CN108505619A - 预制装配式结构体系及其组装方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种预制装配式结构体系及其组装方法。该预制装配式结构体系可用于钢结构、钢筋混凝土结构和木结构。在用于钢结构时包括钢结构节点及相关构件，该钢结构节点及相关构件进一步包括梁柱连接套筒、立柱、主梁和主梁固定钢板，其中，梁柱连接套筒包括第一箱型钢管以及从第一箱型钢管的外表面垂直伸出的第一C型套筒，第一C型套筒在上下翼缘的端部设有第一楔形凹进部；立柱具有***第一箱型钢管中的柱连接端；主梁具有***第一C型套筒内的主梁连接端；主梁固定钢板在两侧处设置有与第一C型套筒的第一楔形凹进部榫卯匹配的第一楔形凸出部。该预制装配式钢结构体系的梁柱连接套筒应用范围可由钢结构进一步扩展至钢筋混凝土结构和木结构。

Description

预制装配式结构体系及其组装方法

技术领域

本申请涉及结构工程技术领域，具体涉及新型预制装配式结构体系及其组装方法，更具体地涉及采用类似榫卯结构作为钢结构节点连接方式的、可用于钢结构、钢筋混凝土结构和木结构的预制装配式结构体系及其组装方法。

背景技术

钢结构主要是通过连接节点把柱、主梁、次梁、斜撑等主体结构构件连接成一个整体。

目前最常用的节点连接方式包括采用高强螺栓连接和焊接。通常在钢结构加工厂预先加工制作好梁柱等钢构件和连接板，焊接连接板和加劲板，并在需要连接的位置处预先开好螺栓孔，然后运到工地，吊装到位后用高强螺栓或者焊接进行连接。

上述节点连接方式的主要问题包括：

(1)采用高强螺栓连接时，每个节点通常需要在被连接构件和连接板上开几十甚至上百个螺栓孔，严重增加工厂的加工时间和费用；

(2)由于构件在工厂并非批量化加工制作通常会产生误差，各种构件和工序产生的加工误差叠加后，最终会导致现场连接出现安装困难的情况；

(3)钢构件运到工地并吊装到位后，还需人工固定螺栓，每个螺栓均需分别进行临时固定、初拧和终拧三道工序，大幅度增加了现场工作量以及成本；

(4)采用现场焊接作为连接时，一般需先进行预热工序然后再焊接，不仅会增加现场工作量以及成本，而且受焊工技术水准、焊接工艺和焊接环境如天气和位置等影响较大，质量难以得到很好的保证。

发明内容

针对现有技术中的至少一个上述缺点，本申请提出了一种涉及采用类似榫卯结构作为钢结构节点连接方式的预制装配式结构体系及其组装方法。该预制装配式结构体系及其组装方法除了应用于钢结构之外，还可应用于钢筋混凝土结构和木结构。

本申请的一方面提出了一种预制装配式结构体系，可包括多个钢结构节点及相关构件，其特征在于，该钢结构节点及相关构件可进一步包括梁柱连接套筒、立柱、主梁和主梁固定钢板，其中，梁柱连接套筒包括第一箱型钢管以及从第一箱型钢管的外表面垂直伸出的第一C型套筒，第一C型套筒在上下翼缘的端部设有第一楔形凹进部；立柱具有***第一箱型钢管中的柱连接端；主梁具有***第一C型套筒内的主梁连接端；主梁固定钢板在两侧处设置有与第一C型套筒的第一楔形凹进部榫卯匹配的第一楔形凸出部。

在某些可选实施方式中，钢结构节点及相关构件还可包括主次梁连接套筒和次梁，其中，主次梁连接套筒包括第二箱型钢管以及从第二箱型钢管的侧部垂直延伸出的钢连接板，钢连接板在远离第二箱型钢管的一端设有内倾的燕尾榫形凹进部；次梁在两端设置有与钢连接板的燕尾榫形凹进部榫卯匹配的燕尾榫形凸出部。

在某些可选实施方式中，钢结构节点及相关构件还可包括主次梁连接套筒、次梁和次梁固定钢板，其中，主次梁连接套筒包括第二箱型钢管以及从第二箱型钢管的外表面垂直伸出的第二C型套筒，第二C型套筒在上下翼缘的端部设有第二楔形凹进部；次梁具有***第二C型套筒内的次梁连接端；次梁固定钢板在两侧处设置有与第二C型套筒的第二楔形凹进部榫卯匹配的第二楔形凸出部。

在某些可选实施方式中，主梁的上表面可设置有限位件，限位件可定位在主梁的上翼缘与主次梁连接套筒两侧的相交处以固定主次梁连接套筒。

在某些可选实施方式中，限位件可以是焊接在主梁的上表面上的栓钉。

在某些可选实施方式中，第一C型套筒可在底面设有限位槽，以及主梁连接端可在下翼缘底部设置有与限位槽匹配的限位凸起。

在某些可选实施方式中，第一箱型钢管的内表面可设有凸齿，柱连接端的外表面可设置有与凸齿相匹配的凹槽，凹槽可延伸至柱连接端的端面。

在某些可选实施方式中，第一箱型钢管内可设置有内隔板，内隔板的表面可与柱连接端的端面接触。

在某些可选实施方式中，立柱的截面可以为箱型、H型或圆形。

在某些可选实施方式中，主梁的截面可以为H型或箱型。

在某些可选实施方式中，该结构体系还可包括涂抹在连接端中的至少一个的连接面之间的粘钢胶。

本申请的另一个方面提出了一种预制装配式结构体系的组装方法，可包括：固定立柱的固定端；将梁柱连接套筒的第一箱型钢管从立柱的顶部套入立柱的柱连接端；将主梁的主梁连接端***梁柱连接套筒的从第一箱型钢管的外侧垂直伸出的第一C型套筒中；以及将主梁固定钢板***C型套筒中，使得设置在第一C型套筒的上下翼缘的端部处的第一楔形凹进部与设置在主梁固定钢板两侧的第一楔形凸出部之间形成榫卯配合，从而限定主梁连接端。

