用于钢结构与外挂墙板的环形钢-钢支托连接节点构造的制作方法

1.本实用新型属于钢结构建筑领域，具体涉及一种用于钢结构与外挂墙板的环形钢-钢支托连接节点构造，尤其适用于地震发生频率较高、设防烈度较大的区域。


背景技术：

2.我国装配式钢结构建筑正处于飞速发展的阶段，国家出台了一系列相关政策对装配式钢结构进行推广，装配式钢结构的普及已成为了一种趋势。在装配式钢结构建筑中，围护墙板是是其中一个重要的组成部分，外挂墙板作为围护墙板的一种，发展尤为迅速。为了保证外挂墙板的安全性，其与钢结构主体的连接方式对于墙板甚至整个结构的抗震性能显得尤为重要，如何提高连接节点的抗震性能以减少地震对结构的破坏是一个值得研究的课题。
3.如今，耗能减震是被广泛认同的减震理念，通过控制将输入结构的能量引入特定的构件，从而保证主体结构的安全，为结构安全增加了一道“保险丝”。钢阻尼器是耗能减震装置中的一大类，其中u型钢板是一种典型的面外弯曲耗能阻尼器，其主要通过钢板弯曲段的剪切变形实现对地震能量的消耗；低屈服钢阻尼器因其强屈比高以及延伸性能好等优良材料特性，有利于提高钢材的滞回耗能能力，在金属阻尼器等耗能减震设备中有广阔的应用前景。但目前已有的实施方案中，u型钢板主要被运用于墙板之间的连接，极少被运用于墙板与钢框架之间的连接(侯和涛,钱一乔,谢素蓉.用于装配式外挂墙板的u型钢-摩擦耗能节点及外墙体系[p].山东省：cn111519786a,2020-08-11.)；低屈服钢阻尼器的研究主要集中于构件层面，仍未大量运用于实际工程中。


