一种带短梁一体式钢结构模块化节点及装配式建筑的制作方法

本申请涉及环保钢结构建筑技术领域，特别涉及一种带短梁一体式钢结构模块化节点及装配式建筑。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本申请相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

钢材属于绿色建材可以重复使用，减少建筑垃圾，更加绿色环保，符合可持续发展的要求。相较于传统的混凝土建筑，钢结构建筑具有更好的抗震性能，钢构件在工厂中进行加工制造，现场安装从而大大节省了施工时间，且施工过程不受季节影响。特别是装配式钢结构住宅，能够通过快速装配完成住宅的建造，满足快速施工的需求。

发明人发现，随着钢结构设施的发展，对于钢结构住宅的要求逐渐提高，特别是在安装精度的控制上，涉及到产权面积问题，对于精度要求更为严格，受到钢结构施工过程中的施工精度问题，导致精度的控制也更为困难；目前钢结构住宅的施工一般为多层施工，考虑到运输允许长度，一般为三层结构；正是由于多层施工，其所利用的钢构件长度较大，在加工、运输、堆放、吊装等过程中，受到现场风、雪、日照、温度以及焊接、内灌混凝土膨胀等因素影响下，导致构件发生变形，累计误差大，精度控制困难，致使施工精度降低，难以满足钢结构住宅的施工精度需求。另外，目前钢结构住宅中的钢构件标准化程度低，难以实现工厂自动化、批量化生产，制约了钢结构住宅的工业化发展。

技术实现要素：

本申请的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种带短梁一体式钢结构模块化节点及装配式建筑；通过将钢结构节点配置为独立结构，利用模块化的节点与层柱拼装来进行钢结构住宅的逐层施工，实现逐层精度控制以满足钢结构住宅的高精度需求，独立的节点结构方便对节点内部的内隔板进行安装，无需破坏节点位置的结构即可实现内隔板的安装，模块化节点，实现节点的自动化、批量化生产。

本申请的第一目的是提供一种带短梁一体式钢结构模块化节点，采用以下技术方案：

包括一体式管柱和用于连接钢梁的悬挑短梁，管柱沿轴向依次包括用于对接上层柱的第一段、侧面连接有悬挑短梁的第二段和用于对接下层柱的第三段，悬挑短梁顶面和底面与第二段上端和下端对应平齐；第一段的轴向长度大于其所连接的位于悬挑短梁顶面上方的耳板长度，第一段和第三段远离第二段的一端均预留有对接部。

对于带短梁一体式钢结构模块化节点的管柱第一段，其上的耳板可以预先在工厂内加工，从而使得产品出厂时第一段上连接有耳板；耳板也可以在施工现场焊接在第一段上，产品出厂时第一段上不连接耳板；无论第一段上是否预先连接有耳板，第一段均需要预留出连接耳板的空间，保证第一段的轴向长度大于其连接或待连接耳板的长度。

