一种h型钢结构榫卯自锁连接系统及其施工方法
阅读说明：本技术 一种h型钢结构榫卯自锁连接系统及其施工方法 (Tenon-and-mortise self-locking connecting system of H-shaped steel structure and construction method thereof ) 是由 屈交胜 潘启中 马倩玲 于 2021-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及建筑施工技术领域,公开了一种H型钢结构榫卯自锁连接系统及其施工方法,包括：钢柱,连接于钢柱的横梁,用于连接钢柱和横梁的榫卯构件；榫卯构件包括相互卡合连接的榫头和榫槽,榫头设置于横梁长度方向的两端,包括端面为倾斜斜面的腹板、设置于腹板上侧和下侧的翼缘板和设于腹板侧面的榫板,榫板的外侧面为与腹板端面平行的倾斜斜面,榫板底面为Z字型折线结构；榫槽包括两个背向对称设置的C型钢结构,两个C型钢结构之间留有空隙,空隙内、C型钢结构内侧设置有斜榫凹槽,斜榫凹槽的内侧面为倾斜斜面,斜榫凹槽顶面为Z字型折线结构,空隙内设有用于防止腹板向内侧位移的封堵板,封堵板抵触至榫板外侧面和/或腹板端面。(The invention relates to the technical field of building construction, and discloses an H-shaped steel structure mortise and tenon self-locking connection system and a construction method thereof, wherein the construction method comprises the following steps: the steel column is connected with the beam of the steel column and is used for connecting the mortise and tenon components of the steel column and the beam; the tenon-and-mortise components comprise tenons and mortises which are mutually clamped and connected, the tenons are arranged at two ends of the length direction of the beam and comprise webs, flange plates and tenons, the end surfaces of the webs are inclined planes, the flange plates are arranged on the upper sides and the lower sides of the webs, the tenons are arranged on the side surfaces of the webs, the outer side surfaces of the tenons are inclined planes parallel to the end surfaces of the webs, and the bottom surfaces of the tenons are of Z-shaped broken line structures; the tongue-and-groove includes the C shaped steel structure that two back to back symmetries set up, leaves the space between two C shaped steel structures, in the space, C shaped steel structure inboard is provided with the oblique tenon recess, and the medial surface of oblique tenon recess is the slope inclined plane, and oblique tenon recess top surface is Z style of calligraphy broken line structure, is equipped with in the space to be used for preventing the shutoff board of web inboard displacement, and the shutoff board is contradicted to tenon board lateral surface and/or web terminal surface.)