技术实现要素：

[0004]
针对上述耗能阻尼器未推广至钢结构与外挂墙板连接的情况，本实用新型结合两种阻尼器的优点，提出了一种内置耗能钢片的环形连接节点。这种节点相比u型节点增加了一个弧形段，可通过两个弧形段的变形实现对地震能量的消耗，耗能能力比u型节点更为出色；同时运用低屈服钢阻尼器的原理，将低屈服耗能钢片与环形钢板焊接，通过钢片的剪切进一步耗散地震能量；高强螺栓在环形钢板长圆孔中的摩擦滑移也可达到耗能的目的。因此，可以实现当地震荷载较小时，连接节点在高强螺栓预紧力的作用下不发生滑移，环形钢板及耗能钢片不发生变形，墙板与钢框架一起运动，充分利用墙板抗侧刚度；当地震荷载较大时，连接节点发生滑移，环形钢板和耗能钢片开始发生塑性变形，消耗地震能量，保护外挂墙板。
[0005]
本实用新型至少通过如下技术方案之一实现。
[0006]
用于钢结构与外挂墙板的环形钢-钢支托连接节点构造，包括下层外挂墙板和上层外挂墙板，所述下层外挂墙板通过框架梁与上层外挂墙板连接，所述框架梁上设置有上节点连接装置和下节点连接装置；
[0007]
所述上节点连接装置包括上节点环形钢板、连接钢板及预埋件；所述上节点环形
钢板上设置至少一片以上的耗能钢片；所述连接钢板位于所述上节点环形钢板内表面，并与框架梁下翼缘接触；所述连接钢板、耗能钢片均与框架梁栓接；所述预埋件位于下层外挂墙板内，并与上节点环形钢板连接；
[0008]
所述预埋件包括螺栓套筒、锚固钢筋及预埋件钢板，所述预埋件钢板与下层外挂墙板混凝土层的分布钢筋连接，所述锚固钢筋与预埋件钢板连接；所述上节点环形钢板通过螺栓与螺栓套筒连接；
[0009]
所述下节点连接装置包括钢支托，所述钢支托与框架梁连接部位设有第一长孔，所述钢支托通过第一螺栓与框架梁紧固连接；所述钢支托与上层外挂墙板连接部位设有第二长孔，所述钢支托通过第二螺栓与上层外挂墙板紧固连接，第二螺栓上套有第一碟形弹簧；钢支托上设有第一钢肋板以及第二钢肋板。
[0010]
优选的，所述上节点环形钢板包括两段相对设置的直钢板，两段直钢板端部之间通过两段弧形板连接；所述两段直钢板上分别设置有至少一片以上的耗能钢片。
[0011]
优选的，所述上节点环形钢板的一侧直钢板开有第四长孔，上节点环形钢板通过第四螺栓与所述预埋件连接，所述第四螺栓上套有第二碟形弹簧。
[0012]
优选的，所述连接钢板、耗能钢片与框架梁连接部位设有第三长孔，所述连接钢板、耗能钢片通过第三螺栓与框架梁栓接。
[0013]
优选的，第二长孔、第一长孔、第三长孔、第四长孔的孔直径应比螺栓杆直径大1-2mm，各长孔长边的长度为孔直径的3-5倍。
[0014]
优选的，所述上节点环形钢板弯曲段直径根据钢梁尺寸的不同取80-140mm，厚度取10-16mm。
[0015]
优选的，所述外挂墙板顶部与框架梁之间的缝隙用保温材料填充。
[0016]
优选的，所述耗能钢片的材料为低屈服钢lyp100，单片耗能钢片的厚度取12-16mm，根据空间情况及负荷、变形量的要求，确定耗能钢片的片数。
[0017]
优选的，各螺栓的等级均为8.8级或10.9级。
[0018]
优选的，所述锚固钢筋为4根直径为10mm的hpb300钢筋。
[0019]
与现有的技术相比，本实用新型的有益效果为：
[0020]
本实用新型提供的耗能连接节点，在小震下，结构层间变形较小，由于螺栓预紧力的作用，表现为刚性节点、框架梁、节点和墙板统一为整体，且节点处于弹性工作的状态，可给结构提供一定的附加刚度；当地震荷载增大时，达到设计限值，墙体相对框架梁通过长圆孔沿框架梁的方向发生滑移，通过摩擦进行耗能，同时节点先于主体结构发生屈服：环形钢板的弯曲段产生变形，内置耗能钢板发生剪切变形，三种耗能方式共同作用，保护墙板，避免墙板的脆性破坏。
[0021]
本实用新型是在外挂墙板下托上拉节点以及u型钢阻尼器的基础上进行改良，当地震荷载较小时，可以通过上下节点高强螺栓预紧力保证外挂墙板与框架梁一同受力，充分利用墙板的强度和刚度；当地震荷载较大时，上下节点的高强螺栓可以在长圆孔中摩擦滑移从而延缓栓杆的受剪及墙板的受力，同时利用上节点环形钢板弯曲段的塑性弯曲变形及内置耗能钢片的剪切变形，可以进一步实现对地震能量的消耗，减小地震作用对墙板的损坏。
[0022]
本实用新型提供的耗能连接节点，采用螺栓连接和焊接的方式，避免了现场灌浆
等湿作业，节约了人力成本，加快了施工进度。
[0023]
本实用新型提供的耗能连接节点，所使用的各连接件均可拆卸及循环使用，节约了维修成本。
附图说明
[0024]
图1为本实用新型实施例的整体结构的立体示意图；
[0025]
图2为本实用新型实施例的上节点的立体细部构造图；
[0026]
图3为本实用新型实施例的上节点环形钢板及耗能钢片工作发生变形示意图；
[0027]
图4为本实用新型实施例的整体结构的平面示意图；
[0028]
图中：1-钢支托；2-上节点环形钢板；3-工字型钢梁；4-下层外挂墙板；5-上层外挂墙板；6-第二长孔；7-第一长孔；8-第一高强螺栓、9-第二高强螺栓；10-第一钢肋板；11-第二钢肋板；12-第一碟形弹簧；13-连接钢板；14-耗能钢片；15-第三长孔；17-第四长孔；16-第三高强螺栓；18-第四高强螺栓；19-第二碟形弹簧；20-螺栓套筒；21-锚固钢筋；22-预埋件钢板。
具体实施方式
[0029]
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的实用新型目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施例。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所述技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0030]