进一步地，所述管柱第二段侧面连接有至少一个悬挑短梁，悬挑短梁远离管柱第二段的一端用于对接钢梁。

进一步地，所述管柱内部沿轴向依次设置有至少两个内隔板，内隔板周向边沿与管柱内壁贴合并连接，每个内隔板上设有至少一个浇注孔和至少一个通气孔。

进一步地，所述内隔板相互平行，且至少两个内隔板位于管柱第二段内，管柱第一段的端部设有柱顶隔板。

进一步地，所述管柱第一段的轴向长度大于其所连接耳板与位于悬挑短梁上方的楼层板的厚度之和。

进一步地，所述第一段侧壁上设有耳板，耳板位于管柱轴向范围内且垂直于管柱侧壁向外延伸。

进一步地，所述耳板上设有螺栓孔，用于配合连接板约束上层柱或下层柱的位置，临时固定便于焊接。

进一步地，所述管柱为矩形管柱、圆形管柱或其他截面管柱，轴向两端开口。

本申请的第二目的是提供一种装配式建筑，包括如上所述的带短梁一体式钢结构模块化节点。

进一步地，所述管柱第一段端部对接上层柱，管柱第三段端部对接下层柱，管柱第二段周向连接有至少一根悬挑短梁，悬挑短梁远离第二段的一端连接钢梁。

与现有技术相比，本申请具有的优点和积极效果是：

(1)通过将钢结构节点配置为独立结构，利用模块化的节点与层柱拼装来进行钢结构住宅的逐层施工，实现逐层精度控制以满足钢结构住宅的高精度需求，独立的节点结构方便对节点内部的内隔板进行安装，无需破坏节点位置的结构即可实现内隔板的安装。

(2)模块化节点涉及钢构件均采用通用截面型号，可以成品采购，实现高度标准化，根据市场需求有计划的批量生产并进行储备，加工工艺简单，方便进行自动化生产。

(3)通过钢结构模块化节点能够实现钢结构住宅的单层施工，单层控制施工工法解决了钢结构多层施工累积误差大、精度难控制的难题，将多层累积误差释放到各层，并通过层间焊接校正消除误差；另外，单层施工工法减小了钢构件的长度，钢构件在加工、运输、堆放、吊装过程中精度更容易控制，且单层钢构件重量、体积更小，更容易操作。

(4)通过钢结构模块化节点端部预留焊接对接部，在焊接只需将对接部与外部的上层柱、下层柱进行对接焊接即可，方便进行焊接对接操作；另外，将节点模块化后，其本体的短柱结构能够采用一体化的管柱制作，在焊接内部隔板时无需拆分、拼装管柱，提高焊接施工效率。

(5)通过设置模块化钢结构节点，将传统的多层精度控制改为单层施工，实现逐层施工过程中的逐层精度控制，在每层施工的过程中均能够在下层施工完成的基础上达到平地施工的效果，方便施工的进行保证施工效率和满足精度需求，结合节点预留焊接位置，能够实现快速的逐层施工。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本申请实施例1、2中模块化节点的整体结构示意图；

图2是本申请实施例1、2中模块化节点的正视示意图；

图3是本申请实施例1、2中模块化节点对接下层柱后的示意图；

图4是本申请实施例1、2中模块化节点垂直于轴向的断面示意图。

图中，1、第一段，2、第二段，3、第三段，4、第一内隔板，5、第二内隔板，6、悬挑短梁，7、柱顶隔板，8、耳板，9、节点，10、下层柱。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

为了方便叙述，本申请中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中钢结构住宅多层施工过程中，受到钢结构施工过程中的施工精度问题，导致精度的控制也更为困难，累计误差大，难以满足钢结构住宅的施工精度需求，另外，目前钢结构住宅中的钢构件标准化程度低，难以实现工厂自动化、批量化生产，制约了钢结构住宅的工业化发展。针对上述问题，本申请提出了一种带短梁一体式钢结构模块化节点及装配式建筑。

实施例1

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图4所示，提出了一种带短梁一体式钢结构模块化节点。

主要包括一体式管柱、内隔板和悬挑短梁；

区别于截断后通过贯通式隔板连接的管柱结构，本实施例中的管柱为一体式结构，从功能上划分为三段，沿轴向依次包括第一段1、第二段2和第三段3，第一段用于对接上层柱，第二段侧面用于对接悬挑短梁6，上端为第一段、下端为第三段，第三段用于对接下层柱10。

管柱为一体式结构，第一段、第二段和第三段依次设置，内隔板位于管柱内部，其中一个位于第一段和第二段连接处，一个位于第二段与第三段连接处，内隔板对管柱内部进行支撑，第二段侧面对接悬挑短梁，位于第二段位置的两个内隔板分别位于第二段的上端和下端，悬挑短梁顶面和底面与第二段上端和下端对应平齐，从而使得两个内隔板对应悬挑短梁的顶面和底面布置，提高悬挑短梁连接管柱位置的强度，共同形成模块化的节点9结构。

