一种采用全螺栓连接的装配式桁架梁钢束筒结构体系的制作方法

1.本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种采用全螺栓连接的装配式桁架梁钢束筒结构体系。


背景技术：

2.目前，装配式钢结构主要采用栓焊连接，但焊接天然具有一些缺陷，如：不够绿色环保，对施工人员伤害较大；焊缝易发生腐蚀，质量不容易控制；不利于装配化率的进一步提高等等。因此在可能的情况下，装配式钢结构更推荐采用螺栓来进行连接，此是其一；其二，钢材自身材料性能优异，且属于延性材料，因此相较于钢
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混结构，它具有更小的梁柱截面的同时却有着更好的力学性能，可以使建筑物的空间利用率更高，但与之伴随的是大跨度钢结构运输难、施工难的问题。
3.同时现有的装配式钢结构螺栓组装钢结构，在使用时，整体结构较为复杂，需要在高空需要组装螺栓过多，同时螺栓均需要一一安装，工作量大，操作难度大，导致现场施工困难，给施工人员带来了困扰基于此，研究一种采用全螺栓连接的装配式桁架梁钢束筒结构体系是必要的。


技术实现要素：

4.针对现有设备存在的缺陷和问题，本发明提供一种采用全螺栓连接的装配式桁架梁钢束筒结构体系，有效的解决了现有设备中存在的现有钢桁架运输困难，施工难度大，尤其在高空作业量大的问题。
5.本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种采用全螺栓连接的装配式桁架梁钢束筒结构体系， 包括桁架梁单元、立柱单元和节点单元；所述桁架梁单元包括上弦杆、下弦杆和腹杆；上弦杆和下弦杆之间通过腹杆连接在一起，并在上弦杆和下弦杆的两端设置有对应的安装孔；所述节点单元包括中节点柱和中节点板；所述中节点板固定在中节点柱的上下两端；并在中节点板上设置有与所述安装孔适配装配孔，使上弦杆和下弦杆的端部能通过螺栓固定在中节点板上；所述立柱单元包括交替设置的连接柱和边节点柱；所述边节点柱之间或与中节点柱之间连接有桁架梁单元形成桁架层；所述边节点柱的上下两端设置有边节点板，所述连接柱的上下两端设置有连接板，连接板与所述边节点板适配，并在连接板与边节点板上设置有与所述安装孔适配的连接孔，使连接板、边节点板与上弦杆或下弦杆的端部通过同一螺栓固定连接在一起。
6.进一步的，所述连接柱包括能对接连接在一起的上连接柱和下连接柱，其中上连接柱的上端设置有连接板，其下端设置有对接板，下连接柱的下端设置有连接板，其上端设置有对接板，两对接板适配，并设置有对应的通孔。
7.进一步的，所述上连接柱上设置有螺栓固定架，所述螺栓固定架包括上固定套、顶丝和连接螺栓；所述上固定套匹配套装在上连接柱上，其侧面设置有贯穿其侧壁的顶丝；上固定套的下端部均布有耳板，所述连接螺栓固定在耳板上，并与对接板上的通孔一一对应。
8.进一步的，所述下连接柱上设置有螺母固定架，所述螺母固定架包括下固定套、顶丝、套筒和螺母；所述下固定套套装在下连接柱上，其侧面设置有贯穿其侧壁的顶丝，上固定套的上端部均布有耳板，耳板活动套装有与通孔一一对应的套筒，套筒的端部设置有螺母，螺母的外径比通孔大。
9.进一步的，所述桁架梁单元包括l形的弦杆和l形的腹杆；两根弦杆拼接并通过螺栓连接固定在一起中部具有腹板的上弦杆和下弦杆；所述腹杆通过螺栓对应固定在腹板的两侧。
10.进一步的，所述安装孔设置有两组，并对称设置在腹板的两侧。
11.进一步的，所述连接板和边节点板上均设置有对应的连接孔和固定孔，所述固定孔用于将连接板和边节点板固定组装在一起，连接孔用于装配上弦杆和下弦杆。
12.进一步的，所述边节点柱和中节点柱均为方柱结构，且当上弦杆和下弦杆在装配完成后，两者端部侧面顶触在方柱的平面上。
13.本发明的有益效果：本发明针对现有结构中存在的缺陷，提供了一种全螺栓组装的装配式桁架结构，其包括了桁架梁单元、立柱单元和节点单元，其中桁架梁单元作为基本的连接单元，其以l形的角钢为基本组成单元，通过两两拼接的方式形成上弦杆和下弦杆，上弦杆和下弦杆均为t形结构，其中部具有腹板结构，并为l形的腹杆提供了安装区域，通过螺栓将腹杆安装在腹板上，本发明中腹杆首尾交错设置，从而形成了无焊接的全螺栓桁架梁。
