一种装配式钢结构建筑节点及其施工方法与流程

本发明涉及装配式钢结构，特别是指一种装配式钢结构建筑节点及其施工方法。

背景技术：

1、装配式钢结构建筑是指建筑的结构系统由钢构件构成，现有的装配式钢结构的梁柱节点主要包括三类连接形式：一种是采用螺栓连接，一种是采用焊接连接，另一种是同时采用螺栓连接和焊接连接，优选使用螺栓连接节点，因为螺栓连接方式具有以下优势：安装速度快、更加容易控制施工质量、避免焊缝而产生的腐蚀问题。但是采用螺栓连接的装配式钢结构节点对预制件和施工质量有较高的要求，预制钢构件在工厂完成加工后，运送至施工现场由工人直接进行组装，因为不仅在工厂加工预制钢构件时存在加工误差，而且现场组装预制钢构件时存在安装误差。当现场组装出现错位时，要么弃用预制钢构件，要么对预制钢构件进行现场二次加工，不仅加大了现场施工难度，降低了施工效率，而且二次加工预制钢构件会影响原有的力学性能，无法保证使用需求，从而也降低了施工质量。将经过现场二次加工的预制钢构件安装后，会严重影响装配式钢结构的抗震性能，在钢结构节点结构抗震时，梁与柱的连接处会出现塑性铰，虽然能够消耗震动的能量，但是会使的钢结构节点出现严重变形，进而严重其力学性能。

2、为了弥补工厂加工预制钢构件时存在加工误差，授权公告日为2020.06.19、授权公告号为cn 210797885 u的中国实用新型专利公开了一种高度预调快速装配式钢结构，包括立柱底座、连接件、立柱、横梁，立柱底座上设有立柱，立柱顶部设有连接件。该实用新型专利的技术方案设有立柱底座，在安装立柱前，通过旋转立柱底座上的固定板来提高立柱底座的整体高度，然后再安装立柱，使立柱整体高度达到使用要求，避免高度不合格立柱弃用造成成本浪费的得现象发生。

3、但是上述实用新型专利的技术方案具有以下的局限性：第一，需要配备专用的立柱底座，因此只能调节装配式钢结构中的基础框架，而无法适用于整个装配式钢结构。第二，只能在现场组装时调节梁柱节点中立柱的高度，进而与横梁的高度位置相匹配，而无法调节横梁的长度，因此，若横梁因加工误差而未达到理想的状态，仍需要对横梁进行二次加工，如焊接或切割等操作。第三，在现场组装后抗震性能差，不仅横梁与立柱之间存在较为突出的塑性铰，而且上述实用新型专利的技术方案中的连接件限制了立柱与立柱之间只能采用焊接连接的方式，若采用其他机械结构连接，则立柱与立柱之间也存在较为突出的塑性铰。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种装配式钢结构建筑节点及其施工方法，解决了现有装配式梁柱节点对预制钢结构件的加工精度要求高且抗震性能较差的技术问题。

2、本技术的技术方案为：

3、一种装配式钢结构建筑节点，包括通过竖向连接构件螺栓连接的上方钢立柱筒和下方钢立柱筒，所述竖向连接构件通过横向连接构件与横梁螺栓连接，所述横梁的上翼板通过上阴角连接构件与上方钢立柱筒的下端部螺栓连接、下翼板通过下阴角连接构件与下方钢立柱筒的上端部螺栓连接，所述竖向连接构件包括竖向磁致伸缩机构连接的水平定位套筒，所述水平定位套筒与上方钢立柱筒或下方钢立柱筒的水平装配孔相对应，穿过水平装配孔、水平定位套筒设置有水平连接螺栓，所述横向连接构件包括横向磁致伸缩机构连接的竖直定位套筒，所述竖直定位套筒与横梁的竖直装配孔相对应，穿过竖直装配孔、竖直定位套筒设置有竖直连接螺栓。

4、本技术方案的有益效果为：采用竖向连接构件实现上方钢立柱筒与下方钢立柱筒的核心连接，采用横向连接构件实现横梁与上方钢立柱筒、下方钢立柱筒的核心连接，采用上阴角连接构件、下阴角连接构件与竖向连接构件、横向连接构件的配合，实现上方钢立柱筒、下方钢立柱筒、各个横梁的辅助连接。无论是核心连接，还是辅助连接，均采用螺栓连接的结构形式，其中，所述横梁通过横向连接构件与竖向连接构件的连接实现与上方钢立柱筒、下方钢立柱筒的核心连接。整个螺栓连接结构系统中，上方钢立柱筒、下方钢立柱筒的两端只需开设水平装配孔即可，横梁的两端只需开设竖直装配孔即可，所存在的误差可分别通过竖向连接构件和横向连接构件进行补偿，竖向连接构件可以选用不同长度的竖向磁致伸缩机构，进而可以调整水平定位套筒的位置，在满足现场组装目标尺寸的前提下使之与水平装配孔相适配；横向连接构件可以选用不通长度的横向磁致伸缩机构，进而可以调整竖直定位套筒的位置，在满足现场组装目标尺寸的前提下使之与竖直装配孔相适配。即在现场组装的过程中，可以灵活选用不同长度的横向磁致伸缩机构和竖向磁致伸缩机构，而不是通过改变横向磁致伸缩机构和竖向磁致伸缩机构的交变磁场来改变其长度；而在装配式钢结构投入使用后，在抗震的过程中，横向磁致伸缩机构和竖向磁致伸缩机构受震动影响而激发交变磁场，进而在使螺栓连接结构更加紧固的同时实现耗能。虽然震动的频率和幅度等参数存在波动，因而激发的交变磁场不够稳定或难以控制，但是本技术方案的目的不在于控制横向磁致伸缩机构和竖向磁致伸缩机构，只要震动能够激发出交变磁场即可，至于横向磁致伸缩机构和竖向磁致伸缩机构在交变磁场中是伸长或缩短，长度变化的速率均不影响抗震性能的实现。