需要指出的是，一体式管柱结构的三个分段截面相同，但轴向长度根据实际需求进行配置，一体式管柱结构采用同一根管柱结构进行加工，在相邻的两个分段之间的内部焊接内隔板，增强管柱的结构强度；

由于管柱长度远小于现有层柱与节点一体的结构，因此，在焊接内隔板时，能够从管柱的端部探入到内隔板的焊接位置，方便对内隔板进行施焊，避免了破坏管柱结构施焊后再修复的过程。

管柱第二段侧面连接有至少一个悬挑短梁，悬挑短梁远离管柱第二段的一端用于对接钢梁。

在本实施例中，参照《钢结构住宅主要构件尺寸指南》、《16g519多高层民用建筑钢结构节点构造详图》，对管柱的厚度范围进行配置，管柱的厚度范围为6mm-25mm，对于整个节点沿轴向的长度，根据所配置的上层柱、下层柱的长度进行适应性调整，为了方便进行施工，在本实施例中，整个节点的轴向长度范围为：250mm-2100mm。

需要特别指出的是，为了满足施工强度，将节点第二段、内隔板的结构进行配置，第二段侧面所连接的悬挑短梁，其顶面和底面分别与第二段内部的两个内隔板对应平齐，使得悬挑短梁位于管柱第一段的下方、位于管柱第三段的上方，便于在加工时依据对接所需配置第一段和第三段的轴向长度。

在实际施工时，为了方便上层柱与节点管柱的对接，第一段侧壁上设有耳板8，耳板位于管柱轴向范围内且垂直于管柱侧壁向外延伸；

在管柱第一段上连接有耳板，通过耳板配合连接件实现上层柱与第一段的预先连接约束，临时连接便于对其对接位置施加焊接。

对于耳板的连接方式，耳板上设有螺栓孔，用于配合连接板约束上层柱或下层柱的位置，临时固定便于焊接。

在此基础上，第一段的轴向长度大于其所连接的位于悬挑短梁顶面上方的耳板长度，第一段和第三段远离第二段的一端均预留有对接部。

由于下层柱与节点的对接可以在工厂内完成，因此，下层柱与第三段的对接位置可以无需设置耳板作为临时固定；当然，若下层柱与节点的对接也在施工现场完成，则可以在下层柱上同样布置耳板实现预先连接，临时固定后，对接位置施加焊接。

结合耳板的布置对管柱第一段的轴向长度进行配置，对于第一段轴向长度分为两种工况，一是施工楼层板时节点位置不预留拼接空间，另一是施工楼层板时节点位置预留拼接空间；其所预留的第一段的长度不同，根据需求配置即可。

其中，对于施工楼层板时在节点位置未预留管柱与上层柱的拼接空间的情况，悬挑短梁另一端连接结构钢梁，形成承托楼层板的结构，对于楼层板整体位于钢梁、悬挑短梁上方的结构，第一段的轴向长度大于其所连接的悬挑短梁上方的楼层板的厚度加耳板覆盖的轴向长度，从而预留出上对接部和耳板的连接位置，使得上对接部、耳板均位于楼层板的上方，方便施焊；

另一方面，对于楼层板部分位于钢梁上方、部分位于钢梁所在层的结构，对于第一段的轴向长度，可以将其配置为大于悬挑短梁上方的楼层板的厚度加耳板覆盖的轴向长度，使得第一段顶部预留的上对接部、耳板仍处于楼层板上方便于焊接的位置即可。

其中，对于施工楼层板时预留出拼接空间的情况，使得第一段整体都处于便于对接上层柱的位置，只需要将第一段的长度配置为大于耳板覆盖的轴向长度即可，使得耳板操作位置、上对接部均处于高于悬挑短梁的顶部、满足焊接需求的位置。