14.本发明节点单元作为连接各桁架梁的中间结构，其设置有中节点板和中节点柱，中节点板向中节点柱外延伸并形成安装区域，上弦杆和下弦杆的腹板两侧设置有安装孔，且上弦杆与下弦杆的间距与两中节点板的间距相同，并通过该安装孔将其通过螺栓安装在中节点板上，形成了具有连续结构的桁架层结构。
15.立柱单元分布在外围区域，且两两间隔等距，其包括了连接柱和边节点柱，边节点柱与中节点柱高度相同，其边节点板与中节点板相互对应，并通过桁架梁连接在一起；在边节点柱的下部设置连接柱。
16.在具体实施时，连接柱包括两个可以相互对接的上连接柱和下连接柱，从而使上连接柱、下连接柱、边节点柱和桁架层结构形成了一个基本单元来进行整体装配，大大的降低了高空作业的工作量。
17.由此，本发明可通过全螺栓进行组合装配，便于工厂定制化，模块化施工，且现场易于装配，结构便于拆卸回收和组合装配，可重复周转使用，全部由螺栓连接而成，没有焊接作业，可有效减少焊接作业所产生的粉尘、毒气、高频磁场等危害，使得整个作业过程更加绿色环保；同时避免焊缝易锈蚀的问题，使得施工质量更为可控，且施工周期短，采用全螺栓连接，施工装配快捷便利，提高了装配式钢结构建筑的装配化率，为一些需要快速完成的工程项目以及一些抢险类工程项目提供了新的选择，适用面广。
附图说明
18.图1为本发明的结构示意图。
19.图2为桁架层单元的结构示意图。
20.图3为图2的爆炸图。
21.图4为桁架梁单元的结构示意图。
22.图5为图4的爆炸图。
23.图6本发明的立体结构示意图。
24.图7为图6的俯视图。
25.图8为图6的正视图。
26.图9为螺栓固定架和螺母固定架的结构示意图。
27.图10为螺栓固定架和螺母固定架的组合状态图。
28.图11为螺栓固定架和螺母固定架的中间状态图。
29.图中的标号为：1为边节点柱，11为边节点板，2为连接柱，21为上连接柱，22为下连接柱，23为连接板，24为对接板，3为中节点柱，31为中节点板，4为桁架梁单元，41为腹杆，42为腹板，43为上弦杆，44为下弦杆，5为螺栓固定架，51为上固定套，52为顶丝，53为连接螺栓，6为螺母固定架，61为下固定套，62为套筒，63为下螺母，64为挡套或上螺母。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
31.实施例1：本实施例旨在提供一种采用全螺栓连接的装配式桁架梁钢束筒结构体系，主要用于装配式桁架结构，针对现有设备中多采用栓焊连接，整体装配可拆卸程度低，一些部件损坏无法更换，且整体组装运输成本高，施工困难，基于此，本实施例提供了一种采用全螺栓连接的装配式桁架梁钢束筒结构体系。
32.如图1中所示，一种采用全螺栓连接的装配式桁架梁钢束筒结构体系， 包括桁架梁单元4、立柱单元和节点单元； 桁架梁单元4作为连接结构，其分布在节点单元之间，并将各节点单元与立柱单元连接，立柱单元分布在外围，并处于同一标高处。
33.在具体实施时，桁架梁单元4包括l形的弦杆和l形的腹杆；两根弦杆拼接并通过螺栓连接固定在一起中部具有腹板42的上弦杆43和下弦杆44；所述腹杆41通过螺栓对应固定在腹板42的两侧，且腹杆41呈首尾交错分布在两平行的弦杆之间；桁架梁单元4作为基本的连接单元，其以l形的角钢为基本组成单元，通过两两拼接的方式形成上弦杆43和下弦杆44，上弦杆43和下弦杆44均为t形结构，其中部具有腹板42结构，并为l形的腹杆提供了安装区域，通过螺栓将腹杆安装在腹板上，从而形成了无焊接的全螺栓桁架梁，桁架梁在拼接过程汇总，可以通过调整杆件尺寸、螺栓孔的位置、数量可实现广泛的力学性能要求。