如图1和图4所示，用于钢结构与外挂墙板的环形钢-钢支托连接节点构造，包括下层外挂墙板4和上层外挂墙板5，所述下层外挂墙板4通过框架梁3与上层外挂墙板5连接，所述框架梁3上设置有上节点连接装置和下节点连接装置；
[0031]
所述上节点连接装置包括上节点环形钢板2、连接钢板13及预埋件；所述上节点环形钢板2上设置至少一片以上的耗能钢片14；所述连接钢板13焊接于所述上节点环形钢板2内表面，并与框架梁下翼缘接触。所述连接钢板13、耗能钢片14均与框架梁栓接；
[0032]
所述上节点连接装置包括上节点环形钢板2、连接钢板13及预埋件；所述上节点环形钢板2包括两段相对设置的直钢板，两段直钢板端部之间通过两段弧形板连接；所述两段直钢板上分别设置有至少一片以上的耗能钢片14；所述连接钢板13焊接于所述上节点环形钢板2内表面，并与框架梁下翼缘接触，所述连接钢板与框架梁栓接；本实施例中框架梁采用工字型钢梁3。
[0033]
如图2、图3所示，所述连接钢板13、耗能钢片14与工字型钢梁3连接部位设有长边平行于墙面的第三长圆孔15，所述连接钢板13、耗能钢片14通过第三高强螺栓16与工字型钢梁栓接；所述上节点环形钢板2的侧面直钢板开有长边平行于墙面的第四长孔17，通过第四高强螺栓18将上节点环形钢板2与下层外挂墙板4中的预埋件连接，所述高强螺栓18上套有第二碟形弹簧19。
[0034]
所述下层外挂墙板4中的预埋件包括螺栓套筒20、锚固钢筋21及预埋件钢板22，所述预埋件钢板22与复合墙板混凝土层的分布钢筋焊接，所述锚固钢筋21与所述预埋件钢板22焊接。螺栓套筒20与第四高强螺栓18连接。所述锚固钢筋21为4根直径为10mm的hpb300钢
筋。
[0035]
所述下节点连接装置包括钢支托1，所述钢支托1与框架梁连接部位设有长边平行于墙面的第一长孔7，并通过第一高强螺栓8将钢支托1与框架梁进行紧固连接，所述框架梁为工字型钢梁3；所述钢支托1与上层外挂墙板5连接部位设有长边垂直于墙面的第二长圆孔6，并通过第二高强螺栓9将钢支托1与外挂墙板5进行紧固连接，所述第二高强螺栓9上套有第一碟形弹簧12；钢支托1靠近框架梁3的位置处焊接第一钢肋板10，靠近墙板的位置处焊接第二钢肋板11。
[0036]
所述第二长孔6、第一长孔7、第三长孔15、第四长孔17均为长圆孔，孔直径应比螺栓杆直径大1-2mm，各长孔长边的长度为孔直径的3-5倍。各螺栓的等级均为8.8级或10.9级。
[0037]
所述耗能钢片14的材料为低屈服钢lyp100，单片耗能钢片14的厚度取12-16mm，耗能钢片的片数根据空间情况及负荷、变形量的要求确定。
[0038]
所述上节点环形钢板2弯曲段直径根据钢梁尺寸的不同取80-140mm，厚度取10-16mm。
[0039]
在平行于墙面的水平地震作用下，框架梁首先承受地震荷载。当地震荷载较小时，连接钢板13在高强螺栓预紧力的作用下和工字型钢梁3一起发生位移，外挂墙板4在高强螺栓预紧力的作用下与上节点环形钢板2一起发生位移，从而工字型钢梁3、连接钢板和外挂墙板4之间不发生相对运动，上节点环形钢板2两平直段无相对位移，耗能钢片14不发生剪切作用；当地震荷载逐渐增大至超过连接节点与工字型钢梁之间的起滑荷载时，连接钢板与工字型钢梁3之间发生滑移，从而使得墙板4相对主体结构通过长圆孔发生滑移，上节点环形钢板2两平直段开始出现相对位移，上节点环形钢板2弯曲段以及内置耗能钢片14开始受力发生变形从而耗能；当地震荷载继续增大时，高强螺栓滑移至长圆孔的边缘与孔壁接触，上节点环形钢板2及内置耗能钢片14的塑性变形进一步增加，节点耗能逐渐增加。从而实现小震下节点不工作、大震下节点通过塑性变形耗散地震能量的效果，达到小震下充分利用墙板刚度、大震下避免墙板受损的目的。
[0040]
在垂直于墙面的水平地震作用下，钢支托1长边垂直于墙面的长圆孔，可以允许墙板相对于框架梁发生平面外的滑移，滑动摩擦消耗地震能量。
[0041]
在竖向地震作用下，钢支托1处的碟形弹簧可以发生形变，消耗竖向地震荷载的能量，达到保护墙板的目的。
[0042]
上述实例的施工方法主要包括以下步骤：
[0043]
1.安装时，首先将上节点环形钢板2与连接钢板13互相焊接，并置于工字形钢梁3下翼缘位置，将带有预留长圆孔的连接钢板2、耗能钢片3与工字形钢梁3下翼缘孔洞对齐，安装并上紧高强螺栓。
[0044]
2.将钢支托1焊接在工字型钢梁3上翼缘；把上层外挂墙板5吊装至安装位置，使用激光标线仪对墙板位置进行进一步调整之后，将钢支托1与上层外挂墙板5的预埋内丝套筒通过高强螺栓拧紧。
[0045]
3.最后使用高强螺栓连接上节点环形钢板2与下层外挂墙板4的预埋螺栓套筒20。
[0046]
4.节点与墙板安装完成后，用保温材料对外挂墙板与工字型钢梁3之间的缝隙进行填充。
[0047]
综上所述，本实用新型内置耗能钢片的装配式钢结构与预制外挂墙板的环形连接节点构造，相比于其他耗能连接节点，具有以下优势：1.小震下通过高强螺栓提供的预紧力，使得框架和墙板一起运动，充分发挥墙板刚度，节点处于弹性工作的阶段；2.大震下框架和墙板之间通过长圆孔发生相对位移，板件间通过摩擦耗能，同时节点开始发挥其变形能力：环形钢板平直段间的相对位移带动弧形段变形耗能，同时带动内置耗能钢片发生剪切变形消耗能量。很显然，可以通过被动控制将输入结构的地震能量引入该连接节点中，从而保证主体结构的安全，减小地震对墙板的损坏。
[0048]
本实用新型是对现有的外挂墙板与框架梁耗能连接节点形式的改进与补充，从理论上看，实际工程中的表现会比现有的节点连接更加出色。本实用新型能够适用于各种烈度的地震，无论对于小震还是大震，这种具有减震耗能作用的连接节点无疑是一个很好的选择。
[0049]
本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在本公开的技术方案的基础上，还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。