一种用于吊挂钢结构的穿梁节点及吊挂钢结构建筑的制作方法

本发明属于钢结构建筑领域，具体涉及一种用于吊挂钢结构的穿梁节点及吊挂钢结构建筑。

背景技术：

随着钢结构建筑行业的发展，出现越来越多的新型结构的建筑。其中有一种新型结构形式为吊挂钢结构，结构中心位置为混凝土核心筒，核心筒顶部为钢结构桁架，核心筒外侧钢梁通过从顶部桁架吊挂的钢棒与桁架相连。该结构剪力全部由核心筒承担，外部框架只承竖向荷载，钢棒只分布于结构外圈，且钢棒节点与各层框架梁为刚接。

针对吊挂结构这样的新结构形式，需要相应的安装节点，施工方法与时俱进，与结构形式相匹配，以确保结构的安全性，以及现场施工的可操作性。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种用于吊挂钢结构的穿梁节点。

本发明针对吊挂式钢结构施工需求优化了穿梁节点，使得相应节点在满足相关要求的基础上，现场施工更加便利。本发明能满足吊挂式钢结构框架梁与钢棒的传力需求，构造简单、传力明确、加工及安装方便快捷。

本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种形式的用于吊挂钢结构的穿梁节点，其通过第一钢棒与第一钢梁节点的配合对第一框架梁进行固定；

所述第一钢梁节点设置于上下两条第一钢棒之间；每个第一钢梁节点由第一节点主体和设置于第一节点主体侧部的第一节点连接部组成，所述第一节点主体中开设有贯通的第一阶梯孔，所述第一节点连接部用于连接第一框架梁；

所述第一阶梯孔中安装有第一套筒，第一套筒由第一柱形连接段和第二柱形连接段同轴连接成能够与所述第一阶梯孔匹配嵌合的阶梯件，第一钢梁节点由第二柱形连接段的顶面承重；第一套筒中设有内螺纹形式的第二阶梯孔，且第二阶梯孔中的小孔位于第一柱形连接段中，大孔位于第二柱形连接段中；

所述第一钢棒的第一钢棒主体顶部为扩大端，底部为端部外螺纹段，且所述扩大端的下表面为圆球面；

上方的第一钢棒的端部外螺纹段从第一阶梯孔中伸入并穿过第一锁紧螺母后拧于所述第二阶梯孔的小孔中，第一锁紧螺母与端部外螺纹段构成螺纹配合，能限制第一套筒相对于第一钢棒转动；

下方的第一钢棒的扩大端伸入所述第二阶梯孔的大孔中，且扩大端下方的第一钢棒主体上套有一个攻有外螺纹的钢棒紧固螺母；钢棒紧固螺母拧入所述第二阶梯孔的大孔中且两者之间通过转动锁止件限制相对转动；钢棒紧固螺母的上表面具有圆球形凹槽，下方的第一钢棒的扩大端下表面贴合支撑于所述圆球形凹槽中，且下方的第一钢棒具有一定幅度的摆动自由度。

作为优选，所述转动锁止件包括转动限位板和限位件，转动限位板上开设有至少两个第一通孔，钢棒紧固螺母和第二柱形连接段的底面也分别开有两个第二通孔，钢棒紧固螺母旋入所述第二阶梯孔的大孔并保持底面处于同一平面时，两个第一通孔和两个第二通孔刚好吻合，两个限位件插入吻合的两组通孔中形成转动限位。

作为优选，所述第一节点连接部有多个，以牛腿形式环向布置于第一节点主体侧部，且第一节点连接部上开设有螺栓孔。

作为优选，所述第一框架梁与所述第一节点连接部之间通过栓焊固定。

作为优选，所述限位件为螺栓。

作为优选，所述第一套筒为一体式锻件。

第二方面，本发明提供了另一种用于吊挂钢结构的穿梁节点，其通过第二钢棒与第二钢梁节点的配合对第二框架梁进行固定；

所述第二钢梁节点设置于上下两条第二钢棒之间；每个第二钢梁节点由第二节点主体和设置于第二节点主体侧部的第二节点连接部组成，所述第二节点主体中开设有贯通的第三阶梯孔，且第三阶梯孔的小孔在上而大孔在下，所述第二节点连接部用于连接第二框架梁；

