm。
具体的，所述的每个上层模块柱1的四个侧面分别与三个上角钢3和一个上槽钢5焊接，两个上层模块柱1的相对面之间设置有上槽钢5，上槽钢5其中一个翼缘与其中一个上层模块柱1焊接，上槽钢5另一个翼缘与另一个上层模块柱1焊接，两个上层模块柱1的其余面均设置有一个上角钢3，上角钢3其中一个肢与上层模块柱1焊接，另一个肢与连接钢板7接触。
具体的，所述的每个下层模块柱2的四个侧面分别与三个下角钢4和一个下槽钢6焊接，两个下层模块柱2的相对面之间设置有下槽钢6，下槽钢6其中一个翼缘与其中一个下层模块柱2焊接，下槽钢6另一个翼缘与另一个下层模块柱2焊接，并通过螺栓8穿过连接钢板7与上槽钢5底板连接，两个下层模块柱2的其余面均设置有一个下角钢4，下角钢4其中一个肢与下层模块柱2焊接，另一个肢与连接钢板7接触，并通过螺栓8穿过连接钢板7与上角钢3和连接钢板7接触的肢连接。
两个上层模块柱1的相背面分别设置有一个梁，梁与上层模块柱1垂直；两个下层模块柱2的相背面分别设置有一个梁，梁与下层模块柱2垂直。
上槽钢5和下槽钢6的长度均为100-200mm，上槽钢5和下槽钢6的长度即为两个上层模块柱1的间隙和两个下层模块的间隙。
具体的，所述的位置对应的上角钢3和下角钢4之间通过两个螺栓8穿透连接钢板7连接，所述的上槽钢5和下槽钢6之间通过两个螺栓8穿透连接钢板7连接。连接上槽钢5和下槽钢6的螺栓8，在槽钢加劲板9两侧各设置有一个；连接上角钢3和下角钢4的螺栓8，在角钢加劲板10两侧各设置有一个。
以下通过建立有限元模型来模拟本实用新型模块化连接节点的受力情况：
一、模型建立。
采用大型通用有限元软件ABAQUS 6.14对本实用新型模块化箱式房屋连接节点进行有限元模拟，建立节点模型，模型几何尺寸如表1所示。
表1模型构件几何尺寸，单位为mm
| 柱 | 梁 | 槽钢连接件 | 角钢连接件 | 连接钢板7 |
| 200×200×14 | 320×130×9.5×15 | 165×65×12×14 | L100×65×8.5 | 760×400×20 |
试件的钢材型号均为Q345B，弹性模量取为206000MPa，泊松比取为0.3，密度取为7.85×103kg/m3。应力-应变关系采用双折线模型，如表2所示。高强螺栓8采用20MnTi钢，屈服强度为940MPa，弹性模量为206000MPa，密度为7.85×103Kg/m3，泊松比取0.3。
表2Q345钢应力应变参数
| 关键点 | 应力 | 塑性应变 | 受力阶段 |
| 1 | 345 | 0 | 弹性阶段 |
| 2 | 470 | 0.0615 | 强化阶段 |
对试件模型进行拟静力分析，上角钢3、下角钢4、上槽钢5和下槽钢6作为连接节点的连接件。为保证计算精度，柱、梁、连接件和连接钢板7都选用实体单元C3D8R，连接件与方钢管柱、梁与方钢管柱的焊缝连接采用绑定；选取的梁、柱模型的边界是反弯点处，故设置了铰支座用以模拟框架中柱端反弯点的边界条件，柱底铰仅释放试件平面内的转动约束，柱顶同时释放平面内的转动约束、水平和竖直的平动约束；网格划分时，梁、柱、连接件和连接钢板7均采用六面体单元，对于连接部位的网格进行细化处理；通过在ABAQUS中定义“接触对”，可以较准确的模拟各个部件之间的接触关系，其中将刚度大的面定义为接触主面，刚度小的面定义为接触从面，方钢管柱与连接钢板7、连接钢板7与连接件、螺栓8与连接钢板7、螺栓8与连接件法向行为定义为硬接触，并允许接触后分离，切向行为设定为摩擦，摩擦系数0.353。计算时，首先对柱端进行位移自由度的耦合，以免在柱端加载时造成柱子局部破坏，随后按位移模式在柱端耦合处加y轴正向的静力位移荷载150mm。拟静力分析时也按位移加载。同时柱子上端施加竖向荷载900kN。螺栓8采用M20的S10.9级高强螺栓8连接，施加预紧力155kN。
二、结果分析。
