CN210151950U - 一种多高层木/竹框架结构用梁柱节点 - Google Patents

Abstract

本专利提供一种多高层木/竹框架结构用梁柱节点，该节点刚度大，传力路径安全合理，充分利用了木(竹)材强度，改善了木(竹)框架柱/梁的受力性能，避免梁柱构件的脆性破坏，增加结构的延性，使结构构件和节点充分发挥材料性能，同时也具有更好的抗震能力。该一种多高层木/竹框架结构用梁柱节点，该节点包括箱型钢柱，通过与钢柱上下部固接的销及螺栓将上、下木/竹框架柱与钢柱连接，通过固接在钢柱两侧的U型槽钢加上起紧固作用的钢箍将木/竹框架梁与钢柱连接。

Description

一种多高层木/竹框架结构用梁柱节点

技术领域

本专利涉及结构建材技术领域，提供一种多高层木/竹框架结构用梁柱节点，旨在克服现有技术中多高层木/竹框架结构梁柱节点刚度偏小、木/竹梁柱横纹受压及蠕变的缺陷。

背景技术

建筑结构(简称为结构)是指在建筑物(包括构筑物)中，由建筑材料做成用来承受各种荷载或者作用，以起骨架作用的空间受力体系。建筑结构因所用的建筑材料不同，可分为混凝土结构、砌体结构、钢结构、轻型钢结构、木结构和组合结构等。

建筑构件(简称为构件)是承受建筑物的荷载，保证建筑物结构安全的部分，如承重墙、柱、楼板、屋架、楼梯、基础等。

建筑框架(简称为框架)是由各种杆件通过节点连接而成的静定或超静定的平面或空间体系。

框架的刚度取决于构件与节点本身的刚度，结构节点的设计是该结构吸收地震能量大小的关键因素。与此同时，节点是结构得以稳定、耗能的依据，也是造型得以塑造的基础。

木/竹结构建筑结构系统的突破都与节点做法密不可分。木/竹材不像钢材那样具有可焊性，也不像混凝土那样可通过浇筑锚固钢筋实现连接。木/竹结构的连接及其计算方法与其他材料有着极大不同。如果木/竹结构最终失效的位置发生在节点处，那么构件的材料强度无法得到充分利用，木/竹结构本身的可靠度也受影响。

随着“十三五”装配式建筑的政策推动和国家标准《多高层木结构建筑技术标准》的出台，木/竹结构建筑在国内的发展潜力越来越大。多高层木/竹结构建筑不仅可以减少温室气体排放，还能满足城市密集人口对住房的需求，是城市开发的重要策略之一。但是目前多高层木/竹结构的发展也受到了一些工程技术问题的制约，其中就包括节点的刚度偏低，节点处传力需要优化等问题。

在多高层建筑中，风荷载与地震作用随着高度增加，逐渐起到控制作用，此时结构的重点是水平抗侧力体系。低层木/竹结构建筑的节点一般多采用钢板配合螺栓、销钉，或者是专用连接件等钢制连接件，但是对于多高层木/竹结构建筑的水平抗侧能力需求来说，这些节点的抗侧刚度是不够的。与此同时，对于多高层木/竹结构框架体系，由于底层累计重力荷载大，梁柱之间会发生横纹承压，木/竹梁柱、木/竹楼板也存在在长期荷载作用下产生横纹蠕变的问题。这些问题都制约了多高层木/竹结构建筑的发展。

发明内容

本专利的目的是提供一种多高层木/竹框架结构用梁柱节点，旨在克服现有技术中多高层木/竹框架结构梁柱节点刚度偏小、木/竹梁柱横纹受压及蠕变的缺陷，该节点刚度大，传力路径安全合理，充分利用了木(竹)材强度，改善了木(竹) 框架柱/梁的受力性能，避免梁柱构件的脆性破坏，增加结构的延性，使结构构件和节点充分发挥材料性能，同时也具有更好的抗震能力。

本专利的目的是通过以下技术方案实现：

一种多高层木/竹框架结构用梁柱节点，该节点包括箱型钢柱，通过与钢柱上下部固接的销及螺栓将上、下木/竹框架柱与钢柱连接，通过固接在钢柱两侧的U型槽钢加上起紧固作用的钢箍将木/竹框架梁与钢柱连接。