在某些可选实施方式中，所述组装方法还可包括：在将主梁连接端***第一C型套筒中之前将主次梁连接套筒套入主梁，并且在将主梁固定钢板***第一C型套筒中之后固定主次梁连接套筒；以及将次梁安装到主次梁连接套筒中。

在某些可选实施方式中，将次梁安装到主次梁连接套筒中可包括：将次梁从侧上方推入从主次梁连接套筒的第二箱型钢管垂直延伸出的钢连接板，使得设置在钢连接板的端部的内倾燕尾榫形凹进部与设置在次梁的端部的燕尾榫形凸出部形成榫卯配合。

在某些可选实施方式中，将次梁安装到主次梁连接套筒中可包括：将次梁的次梁连接端***从主次梁连接套筒的第二箱型钢管垂直延伸出的第二C型套筒中；以及将次梁固定钢板***第二C型套筒中，使得设置在第二C型套筒的上下翼缘的端部处的第二楔形凹进部与设置在次梁固定钢板两侧的第二楔形凸出部之间形成榫卯配合，从而限定次梁连接端。

在某些可选实施方式中，固定主次梁连接套筒可包括：在主梁的上表面上焊接栓钉，使得栓钉定位于主梁的上翼缘与主次梁连接套筒两侧的相交处以固定主次梁连接套筒。

在某些可选实施方式中，将主梁连接端***第一C型套筒中可包括：将主梁的主梁连接端从侧面***梁柱连接套筒的第一C型套筒中，使得设于主梁连接端下翼缘底部的限位凸起配合在设于第一C型套筒底面的限位槽中。

在某些可选实施方式中，将第一箱型钢管套入柱连接端可包括：将梁柱连接套筒的第一箱型钢管从立柱的顶部套入立柱的柱连接端，使得设置在第一箱型钢管的内表面上的凸齿与设置在柱连接端的外表面上的凹槽配合。

在某些可选实施方式中，将第一箱型钢管套入柱连接端可包括：将梁柱连接套筒的第一箱型钢管从立柱的顶部套入立柱的柱连接端，使得柱连接端的端面与第一箱型钢管内的内隔板的表面接触。

在某些可选实施方式中，所述组装方法还可包括：在连接端中的至少一个的连接面之间涂抹粘钢胶。

在某些可选实施方式中，所述组装方法还包括：将另一立柱的连接端从梁柱连接套筒的上方***梁柱连接套筒，以重复安装过程。

除了应用于钢结构之外，本申请的预制装配式结构体系及其组装方法还可进一步应用于钢筋混凝土结构和木结构。

本申请适用于住宅、办公楼或酒店等用途的多层和小高层建筑，并且具有以下有益效果：

(1)加工完的连接套筒尺寸通常只有1米见方左右，重量轻，套筒各组件尺寸更小，方便在工厂进行精准加工，实现批量化和标准化生产以保证加工精度和质量；

(2)小尺寸和轻重量的连接套筒无论在运输还是吊装过程中所受限制都很少，便于运输和吊装，也避免了在上述过程中经常发生的受损变形；

(3)彻底简化了柱、主梁和次梁以及构造柱和构造梁的加工程序，可大幅度缩短加工时间，保证加工质量；

(4)现场安装时，利用上述连接套筒和加工好的钢构件即可全面实现主体结构无栓无焊装配式连接，大幅度减少安装工序、可数以倍计地缩短安装时间、确保施工质量；

(5)由于不需采用螺栓或焊接连接，可减少对人工高昂的熟练焊工的需求，节省大量成本；

(6)通过对构件和连接套筒的标准化模块化生产、整体实现模块化设计、工厂化生产、专业化安装，具有稳定可靠的连接安装性能，避免了在工地焊接和螺栓连接的弊端，使得现场装配简单高效，达到减少人工、缩短工期、节约成本的目的，并促进装配式建筑产业化发展。