可以理解的是，若是上层柱施工过程中无需配置耳板，对于未预留柱拼接空间的工况，将第一段的轴向长度配置为大于节点所连接悬挑短梁上方楼层板的厚度；对于预留有柱拼接空间的工况，将第一段的顶部配置为高于悬挑短梁顶部即可。

对于下层柱与第三段的对接，若是需要配置耳板，则将其长度配置为大于耳板覆盖的轴向长度即可；若是不需要配置耳板，则将其底端配置为低于悬挑短梁底部即可。

对于内隔板的配置，管柱内部沿轴向依次设置有至少两个内隔板，内隔板周向边沿与管柱内壁贴合并焊接连接，每个内隔板上设有至少一个浇注孔和至少一个通气孔。

在本实施例中，采用第一内隔板4和第二内隔板5两个对管柱内部进行支撑，所述内隔板所在平面与管柱轴线垂直，内隔板侧面紧密贴合管柱内壁，对管柱连接悬挑短梁的第二段的内部进行加强；

悬挑短梁采用工字钢，其顶部翼缘板对应第一内隔板连接在第二段的侧面顶端，底部翼缘板对应第二内隔板连接在第二段的侧面底端，腹板位置对接管柱第二段侧面中间位置。

管柱第一段、第二段和第三段对接位置内部均布置有内隔板，每个内隔板上设有至少一个浇注孔和至少一个通气孔，使得管柱各分段依次连通；

通过浇筑孔和通气孔，能够使得灌浆时的混凝土填充管柱内的空间，便于浇筑混凝土，并保证浇筑混凝土时的排气透气。

可以理解的是，所述的内隔板还可以布置在管柱内部的其他位置，比如设置管柱第一段、第三段、第二段的内部，当然，也可以设置在管柱的端部开口位置。

为了保证第一段对接上层柱位置的强度，减少其在焊接对接上层柱时的应变，管柱的第一段端部设有柱顶隔板7，对管柱的侧壁进行支撑，保证其断面的强度，减少形变保持焊接前后的强度。

可以理解的是，由于柱顶隔板位于管柱的端部位置，因此在将其焊接到管柱内部时，无需拆解管柱，只需要从管柱端部施加对柱顶隔板的焊接操作即可；

同样的，对于位于管柱内部的隔板，由于管柱长度较小，能够使得焊枪轻松探入管柱内对内隔板对接管柱内壁的结构进行焊接，因此，在施焊时，从管柱轴向的中间位置向管柱两端的方向上，能够更为方便的依次焊接各个内隔板。

当然，为了保证第三段对接下层柱位置的强度，减少其在焊接对接下层柱时的应变，管柱的第三段端部还可以设置柱底隔板，对管柱的侧壁进行支撑，保证其断面的强度，减少形变保持焊接前后的强度。

进一步地，所述管柱为矩形管柱、圆形管柱或其他截面管柱，比如采用五边形截面、六边形截面的异形管柱结构等，根据实际的施工需求，配置所需的管柱截面形状即可。

可以理解的是，在其他实施方式中，所述的管柱还可以为多块板拼接形成的管柱结构，比如采用两块c型钢对接形成的管柱结构、采用矩形板拼接形成管柱结构等，只要能够形成满足节点需求的管柱结构即可。

第一段、第二段和第三段的径向断面形状相同，管柱两端开口，且端部开口处预留有对接部。

通过将钢结构节点配置为独立结构，利用模块化的节点与层柱拼装来进行钢结构住宅的逐层施工，实现逐层精度控制以满足钢结构住宅的高精度需求，独立的节点结构方便对节点内部的内隔板进行安装，无需破坏节点位置的结构即可实现内隔板的安装。