5、进一步地，所述竖向连接构件包括与上方钢立柱筒的内壁贴合的上芯筒、与下方钢立柱筒的内壁贴合的下芯筒，所述上芯筒或/和下芯筒上贯穿设置有与所述水平装配孔对应的竖向长孔，所述上芯筒与所述下芯筒之间设置有安装所述竖向磁致伸缩机构的水平隔板，所述水平定位套筒与上芯筒或/和下芯筒的内壁滑动配合。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了一种优选的装配式钢结构建筑节点，将竖向连接构件设置为筒状结构，不仅上芯筒、下芯筒分别与上方钢立柱筒、下方钢立柱筒插接配合，而且上芯筒、下芯筒的外壁分别与上方钢立柱筒、下方钢立柱筒的内壁贴合，既便于组装导向，又能够为上方钢立柱筒、下方钢立柱筒提供抗侧弯和抗倾覆能力。对应的水平定位套筒分别滑动设置在上芯筒、下芯筒的内壁之间，既便于水平定位套筒的调节，又能够通过水平定位套筒支撑上芯筒、下芯筒，防止上芯筒、下芯筒溃缩或变形，在抗震耗能过程中的作用十分突出。

6、进一步地，所述水平定位套筒包括水平套筒主体及连接在水平套筒主体两端的竖直滑块，所述上芯筒或/和下芯筒的内壁设置有与竖直滑块滑动配合的竖直滑槽。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了一种优选的装配式钢结构建筑节点，既便于在小空间内布置水平套筒主体，又能够通过竖直滑块实现水平套筒主体与上芯筒、下芯筒之间的可靠支撑，同时，所述竖直滑块与竖直滑槽滑动配合，不仅便于水平定位套筒在组装过程中调节位置，而且便于水平定位套筒在抗震过程中随竖向磁致伸缩机构往复移动耗能降震。

7、进一步地，所述上方钢立柱筒的左右方向和前后方向上的水平装配孔均设置有若干个，所述上芯筒的左右方向和前后方向分别设置有与所述水平装配孔对应的所述竖向长孔，所述水平定位套筒内设置有与各个水平装配孔对应的水平连接螺栓通道，所述下芯筒的结构与所述上芯筒的结构相同。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了一种优选的装配式钢结构建筑节点，即同一个水平定位套筒内设置相互垂直的水平连接螺栓通道，当然相互垂直的水平连接螺栓通道位于不同的高度位置，分别与上方钢立柱筒或下方钢立柱筒上的左右朝向的水平装配孔、前后朝向的水平装配孔相适配，在简化结构的同时实现装配结构的集约化。同时，优选使水平定位套筒与上芯筒或下芯筒的四个内侧壁均滑动配合。

8、进一步地，所述竖向磁致伸缩机构包括四根磁致伸缩杆，所述水平定位套筒的重心和形心相互重合，各个所述磁致伸缩杆围绕所述水平定位套筒的重心阵列布置。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了一种优选的装配式钢结构建筑节点，在保证结构可靠性的前提下进一步提高装配及抗震的稳定性，由于震动激发的各个位置的交变磁场并不统一，因此多个磁致伸缩杆在震动过程中产生的磁致伸缩量及响应速度并不相同，彼此之间相互制约或相互促进，能够提供更加稳定可靠的耗能抗震效果。

9、进一步地，所述横向连接构件包括水平隔板的外缘连接的若干个竖向隔板，所述竖向隔板位于所述上方钢立柱筒和下方钢立柱筒外部，所述上方钢立柱筒的下端部卡接在竖向隔板与上芯筒之间，所述下方钢立柱筒的上端部卡接在竖向隔板与下芯筒之间，所述横梁的腹板与相邻竖向隔板之间的间隙相对应。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了一种优选的装配式钢结构建筑节点，通过设置水平隔板，不仅上芯筒、下芯筒能够插入上方钢立柱筒、下方钢立柱筒，而且上方钢立柱筒、下方钢立柱筒能够插入竖向隔板与上芯筒之间、竖向隔板与下芯筒之间，进而实现卡接配合，既便于在现场组装过程中实现上方钢立柱筒和下方钢立柱筒的预安装，而且能够加强装配式钢结构建筑节点投入应用后的抗震性能。