附图说明

结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将变得更明显。在附图中：

图1是多层(标准层)钢框架结构的平面示意图；

图2A和图2B是梁柱连接套筒的三维及纵向剖面图；

图3是立柱、主梁和梁柱连接套筒散件示意图；

图4A至图4F是梁柱连接套筒与立柱、主梁的组装过程示意图；

图5A至图7B示意性示出立柱与梁柱连接套筒的三种连接方式；

图8A至图8B是立柱与梁柱连接套筒加强咬合连接示意图；

图9A至图11B示意性示出主梁与梁柱连接套筒的三种连接方式；

图12A至图12B是组装后主梁与梁柱连接套筒的立面示意图；

图13是根据应用第一主次梁连接套筒的第一示例性实施方式次梁和主次梁连接套筒的散件示意图；

图14A至图17C示意性示出根据第一示例性实施方式主梁(悬挑梁)与次梁的四种连接方式；

图18A至图18C是示出根据第一示例性实施方式次梁与主梁的组装连接的示意图；

图19A至图19C是示出根据第一示例性实施方式次梁与悬挑梁的组装连接的示意图；

图20A至图20B是根据应用第二主次梁连接套筒的第二示例性实施方式次梁和主次梁连接套筒的散件示意图；

图21A至图24C示意性示出根据第二示例性实施方式主梁(悬挑梁)与次梁的四种连接方式；

图25A至图25C是示出根据第二示例性实施方式次梁与主梁的组装连接的示意图；

图26A至图26C是示出根据第二示例性实施方式次梁与悬挑梁的组装连接的示意图；

图27A至图27B是预制钢筋混凝土柱立面示意图；

图28A至图28B是预制钢筋混凝土柱端部大样示意图；

图29A至图29B是预制钢筋混凝土梁立面示意图；

图30A至图30D是预制钢筋混凝土梁端部大样示意图；

图31是预制钢筋混凝土梁下端部预埋钢板三维示意图；

图32A至图32B是木结构梁立面示意图；

图33A至图33C是木结构梁端部大样示意图。

附图标记清单

10 梁柱连接套筒

101 第一箱型钢管

102 第一C型套筒

103 第一楔形凹进部

104 限位槽

105 水平内隔板

105′ 竖向内隔板

106 凸齿

20 立柱

201 柱连接端

206 凹槽

30 主梁

301 主梁连接端

304 限位凸起

305 栓钉

40 主梁固定钢板

403 第一楔形凸出部

50/50′ 主次梁连接套筒

501/501′ 第二钢制箱体

502 钢连接板

503 燕尾榫形凹进部

504 第二C型套筒

505 第二楔形凹进部

60/60′ 次梁

601 次梁连接端

603 燕尾榫形凸出部

70 次梁固定钢板

705 第二楔形凸出部

80 钢楔子

81 斜撑连接部

82 立柱加劲板

83 加劲肋

84 钢挡板

85 主梁加劲板

900 钢筋混凝土柱

902 预埋钢板

904 锚固钢筋

906 凸肋

910 钢筋混凝土梁

911 预埋钢板

912 预埋钢板

914 锚固钢筋

916 抗滑移键

918 窄钢板

920 木结构梁

924 钢栓/钢钉

928 抗滑移键

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

应理解的是，虽然用语第一、第二等在本文中可以用来描述各元件、部件或部分，但是这些元件、部件或部分不应被这些用语限制。这些用语仅用于将一个元件、部件或部分与另一个元件、部件或部分区分开。因此，例如，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一箱型套筒、第一C型套筒、第一凸出部、第一凹进部可称为第二箱型套筒、第二C型套筒、第二凸出部、第二凹进部。

在附图中，为了便于说明，可能夸大一些元件、部件或部分的尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。

还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“……中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可以”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

如在本文中使用的，用语“基本上”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。

除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

以下结合具体实施例进一步描述本申请。

图1是多层(标准层)钢框架结构的平面示意图。图1所示的连接节点A1、A2、A3、B1、B1′、B2、B2′将在后文进行描述。

参照图1，钢框架结构包括按规律布置的多个最小单元(也称为钢结构节点及相关构件)。在钢框架结构的大约中央处，各钢结构节点及相关构件具有相同的配置；在钢框架结构的边界处，钢结构节点及相关构件除主梁、次梁、立柱的数量有所不同之外其余配置相同或相似。因此，在下文中，为不重复描述，将主要讨论钢框架结构中央处的钢结构节点及相关构件，而简化关于边界处的钢结构节点及相关构件的描述。

图2A至图3示出根据本申请实施方式的钢结构节点及相关构件。具体地，图2A至图2B是梁柱连接套筒三维及纵向剖面图；以及图3是立柱、主梁和梁柱连接套筒散件示意图。

在该实施方式中，预制装配式结构体系包括多个钢结构节点及相关构件，该钢结构节点及相关构件进一步包括梁柱连接套筒10、立柱20、主梁30和主梁固定钢板40。梁柱连接套筒10包括第一箱型钢管101以及从第一箱型钢管101的外表面垂直伸出的第一C型套筒102，第一C型套筒102在上下翼缘的端部设有楔形凹进部103。立柱20具有***第一箱型钢管101中的柱连接端201。主梁具有***第一C型套筒102内的主梁连接端301。主梁固定钢板40在两侧处设置有与第一C型套筒102的第一楔形凹进部103榫卯匹配的第一楔形凸出部403。

需注意，根据具体的配置，第一C型套筒的数量可以为一个或多个，立柱可以只包括一个立柱(例如，下立柱)也可以包括两个立柱(例如，上立柱和下立柱)。这些数量仅是示例，而非限制。

如图2A至图3所示，梁柱节点连接可采用例如在钢构加工厂预先加工好的类似榫卯形式的梁柱连接套筒来实现。该套筒可用来连接上层立柱和下层立柱以及连接立柱和主梁。

在可选实施例中，如图2A至图3所示，第一C型套筒102可在底面设有限位槽104；与之相对应，主梁连接端301可在下翼缘底部设置有与限位槽104匹配的限位凸起304，所述限位凸起304在图9A至图12B中更清楚地示出。当主梁30的主梁连接端301***第一C型套筒102中时，限位凸起304与限位槽104配合，从而限制主梁30相对于梁柱连接套筒10在该主梁30的延伸方向上移动。

在可选的实施例中，限位凸起304呈钢板形式并被预先焊接在主梁30的主梁连接端301的底表面上。

在可选实施例中，第一箱型钢管101内可设置有内隔板105和内隔板105′，其中，内隔板105可水平设置，而内隔板105′可竖向设置。在该实施例中，可以在第一箱型钢管101内侧、在与第一C型套筒102的上下翼缘对应的位置处设置用于加劲的两个内隔板。当立柱20***第一箱型钢管101中时，立柱20的柱连接端201的端面可以与所述内隔板105的表面接触。

在可选实施例中，如图2A至图2B所示，梁柱连接套筒10还可包括斜撑连接部81。

应理解，虽然附图中示出第一箱型钢管和第一C型套筒的具体尺寸，但是应理解，这仅是示例而非限制。在不脱离本申请的范围的情况下，第一箱型钢管和第一C型套筒的尺寸可根据需要连接的上下立柱和主梁的尺寸变化。

