一种带空间斜撑的十字型截面柱钢框架梁柱装配式节点
阅读说明：本技术 一种带空间斜撑的十字型截面柱钢框架梁柱装配式节点 (Cross-shaped section column steel frame beam column assembly type node with space inclined strut ) 是由 谢坚 李运军 董哲武 朱玉林 于 2021-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及水泥、钢铁等工业生产和大跨建筑结构技术领域,更具体地说是涉及一种带空间斜撑的十字型截面柱钢框架梁柱装配式节点,包括包括梁柱连接节点和双槽钢插板节点,梁柱连接节点包括十字型截面柱、H型截面梁、梁上翼缘连接板、梁下翼缘连接板、双腹板连接板、翼缘连接板加劲肋和十字型截面柱加劲肋,双槽钢插板节点包括空间斜撑竖向节点板、双槽钢插板和圆支管空间斜撑；H型截面梁梁端经过削切后,插入连接板空隙中,再通过螺栓将连接板与梁连接,形成整个装配式节点；本发明节点抗弯刚度加强,结构整体刚度提高,梁柱节点域刚度加强,梁柱节点构造简单,安装方便,装配式程度高。(The invention relates to the technical field of industrial production and large-span building structures of cement, steel and the like, in particular to a cross-shaped cross-section column steel frame beam column assembly type node with a space diagonal brace, which comprises a beam column connecting node and a double-groove steel inserting plate node, wherein the beam column connecting node comprises a cross-shaped cross-section column, an H-shaped cross-section beam, a beam upper flange connecting plate, a beam lower flange connecting plate, a double-web connecting plate, a flange connecting plate stiffening rib and a cross-shaped cross-section column stiffening rib; the beam end of the beam with the H-shaped section is cut and inserted into a gap of the connecting plate, and the connecting plate is connected with the beam through a bolt to form a whole assembly type node; the bending rigidity of the node is enhanced, the integral rigidity of the structure is improved, the rigidity of the beam-column node area is enhanced, the beam-column node is simple in structure, convenient to install and high in assembling degree.)
技术领域
