全螺栓装配式梁柱节点、钢框架结构及建筑

文档序号:38374770发布日期:2024-06-19 12:28阅读:48来源:国知局
全螺栓装配式梁柱节点、钢框架结构及建筑

本发明属于结构工程,涉及尤其涉及一种中高层(3到5层)的全螺栓模块化冷成型钢框架结构体系,适用于抗震设防烈度及抗侧刚度要求较大的地区。


背景技术:

1、随着我国建筑产业的快速发展,建造需求和技术革新日益提升,受限于传统建筑体系的高耗能及工业化发展的趋势,对建筑进行标准一体化的设计、生产、施工、装修和管理,发展节能环保、绿色高效的建筑体系,提升建造对象的整体性能和建造效率,推进建筑产业转型与技术升级和可持续发展。模块化钢结构作为当前我国建筑发展的重要方向之一,以其高效、环保、周期短等显著优势,极大促进了钢结构的应用和普及,探究高预制率框架结构体系实现更为便捷、快速的安装具有很大的研究价值。

2、目前钢结构建筑应用中,其优势虽极大程度改善了传统建筑中的缺点,但目前常规使用的热轧型钢及钢板组合构件中的连接安装仍是以焊接为主的结构形式。此类构件自重大,现场焊接作业量较大、焊接技术要求较高且不方便运输及现场安装;在冷成型钢结构体系中,构件可塑性强、截面形式多样、布置灵活等优点得到进一步普及应用,但常见应用中的轻钢龙骨体系属于分散承载体系,空间布置不灵活且受限于其有限的刚度,对于新型节点形式和梁柱截面形式的设计研究和模块化冷成型钢框架的全螺栓连接的研究仍具有很大研究价值。在尹凌峰教授课题组中就冷成型钢在梁柱节点形式的应用中,分别介绍了两种新型节点连接形式,分别为“一种框架柱、框架节点及全螺栓装配式框架结构体系”(cn112942571 b)和“框架柱、框架节点及全螺栓装配式框架结构体系”(cn 112942570 a),前者节点柱形式为两块直边带波槽钢板和两块卷边带波槽钢板,柱肢形式上不统一,节点区的梁单元也是采用双肢c型(或双∑型)与抱焊梁组合使用,且上下柱拼接处在柱中采用外置加强板相连,在拼接上比较繁琐;后者节点梁柱在形式上统一,但受限于节点形式,节点柱也并未在节点区分隔开而选择在柱中采用内套筒的形式实现上下柱拼接。上述两种节点形式虽极大提高了装配式框架现场安装的效率,但对于模块化建筑,该种节点形式仍略显不足,仅适合现场安装,无法实现单元框架的预拼装。


技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种实现更高的装配效率的绿色环保型全螺栓模块化冷成型钢框架结构及建筑,以便应用于抗震设防烈度及抗侧刚度要求较大的地区。

2、为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:

3、本发明首先提供一种全螺栓装配式梁柱节点,包括上下两个组合柱、四肢异形c型组合梁和一个节点区柱间十字型节点板、一个节点区柱中十字型辅板及梁柱间斜撑;上下两个组合柱和四肢异形c型组合梁通过节点区柱间十字型节点板和柱中十字型辅板及梁柱间斜撑用螺栓相连接;

4、组合柱由四块构造相同的带外伸卷边的单肢柱片两两拼接,并保持截面贯通,形成带外伸卷边的矩形截面柱;冷成型钢板沿纵向方向,每隔一段距离在外伸卷边处开设螺栓孔,通过垫板与螺栓进行连接;

5、组合梁为四肢异形c型单肢梁连接,四肢异形c型组合梁分别为两个上层异形c型单肢梁和两个下层异形c型单肢梁,一个上层异形c型单肢梁和一个下层异形c型单肢梁相连为单侧整体构件,两个单侧整体构件背对背连接;

6、节点柱间十字型节点板由两个方型板垂直焊接而成;在节点柱间十字型节点板的方型板上加工有用于连接组合柱的螺栓孔和用于连接四肢异形c型组合梁的螺栓孔,用于连接四肢异形c型组合梁的螺栓孔包括用于连接上层异形c型单肢梁的螺栓孔和用于连接下层异形c型单肢梁的螺栓孔;