在该实施方式中，主梁、梁柱连接套筒、立柱均为钢制件。另外，虽然附图示出立柱的截面为H型，但是这仅是示例而非限制，例如立柱的截面还可以为箱型或圆形；同理，虽然附图示出主梁的截面为H型，但是这不是限制而且主梁的截面还可以为箱型。

下面参照图4A至图4F，描述梁柱连接套筒10、立柱20、主梁30和主梁固定钢板40的组装过程。

应理解，本文仅示出预制装配式结构体系的处于中央的一个最小单元(即，钢结构节点及相关构件)的组装方法；其它钢结构节点及相关构件的组装方法与之重复或类似，出于说明书的简明考虑，在此不赘述。

在该实施方式中，预制装配式结构体系的组装方法包括：固定下立柱20；将梁柱连接套筒10的第一箱型钢管101从立柱20的顶部套入立柱20的柱连接端201；将主梁30的主梁连接端301***梁柱连接套筒10的从第一箱型钢管101的外侧垂直伸出的第一C型套筒102中；以及将主梁固定钢板40***第一C型套筒102中，使得设置在第一C型套筒102的上下翼缘的端部处的楔形凹进部103与设置在主梁固定钢板40两侧的第一楔形凸出部403之间形成榫卯配合，从而限定主梁连接端301。

具体地，如图4A至图4F所示，在下层立柱20安装完之后，可将梁柱连接套筒10从下层立柱20的顶部套于下层立柱20上；然后可将主梁30***第一C型套筒102中；随后可将主梁固定钢板40***第一C型套筒102中，使得第一楔形凹进部103和第一楔形凸出部403榫卯匹配从而限定主梁30；最后将上层立柱20从上方***梁柱连接套筒10，从而完成组装过程。

在可选的实施例中，在组装过程中，可包括：在将主梁连接端301***第一C型套筒102中之前将主次梁连接套筒50套入主梁30，并且在将主梁固定钢板40***第一C型套筒102中之后固定主次梁连接套筒50；以及将次梁60安装到主次梁连接套筒50中。主次梁连接套筒可具有不同的配置，相应地，次梁与主次梁连接套筒涉及不同的组装方法，这将在后文进行详细描述。

在可选的实施例中，在组装过程中，可包括：当将梁柱连接套筒10的第一箱型钢管101从立柱20的顶部套入立柱的柱连接端201时，使柱连接端201的端面与第一箱型钢管101内的内隔板105的表面接触。

在可选的实施例中，如图4A至图4F所示，可以根据需要使用钢楔子80来调整和固定立柱的位置。在立柱的截面可以为H型、箱型或圆形的情况中，梁柱连接套筒可采用基本相同的实现方法，从而便于工厂批量生产。

下面参照图5A至图8B，针对立柱的柱连接端与梁柱连接套筒之间的连接进行描述。根据钢结构节点及相关构件在结构体系中的位置，梁柱连接套筒可包括不同的形式。

如图5A至图7B所示，梁柱连接套筒10的柱连接方式包括以下三种类型：上下柱尺寸一样大(如图5A至图5B所示)；上柱小而下柱大(如图6A至图6B所示)；顶层柱(如图7A至图7B所示)。

当上柱小、下柱大时，梁柱连接套筒10上端外侧可设置纵向加劲肋83(如图6A至图6B所示)，以便提高节点套筒传力可靠性。在被连接立柱的端部对应于梁柱连接套筒10的口部标高处，可按需于立柱内设置水平加劲板82(如图5A至图7B所示)。

当加工精度不足或希望进一步提高梁柱连接套筒与其上、下立柱连接的可靠性时，可于工厂内分别在梁柱连接套筒之第一箱型钢管内侧表面加工好“齿”、在***第一箱型钢管内之立柱翼缘外侧加工好“槽”，以增强柱与梁柱连接套筒之间的咬合力。

图8A至图8B分别针对截面为H型和箱形的立柱示出立柱与梁柱连接套筒加强咬合连接示意图。

在可选的实施例中，第一箱型钢管101的内表面可设有凸齿106；与之相对应地，柱连接端201的外表面设置有与凸齿106相匹配的凹槽206，并且凹槽206延伸至柱连接端201的端面(如图3所示)。

相应地，在组装过程中，还可包括：当将第一箱型钢管101套入立柱20的柱连接端201时，使设置在第一箱型钢管101的内表面上的凸齿106与设置在柱连接端201的外表面上的凹槽206配合。

在该实施例中，可以设置相互间隔开的两个凹槽206(或凸齿106)，但不限于此，例如可以设置一个凹槽206(或凸齿106)。另外，凹槽206(或凸齿106)可具有其它截面形状，只要能相互配合以限定立柱的位置即可。

在可选的实施例中，凹槽206(或凸齿106)的深度(或高度)可以为5mm，但不限于此。

另外，如有需要，还可以在各连接端中的至少一个的连接面之间涂抹粘钢胶。具体地，例如，可以在柱连接端与梁柱连接套筒、主梁连接端与梁柱连接套筒、次梁(后面将描述)与主次梁连接套筒的连接面之间涂抹粘钢胶。通过涂抹粘钢胶，可以进一步增加连接可靠性，进而提高地震时结构体系的耗能水平。

在该实施方式中，通过凹槽206与凸齿106之间的咬合，不仅可以加强连接、限定立柱的位置，还有助于提高立柱的定位精度，从而保证整个***的装配精度。

下面参照图9A至图12B，针对主梁的主梁连接端与梁柱连接套筒之间的连接进行描述。根据钢结构节点及相关构件在结构体系中的位置，梁柱连接套筒可包括不同的形式。

如图9A至图11B所示，梁柱连接套筒10的梁连接方式包括以下三种类型：中柱(如图9A至图9B所示，对应于图1中的A1)、边柱(如图10A至图10B所示，对应于图1中的A2)和角柱(如图11A至图11B所示，对应于图1中的A3)。三种类型的配置和安装方法相似，因此，下文将结合图12A至图12B中的示例进行描述。