本发明涉及水泥、钢铁等工业生产和大跨建筑结构技术领域，具体涉及一种带空间斜撑的十字型截面柱钢框架梁柱装配式节点。
背景技术
重型工业厂房和大跨建筑结构中，仅仅通过平面斜撑难以保证结构整体刚度要求，而空间斜撑对结构的空间约束能力更强，能更有效地保证结构整体性。插板连接节点是支管与主管通过插板、节点板栓接的一种节点型式。板节点由于节点尺寸可自由调整，连接简单，施工安装方便，缩短工期，加工方便，易于保证质量，广泛用于支撑连接中。
常见的插板节点型式有：I型、T型、单槽型，不同型式的插板连接节点极限承载力差别较大，I型插板节点极限承载力最低，仅为其它两种型式插板节点的1/3～1/2；T型、单槽型插板连接节点通过在插板一侧设置加劲肋的方法，减小插板的侧向变形，有效的提高了节点的刚度，从而延缓了板件屈曲，提高了节点的极限承载力；单槽型插板节点中节点板合力与插板合力存在一定偏心，会产生偏心距，易使支管由轴心受力构件变成偏心受力构件，受压时支管的失稳模式发生改变，从而降低极限承载力。双槽钢插板节点解决了节点板合力与支管合力偏心的问题，提高了插板节点的刚度和承载能力。
目前对于梁柱连接节点，常用的一种是梁腹板螺栓连接，梁翼缘焊接连接的栓焊连接，另一种是将一段悬臂梁焊接于柱翼缘，然后通过螺栓与盖板将梁端与悬臂梁连接。栓焊连接由于翼缘存在现场焊接工序，焊接质量以及装配化速度难以保障，一定程度上影响工期。悬臂梁端的螺栓连接，盖板过多，腹板与翼缘均在同一截面截断，该截面处应力较集中，处于整根梁的薄弱部位。
基于现状，本发明提出了一种带空间斜撑的十字型截面柱钢框架梁柱装配式节点。
发明内容
针对上述现有技术的不足之处，本发明提供了一种带空间斜撑的十字型截面柱钢框架梁柱装配式节点，在提高空间斜撑刚度、强度和稳定性的同时，又提供了一种梁柱装配式连接节点，不仅提高了整改空间节点的刚度、强度、抗震性能，以保证框架结构的高承载力，同时又简化了节点的构造，整个节点工业化程度高、方便加工、安装简单、易于维修。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种带空间斜撑的十字型截面柱钢框架梁柱装配式节点，包括梁柱连接节点和双槽钢插板节点，所述梁柱连接节点包括十字型截面柱、H型截面梁、梁上翼缘连接板、梁下翼缘连接板、双腹板连接板、翼缘连接板加劲肋和十字型截面柱加劲肋，所述双槽钢插板节点包括空间斜撑竖向节点板、双槽钢插板和圆支管空间斜撑。
进一步的，双槽钢插板相背设置，在圆支管空间斜撑上开两处插槽，将双槽钢插板插入插槽中，然后用焊缝将圆支管空间斜撑与双槽钢插板进行三面围焊连接。
进一步的，在梁柱连接节点中梁上下翼缘处设置十字型截面柱加劲肋，十字型截面柱加劲肋与十字型截面柱焊接连接，在两块十字型截面柱加劲肋之间设置空间斜撑竖向节点板，空间斜撑竖向节点板与上下两块十字型截面柱加劲肋焊接连接；空间斜撑竖向节点板置于双槽钢插板间缝隙内，再结合圆支管空间斜撑的角度进行螺栓孔的定位与钻孔，双槽钢插板与空间斜撑竖向节点板通过螺栓进行连接。
进一步的，双腹板连接板焊接于十字型截面柱翼缘之上，梁上翼缘连接板焊接于十字型截面柱翼缘之上，梁上翼缘连接板靠近双腹板连接板上边缘，留有1～2mm缝隙；梁下翼缘连接板置于双腹板连接板下，位置在“梁下翼缘连接板厚度+1～2mm”处；梁上翼缘连接板和梁上翼缘连接板均在其与十字型截面柱翼缘相交处下侧设置翼缘连接板加劲肋；将H型截面梁端部的局部上翼缘和局部H型截面梁腹板上部分削除，将H型截面梁上下翼缘、腹板插入梁上翼缘连接板、梁下翼缘连接板及双腹板连接缝隙，再用螺栓将H型截面梁翼缘与梁上翼缘连接板和梁下翼缘连接板、H型截面梁腹板与双腹板连接板连接。
进一步的，十字型截面柱加劲肋、空间斜撑竖向节点板与十字型截面柱连接处均设有倒角，倒角的长度为5mm。
由于采用上述技术方案，与现有技术相比本发明的有益效果为：