10、进一步地，所述竖向隔板连接有与所述上翼板的内壁贴合的上撑板、与所述下翼板的内壁贴合的下撑板，所述上撑板和所述下撑板上设置有与所述竖直装配孔对应的水平长孔，所述竖直定位套筒通过所述横向磁致伸缩机构与所述上撑板和所述下撑板滑动配合。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了一种优选的装配式钢结构建筑节点，使横梁也能够通过上翼板、下翼板与横向连接构件插接配合，既便于在现场组装过程中实现横梁的预安装，而且能够加强装配式钢结构建筑节点投入应用后的抗震性能。至于竖直定位套筒与所述上撑板和所述下撑板之间的配合关系，具有水平定位套筒与上芯筒或下芯筒之间的配合关系相同的作用效果，既便于安装、又能够增强抗震性能、还能增强结构强度，此处不再赘述。而根据实际的尺寸误差，所述横梁的端部无需与上方钢立柱筒和下方钢立柱筒接触，横梁的端部与上方钢立柱筒、下方钢立柱筒之间的缝隙内填充有横向弹性补偿垫块，能够进一步提高结构的力学性能和抗震性能。

11、进一步地，所述竖直定位套筒包括竖直套筒主体及连接在竖直套筒主体两端的水平滑块，所述上撑板和所述下撑板的内壁设置有与水平滑块滑动配合的水平滑槽，所述横向磁致伸缩机构连接在所述竖向隔板与所述竖直套筒主体之间，所述竖直装配孔设置在横梁的上下翼板上，所述横梁的腹板上设置有腹板装配孔，所述竖直套筒主体上设置有与腹板装配孔配合的水平定位孔，所述横梁的腹板通过腹板螺栓连接在两个对称的竖直套筒主体之间。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了一种优选的装配式钢结构建筑节点，即不仅横梁的上翼板、下翼板与上撑板、下撑板、竖直定位套筒相连，而且横梁的腹板与其两侧的竖直定位套筒相连。

12、进一步地，所述上阴角连接构件包括与所述上翼板贴合的水平撑板、与所述上方钢立柱筒的外壁贴合的竖直撑板、连接在水平撑板与竖直撑板之间的加强肋板，所述水平撑板上设置有与所述竖直装配孔对应的第一长孔，所述竖直连接螺栓与所述第一长孔相配合，所述竖直撑板上设置有与所述水平装配孔对应的第二长孔，所述水平连接螺栓与所述第二长孔相配合。

13、一种装配式钢结构建筑节点施工方法，采用上述装配式钢结构建筑节点，将上方钢立柱筒、下方钢立柱筒、横梁的实际尺寸与现场组装目标尺寸进行对比，根据尺寸误差选用对应长度的竖向磁致伸缩机构和横向磁致伸缩机构，使所述水平定位套筒与上方钢立柱筒、下方钢立柱筒的水平装配孔相对应，使所述竖直定位套筒与横梁的竖直装配孔相对应。

14、然后在下方钢立柱筒的顶端设置下弹性补偿垫块，将竖向连接构件的下芯筒插入所述下方钢立柱筒的上端口内，将所述下弹性补偿垫块及下方钢立柱筒的上端部卡接在所述下芯筒与所述竖向隔板之间，采用所述水平连接螺栓将一侧的下阴角连接构件、下方钢立柱筒、下芯筒、水平定位套筒、另一侧的下阴角连接构件连接，实现下阴角连接构件、竖向连接构件与下方钢立柱筒连接。

15、在所述上芯筒与所述竖向隔板之间设置上弹性补偿垫块，然后将上方钢立柱筒插入所述上芯筒与所述竖向隔板之间且与所述上弹性补偿垫块顶接，实现上方钢立柱筒的预安装。

16、然后将横梁的上翼板和下翼板与所述上撑板和所述下撑板插接配合，在横梁与上方钢立柱筒之间、与下方钢立柱筒之间填充横向弹性补偿垫块，实现横梁的预安装。

17、然后在所述横梁与所述上方钢立柱筒之间安装所述上阴角连接构件，采用所述竖直连接螺栓依次穿过上阴角连接构件、上翼板、上撑板、竖直定位套筒、下撑板、下翼板、下阴角连接构件，采用所述腹板螺栓依次穿过一侧的竖直套筒主体的水平定位孔、腹板装配孔、另一侧的竖直套筒主体的水平定位孔，实现上阴角连接构件、下阴角连接构件、横向连接构件与所述横梁的连接。

18、然后采用所述水平连接螺栓穿过一侧的上阴角连接构件、上方钢立柱筒、上芯筒、水平定位套筒、另一侧的上阴角连接构件，实现上阴角连接构件、竖向连接构件与上方钢立柱筒的连接。