实施例2

本申请的另一种典型的实施方式中，如图1-图4所示，提出了一种装配式建筑，利用如实施例1中所述的带短梁一体式钢结构模块化节点。

所述管柱第一段端部对接上层柱，管柱第三段端部对接下层柱，管柱第二段周向连接有至少一根悬挑短梁，悬挑短梁远离第二段的一端连接钢梁。

通过钢结构模块化节点能够实现钢结构住宅的单层施工，单层控制施工工法解决了钢结构多层施工累积误差大、精度难控制的难题，将多层累积误差释放到各层，并通过层间焊接校正消除误差；另外，单层施工工法减小了钢构件的长度，钢构件在加工、运输、堆放、吊装过程中精度更容易控制，且单层钢构件重量、体积更小，更容易操作。

在本实施例中，模块化节点涉及钢构件均为《钢结构住宅主要构件尺寸指南》中指定通用截面型号，可直接成品采购，高度标准化，可根据市场需求有计划批量生产。加工工艺简单，可实现完全生产自动化。

在工厂内进行模块化节点、钢柱、钢梁等构件的加工制作，并将模块化节点下部与钢柱拼接，形成标准柱段，输运到工地现场，按层进行安装施工。单层施工解决了钢结构多层施工累积误差大、精度难控制的难题，将多层累积误差释放到各层，并通过层间焊接校正消除误差。单层施工将高空作业平地化，降低了施工难度、提高了施工效率与安全性。

实施例3

本申请的另一实施例中，依据实施例1中的实施方案，给出相应的实际尺寸数据及参数。

其中，结合图2，节点整体的轴向长度由以下方式确定(单位：mm)：

节点的轴向长度最小值：框架梁最小高度150+上部耳板长度(按100)＝250

节点的轴向长度最大值：框架梁最大高度600+下部操作长度200+1300净高＝2100。

情况1：楼板施工时预留出柱拼接空间

1.最小长度要保证耳板安装空间，满足现场吊装要求；

2.最大长度方便现场焊接施工，按1300mm考虑；

3.考虑钢材用量最优，在保证施工空间条件下，取范围下限；

4.考虑自动线允许外形尺寸空间，取范围下限；

5.考虑箱型柱内焊接内隔板便捷性，取范围下限。

情况2：楼板施工时不预留出柱拼接空间

1.最小长度为楼板厚度加保证耳板安装空间长度，满足现场吊装要求；

2.最大长度方便现场焊接施工，按1300mm考虑；

3.考虑钢材用量最优，在保证施工空间条件下，取范围下限；

4.考虑自动线允许外形尺寸空间，取范围下限；

5.考虑箱型柱内焊接内隔板便捷性，取范围下限。

依据实施例1，确定悬挑短梁上方管柱的第一段的长度范围；

工况1：楼层板施工时在节点位置预留拼接空间，第一段轴向最小长度为耳板的长度；最大长度为大于耳板长度，在本实施例中取其长度为框架梁顶面以上1300mm。

工况2：楼层板在施工时未预留拼接空间，第一段轴向最小长为耳板长度+悬挑短梁顶面上方楼层板厚度；最大长度为大于耳板长度+悬挑短梁顶面上方楼层板厚度，在本实施例中取其长度为框架梁顶面以上1300mm。

悬挑短梁下方的短柱长度范围

1.考虑工厂焊接方便性上限按200mm考虑；

2.考虑钢材用量最优，在保证加工空间条件下，取范围下限；

3.考虑自动线允许外形尺寸空间，取范围下限；

4.考虑箱型柱内焊接内隔板便捷性，取范围下限。

对于悬挑短梁下方管柱的第三段的长度范围；

由于在实施例中，无需在第三段上施加耳板，因此将第三段的轴向长度范围：0-200mm。

所涉及箱型柱及h型钢框架梁均依据《钢结构住宅主要构件尺寸指南》进行选型，保证型材尺寸标准化，方便直接成品采购。

实施例4

在本申请的再一实施方式中，依据实施例1，给出带短梁一体式钢结构模块化节点的多组尺寸数据。

尺寸数据如下:

结合附图2：

模块化节点涉及钢构件均采用通用截面型号，可以成品采购，实现高度标准化，根据市场需求有计划的生产储备，加工工艺简单，方便进行自动化生产。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。