图12A至图12B示出组装后主梁与梁柱连接套筒的立面示意图。虽然示出主梁的截面为H型，但是应理解，主梁的截面也可为箱形。

主梁预先在端部下翼缘底面焊接一块钢板以形成限位凸起304。

在可选的实施例中，在组装过程中，可包括：当将主梁连接端301***第一C型套筒102中时，从侧面将主梁30的主梁连接端301推入从第一箱型钢管101的外侧垂直伸出的第一C型套筒102中，使得设于主梁连接端301下翼缘底部的限位凸起304配合在设于第一C型套筒102底面的限位槽104中。

具体地，如图12A至图12B所示，在主梁现场安装时，先将吊装到位的主梁30的主梁连接端301从侧面推入梁柱连接套筒10的第一C型套筒内，使得主梁30的主梁连接端301的端部下翼缘底面的限位凸起304卡在第一C型套筒102根部底面的限位槽104内，以便防止主梁受拉时产生纵向滑移脱位。然后将带有楔形凸起部403的主梁固定钢板40水平***第一C型套筒的开口侧的楔形凹进部(或缺口)103中，以便防止主梁产生侧向滑移。

主梁在地震作用下除了将弯矩和剪力传递给节点外、还会传递水平拉力或压力给节点，因此可进一步在H型钢梁与套筒连接面之间涂上粘钢胶，加强节点区传递水平力的能力、提高地震时结构的耗能水平。

下面将描述主梁、主次梁连接套筒、次梁的组装方法及相关配置。在本申请中，主次梁连接套筒具有两种配置，分别对应第一主次梁连接套筒和第二主次梁连接套筒，下文将针对这两种配置分别进行描述。

下面参照图13至图19C描述根据应用第一主次梁连接套筒的第一示例性实施方式次梁和主次梁连接套筒的配置及其与主梁的安装过程。图13示出根据应用第一主次梁连接套筒的第一示例性实施方式次梁和主次梁连接套筒的散件示意图。可以采用类似燕尾榫形式的主次梁连接套筒来连接主梁与次梁。在实施方式中，主梁、主次梁连接套筒、次梁均为钢制件。在可选实施例中，钢结构节点及相关构件还可包括主次梁连接套筒50(即，第一示例性实施方式中的第一主次梁连接套筒)和次梁60，其中，第一主次梁连接套筒50包括第二箱型钢管501以及从第二箱型钢管501的侧部垂直延伸出的钢连接板502，钢连接板502在远离第二箱型钢管501的一端设有内倾的燕尾榫形凹进部503；次梁60在两端设置有与钢连接板502的燕尾榫形凹进部503榫卯匹配的燕尾榫形凸出部603。

具体地，如图13所示，主次梁连接套筒50由一个短小的箱型钢管以及固定在钢管单侧或双侧的带内倾燕尾凹进部503的钢连接板502组成。然而应注意，钢连接板502的数量仅为示例而非限制。钢连接板502的内倾燕尾凹进部503可防止被连接的次梁60外滑，而被连接次梁60的两端腹板要在工厂预先加工成和主次梁连接套筒50的钢连接板502相互咬合的燕尾榫形凸出部603。

在可选实施例中，如图18A至图18C所示，主梁30的上表面设置有限位件(例如，栓钉)305，栓钉305定位在主梁30的上翼缘与主次梁连接套筒10两侧的相交处以固定主次梁连接套筒10。相应地，在可选实施例中，固定主次梁连接套筒50的步骤包括：在主梁30上翼缘和主次梁连接套筒50相交处设置限位件(例如，焊接栓钉)305，从而固定主次梁连接套筒50的第二箱型钢管501。在该实施例中，栓钉305的高度和排数仅是示例而非限制，并且可根据具体需要设置为一排、两排或更多排。

通过该配置，可以限制第二箱型钢管在主梁的延伸方向上滑动，从而限定主梁与主次梁连接套筒之间的相对运动。

下面参照图14A至图17C，针对主梁与次梁之间的连接进行描述。根据梁组件在结构体系中的位置，梁组件可包括不同的形式。应注意，虽然附图中示出主梁和次梁截面均为H型，但是在实际应用中，主梁截面也可以为箱型。

如图14A至图17C所示，主梁(悬挑梁)与次梁的连接方式包括以下四种类型：主梁单边有次梁连接(如图14A至图14B所示，对应于图1中的B1)、悬挑梁端部单边有次梁连接(如图15A至图15C所示，对应于图1中的B1′)、主梁两边有次梁连接(如图14A至图14B、图16A至图16B所示，对应于图1中的B2)、及悬挑梁端部两边有次梁连接(如图17A至图17C所示，对应于图1中的B2′)。

如图16A至图16B所示，可根据需要在主梁30内设置水平加劲板85。如图17A至图17C所示，可以在悬挑梁的端部预先设置钢挡板84，以便固定主次梁连接套筒50。

由于四种梁组件的配置及连接方式相似，因此，下文将结合图18A至图18C中的示例进行描述。图18A至图18C示出根据本申请实施方式的次梁与主梁的组装过程。

在可选的实施例中，将次梁60安装到主次梁连接套筒50中包括：将次梁60从侧上方推入从主次梁连接套筒50的第二箱型钢管501垂直延伸出的钢连接板502，使得设置在钢连接板502的端部的内倾燕尾榫形凹进部503与设置在次梁60的端部的燕尾榫形凸出部603形成榫卯配合。