1)本发明空间斜撑采用双槽钢插板节点，该节点两侧均为槽钢结构，其中，两个槽钢结构的腹板相背设置；分别与圆支管焊接连接，双槽钢合力与圆支管合力在同一轴线上，减小了附加偏心；双槽钢截面较现有的I型、单槽钢型、T型截面，具有更高的截面惯性矩，具有更强的抗弯刚度，能有效保证空间斜撑的稳定性。由于本发明空间斜撑在平面内、平面外的抗弯刚度较大，可以使整个结构的整体性和承载能力相对提高，因此可以广泛应用于重型工业厂房和建筑结构中。空间斜撑的双槽钢插板与竖向节点板均设有螺栓孔，便于加工、产业化生产、安装以及更换。
2)本发明的十字型截面柱的梁柱连接节点通过在柱翼缘上焊接双腹板连接板、上下梁翼缘连接板，且上翼缘连接板靠近双腹板连接板，下翼缘连接板与双腹板间留有满足梁翼缘插入的空间；上下翼缘连接板下侧均设有加劲肋，以提高上下翼缘连接板的板件刚度；在梁端部上翼缘和腹板上端经过切削后，双腹板与下翼缘连接板间的空隙正好满足梁端的插入，使梁端与节点板紧密吻合；框架结构中连续梁的梁端上翼缘一般受拉下翼缘受压，本发明在梁上翼缘节点板满足拉应力的同时，使梁上翼缘与梁上翼缘节点板处螺栓连接处远离柱边缘，下翼缘靠近柱翼缘处为两块钢板，避免下翼缘受压后板件失稳；本发明梁翼缘与腹板均采用螺栓在施工现场进行安装，提高了工业化生产效率，缩短了工期，节约了综合造价。
3)本发明的双槽钢空间斜撑与新型梁柱连接装配式节点相结合，通过空间斜撑的作用，有效提高了整个结构的承载能力和整体刚度；此外，本发明所有板件与十字型柱段均在工厂进行焊接连接，现场通过螺栓将节点板与梁、空间斜撑连接，避免了现场的焊接作业，提高了装配化速度，便于生产和安装，节约了项目综合造价成本。
4)空间斜撑的竖向节点板将十字型柱加劲肋一分为二，作为加劲肋的一个支撑边，减小了加劲肋的计算宽度，在外力一定的条件下，可以减小加劲肋的厚度，节约造价；在不改变加劲肋厚度的条件下，提高了整个梁柱节点的转动刚度，提高了节点的抗弯承载力。
5)梁柱节点翼缘连接板下的加劲肋提高了上下翼缘连接板的板件平面外刚度，保证了上下翼缘板的应力分布均匀性，提高了整个梁柱节点的转动刚度，提高了节点的抗弯承载力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明保护的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的整体三维结构示意图；
图2为本发明的拼装示意图；
图3为本发明十字型截面柱大样图；
图4为本发明H型截面梁大样图；
图5为本发明梁上翼缘连接板大样图；
图6为本发明梁下翼缘连接板大样图；
图7为本发明双腹板连接板大样图；
图8为本发明梁翼缘连接板加劲肋大样图；
图9为本发明螺栓大样图；
图10为本发明十字型截面柱加劲肋大样图；
图11为本发明空间斜撑竖向节点板大样图；
图12为本发明双槽型插板大样图；
图13为本发明空间斜撑圆支管大样图；
附图中，各标号所代表的部件如下：
1-十字型截面柱，2-H型截面梁，3-梁上翼缘连接板，4-梁下翼缘连接板，5-双腹板连接板，6-翼缘连接板加劲肋，7-螺栓，8-十字型截面柱加劲肋，9-空间斜撑竖向连接板，10-双槽型插板，11-空间斜撑圆支管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-13所示，本发明的钢柱为十字型截面钢柱，钢梁为H型截面钢梁；其中钢梁端部对上翼缘和腹板进行切削，将钢梁端部插入节点板空隙中；上翼缘连接板与双腹板连接板紧贴，下翼缘连接板与双腹板连接板保留稍大于钢梁下翼缘厚度的安装缝隙。
其中，本发明的梁柱连接部位均为螺栓连接，在腹板和翼缘连接板、钢梁腹板与翼缘部位均设有螺栓孔；钢梁上翼缘置于上翼缘连接板之上，钢梁下翼缘置于下翼缘连接板之上，钢梁腹板插入双腹板连接板之间；腹板与翼缘连接板通过焊接连接于十字型截面柱，翼缘加劲肋焊接连接于十字型截面柱。