所述第三阶梯孔中同轴设有具备内螺纹的第二套筒，第二套筒中部通过螺纹配合外套有套筒加强件，第二套筒顶部伸入第三阶梯孔的小孔中，第三阶梯孔的阶梯面贴合套筒加强件的顶面，使所述第二钢梁节点由套筒加强件的顶面承重；

所述第二钢棒的第二钢棒主体顶端和底端分别具有顶部外螺纹段和底部外螺纹段；

上方的第二钢棒的底部外螺纹段从第三阶梯孔的小孔伸入并穿过第二锁紧螺母后拧于所述第二套筒的上段，第二锁紧螺母与底部外螺纹段构成螺纹配合，能限制第二套筒相对于第二钢棒转动；

下方的第二钢棒的顶部外螺纹段拧于所述第二套筒的下段，由第二套筒同轴联结上下两条第二钢棒。

作为优选，所述第二节点连接部有多个，以牛腿形式环向布置于第二节点主体侧部，且第二节点连接部上开设有螺栓孔。

作为优选，所述第二框架梁与所述第二节点连接部之间通过栓焊固定。

第三方面，本发明提供了一种吊挂钢结构建筑，其结构中心为混凝土核心筒，混凝土核心筒顶部环绕有钢结构桁架，钢结构桁架的外圈间隔布设吊挂组件，每个吊挂组件利用如第一方面或第二方面任一所述的穿梁节点从上到下依次连续拼接而成；混凝土核心筒外侧的框架梁端部与所述吊挂组件上的钢梁节点刚接，从而由钢结构桁架承担竖向荷载。

本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

本发明针对吊挂式钢结构施工需求优化为两种不同的穿梁节点，使得相应节点在满足相关要求的基础上，现场施工更加便利。本发明能满足吊挂式钢结构框架梁与钢棒的传力需求，构造简单、传力明确。另外，本发明预制化程度高，施工现场无需焊接，施工速度快，具有较好的技术效益。

另外针对第一种形式的穿梁节点，其中钢棒上部与套筒通过螺母的球面连接，可实现钢棒竖直方向上的角度调整，以适应不同的设计方案需要。而且该节点中钢棒上部与螺母采用球面连接，使得钢棒在安装完成后仍可转动，可转动钢棒对相应结构标高进行调整。同时该节点中钢棒角度可转动，可以实现在整体结构安装完成后，单独钢棒的替换

对第二种形式的穿梁节点，其中实际套筒区域可以相对减小，套筒一体锻造的体积大大减少，降低套筒制造成本。该节点解决了套筒无法焊接的问题，使用螺纹连接既满足结构受力需要，又避免焊接导致的材料强度降低。另外，该节点的套筒加强件与套筒使用螺纹连接，操作较为便利，便于工人安装。

附图说明

图1为第一种形式的用于吊挂钢结构的穿梁节点示意图；

图2为图1中节点位置向上视角的轴测图；

图3为第一钢梁节点向下视角的轴测图；

图4为第一钢梁节点向上视角的轴测图；

图5为第一框架梁的结构示意图；

图6为第一套筒向下视角的轴测图；

图7为第一套筒向上视角的轴测图；

图8为第一钢棒的结构示意图；

图9为第一锁紧螺的结构示意图；

图10为钢棒紧固螺母的结构示意图；

图11为转动限位板的结构示意图；

图12为限位件的结构示意图；

图13为穿梁节点位置隐去第一钢梁节点后的剩余组件示意图；

图14为第一钢棒扩大端与钢棒紧固螺母的配合状态示意图；

图15为第一种形式穿梁节点的一个基础单元组装状态；

图16为第一种形式穿梁节点的另一个基础单元组装状态；

图17为第一种形式穿梁节点的另一个基础单元组装状态；

图18为第二种形式的用于吊挂钢结构的穿梁节点示意图；

图19为第二钢梁节点的结构示意图；

图20为第二框架梁的结构示意图；

图21为第二套筒的结构示意图；

图22为套筒加强件的结构示意图；

图23为第二套筒与套筒加强件的组装示意图；

图24为第二钢棒的结构示意图；

图25为第二锁紧螺母的结构示意图；

图26为穿梁节点位置隐去第二钢梁节点后的剩余组件示意图

图27为第二种形式穿梁节点的一个基础单元组装状态；

图28为第二种形式穿梁节点的另一个基础单元组装状态；

图29为第二种形式穿梁节点的另一个基础单元组装状态；

图30为吊挂钢结构建筑的一个状态示意图；

图31为吊挂钢结构建筑的最终状态示意图。

图中附图标记为：第一钢棒11、第一钢梁节点12、第一框架梁13、第一套筒14、钢棒紧固螺母15、转动锁止件16、第一锁紧螺母17、第一钢棒主体111、扩大端112、端部外螺纹段113、第一节点主体121、第一节点连接部122、第一柱形连接段141、第二柱形连接段142、转动限位板161、限位件162、第二钢棒21、第二钢梁节点22、第二框架梁23、套筒加强件24、第二套筒25、第二锁紧螺母26、第二钢棒主体211、顶部外螺纹段212、底部外螺纹段213、第二节点主体221、第二节点连接部222。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