具体地，如图18A至图18C所示，在H型主梁安装前，可以先将主次梁连接套筒50套入主梁30并定位；之后，将吊装到位的H型次梁60从侧面推入设在主次梁连接套筒50上的内倾燕尾榫形凹进部503中，从而构成榫卯配合。

图19A至图19C以悬挑梁与次梁的连接为例示出类似的另一组装过程。悬挑梁端部与次梁连接组装与图18A至图18C所示的过程类似，只是悬挑梁端部需要在工厂预先焊接钢档板以固定主次梁连接套筒位置；出于说明书的简明考虑，在此不重复描述。

下面参照图20A至图26C描述根据应用第二主次梁连接套筒的第二示例性实施方式次梁和主次梁连接套筒的配置及其与主梁的安装过程。图20A至图20B示出根据应用第二主次梁连接套筒的第二示例性实施方式次梁和主次梁连接套筒的散件示意图。可以采用与梁柱连接套筒类似的第二主次梁连接套筒来连接主梁与次梁。图20A至图20B示出根据应用第二主次梁连接套筒的第二示例性实施方式次梁和主次梁连接套筒的散件示意图。可以采用类似榫卯形式的主次梁连接套筒来连接主梁与次梁。

在可选实施例中，钢结构节点及相关构件还可包括主次梁连接套筒50′(即，第二示例性实施方式中的第二主次梁连接套筒)、次梁60′和次梁固定钢板70，其中，主次梁连接套筒50′包括第二箱型钢管501′以及从第二箱型钢管501′的外表面垂直伸出的第二C型套筒504，第二C型套筒504在上下翼缘的端部设有第二楔形凹进部505；次梁60′具有***第二C型套筒504内的次梁连接端601；次梁固定钢板70在两侧处设置有与第二C型套筒504的第二楔形凹进部505榫卯匹配的第二楔形凸出部705。

具体地，如图20A至图20B所示，主次梁连接套筒50′包括一个短小的箱型钢管501′以及固定在钢管单侧或双侧的第二C型套筒504，该第二C型套筒504与次梁固定钢板70配合。次梁固定钢板70在两侧处设置有与第二C型套筒504的楔形凹进部505榫卯匹配的楔形凸出部705。

如图25C所示，可以如参照图18A至图18C所描述的那样焊接限位件(例如，栓钉)305，以固定主次梁连接套筒50′的第二箱型钢管501′。

下面参照图21A至图24C，针对主梁与次梁之间的连接进行描述。根据梁组件在结构体系中的位置，梁组件可包括不同的形式。应注意，虽然附图中示出主梁和次梁截面均为H型，但是在实际应用中，主梁截面也可以为箱型。

如图21A至图24C所示，主梁(悬挑梁)与次梁的连接方式包括以下四种类型：主梁单边有次梁连接(如图21A至图21B所示，对应于图1中的B1)、悬挑梁端部单边有次梁连接(如图22A至图22C所示，对应于图1中的B1′)、主梁两边有次梁连接(如图23A至图23B所示，对应于图1中的B2)、及悬挑梁端部两边有次梁连接(如图24A至图24C所示，对应于图1中的B2′)。由于四种梁组件的配置及连接方式相似，因此，下文将结合图25A至图25C中的示例进行描述。

图25A至图25C示出根据本申请实施方式的次梁与主梁的组装过程。

在可选的实施例中，将次梁60′安装到主次梁连接套筒50′中包括：将次梁60′的次梁连接端601***从主次梁连接套筒50′的第二箱型钢管501′垂直延伸出的第二C型套筒504中；以及将次梁固定钢板70***第二C型套筒504中，使得设置在第二C型套筒504的上下翼缘的端部处的第二楔形凹进部505与设置在次梁固定钢板两侧的第二楔形凸出部705之间形成榫卯配合，从而限定次梁连接端601。

具体地，在将主梁30***第一C型套筒102之前，先将主次梁连接套筒50′的第二箱型钢管501′套入主梁30并定位，然后将吊装到位的次梁60′从侧面推入从第二箱型钢管501′向单侧或双侧伸出的第二C型套筒504，然后将带有楔形凸出部705的次梁固定钢板70水平***第二C型套筒的开口侧的楔形凹进部(或缺口)505中。

在可选的实施例中，主次梁连接套筒定位还可包括：将主次梁连接套筒50′的第二箱型钢管501′套入主梁30；以及在主梁30的上翼缘和主次梁连接套筒50′相交处中心位焊接栓钉来限定第二箱型钢管501′。

具体地，如图25A至图25C所示，在H型主梁安装前，可以先将主次梁连接套筒50′套入主梁30并定位；之后，将吊装到位的H型次梁60′从侧面推入设在主次梁连接套筒50′上的第二C型套筒内，然后将带有楔形凸出部705的次梁固定钢板70水平***第二C型套筒504的开口侧的楔形凹进部(或缺口)505中，从而构成榫卯配合。

图26A至图26C以悬挑梁与次梁的连接为例示出根据第二示例性实施方式的另一组装过程。悬挑梁端部与次梁连接组装与图25A至图25C所示的过程类似，只是悬挑梁端部需要在工厂预先焊接钢档板以固定主次梁连接套筒位置；出于说明书的简明考虑，在此不重复描述。

另外，当加工精度不足或希望进一步提高次梁传递剪力到主梁的可靠性，提高地震时结构的耗能水平时，还可在采用第一种主次梁连接套筒的内倾的燕尾榫形凹进部与燕尾榫形凸出部的连接面、或采用第二种主次梁连接套筒的次梁与套筒连接面涂抹粘钢胶。