本专利的效果是：

本专利提供一种多高层木(竹)框架结构用梁柱节点。该节点的钢柱作为核心受力部件，能够配合焊接的侧方槽钢、顶面与底面开孔杆系显著增大节点的抗侧刚度和耗能能力。节点刚度增大令节点弯矩传递增加，这一方面限制节点铰接性质的转动，增大结构整体的稳定性；另一方面有效减低构件跨中最大弯矩，同样截面尺寸的梁可以做更大的跨度，符合多高层木(竹)结构的发展要求。钢制的节点装置保证节点处传力路径安全合理，槽钢和钢箍避免木(竹)框架梁端开孔而造成梁端部的强度损失和开裂影响，结构的整体性更好。上部荷载直接传递给钢柱，再由其传递给下层框架柱，避免了木(竹)框架梁的额外承压，缓解了木(竹)框架梁的横纹蠕变对节点强度的影响；节点刚度的增加会使得其弯矩也增大，槽钢和钢箍使得木(竹)框架梁端部横纹受压，分担了端部弯矩的作用，抵消了弯矩增大的不利影响，充分利用了木(竹)材强度；侧方的槽钢承托木(竹)框架梁，将弯矩和剪力直接传递给钢柱，再由其以竖向荷载的方式传递给下层木(竹)框架柱，减少了木(竹)框架柱所受到的弯矩，改善了木(竹)框架柱的受力性能。该节点装置可以由工厂全预制，现场施工组装方便高效，降低了成本，减少了施工工序，节点传力合理明确安全可靠，符合目前装配式多高层木结构的发展需求，本专利为多高层木(竹)结构的进一步发展提供了技术保障。

上部销连接的作用是将上框架柱与节点连接，并将上框架柱的轴力传递给节点。下部销连接的作用是将下框架柱与节点连接，并将节点的轴力均匀分布在下框架柱的顶端。

梁接件的作用是将框架梁与钢柱半刚性连接，并将框架梁端部的弯矩和剪力传递给梁接件。

上部销与下部销通过螺栓将上、下框架柱与节点连接，保证了上、下框架柱在节点处的连接强度；框架梁的竖向剪力、弯矩传给梁接件，梁接件承受一定剪力和弯矩，避免结构在较大动荷载作用下导致框架梁的塌落；框架梁梁端剪力和弯矩传给梁接件和钢柱，减小对框架柱的作用。正常使用状态下，上述多高层木/竹框架结构用梁柱节点为刚性节点，将梁、柱连接成可以抵御侧向荷载的框架；地震作用下，钢柱、梁接件、上部销、下部销通过自身的非线性变形消耗地震的能量输入，将变形都集中在钢柱上，避免木/竹梁柱构件的脆性破坏，增加结构的延性，使结构构件和节点充分发挥材料性能，同时也具有更好的抗震能力。

作为对本专利的改进，钢柱的顶面与上木/竹框架柱横截面的形状、尺寸相同，钢柱的底面与下木/竹框架柱横截面的形状、尺寸相同，适合木/竹框架柱变截面。

作为对本专利的进一步改进，固连在钢柱上部的销伸入与钢柱对接的上木/ 竹框架柱端面，固连在钢柱下部的销伸入与钢柱对接的下木/竹框架柱端面，在销上开有让位槽，与销垂直的螺旋穿过上、下木/竹框架柱伸入到所述让位槽。