7、节点中组合梁间平填板包括斜角填板、方型填板和一字型填板;在各填板上加工有用于连接上下层组合梁的螺栓孔,在斜角填板上还加工有连接梁柱间斜撑的螺栓孔;

8、组合柱和节点柱间十字型节点板的连接方式是:节点柱间十字型节点板插入到四块冷成型钢板的拼接缝内,并采用螺栓连接;

9、组合柱和节点柱中十字型辅板的连接方式是:节点柱中十字型辅板插入到四块冷成型钢板的拼接缝内,并采用螺栓连接;

10、四肢异形c型组合梁和节点柱间十字型节点板的连接方式是:节点柱间十字型节点板插入到四肢异形c型组合梁对称的两个单侧整体构件拼接缝内,并采用螺栓连接;

11、四肢异形c型组合梁和节点柱中十字型辅板的连接方式是:节点柱中十字型辅板通过梁柱间斜撑连接到四肢异形c型组合梁对称的两个单侧整体构件拼接缝间的斜角填板,以及斜撑端部连接板与四肢异形c型组合梁底部翼缘开孔处,采用螺栓连接;

12、斜撑与组合柱及组合梁的连接方式是:斜撑两侧端部连接侧板分别与组合柱外伸卷边及组合梁底部翼缘上对应的螺栓开孔相连,再通过斜撑腹板上的螺栓开孔分别与柱中十字型辅板及梁间斜角填板相连。

13、上下两个组合柱在节点处连接时,设置四个外角钢,将外角钢分别设置在组合柱的四个角部,用螺栓与组合柱连为一体;通过节点柱间十字型节点板上对应的螺栓开孔分别与四个冷成型钢板的外伸卷边的开孔处用螺栓连接。

14、上层异形c型单肢梁尺寸大于下层异形c型单肢梁,且上层异形c型单肢梁的上翼缘宽度大于下翼缘宽度;其下层异形c型单肢梁的下翼缘宽度大于上翼缘宽度;上层异形c型单肢梁的上、下翼缘宽度分别与下层异形c型单肢梁的下、上翼缘宽度保持一致,并通过窄翼缘处用螺栓进行上下层各单肢梁间的拼接,再背对背通过螺栓将两个单侧整体构件连接形成背对开口组合梁。

15、本发明还提供一种全螺栓装配式钢框架结构,由上述提供的所述的全螺栓装配式梁柱节点拼装而成。

16、全螺栓装配式梁柱节点拼装方式包括:

17、方式一,先由六个柱单元、连接六个柱单元之间的上下层梁单元以及设置在六个柱单元上的柱间十字型节点板、柱中十字型辅板组装成单元模块框架一;其中柱单元为完整的组合柱;单元模块框架一中的上下层梁单元分别对应四肢异形c型组合梁的下层双肢梁和上层双肢梁;单元模块框架一之间的拼接通过相邻单元模块框架一节点区的柱间十字型节点板及柱中十字型辅板连接,单元模块框架一根据节点区构造要求依次进行安装,该方式可以实现单元间的横纵双向拼接。

18、全螺栓装配式梁柱节点拼装方式包括:

19、方式二,先由六个柱单元和连接六个柱单元的上下层梁单元组装成单元模块框架二;其中柱单元包括四个位于边角的四分之一组合柱和两个位于中间位置的二分之一组合柱;单元模块框架二中的上下层梁单元分别对应四肢异形c型组合梁的下层单肢梁和上层单肢梁;单元模块框架二没有预先安装柱间十字型节点板及柱中十字型辅板;

20、单元模块框架二根据节点区构造要求依次进行安装,各单肢柱片和单肢梁片间通过单肢梁端部连接侧板螺栓孔与单肢柱片连接,并通过墙体龙骨进一步加强支撑,该方式也可以实现单元模块框架间横纵两个方向自由拼接。

21、本发明还提供一种装配式建筑,包括上述提供的所述的全螺栓装配式钢框架结构。

22、全螺栓装配式梁柱节点拼装方式一的吊装方法为:柱间十字型节点板及柱中十字型辅板预先安装在单元模块框架一上,上下拼接时上层单元模块框架一直接垂直下放在下层单元模块框架一节点区对应外置的柱间十字型节点板,通过螺栓完成上下单元模块框架一的拼接;平面拼接时,相邻单元模块框架一间分别通过节点区一侧柱间十字型节点板、柱中十字型辅板、单层双肢组合梁以及梁柱间斜撑搭接成一体。