本发明的用于吊挂钢结构的穿梁节点主要有两种形式，其目的是使得相应节点在满足相关结构要求的基础上，现场施工更加便利。

如图1所示，在本发明的一个较佳实施例中，提供了第一种形式的用于吊挂钢结构的穿梁节点。该穿梁节点通过若干第一钢棒11与第一钢梁节点12的配合对第一框架梁13进行固定，其中具体的第一钢棒11数量可根据实际需要进行设置，上下两条第一钢棒11通过一定的组件进行连接，形成竖向的连续结构。本发明的穿梁节点中最基础的一个单元如图1所示，其中第一钢梁节点12设置于上下两条第一钢棒11之间。

如图3和图4所示，每个第一钢梁节点12由第一节点主体121和第一节点连接部122组成，第一节点主体121是一个近似圆柱形的部件，其中开设有贯通的第一阶梯孔，第一阶梯孔按照上小下大形式布置。第一节点连接部122设置于第一节点主体121的侧部，其作用是连接第一框架梁13。一个第一节点主体121上的第一节点连接部122最少为一个，一般而言第一节点连接部122有多个，本实施例为3个，各自以牛腿形式环向布置于第一节点主体121侧部。每个第一节点连接部122在第一节点主体121上的位置需要根据建筑设计的要求进行确定，对此不作限制。第一节点连接部122上开设有螺栓孔，如图5所示的第一框架梁13与第一节点连接部122之间可以通过栓焊固定。

另外，第一阶梯孔中安装有第一套筒14，如图6和图7所示，第一套筒14由第一柱形连接段141和第二柱形连接段142同轴连接而成，第一套筒14整体上是一个阶梯件，其形状需要能够与第一阶梯孔匹配嵌合，嵌合状态下第一柱形连接段141伸入第一阶梯孔的上部小孔中，而第二柱形连接段142位于第一阶梯孔的下部大孔中，两者的阶梯面贴合，因此在负载情况下第一钢梁节点12由第二柱形连接段142的顶面承重。另外，第一套筒14中设有第二阶梯孔，第二阶梯孔内表面也攻有内螺纹，而且第二阶梯孔中的小孔位于第一柱形连接段141中，大孔位于第二柱形连接段142中。

需要说明的是，本发明的阶梯孔中，所谓的小孔、大孔均是一个相对概念，阶梯孔中相对较小的孔称为小孔，相对较大的孔称为大孔，并不是限制其具体的尺寸大小。

如图8所示，本发明中的第一钢棒11的主体部分为第一钢棒主体111。第一钢棒主体111顶部为直接相对其他位置更大的扩大端112，而底部为端部外螺纹段113，通过对第一钢棒主体111底端外攻螺纹形成。而且，需要特别注意的是，扩大端112的下表面并非平面，而是圆球面。但此处的圆球面并不是说扩大端112的下表面需要是一个完整的圆球面，而是该下表面符合圆球面的曲率特性，其仅仅是圆球面的一部分。扩大端112的下表面与第一钢棒主体111搭接的位置并不需要是圆球面，同样的，扩大端112的上表面一般采用平面即可。

上述第一套筒14的作用是用于连接上下两条第一钢棒11，具体的连接形式下面将进行详述。

其中，第一套筒14与第一钢梁节点12之间还夹持有一个第一锁紧螺母17。如图9所示，第一锁紧螺母17内攻螺纹。上方的第一钢棒11的端部外螺纹段113从第一阶梯孔顶部的小孔中伸入，然后穿过第一锁紧螺母17后拧于第二阶梯孔的小孔内螺纹中，从而完成上方的第一钢棒11与第一套筒14的连接。第一锁紧螺母17的内螺纹与第一钢棒11的端部外螺纹段113构成螺纹配合，第一锁紧螺母17紧贴第一套筒14的顶端，因此能在装配完毕的情况下限制第一套筒14相对于第一钢棒11继续发生转动。