在可选的实施例中，组装方法还包括：在完成上述步骤之后，将另一立柱(例如，上立柱)的连接端从梁柱连接套筒的上方***梁柱连接套筒，以重复安装过程。

结合以上各实施方式，在具体实施例中，在工地组装预制装配式钢结构体系的步骤可依次包括：①安装首层柱；②套上梁柱套筒；③将主次梁连接套筒套入主梁；④吊装主梁到位安装；⑤安装主梁固定板；⑥将主次梁连接套筒通过焊接栓钉定位；⑦安装次梁；⑧(当应用第二主次梁连接套筒时)安装次梁固定板；①安装上层柱；重复②～⑧。

根据上述各实施方式，通过利用类似榫卯结构的梁柱连接套筒直接将加工好的柱与柱、柱与主梁钢构件装配连接在一起，以及利用类似燕尾榫结构的主次梁连接套筒或类似榫卯结构的主次梁连接套筒直接将加工好的主梁与次梁钢构件装配连接在一起，不仅可以全面实现主体钢结构无栓无焊装配式连接，还能提高钢结构体系的抗震性能，简化立柱、钢梁的加工工序以及钢结构的组装工序。

除了钢结构之外，前述预制装配式结构体系及其组装方法可进一步扩展至钢筋混凝土结构。下面参照图27A至图31，描述预制钢筋混凝土柱(即，立柱)、梁与梁柱连接套筒的相关配置。为了清晰地表达，图中隐去了预制混凝土柱和预制混凝土梁的箍筋和主筋。

图27A至图28B示出预制钢筋混凝土柱的配置。如图27A至图28B所示，在工厂预制钢筋混凝土柱900。柱900的两端的两个侧面预埋钢板902，钢板902的表面设有凸肋906(也称为凸槽906)，以与梁柱连接套简10内的凹槽206进行咬合从而加强装配的连接，从而进行固定。预埋钢板902通过锚固钢筋904与钢筋混凝土柱900连接。预制好的钢筋混凝土柱900与梁柱连接套简10在现场组装时的方法与前述的钢柱相同，出于说明书的简明考虑，在此不重复描述。

图29A至图31示出预制钢筋混凝土梁的配置。如图29A至图31所示，在工厂预制钢筋混凝土主梁910。在梁两端的顶面和底面预埋钢板911和912，底面预埋钢板912上设有钢制的抗滑移键916，以在装配时将梁910与梁柱连接套简10连接，从而进行固定。在混凝土梁910的顶中部预埋窄钢板918，以便楼板压型钢板与梁910之间采用栓钉固定。预制好的钢筋混凝土梁910与梁柱连接套筒10在现场组装时的方法与前述的钢梁相同，出于说明书的简明考虑，在此不重复描述。

除了钢结构和钢筋混凝土结构之外，前述预制装配式结构体系及其组装方法还可进一步扩展至木结构。下面参照图32A至图33C描述木结构梁与梁柱连接套筒的相关配置。

在工厂预加工木结构梁920。利用平头钢栓或钢钉924在梁920的两端的底面上安装钢制的抗滑移键928，以便梁920与梁柱连接套筒10的装配连接固定。预加工好的木结构梁920与梁柱连接套筒10在现场组装时的方法与前述的钢梁相同，出于说明书的简明考虑，在此不重复描述。

虽然本申请主要以钢结构体系为示例进行详细描述，但是本领域技术人员应理解，本申请的构思也可应用于钢筋混凝土结构和木结构。另外，应理解，前面描述为由钢制成的材料仅是示例而非限制，例如，它们也可相应地由钢筋混凝土或木材制成。

在本申请各实施方式中，除非另外反向指出，否则单数形式可包括复数含义。例如，在实施方式中，根据实际情况，主梁的数量可以为一个或两个，立柱的数量可以为一个或两个(上立柱和下立柱)，第一和第二C型套筒的数量可以为一个或两个，但是这仅是示例而非限制。在本文通篇中，技术名词不限于字面上所限定的含义，而是在不脱离本申请如权利要求所限定的范围的情况下，涵盖用于实现相同或相似功能的表述不同的装置。

另外应注意，除非明确地指示，否则本文所描述的一些步骤不一定要按照书写的前后顺序来发生。例如，在一些可替代性实施例中，框中标注的功能可以不按照附图中标注的顺序发生。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对本申请技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的申请范围并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，在不脱离申请构思的情况下，本申请还应涵盖由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (25)

1.一种预制装配式结构体系，包括多个钢结构节点及相关构件，其特征在于，所述钢结构节点及相关构件进一步包括：

梁柱连接套筒，包括第一箱型钢管以及从所述第一箱型钢管的外表面垂直伸出的第一C型套筒，其中，所述第一C型套筒在上下翼缘的端部设有第一楔形凹进部；

立柱，具有***所述第一箱型钢管中的柱连接端；

主梁，具有***所述第一C型套筒内的主梁连接端；以及

主梁固定钢板，在两侧处设置有与所述第一C型套筒的第一楔形凹进部榫卯匹配的第一楔形凸出部。

2.如权利要求1所述的预制装配式结构体系，其中，所述钢结构节点及相关构件还包括：

主次梁连接套筒，包括第二箱型钢管以及从所述第二箱型钢管的侧部垂直延伸出的钢连接板，其中，所述钢连接板在远离所述第二箱型钢管的一端设有内倾的燕尾榫形凹进部；以及

次梁，在两端设置有与所述钢连接板的燕尾榫形凹进部榫卯匹配的燕尾榫形凸出部。

3.如权利要求1所述的预制装配式结构体系，其中，所述钢结构节点及相关构件还包括：

主次梁连接套筒，包括第二箱型钢管以及从所述第二箱型钢管的外表面垂直伸出的第二C型套筒，其中，所述第二C型套筒在上下翼缘的端部设有第二楔形凹进部；

次梁，具有***所述第二C型套筒内的次梁连接端；以及

次梁固定钢板，在两侧处设置有与所述第二C型套筒的第二楔形凹进部榫卯匹配的第二楔形凸出部。

4.如权利要求2或3所述的预制装配式结构体系，其中，所述主梁的上表面设置有限位件，所述限位件定位在所述主梁的上翼缘与所述主次梁连接套筒两侧的相交处以固定所述主次梁连接套筒。