作为对本专利的进一步改进，用于承托木/竹框架梁一端的U型槽钢固接在钢柱侧面，钢板固连在槽钢两侧，用于将木/竹框架梁紧固在槽钢内的钢箍设置钢板上。

槽钢的槽宽与框架梁宽度相等；在钢箍的两端设置外螺纹，在钢板上开设孔，钢箍的两端分别穿过固定在槽钢两侧钢板上的孔，并与螺母以螺纹副连接。

钢柱采用强度、弹性模量均很高的钢材。该节点便于工厂化预制、标准化生产，能满足装配式建筑的要求。

附图说明

图1是多高层木/竹框架结构用梁柱节点结构示意图；

图2是多高层木/竹框架结构用梁柱节点结构分解示意图；

图3是梁柱构件与节点连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本专利作进一步说明：

参见图1、图2、图3所示的一种多高层木/竹框架结构用梁柱节点，包括箱型的钢柱1，竖向焊接在钢柱1顶面、用于与螺栓12配合使用将上框架柱7 与钢柱1连接的上部销5，竖向焊接在钢柱1底面、用于与螺栓12配合使用将下框架柱8与钢柱1连接的下部销6，固接在钢柱1侧面上、用于将框架梁9与钢柱1半刚性连接的梁接件10。

钢柱1为封闭的箱型结构，钢柱1的顶面与上框架柱7横截面的形状、尺寸相同，钢柱1的底面与下框架柱8横截面的形状、尺寸相同。

现有技术中，上框架柱7、下框架柱8的横截面多为圆形和矩形，其中，在矩形的横截面中，又以正方形的横截面居多。又由于上框架柱7和下框架柱8 的尺寸可以相同，也可以不同，则钢柱1可以是圆锥台结构，也可以是棱台结构。图示中钢柱1的顶面和底面皆为正方形，钢柱1为正四棱柱结构。

在钢柱1的顶面和底面上分别焊接有若干销，位于钢柱1顶面的销为上部销5，位于钢柱1底面的销为下部销6。

上部销5和下部销6主体结构为圆柱形，在上部销5和下部销6上皆设置有让位槽501。让位槽501为环形凹槽，用于卡持或部分卡持贯穿上框架柱7、下框架柱8的螺栓12以将上框架柱7、下框架柱8与节点连接。

在具体实施时，上述螺栓12多采用空间交错的布设方式，故，一个钢柱1 上位于一条直线上的上部销5的让位槽501也位于一条直线上。

上部销5均布在钢柱1的顶面上，下部销6均布在钢柱1的底面上。上部销5和下部销6的数量可以相同，也可以不同，本例中，选取上部销5和下部销6的数量相同(皆为四个)。

梁接件10包括水平地焊接在钢柱1侧面上、用于承托框架梁9的槽钢2，固接在槽钢2两侧的钢板3，设置在钢板3上、用于将框架梁9紧固在槽钢2内的钢箍4。

槽钢2的槽深小于框架梁9的高度，图示中，槽钢2的槽深为框架梁9高度一半，槽钢2的槽宽与框架梁9宽度相等，钢质型材在长度为槽钢2外侧面间距的两处成90°折弯后沿同向延伸形成钢箍4，在钢箍4的两端设置外螺纹，在钢板3上开设光孔301，钢箍4的两端分别设置在槽钢2两侧钢板3上的光孔 301内，在光孔301的下面以螺纹副连接螺母11。

为美观和满足扳手空间的需要，钢板3底面与槽钢2底面平。

为连接可靠，钢箍4一般采用与2-4个均布在钢板3上，钢箍4平行于槽钢2的横截面，本例中选用2个钢箍4与每个槽钢配合。

制成钢箍4的钢质型材有多种，较为常用的有线材和带材两种。

选用线材时，线材折弯后，可直接设置外螺纹。

选用带材时，带材折弯后，在带材的两端固接螺柱(图中未示出)。

本例中，制成钢箍4的型材选用线材。

梁接件10与需要连接的框架梁9相对应，即，一个节点上的槽钢2的槽宽可以相同，也可以不同，一个节点上可以有一个或多个梁接件10；另外，一个节点上的槽钢2与钢柱1的空间位置关系也可以有多种，即两者相垂直与否，皆由框架梁9相对于钢柱1的空间位置关系确定。本例中，梁接件10为相对设置的相同的两个，槽钢2与钢柱1相垂直。

上述多高层木/竹框架结构用梁柱节点与梁柱构件连接时：

上部销5通过让位槽501卡持贯穿上框架柱7的螺栓12与上框架柱7形成上部销连接；下部销6通过让位槽501卡持贯穿下框架柱8的螺栓12与下框架柱8形成下部销连接。

将框架梁9的端部植入槽钢2内，安装钢箍4，旋紧螺母11将框架梁9锁紧在槽钢2内。

本节点具有较高的刚度、强度和延性，在强震作用下，具有一定的耗能能力。上部销连接的作用是将上框架柱7与节点相连，并将上框架柱7的轴力传递给节点。下部销连接的作用是将下框架柱8与节点相连，并将节点的轴力均匀分布在下框架柱8的顶端。