另外，下方的第一钢棒11的扩大端112伸入第二阶梯孔的大孔中，但是两者并非直接固定的，而是通过一个攻有外螺纹的钢棒紧固螺母15进行固定。

扩大端112下方的第一钢棒主体111上套有一个攻有外螺纹的钢棒紧固螺母15。钢棒紧固螺母15的形状如图10所示，其外侧面为螺纹面，而上表面具有一个圆球形凹槽，圆球形凹槽底部与贯通孔连通。同样的，所谓圆球形凹槽也不需要是一个完整的圆球面，只需要槽表面符合圆球面的曲率特性即可，其仅仅是圆球面的一部分。圆球形凹槽的曲率与尺寸与前述第一钢棒11的扩大端112下表面的曲率与尺寸应当匹配。该钢棒紧固螺母15拧入前述的第二阶梯孔的大孔中，而且当拧入一定的深度时两者之间需要进一步通过转动锁止件16限制相对转动。

在装配完毕的情况下，下方的第一钢棒11的扩大端112下表面应当贴合支撑于上述钢棒紧固螺母15的圆球形凹槽中，而且圆球形凹槽底部的通孔孔径应当略大于下方的第一钢棒11直径。在这种做法下，下方的第一钢棒11具有一定幅度的摆动自由度，其不需要是完全垂直的，而是可以根据实际的建筑设计需要形成一定的角度。但是不论其处于何种角度，第一钢棒11均可以通过扩大端112下表面与钢棒紧固螺母15的圆球形凹槽紧密贴合，保持稳定的承力状态。

另外，前述的转动锁止件16形式不限，可以采用任意能够实现相对转动锁定的组件。在本实施例中，如图11和图12所示，转动锁止件16包括转动限位板161和限位件162，转动限位板161上开设有至少两个第一通孔，钢棒紧固螺母15和第二柱形连接段142的底面也分别开有两个第二通孔。当钢棒紧固螺母15旋入第二阶梯孔的大孔并保持底面处于同一平面时，完成拧入过程，此时两个第一通孔和两个第二通孔刚好吻合。由此，将两个限位件162分别插入吻合的两组通孔中即可形成转动限位。本实施例中，限位件162可直接采用螺栓，当然其余能够固定的销钉也是可行的。

为了清楚展示节点的连接方式，图13给出了穿梁节点位置隐去第一钢梁节点12后的剩余组件示意图，而图14给出了第一套筒14内部下方的第一钢棒11扩大端与钢棒紧固螺母15的配合状态。

需要注意的是，上述图1所示的穿梁节点仅仅是一个基础单元，本发明中可以通过多个基础单元的连续拼接来形成连续的钢结构组成。如图15所示，当一个基础单元装配完毕后，可以将下一个第一钢梁节点12、第一锁紧螺母17、第一套筒14依次安装至下方的第一钢棒11上。此时，上一个基础单元中下方的第一钢棒11相对于下一个基础单元而言变成了上方的第一钢棒11。然后再另取一条第一钢棒11，将其顶部扩大端112置于第一套筒14中，并用钢棒紧固螺母15和转动锁止件16通过螺纹连接进行初步固定，即可形成又一个基础单元。后续如图16所示，可根据设计要求采用栓焊连接安装第一框架梁13，然后如图17所示再继续形成下一个基础单元，不断循环直至所有的基础单元均装配完毕。

本发明中的第一套筒14由于由第一柱形连接段141和第二柱形连接段142组成，因此从结构强度方面考虑，优选采用一体式锻件。但一体式锻件虽然强度较好，但是其成本较高。因此，本发明中可以进一步提供第二种形式的用于吊挂钢结构的穿梁节点。

在本发明的另一较佳实施例中，提供了第二种形式的用于吊挂钢结构的穿梁节点，它也是通过若干第二钢棒21与第二钢梁节点22的配合对第二框架梁23进行固定的。其中具体的第二钢棒21数量也可根据实际需要进行设置，上下两条第二钢棒21通过一定的组件进行连接，形成竖向的连续结构。本实施例的穿梁节点中最基础的一个单元如图18所示，其中第二钢梁节点22设置于上下两条第二钢棒21之间。