对本实用新型模块化箱式房屋连接节点模型施加循环往复荷载，按位移加载模式，每级5mm递增，50mm后每级10mm递增，每级一个循环。得到该节点的滞回曲线和骨架曲线如图4和图5所示。由图可见，该滞回曲线较为饱满，说明这种节点的耗能能力强，抗震性能好，其原因是角钢连接件进入塑性后为节点提供耗能能力；但达到屈服荷载后，节点出现明显的刚度退化，主要是角钢的厚度太小；当角钢连接件在位移控制加载到12.23mm时开始屈服，角钢连接件的塑性变形太大导致节点破坏，可以通过增加角钢连接件的厚度，减小槽钢的厚度优化节点，使得荷载作用下槽钢6首先进入塑性耗能，同时，增加角钢连接件的厚度还能提高节点承载力，从而改善节点的受力性能。
结合节点的滞回曲线，按照公式u＝Xu/Xy，其中Xu为构件破坏时的加载点位移；Xy为构件屈服时的加载点位移，计算出节点的延性系数约为u＝5。表明该节点的延性性能比较强。
以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种模块化建筑的连接节点，其特征在于，包括上角钢(3)、下角钢(4)、上槽钢(5)、下槽钢(6)、连接钢板(7)和螺栓(8)；
连接钢板(7)上表面设置有一个上层模块柱(1)和一个下层模块柱(2)，连接钢板(7)下表面设置有另一个上层模块柱(1)和另一个下层模块柱(2)，连接钢板(7)每一侧的上层模块柱(1)和下层模块柱(2)在连接钢板(7)正反面对称竖直设置，并均与连接钢板(7)接触；
两个上层模块柱(1)的之间设置有上槽钢(5)，上槽钢(5)其中一个翼缘与其中一个上层模块柱(1)焊接，上槽钢(5)另一个翼缘与另一个上层模块柱(1)焊接，上槽钢(5)底板与连接钢板(7)接触；两个上层模块柱(1)的其余面均设置有一个上角钢(3)，上角钢(3)其中一个肢与上层模块柱(1)焊接，上角钢(3)另一个肢与连接钢板(7)接触；
两个下层模块柱(2)的之间设置有下槽钢(6)，下槽钢(6)其中一个翼缘与其中一个下层模块柱(2)焊接，下槽钢(6)另一个翼缘与另一个下层模块柱(2)焊接，下槽钢(6)底板与连接钢板(7)接触，并通过螺栓(8)穿过连接钢板(7)与上槽钢(5)底板连接；两个下层模块柱(2)的其余面均设置有一个下角钢(4)，下角钢(4)其中一个肢与下层模块柱(2)焊接，另一个肢与连接钢板(7)接触，并通过螺栓(8)穿过连接钢板(7)与上角钢(3)和连接钢板(7)接触的肢连接。
2.根据权利要求1所述的一种模块化建筑的连接节点，其特征在于，上槽钢(5)和下槽钢(6)均设置有槽钢加劲板(9)，槽钢加劲板(9)设置在与两个翼缘之间，槽钢加劲板(9)与两个翼缘和底板均垂直并焊接。
3.根据权利要求2所述的一种模块化建筑的连接节点，其特征在于，槽钢加劲板(9)均设置在上槽钢(5)的中间位置和下槽钢(6)的中间位置。
4.根据权利要求3所述的一种模块化建筑的连接节点，其特征在于，连接上槽钢(5)和下槽钢(6)的螺栓(8)，在槽钢加劲板(9)两侧各设置有一个。
5.根据权利要求1所述的一种模块化建筑的连接节点，其特征在于，每个上角钢(3)和下角钢(4)均设置有角钢加劲板(10)，角钢加劲板(10)设置在角钢两个肢形成的90°夹角区域之间，角钢加劲板(10)与角钢两个肢均垂直并焊接。
6.根据权利要求5所述的一种模块化建筑的连接节点，其特征在于，角钢加劲板(10)均设置在上角钢(3)的中间位置和下角钢(4)的中间位置。
7.根据权利要求6所述的一种模块化建筑的连接节点，其特征在于，连接上角钢(3)和下角钢(4)的螺栓(8)，在角钢加劲板(10)两侧各设置有一个。
8.根据权利要求1所述的一种模块化建筑的连接节点，其特征在于，两个上层模块柱(1)的相背面分别设置有一个梁，梁与上层模块柱(1)垂直；两个下层模块柱(2)的相背面分别设置有一个梁，梁与下层模块柱(2)垂直。
9.根据权利要求1所述的一种模块化建筑的连接节点，其特征在于，两个上层模块柱(1)和两个下层模块柱(2)均为方管柱。
10.根据权利要求1所述的一种模块化建筑的连接节点，其特征在于，连接钢板(7)的厚度为10-20mm，上槽钢(5)和下槽钢(6)的长度均为100-200mm。
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