5.如权利要求4所述的预制装配式结构体系，其中，所述限位件是焊接在所述主梁的上表面上的栓钉。

6.如权利要求1述的预制装配式结构体系，其中，所述第一C型套筒在底面设有限位槽，以及所述主梁连接端在下翼缘底部设置有与所述限位槽匹配的限位凸起。

7.如权利要求1所述的预制装配式结构体系，其中，所述第一箱型钢管的内表面设有凸齿，所述柱连接端的外表面设置有与所述凸齿相匹配的凹槽，所述凹槽延伸至所述柱连接端的端面。

8.如权利要求1所述的预制装配式结构体系，其中，所述第一箱型钢管内设置有内隔板，所述内隔板的表面与所述柱连接端的端面接触。

9.如权利要求1所述的预制装配式结构体系，其中，所述立柱的截面为箱型、H型或圆形。

10.如权利要求1所述的预制装配式结构体系，其中，所述主梁的截面为H型或箱型。

11.如权利要求1所述的预制装配式结构体系，还包括涂抹在所述连接端中的至少一个的连接面之间的粘钢胶。

12.如权利要求1所述的预制装配式结构体系，其中，所述立柱和所述主梁为分别具有***所述梁柱连接套筒中的柱连接端和主梁连接端的预制钢筋混凝土构件。

13.如权利要求1所述的预制装配式结构体系，其中，所述立柱和所述主梁为分别具有***所述梁柱连接套筒中的柱连接端和主梁连接端的预先加工的木构件。

14.一种预制装配式结构体系的组装方法，包括：

固定立柱的固定端；

将梁柱连接套筒的第一箱型钢管从所述立柱的顶部套入所述立柱的柱连接端；

将主梁的主梁连接端***所述梁柱连接套筒的从所述第一箱型钢管的外侧垂直伸出的第一C型套筒中；以及

将主梁固定钢板***所述C型套筒中，使得设置在所述第一C型套筒的上下翼缘的端部处的第一楔形凹进部与设置在所述主梁固定钢板两侧的第一楔形凸出部之间形成榫卯配合，从而限定所述主梁连接端。

15.如权利要求14所述的组装方法，还包括：

在将所述主梁连接端***所述第一C型套筒中之前将主次梁连接套筒套入所述主梁，并且在将主梁固定钢板***所述第一C型套筒中之后固定所述主次梁连接套筒；以及

将次梁安装到所述主次梁连接套筒中。

16.如权利要求15所述的组装方法，其中，将所述次梁安装到所述主次梁连接套筒中包括：

将所述次梁从侧上方推入从所述主次梁连接套筒的第二箱型钢管垂直延伸出的钢连接板，使得设置在所述钢连接板的端部的内倾燕尾榫形凹进部与设置在所述次梁的端部的燕尾榫形凸出部形成榫卯配合。

17.如权利要求15所述的组装方法，其中，将所述次梁安装到所述主次梁连接套筒中包括：

将所述次梁的次梁连接端***从所述主次梁连接套筒的第二箱型钢管垂直延伸出的第二C型套筒中；以及

将次梁固定钢板***所述第二C型套筒中，使得设置在所述第二C型套筒的上下翼缘的端部处的第二楔形凹进部与设置在次梁固定钢板两侧的第二楔形凸出部之间形成榫卯配合，从而限定所述次梁连接端。

18.如权利要求16或17所述的组装方法，其中，固定所述主次梁连接套筒包括：

在所述主梁的上表面上焊接栓钉，使得所述栓钉定位于所述主梁的上翼缘与所述主次梁连接套筒两侧的相交处以固定所述主次梁连接套筒。

19.如权利要求14所述的组装方法，其中，将所述主梁连接端***所述第一C型套筒中包括：

将所述主梁的主梁连接端从侧面***所述梁柱连接套筒的第一C型套筒中，使得设于所述主梁连接端下翼缘底部的限位凸起配合在设于所述第一C型套筒底面的限位槽中。

20.如权利要求14中任一项所述的组装方法，其中，将所述第一箱型钢管套入所述柱连接端包括：

将所述梁柱连接套筒的第一箱型钢管从所述立柱的顶部套入所述立柱的柱连接端，使得设置在所述第一箱型钢管的内表面上的凸齿与设置在所述柱连接端的外表面上的凹槽配合。

21.如权利要求14中任一项所述的组装方法，其中，将所述第一箱型钢管套入所述柱连接端包括：

将所述梁柱连接套筒的第一箱型钢管从所述立柱的顶部套入所述立柱的柱连接端，使得所述柱连接端的端面与所述第一箱型钢管内的内隔板的表面接触。

22.如权利要求14中任一项所述的组装方法，还包括：在所述连接端中的至少一个的连接面之间涂抹粘钢胶。

23.如权利要求14中任一项所述的组装方法，还包括：将另一立柱的连接端从所述梁柱连接套筒的上方***所述梁柱连接套筒，以重复安装过程。

24.如权利要求14所述的组装方法，还包括：

预成型预制钢筋混凝土构件，以形成分别具有***所述梁柱连接套筒中的柱连接端和主梁连接端的立柱和主梁。

25.如权利要求14所述的组装方法，还包括：

预成型木构件，以形成分别具有***所述梁柱连接套筒中的柱连接端和主梁连接端的立柱和主梁。