如图19所示，每个第二钢梁节点22由第二节点主体221和设置于第二节点主体221侧部的第二节点连接部222组成，其具体结构与第一钢梁节点12基本类似。第二节点主体221中开设有贯通的第三阶梯孔，且第三阶梯孔也呈小孔在上而大孔在下的形式。第二节点连接部222用于连接如图20所示的第二框架梁23，第二节点连接部222一般也有多个，本实施例为3个。第二节点连接部222以牛腿形式环向布置于第二节点主体221侧部，且第二节点连接部222上开设有螺栓孔，因此第二框架梁23与第二节点连接部222之间可以通过栓焊固定。

第三阶梯孔中同轴设有具备内螺纹的第二套筒25，第二套筒25的结构如图21所示，其下半段为外螺纹段。第二套筒25的中部通过螺纹配合外套有套筒加强件24。套筒加强件24的结构如图22所示，其中心具有内螺纹孔，可以按照如图23所示的方式将其拧入第二套筒25的外螺纹段上。套筒加强件24的顶面具有一个平整的扩大端板，用于支撑第二钢梁节点22，扩大端板下方设置多个加强肋。在装配状态下，第二套筒25顶部伸入第三阶梯孔的小孔中，而第三阶梯孔的阶梯面贴合套筒加强件24的扩大端板顶面，使第二钢梁节点22由套筒加强件24的顶面承重。

本实施例中的第二钢棒21如图24所示，其柱体为第二钢棒主体211，而第二钢棒主体211的顶端和底端分别加工外螺纹，形成顶部外螺纹段212和底部外螺纹段213。本实施例中上下两条第二钢棒21是通过第二套筒25实现连接的。

其中，上方的第二钢棒21的底部外螺纹段213从第三阶梯孔的小孔伸入，然后穿过一个如图25所示的内攻螺纹的第二锁紧螺母26，再然后拧于第二套筒25的上段内螺纹中，从而实现上方的第二钢棒21与第二套筒25的固定。第二锁紧螺母26与底部外螺纹段213需要构成螺纹配合，其目的是在装配完毕的情况下限制第二套筒25相对于第二钢棒21转动。

另外，下方的第二钢棒21的顶部外螺纹段212拧于第二套筒25的下段，由此由第二套筒25同轴联结了上下两条第二钢棒21，形成了竖向的承力结构。

为了清楚展示节点的连接方式，图26给出了该穿梁节点位置隐去第二钢梁节点22后的剩余组件示意图。

第二种形式的穿梁节点与第一种形式的穿梁节点不同的是，其第二钢棒21只能垂直布置，而不能摆动形成一定的角度。但是其优点在于，第二套筒25与套筒加强件24是分体式的，两者通过螺纹配合固定即可，无需采用一体式锻件，因此这种做法的加工成本大大降低。而且，该套筒加强件24可以灵活的调整在第二套筒25上的标高位置，进而提供了更大的调节空间，解决了安装过程中钢梁连接位置的设计标高与实际标高存在出入的缺陷。

同样需要注意的是，上述图18所示的穿梁节点仅仅是一个基础单元，本发明中可以通过多个基础单元的连续拼接来形成连续的钢结构组成。如图27所示，当一个基础单元装配完毕后，可以将下一个第二钢梁节点22、第二锁紧螺母26、预先连接好的套筒加强件24、第二套筒25依次安装至下方的第二钢棒21上。此时，上一个基础单元中下方的第二钢棒21相对于下一个基础单元而言变成了上方的第二钢棒21。后续如图28所示，可根据设计要求采用栓焊连接安装第二框架梁23。然后再另取一条第二钢棒21，将其顶部外螺纹段212拧入置于第二套筒25下段中，即可形成又一个基础单元，如图29所示，不断循环直至所有的基础单元均装配完毕。

在本发明的另一较佳实施例中，可基于前述两种形式的穿梁节点构建一种吊挂钢结构建筑。如图30所示，该建筑的结构中心为混凝土核心筒，混凝土核心筒顶部环绕有钢结构桁架，钢结构桁架的外圈按照一定的间隔布设吊挂组件。每个吊挂组件利用前述任意一种形式的穿梁节点从上到下依次连续拼接而成，最上方的基础单元中钢棒连接在钢结构桁架上，然后再从上到下依次连续拼接。混凝土核心筒外侧的框架梁端部与吊挂组件上的钢梁节点刚接，从而由钢结构桁架承担竖向荷载，最终的结构如图31所示。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。