23、全螺栓装配式梁柱节点拼装方式二的吊装方法为:通过吊装进行上下拼接时,将上层单元模块框架二通过底部异形c型单肢梁与下层单元模块框架二顶部异形c型单肢梁通过螺栓相连成单侧整体构件,再通过梁间一字型填板和方型填板以及斜角填板与相邻单元间另一侧整体构件通过螺栓连接在一起;平面拼接时,相邻单元模块框架二间分别通过中置的十字型节点板以及柱中十字型辅板拼接一体,并通过梁柱间斜撑及墙体龙骨进一步加强支撑。

24、本发明有以下有益结果:

25、本发明主要包含一种类型的组合柱、一种类型组合梁、一种类型柱间十字型节点板、一种类型的柱中十字型辅板及一种类型的梁柱间斜撑。本发明提供的梁柱节点采用更加方便的节点柱形式,且柱肢形式统一,安装更为便捷,上下柱也设在节点区完成拼装,保证单元模块框架节点柱的一体性,该设计的优点在于单元模块框架可以实现模块化拼接及运输,克服柱跨间连接的弊端,既保留原有单肢构件在远距离高效便捷运输的要求,同时还满足单元模块框架的预拼装及运输,可在现场直接以单元模块框架进行吊装拼接,以实现更高的装配效率。此外,本发明就该种节点形式分别提出了相匹配的单元模块框架及拼装示意图,在节点灵活性、安装效率、节点强度及稳定性等方面均进一步提高,可进一步扩大市场应用场景。

26、本发明的梁柱单元是均由四个钢板拼装而成,四个钢板在外伸卷边处通过螺栓进行拼装,现场组装便利,且冷轧特定形状的构件可单肢叠合运输,提高运输效率。柱单元采用四肢组合柱肢双轴对称的闭口截面设计,增加立柱抗扭刚度,提高抗畸变性能;通过外伸卷边的设计减小了板件宽厚比,增加了屈曲承载力和稳定性。柱间采用柱间十字型节点板及外角钢的连接方式进行上下柱的拼接,柱间增设柱中十字型辅板,节点区均采用螺栓连接,拆解更换更为方便灵活,抗侧刚度也进一步提高。

27、本发明的梁柱连接采用柱间十字型节点板、柱中十字型辅板及梁柱间斜撑,组合梁采用四肢异形c型组合梁,各肢间设计有填板连接,均通过螺栓拼接。梁中各肢构件,节点区连接件及节点亦可随意更换,取用灵活。

28、本发明因实现了全螺栓免焊连接,采用更加便捷的节点梁柱形式,更加高效的安装效率,既满足长途运输的便捷性,也可实现预制安装或现场安装,装配化程度更高,在节点形式及单元类型也可以做更多选择,空间布置灵活,且结构构件在更换、维护等后期维护上更加方便。其次,模块化钢框架结构是一种在建筑领域中越来越受欢迎的技术,它将现代建筑设计理念、先进的材料和节能环保标准相结合,旨在提高建筑效率、降低成本并减少对环境的影响。模块化钢框架结构因其高度的预制化和可循环利用性,以及钢结构的轻便性和强度使其在许多方面表现更加出色,尤其引入薄壁冷成型钢结构更加优异的性能,不仅质轻、强度高,而且可塑性好,便于制造成各种形状和尺寸的构件,满足不同建筑设计的需求,可在工厂内预制完成,包括框架、墙体、门窗及内部装修等,运输到现场进行快速组装,可以大大缩短施工周期,提高建筑质量和精度。模块化建筑在设计和制造过程中可以精确控制材料用量,减少浪费,能有效减少能源消耗,通过使用可回收材料、减少现场施工产生的废弃物,以及提高建筑的能源效率,模块化钢框架结构有助于建筑项目更加环保和可持续。模块化设计使得建筑可以根据需要进行扩展或改造,提供了更大的灵活性和适应性。此外,施工现场产生的噪音、灰尘和废弃物也大大减少,对环境的影响更小。总的来说,模块化钢框架结构在节能环保方面的推广具有重要的现实意义和长远的发展前景,它不仅符合绿色建筑的发展趋势,也响应了全球可持续发展的要求。

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