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域，特别是涉及一种H型钢结构榫卯自锁连接系统及其施工方法。
背景技术
目前，装配式建筑具有环保、施工速度快等优点，成为未来建筑发展的重要方向之一，目前国家正在大力推行装配式建筑并发展建筑产业化以改善环境并控制能耗。装配式钢结构是装配式建筑的重要组成部分之一，以往在装配式钢结构中，梁柱节点主要采用焊接方式连接，依靠焊缝传递梁柱之间的力。这种节点焊接质量要求高、施工复杂、焊接质量受人为影响因素大、焊缝及焊缝周围的残余应力大、抗震性能受焊缝影响大，同时因为梁辅助节点传力的加强环尺寸大不便于运输；为此，本发明提出装配式钢结构的梁柱榫卯式节点结构用于解决上述问题。
发明内容
本申请提供了一种H型钢结构榫卯自锁连接系统及其施工方法，以解决现有装配建筑工艺要求高、施工复杂、焊接质量受人为影响因素大、焊缝及焊缝周围的残余应力大、抗震性能受焊缝影响大，同时因为梁辅助节点传力的加强环尺寸大而不便于运输的问题。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种H型钢结构榫卯自锁连接系统及其施工方法，包括：钢柱，连接于所述钢柱的横梁，用于连接钢柱和横梁的榫卯构件；所述榫卯构件包括相互卡合连接的榫头和榫槽，榫头设置于横梁长度方向的两端，包括端面为倾斜斜面的腹板、设置于腹板上侧和下侧的翼缘板和设于所述腹板侧面的榫板，榫板的外侧面为与腹板端面平行的倾斜斜面，榫板底面为Z字型折线结构，包括从左向右依次连接的第一凸起部、第一倾斜部和第一凹陷部；所述榫槽包括两个背向对称设置的C型钢结构，两个所述C型钢结构之间留有空隙，空隙内、C型钢结构内侧设置有斜榫凹槽，所述斜榫凹槽的内侧面为倾斜斜面，斜榫凹槽顶面为Z字型折线结构，包括从左向右依次连接的第二凹陷部、第二倾斜部和第二凸起部，所述第二凹陷部、第二倾斜部和第二凸起部分别与榫板底面的第一凸起部、第一倾斜部和第一凹陷部对应贴合设置，所述空隙内设有用于防止所述腹板向内侧位移的封堵板，所述封堵板抵触至榫板外侧面和/或腹板端面。
本申请的一些实施例中，所述C型钢结构靠近钢柱的一侧设置有端板，所述端板上竖向设置有多个螺孔，螺孔和钢柱间穿设有高强螺栓，用于将C型钢结构沿水平方向固定于钢柱的侧面。
本申请的一些实施例中，所述榫板的外侧面和斜榫凹槽的内侧面的倾斜角度一致，上下拼合成同一朝向远离钢柱的方向斜向下倾斜的斜面。
本申请的一些实施例中，上下侧所述翼缘板和C型钢结构的上下底板的相对位置沿水平方向均设置有螺孔，螺孔内穿设有高强螺栓。
本申请的一些实施例中，所述横梁和C型钢结构的底部设置有连接板，连接板两侧顶面分别抵接在两C型钢结构底面和下侧所述翼缘板底面，所述连接板沿水平方向设置有多个螺孔，螺孔和横梁、螺孔和C型钢结构之间穿设有高强螺栓。
本申请的一些实施例中，所述榫板对称设置于腹板两侧，斜榫凹槽对称设于两侧C型钢结构背板上，所述榫板和斜榫凹槽的厚度一致，所述空隙厚度与所述封堵板厚度一致，所述斜榫凹槽之间的空隙厚度与腹板的厚度一致。
本申请的一些实施例中，所述榫板对称设置于腹板单侧，斜榫凹槽设于单侧C型钢结构背板上，所述榫板和斜榫凹槽的厚度一致，所述空隙厚度与所述封堵板厚度一致，所述斜榫凹槽与另侧C型钢结构背板间距与腹板的厚度一致。
本申请的一些实施例中，所述榫卯构件设于钢柱的拼接位置，两个所述钢柱的拼接端分别设置有限位凸起和定位凹陷，所述限位凸起的高度和定位凹陷的深度一致，限位凸起嵌入至定位凹陷内。
本申请的一些实施例中，所述C型钢结构的上下两端、与端板之间焊接有加劲肋。
本申请的一些实施例中，所述施工方法包括如下步骤：