34.在具体实施时，桁架梁单元4包括上弦杆43、下弦杆44和腹杆41；上弦杆43和下弦杆44平行设置，其在两者之间通过腹杆41连接在一起，在上弦杆44和下弦杆43的两端设置有对应的安装孔，安装孔设置有两组，并对称设置在腹板42的两侧，上弦杆、下弦杆之间存在空隙，能够集成安装建筑物风水电等管线，本实施例桁架梁天然属于一种集成桁架，使得建筑物承重结构与设备管线系统更加协调统一。
35.节点单元包括中节点柱3和中节点板31；中节点板31固定在中节点柱3的上下两端；并在中节点板31上设置有与所述安装孔适配装配孔，使上弦杆43和下弦杆44的端部能通过螺栓固定在中节点板31上；本实施例中节点单元将各桁架梁单元连接，降低了整体的长度，便于运输和安装，在具体实施时可以根据需要设置了三角节点或者十字节点状结构。
36.节点单元作为连接各桁架梁的中间结构，其设置有中节点板31和中节点柱3，中节
点板31向中节点柱3外延伸并形成安装区域，上弦杆和下弦杆的腹板两侧设置有安装孔，且上弦杆与下弦杆的间距与两中节点板的间距相同，并通过该安装孔将其通过螺栓安装在中节点板上，形成了具有连续结构的桁架层结构。
37.立柱单元包括交替设置的连接柱2和边节点柱1；边节点柱1之间或与中节点柱3之间连接有桁架梁单元形成桁架层；所述边节点柱1的上下两端设置有边节点板11，连接柱2的上下两端设置有连接板23，连接板23与所述边节点板11适配，并在连接板23与边节点板11上设置有与所述安装孔适配的连接孔，使连接板、边节点板与上弦杆或下弦杆的端部通过同一螺栓固定连接在一起。
38.本实施例中连接螺栓可采用摩擦型高强螺栓，结构安全裕度较高，当接触面出现滑动，结构仍可依靠螺栓杆与钢板孔壁之间的直接挤压作用提供承载力，使得结构本身具有一定的耗能储备，有利于结构的抗震，且拼接桁架钢材的各接触面可采用喷砂或抛丸工艺处理，保证节点处摩擦面提供足够的摩擦力。
39.本实施例中边节点柱1与中节点柱3基本适配，并与桁架梁单元4连接，在于连接柱连接形成钢束筒结构，钢束筒的大小可根据需要调整，平面内也可设置多个钢束筒组合在一起，形成整体刚度更大的结构体系，整体结构体系全部由螺栓连接而成，使得该结构体系可以随时进行拆卸，回收利用，施工装配快捷便利，进一步提高了装配式钢结构建筑的装配化率，为一些需要快速完成的工程项目以及一些抢险类工程项目提供了新的选择，适用面广。
40.本实施例在生产制造过程中，以标准件为基本单元，在工厂内将各模块化杆件、链接节点、连接柱预制完成，各构件上螺栓、螺栓孔大小、种类、位置，可根据实际需要调整。当螺栓与螺栓孔间隙较大时，螺栓安装应装入垫片，保证各接触面之间的有效摩擦力；在运输至现场后进行螺栓安装，完成整个结构的拼装，与传统钢结构建筑相比，本实施例所提供的一种采用全螺栓连接的装配式桁架梁钢束筒结构体系可预制生产、运输便捷，施工简单，质量易控，可拆卸回收，实用性强，适用性广，便于工厂定制化、模块化施工，且易于现场装配，且可根据具体设计施工要求，对结构体系各构件的尺寸，节点的分布等进行调整，结构灵活实用。
41.综上所述，本发明所涉及的一种采用全螺栓连接的装配式桁架梁钢束筒结构体系，主要是一种新型可定制化、模块化生产，运输便捷、施工便利的装配式钢结构体系，提高了装配式钢结构建筑的装配效率，同时具有绿色环保、安全可靠、可回收利用等优点，为装配式钢结构建筑结构体系的发展提供了新的方向。
42.实施例2：本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：本实施例对连接柱2的结构进一步说明。
43.本实施例中连接柱2包括能对接连接在一起的上连接柱21和下连接柱22，其中上连接柱21的上端设置有连接板23，其下端设置有对接板24，下连接柱22的下端设置有连接板，其上端设置有对接板24，两对接板适配，并设置有对应的通孔。
44.本实施例中连接柱为可分体结构， 在具体施工时将上连接柱21和下连接柱22分别与边节点柱1连接，并将桁架梁单元与中节点柱装配连接，使各构件之间能够形成一个桁架层单元，并以此为单元逐步提升高度形成钢束筒。
45.本实施例在具体组装施工时，首先将l形的弦杆分别对接组装为上弦杆和下弦杆，
