方钢管柱与工字梁平推式燕尾榫装配式框架节点设计方法与流程

本发明涉及预制装配式钢结构中梁柱节点连接装配，尤其是涉及基于燕尾榫形式的方钢管柱与工字梁平推式燕尾榫装配式框架节点设计方法。

背景技术：

装配式建筑是指用预制的构件在工地装配而成的建筑。这种建筑的优点是建造速度快，受气候条件制约小，节约劳动力并可提高建筑质量。我国正大力发展装配式建筑，推动产业结构调整升级。但是目前我国装配式钢结构安装现场拼接节点形式仍然为现场吊装后焊接或多高强螺栓连接，存在现场装配效率不高、施工困难及难以实现构件拆除更换或再利用等问题。

装配连接方式是装配式建筑可行性的重要影响因素，其装配难度将直接影响到装配施工效率及其质量。目前我国对于装配式钢结构梁柱节点的设计研究，主要着重于减少现场焊接量，进而采用大量高强螺栓的连接形式，例如文献(刘学春，浦双辉等.模块化装配式多高层钢结构全螺栓连接节点静力及抗震性能试验研究[j].建筑结构学报，2015,36(12):43-51)设计了4个装配式钢结构全螺栓梁柱连接节点并研究了其受力性能。但是由于高强螺栓对构件质量及施工安装精度有较高的要求，并且在高空作业下全螺栓安装时，框架梁的吊装难度较大，不易控制梁的稳定就位，所以，现有提出的装配钢结构梁柱节点设计依旧存在安装难度大，施工复杂困难的情况。

技术实现要素：

本发明的目的旨在解决钢结构现场安装中，梁柱节点连接技术难度大及构件不易更换或再利用的问题，提供安装施工简单方便，受力性能良好，具有可靠安全性，有效提高现场施工效率，同时保证节点安全的方钢管柱与工字梁平推式燕尾榫装配式框架节点设计方法。

本发明的具体步骤如下：

1)在工厂中对方钢管柱及工字梁进行加工预制，运输至施工场地，现场吊装，螺栓安装即可；

2)方钢管柱节点区域预制好柱内隔板、腹板连接板、加劲板及接梁卯口构件，柱内隔板厚度介于接梁卯口薄边与厚边厚度之间，高度与接梁卯口等高，内嵌于方钢管柱内，加强方钢管柱的受力稳定，辅助钢柱承受接梁卯口传递的弯矩力；

3)腹板连接板用于承担节点的剪力，加劲板为类三角形钢板，共四块，上下分别连接固定柱腹板与接梁卯口，厚度略厚于接梁卯口薄边厚度，用于加强接梁卯口的平面内受力稳定；

4)接梁卯口上下翼缘厚度均连接框架梁，卯口内翻处加厚一倍，用于衔接吻合梁端燕尾榫，其宽度等同于框架梁宽度，总长度取框架梁高的一半，主要承担节点区域的弯矩；

5)框架梁端上下翼缘均采用外翻加厚一倍，形成燕尾榫，用于衔接吻合柱肩接梁卯口；

6)预制好的构件，基于榫卯构造的设计，在现场吊装时，将工字梁吊至相应位置，横向插入柱端卯口中，吊机撤出，工字梁在榫卯构件的作用下保持稳定，完成高强螺栓的拧紧操作，从而避免传统施工条件下的工字梁定位困难，螺栓安装精度不足等问题。

本发明主要参考中国古建筑木结构干连接技术——燕尾榫，并考虑现场实际施工环境，提供一种新型的榫卯装配式连接节点构造，对于各种施工环境情况具有普遍适用性。

本发明与现有技术相比，具有显著优点：

(1)设计简便，构造方式简单，受力形式合理。仍可按现行非预制装配式钢框架结构进行结构设计计算，节点弯矩由梁端燕尾榫传递至接梁卯口，剪力部分由工字梁的腹板传递至柱腹板连接板。节点榫卯构造，其间的缝隙有利于公差调整，减少钢构件的温度应力的不利影响。本发明以榫卯方式完成节点连接，其连接效能显著优于传统的焊接以及多组高强螺栓连接。

(2)可无火星施工，免焊接操作，可无损拆装，拆卸后的构件可重复使用。

(3)加工简便，无特殊材料及特殊工艺要求，造价低。

(4)安装难度低且精度高。施工现场，通过榫卯的装配固定，进而稳定工字梁，平稳安装高强螺栓，大大减少了吊装下工字梁位置不易控制所导致的螺栓安装难度大及精度偏差等问题。