S1、制作榫头和榫槽：先确定原材料的钢号及规格，然后依次进行放样、编号、切割、矫正及成型，制作出所需规格的榫板和斜榫凹槽，再将榫板和斜榫凹槽分别固定在横梁两端和两个C型钢结构的空隙间、C型钢结构的内侧壁上；
S2、钢构件与连接件连接：将斜榫凹槽的待连接端焊接于榫槽的空隙内，并在焊接结束后彻底清除焊缝及其两侧焊渣、飞溅和焊瘤等；
S3、超声波探伤：生产加工过程中每个焊接环节完成后，运用超声波探伤技术对所有焊缝进行检测，保证焊接质量良好；
S4、构件运输：将生产加工检测完成的构件包装完整后从厂房运至施工现场；
S5、榫卯连接：通过吊装操作将榫头自榫槽上端开口插入榫槽底部，使其位置卡定，且榫板和斜榫凹槽相互扣合紧密，第一凸起部、第一倾斜部和第一凹陷部与第二凸起部、第二倾斜部和第二凹陷部沿榫板的底面和斜榫凹槽的顶面依次对应接触，相互卡和；
S6、螺栓连接：通过采用高强螺栓和连接板将榫卯构件连接，进一步限制榫头在榫槽内滑动，确保连接牢靠。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
1 .本发明提出的装配式钢结构的梁柱榫卯式节点结构在结构实现柱体与梁体之间的榫卯式连接，并通过榫卯部位设置高强螺栓加固，达到结构自锁紧的同时满足国家规范要求； 同时该榫卯结构在地震波作用下具备自动归位的功能
2 .本发明提出的装配式钢结构的梁柱榫卯式节点结构施工过程相较于焊接施工，操作更加简便，且无需携带较多工具即可实现钢结构梁柱对接固定，减小工人的劳动量，且降低对工人的专业技能的要求。
3. 本发明提供了一种结构简单、连接可靠、施工方便且能耗少的钢构件榫卯连接件及其连接方法。本专利的技术优势是节点的构件互换性更强，现场无焊接，更便于工厂流水生产标准构件。标准化的节点和全栓接节点进一步做到现场节点安装机械化和智能化，可配合目前的智能安装机器进行远程安装。
4.本发明提供了一种榫卯节点结构是特殊柔性结构体，不但可以承受较大的荷载，而且允许产生一定的变形，在地震荷载下通过变形抵消一定的地震能量，减小结构的地震响应。同时通过中间段的安装避免了梁柱直接刚性连接，降低了结构的声燥的传递，具备部分隔音效果。
附图说明
图1是本发明实施例整体结构示意图；
图2是本发明实施例整体结构侧视示意图；
图3是本发明实施例榫头剖视图；
图4是本发明实施例榫槽剖视图；
图5是本发明实施例横梁侧视图；
图6是本发明实施例钢柱拼接示意图。
图中，100、钢柱；110、限位凸起；120、定位凹陷；200、横梁；300、榫卯构件；310、榫头；311、腹板；312、翼缘板；320、榫槽；321、C型钢结构；322、端板；323、加劲肋；324、封堵板；330、榫板；331、第一凸起部；332、第一倾斜部；333、第一凹陷部；340、斜榫凹槽；341、第二凸起部；342、第二倾斜部；343、第二凹陷部；350、连接板；400、螺孔；500、高强螺栓。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
如图1-6所示，根据本申请的一些实施例中，一种H型钢结构榫卯自锁连接系统及其施工方法，包括：钢柱100，连接于钢柱100的横梁200，用于连接钢柱100和横梁200的榫卯构件300；榫卯构件300包括相互卡合连接的榫头310和榫槽320，榫头310设置于横梁200长度方向的两端，包括端面为倾斜斜面的腹板311、设置于腹板311上侧和下侧的翼缘板312和设于腹板311侧面的榫板330，榫板330的外侧面为与腹板311端面平行的倾斜斜面，榫板330底面为Z字型折线结构，包括从左向右依次连接的第一凸起部331、第一倾斜部332和第一凹陷部333；榫槽320包括两个背向对称设置的C型钢结构321，两个C型钢结构321之间留有空隙，空隙内、C型钢结构321内侧设置有斜榫凹槽340，斜榫凹槽340的内侧面为倾斜斜面，斜榫凹槽340顶面为Z字型折线结构，包括从左向右依次连接的第二凹陷部343、第二倾斜部342和第二凸起部341，第二凹陷部343、第二倾斜部342和第二凸起部341分别与榫板330底面的第一凸起部331、第一倾斜部332和第一凹陷部333对应贴合设置，空隙内设有用于防止腹板311向内侧位移的封堵板324，封堵板324抵触至榫板330外侧面和/或腹板311端面。
根据本申请的一些实施例中，C型钢结构321靠近钢柱100的一侧设置有端板322，端板322上竖向设置有多个螺孔400，螺孔400和钢柱100间穿设有高强螺栓500，用于将C型钢结构321沿水平方向固定于钢柱100的侧面。