槽钢2、钢板3和钢箍4的作用是连接固定框架梁9的，并将框架梁9端部的弯矩和剪力传递给槽钢2。

上部销5与下部销6通过螺栓将上框架柱7、下框架柱8与节点连接，保证了上框架柱7、下框架柱8在节点处的连接强度；上框架柱7的轴力通过上部销连接传给钢柱1，通过下部销连接将轴力传给框架柱8，一直传到基础，同时螺栓定位于柱构件两端，外形美观，施工方便。

框架梁的竖向剪力、弯矩通过钢箍4传给槽钢2。槽钢2承受一定剪力和弯矩，减小钢箍4的受力，同时避免结构承受较大动荷载作用下框架梁9的塌落；框架梁9梁端剪力和弯矩传给槽钢2和钢柱1，减小对框架柱的作用。正常使用状态下，钢柱1、槽钢2、钢板3、上部销、下部销形成刚性节点，将梁、柱连接成可以抵御侧向荷载的框架；地震作用下，钢柱1、槽钢2、钢板3、上部销、下部销通过自身的非线性变形消耗地震的能量输入，可以将绝大部分的变形都集中在钢柱1上，避免梁柱构件的脆性破坏，增加结构的延性，使结构构件和节点充分发挥材料性能，同时也具有更好的抗震能力。

本专利的有益效果是：

1.用钢柱代替原节点处的木柱，增大了节点的抗侧刚度，解决了多高层木/ 竹框架结构节点抗侧刚度不足的问题，充分利用材料的力学性能。

2.通过刚性节点增大节点弯矩传递，增强结构的稳定性，有效降低梁跨中最大弯矩，增大同尺寸梁的跨度，满足多高层木/竹的发展要求。

3.通过钢箍和槽钢，使得梁端部横纹受压分担增大的弯矩的作用，充分利用材料强度，抵消节点刚度增大带来的弯矩增大的不利影响。

4.节点装置可以通过工厂预制，便于控制节点的质量，施工时只需现场装配，提高施工效率和质量，降低成本。

5.通过合理设计节点的形式、螺栓数量，控制节点的承载力和变形，使节点与构件协同工作，保证节点传力路径安全合理，结构的整体性也更好。

Claims (5)

1.一种多高层木/竹框架结构用梁柱节点，其特征是，该节点包括箱型钢柱，通过与钢柱上下部固接的销及螺栓将上、下木/竹框架柱与钢柱连接，通过固接在钢柱两侧的U型槽钢加上起紧固作用的钢箍将木/竹框架梁与钢柱连接。

2.根据权利要求1所述的多高层木/竹框架结构用梁柱节点，其特征是，钢柱的顶面与上木/竹框架柱横截面的形状、尺寸相同，钢柱的底面与下木/竹框架柱横截面的形状、尺寸相同。

3.根据权利要求1所述的多高层木/竹框架结构用梁柱节点，其特征是，固连在钢柱上部的销伸入与钢柱对接的上木/竹框架柱端面，固连在钢柱下部的销伸入与钢柱对接的下木/竹框架柱端面，在销上开有让位槽，与销垂直的螺旋穿过上、下木/竹框架柱伸入到所述让位槽。

4.根据权利要求1所述的多高层木/竹框架结构用梁柱节点，其特征是，用于承托木/竹框架梁一端的U型槽钢固接在钢柱侧面，钢板固连在槽钢两侧，用于将木/竹框架梁紧固在槽钢内的钢箍设置钢板上。

5.根据权利要求4所述的多高层木/竹框架结构用梁柱节点，其特征是，槽钢的槽宽与框架梁宽度相等；在钢箍的两端设置外螺纹，在钢板上开设孔，钢箍的两端分别穿过固定在槽钢两侧钢板上的孔，并与螺母以螺纹副连接。

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