其中，十字型截面柱加劲肋通过焊接连接置于钢梁翼缘处，在柱加劲肋中间设置空间斜撑竖向节点板；在空间斜撑圆支管上切出插槽，双槽钢插板插入空间斜撑圆支管插槽中，并用焊接进行三面围焊连接；双槽钢插板与竖向节点板均设螺栓孔，将两者螺栓连接。
其中，插槽沿空间斜撑圆支管的中性轴方向开设；空间斜撑圆支管的端部与两个槽钢结构的腹板通过三面围焊连接；螺栓的规格尺寸、数量均需满足构造及受力要求；加劲肋、节点板、梁翼缘和腹板连接板均需满足构造及受力要求。
实施例
本发明的带空间斜撑的十字型柱梁柱连接装配式节点包括梁柱连接节点和双槽钢插板节点，梁柱连接节点包括十字型截面柱1、H型截面梁2、梁上翼缘连接板3、梁下翼缘连接板4、双腹板连接板5、翼缘连接板加劲肋6和十字型截面柱加劲肋8，双槽钢插板节点包括空间斜撑竖向节点板9、双槽钢插板10和圆支管空间斜撑11；梁上翼缘连接板3、梁下翼缘连接板4与双腹板连接板5通过焊接与十字型截面柱1固定，固定位置通过梁设计标高确定，双腹板连接板5中间空隙为“H型截面梁2腹板厚度+1～2mm”，梁上翼缘连接板3与双腹板连接板5上端紧贴，梁下翼缘连接板4与双腹板连接板5留有“H型截面梁2下翼缘厚度+1～2mm”空隙，以保证安装成功；梁翼缘连接板加劲肋6通过焊接分别与梁上翼缘连接板3和十字型截面柱1翼缘、梁下翼缘连接板4和十字型截面柱1翼缘固定；H型截面梁2的上翼缘和腹板经过削切，如图3所示，将H型截面梁2插入双腹板连接板5与梁上翼缘连接板3、梁下翼缘连接板4形成的卡槽中，H型截面梁2上翼缘置于梁上翼缘连接板3之上，H型截面梁2腹板置于双腹板连接板5之间，H型截面梁2下翼缘置于梁下翼缘连接板4之上，并通过螺栓7分别将H型截面梁2的翼缘与腹板和梁上翼缘连接板3、梁下翼缘连接板4与双腹板连接板5连接，形成梁柱节点；十字型截面柱加劲肋8设置在H型截面梁2上下翼缘平行部位，通过焊接与十字型截面柱1的腹板和翼缘固定；空间斜撑竖向节点板9结合空间斜撑圆支管11的角度垂直设置在上下两块十字型柱加劲肋8之间，焊接固定；空间斜撑圆支管11切削出两个插槽，插槽厚度为“双槽钢插板10腹板厚度+1～2mm”，插槽长度经过计算和构造确定，双槽钢插板10插入开好插槽的空间斜撑圆支管11中，通过在双槽钢插板10与空间斜撑圆支管11连接部位三面围焊固定；在空间斜撑竖向节点板9和双槽钢插板10上设置螺栓孔，用螺栓固定。开孔的直径根据受力计算得到的螺栓直径大1mm～2mm。焊缝的尺寸计算根据中华人民共和国国家标准《钢结构设计标准GB50017-2017》中规定的焊缝受力计算。螺栓孔的间距、边距、大小及数量满足中华人民共和国国家标准《钢结构设计标准GB50017-2017》。应注意到连接板、加劲肋、插板等板件的位置、数量及角度根据工程实际应用布置设计，且各个构件尺寸同等比例的放大缩小。
由上述可知，本发明具有以下优点：
1、节点抗弯刚度加强，结构整体刚度提高
空间斜撑的设置增加了节点的约束自由度，提高了结构的刚度；双槽钢插板节点较常用的I型、T型、单槽钢插板节点截面惯性矩大，提高了插板节点的抗弯刚度。
2、梁柱节点域刚度加强
在十字型柱加劲肋中间设置竖向空间斜撑节点板，节点板与加劲肋互为约束，减小了板件稳定计算跨度，提高了板件的稳定承载力，从而增加了节点域的刚度。
3、梁柱节点构造简单，安装方便
梁翼缘连接板和腹板连接板在工厂焊接于十字型柱翼缘之上，梁端部经过削切后，在施工现场可以直接插入连接板空隙之中，然后通过螺栓连接，安装方便，施工速度快。
4、节点装配式程度高
整个节点全部采用螺栓连接，易更换拆卸维修，施工方便，加工简单，成本低，装配化程度高。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
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