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

一种多高层木/竹框架结构用梁柱节点 Download PDF

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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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