(5)本发明的安装操作更加符合现场施工状况，提高了装配式钢结构安装效率的同时保证了梁柱节点的连接安全质量。

附图说明

图1为工字梁及梁端燕尾榫轴测图。

图2为工字梁及梁端燕尾榫侧视图。

图3为方钢管柱及接梁构造轴测图。

图4为方钢管柱及接梁构造侧视图。

图5为方钢管柱与工字梁连接节点轴测图。

图6为方钢管柱与工字梁连接节点侧视图。

具体实施方式

为了更好了解本发明的技术内容与安装流程，特结合附图说明进行介绍。

步骤1、工厂预制好框架梁与框架柱，并预制好连接构件。

1.1、框架梁端上下翼缘均采用外翻加厚一倍，形成燕尾榫，用于衔接吻合柱肩接梁卯口，如图1、2所示。外翻措施有如下几种参考作法：正常工字钢梁端位置加焊一块等宽等厚铁板；在梁端腹板切割去榫头位置处翼缘，焊接两倍于梁翼缘厚度的燕尾榫钢板；采取扎制方法加工出燕尾榫形状。

1.2、方钢管柱a端节点区域须预制好柱内隔板1、腹板连接板2、加劲板3及接梁卯口4构件。柱内隔板1厚度介于接梁卯口4薄边与厚边厚度之间，高度与接梁卯口4等高，内嵌于方钢管柱a，在工厂中采用焊接方法制作完成；加劲板3为类三角形钢板，共四块，上下通过焊接分别连接固定柱腹板与接梁卯口4，厚度略厚于接梁卯口4薄边厚度；接梁卯口4上下翼缘厚度同欲连接框架梁，卯口内翻处加厚一倍，用于衔接吻合梁端燕尾榫52，其宽度等同于框架梁宽度，总长度取框架梁高的一半，与柱连接固定采用焊接形式，如图3和4所示。

1.3、工厂预制连接构件若质量完好，榫卯构件表面平整，此步骤可省略。若在工厂预制的构件中存在一定的尺寸偏差或平整缺陷，为保证现场安装施工顺利，梁柱燕尾榫卯可以紧密贴合传力，在工厂对钢梁翼缘54及柱上接梁卯扣作如下预处理。对框架梁端燕尾榫头与卯口接触的垂直面留出小角度的切角(1％)，同样对接梁卯口4接触垂直面作相同处理，角度可取3％左右，现场作业时，框架梁榫头与卯口由于切角的存在，框架梁可顶紧顶实于框架柱，产生一定的预压力。

步骤2、构件运输至现场并安装。

2.1、预制梁柱由工厂运输至现场后，先将框架柱吊装就位安装，待其固定后，吊装工字梁，由于采取榫卯构造，工字梁5无需再通过调整工字梁5的吊装位置从而对准腹板螺栓孔51，安装螺栓而稳定工字梁，梁端燕尾榫可直接水平推入柱肩接梁卯口，燕尾垂直面与卯口内翻垂直面刨平顶紧，实现快速简便地固定工字梁的稳定。

2.2、工字梁5就位后，采用高强螺栓将梁腹板53与柱肩连接板拴紧即完成整个安装流程，安装完成后的节点如图5和6所示。

技术特征：

技术总结
方钢管柱与工字梁平推式燕尾榫装配式框架节点设计方法，对方钢管柱及工字梁进行加工预制，运输至场地现场吊装，螺栓安装；方钢管柱节点区域预制好柱内隔板、腹板连接板、加劲板及接梁卯口构件，内嵌于方钢管柱内，加强方钢管柱的受力稳定，辅助钢柱承受接梁卯口传递的弯矩力；加劲板为类三角形钢板，上下连接固定柱腹板与接梁卯口，厚度略厚于接梁卯口薄边厚度；接梁卯口上下翼缘厚度均连接框架梁，卯口内翻处加厚一倍，总长度取框架梁高的一半；框架梁端上下翼缘采用外翻加厚一倍，形成燕尾榫；预制好的构件，基于榫卯构造的设计，将工字梁吊至相应位置，横向插入柱端卯口中，吊机撤出，工字梁在榫卯构件的作用下保持稳定，完成拧紧操作。

技术研发人员：张鹏程;洪阳洲
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：2017.12.20
技术公布日：2018.05.29