根据本申请的一些实施例中，榫板330的外侧面和斜榫凹槽340的内侧面的倾斜角度一致，上下拼合成同一朝向远离钢柱100的方向斜向下倾斜的斜面。
根据本申请的一些实施例中，上下侧翼缘板312和C型钢结构321的上下底板的相对位置沿水平方向均设置有螺孔400，螺孔400内穿设有高强螺栓500。
根据本申请的一些实施例中，横梁200和C型钢结构321的底部设置有连接板350，连接板350两侧顶面分别抵接在两C型钢结构321底面和下侧翼缘板312底面，连接板350沿水平方向设置有多个螺孔400，螺孔400和横梁200、螺孔400和C型钢结构321之间穿设有高强螺栓500。
根据本申请的一些实施例中，榫板330对称设置于腹板311两侧，斜榫凹槽340对称设于两侧C型钢结构321背板上，榫板330和斜榫凹槽340的厚度一致，空隙厚度与封堵板324厚度一致，斜榫凹槽340之间的空隙厚度与腹板311的厚度一致。
根据本申请的一些实施例中，榫板330对称设置于腹板311单侧，斜榫凹槽340设于单侧C型钢结构321背板上，榫板330和斜榫凹槽340的厚度一致，空隙厚度与封堵板324厚度一致，斜榫凹槽340与另侧C型钢结构321背板间距与腹板311的厚度一致。
根据本申请的一些实施例中，榫卯构件300设于钢柱100的拼接位置，两个钢柱100的拼接端分别设置有限位凸起110和定位凹陷120，限位凸起110的高度和定位凹陷120的深度一致，限位凸起110嵌入至定位凹陷120内。
在此需要说明的是，钢柱100拼合时，分为上层钢柱100和下层钢柱100，上层钢柱100的下端面设置有限位凸起110，下层钢柱100的上端面设置有定位凹陷120，限位凸起110包括两端的平整部、中间的凸起部、平整部和凸起部之间的过渡部；定位凹陷120包括两端的平整部、中间的凹陷部、平整部和凹陷部之间的过渡部；限位凸起110和定位凹陷120的各部分卡合，便于定位安装。
根据本申请的一些实施例中，C型钢结构321的上下两端、与端板322之间焊接有加劲肋323。
根据本申请的一些实施例中，施工方法包括如下步骤：
S1、制作榫头310和榫槽320：先确定原材料的钢号及规格，然后依次进行放样、编号、切割、矫正及成型，制作出所需规格的榫板330和斜榫凹槽340，再将榫板330和斜榫凹槽340分别固定在横梁200两端和两个C型钢结构321的空隙间、C型钢结构321的内侧壁上；
S2、钢构件与连接件连接：将斜榫凹槽340的待连接端焊接于榫槽320的空隙内，并在焊接结束后彻底清除焊缝及其两侧焊渣、飞溅和焊瘤等；
S3、超声波探伤：生产加工过程中每个焊接环节完成后，运用超声波探伤技术对所有焊缝进行检测，保证焊接质量良好；
S4、构件运输：将生产加工检测完成的构件包装完整后从厂房运至施工现场；
S5、榫卯连接：通过吊装操作将榫头310自榫槽320上端开口插入榫槽320底部，使其位置卡定，且榫板330和斜榫凹槽340相互扣合紧密，第一凸起部331、第一倾斜部332和第一凹陷部333与第二凸起部341、第二倾斜部342和第二凹陷部343沿榫板330的底面和斜榫凹槽340的顶面依次对应接触，相互卡和；
S6、螺栓连接：通过采用高强螺栓500和连接板350将榫卯构件300连接，进一步限制榫头310在榫槽320内滑动，确保连接牢靠。
综上，本发明涉及建筑施工技术领域，公开了一种H型钢结构榫卯自锁连接系统及其施工方法，包括：钢柱，连接于钢柱的横梁，用于连接钢柱和横梁的榫卯构件；榫卯构件包括相互卡合连接的榫头和榫槽，榫头设置于横梁长度方向的两端，包括端面为倾斜斜面的腹板、设置于腹板上侧和下侧的翼缘板和设于腹板侧面的榫板，榫板的外侧面为与腹板端面平行的倾斜斜面，榫板底面为Z字型折线结构；榫槽包括两个背向对称设置的C型钢结构，两个C型钢结构之间留有空隙，空隙内、C型钢结构内侧设置有斜榫凹槽，斜榫凹槽的内侧面为倾斜斜面，斜榫凹槽顶面为Z字型折线结构，空隙内设有用于防止腹板向内侧位移的封堵板，封堵板抵触至榫板外侧面和/或腹板端面，方便运输，安装时能够快速定位，结构稳定，能够提升施工效率，节省成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
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