将l形的腹杆组装在上弦杆和下弦杆上形成桁架梁单元，将上弦杆和下弦杆的两端对应的组装在中节点柱上，周边的弦杆端部与边节点板、连接板对接，三板上的孔对应后，并通过同一螺栓进行固定连接，从而能够形成一个结构稳定的桁架层单元，此结构能在地面施工，并整体吊装至高处，并利用上连接柱与下连接柱的对接板进行对接，将桁架层单元连接。
46.实施例3：本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：本实施例中在面对上连接柱与下连接柱之间连接螺栓过多，且多处于高空作业状态，施工困难，工作量大的问题，本实施例为此设置了螺栓固定架和螺母固定架来降低高空作业过程中螺栓施工难的问题。
47.具体的结构中，本实施例在上连接柱上设置有螺栓固定架5，螺栓固定架5包括上固定套51、顶丝52和连接螺栓53；上固定套51匹配套装在上连接柱21上，其侧面设置有贯穿其侧壁的顶丝52，通过顶丝52能固定上固定套21的位置，并在必要时对上固定套51的位置进行调整；上固定套51的下端部均布有耳板，连接螺栓53固定在耳板上，并与对接板上的通孔一一对应。
48.针对上连接柱与下连接柱之间的螺栓连接问题，本实施例将连接螺栓固定装配在一起，且匹配套装在连接柱上，连接柱为方柱结构，使上固定套51仅能沿连接柱定向滑动，使连接螺栓53与对接板24上的通孔始终对应，可轻松实现全螺栓的对接，且施工人员无须携带连接螺栓，全部连接螺栓53通过上固定套51临时固定在连接柱上，并通过顶丝52固定位置，在对接板对应完毕后，释放顶丝，即可将连接螺栓53全部一次性的套装在通孔内，相比传统的逐一安装连接螺栓的方式，大大降低了高空操作连接螺栓的难度，提高了施工效率。
49.同时下连接柱22上设置有螺母固定架6，螺母固定架6包括下固定套61、顶丝、套筒62和螺母；下固定套61套装在下连接柱22上，其侧面设置有贯穿其侧壁的顶丝，上固定套61的上端部均布有耳板，耳板活动套装有与通孔一一对应的套筒62，套筒62的端部设置有螺母，螺母的外径比通孔大，实施时套筒上部可以为挡套或上螺母64，下部为下螺母63。
50.当连接螺栓53装配完毕后，需要逐一的将螺母连接在连接螺栓上，传统的施工工艺为工人携带螺母，并逐一进行装配，这种方式需要施工人员携带大量的螺母进行组合装配，且现有的组合方式为单螺母，连接强度低，本实施例可以采用套筒上部为挡套，下部为下螺母63的方式，这种结构能够让连接螺栓进入挡套和套筒内，并与下部的螺母螺纹连接，由于套筒能够沿固定套升降，从而能逐一的对螺母进行旋拧，无须人为携带螺母，降低了高空的施工难度，这种实施方式中下部的下螺母63主要主用式为电动工具提供旋拧部位，而连接螺栓的下部处于套筒内。
51.现有方式中如果施加双螺母，对于现有的施工方式施工量太大，基于此，本实施例在下连接柱上设置了整体装配的螺母固定架6，螺母固定架6上设置了可靠升降的下固定套，并以下固定套为基础装配了可自由升降的套筒62，套筒62的两端部设置了螺母，首先通过下固定套将螺母整体移动至连接螺栓底部，首先旋拧其中一个螺母（优先通过电动工具旋拧底部的螺母，底部的螺母上部设置挡台，以便定位工具皮头），由于套筒结构为中空结构，连接螺栓能够进入其中，且自由提升高度，在下固定套临时固定的情况下能够在一定范围内将螺母逐一旋拧在连接螺栓上，然后逐步提升高度，将下螺母旋拧在连接螺栓上；本实施例中双螺母同步连接在连接螺栓上，连接强度大，具有防松动功能，桁架结构更加稳固。
52.实施例4：本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：本实施例对连接板23和边节
点板11的结构进一步说明。
53.本实施例中在连接板23和边节点板11上均设置有对应的连接孔和固定孔，固定孔用于将连接板和边节点板固定组装在一起，连接孔用于装配上弦杆和下弦杆；边节点柱和中节点柱均为方柱结构，且当上弦杆和下弦杆在装配完成后，两者端部侧面顶触在方柱的平面上。
54.本实施例中连接板能够与边节点板通过固定孔预先固定在一起，并使连接孔对应，操作更加简单，便于装配。