CN109577481A - 一种翼缘栓焊混合连接装配式梁柱节点的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑钢结构梁柱节点设计领域，涉及一种翼缘栓焊混合连接装配式梁柱节点的制作方法。制作方法包括以下步骤：计算钢梁腹板处的高强螺栓数量，确定节点板尺寸；计算框架梁下翼缘的高强螺栓数量；计算悬臂梁下翼缘与拼接板连接处的焊缝长度，确定拼接板尺寸；根据计算结果，制作构件；在施工现场，将各构件吊装就位；通过螺栓连接各构件。在悬臂梁的下翼缘布置拼接板，现场安装时，拼接板充当就位板，便于构件就位；悬臂梁下翼缘与框架梁下翼缘、悬臂梁腹板与框架梁腹板均通过螺栓连接，悬臂梁上翼缘与框架梁上翼缘则通过对接焊缝连接，该种连接方式方便楼板安装，同时，焊接数量减少可以提高安装效率，结构合理、安全可靠。
Description
技术领域
本发明属于建筑钢结构梁柱节点设计领域，涉及一种翼缘栓焊混合连接装配式梁柱节点的制作方法。
背景技术
随着经济建设对建筑要求的提高，钢结构从过去主要应用于工业厂房领域发展到如今广泛应用于公共建筑和民用建筑等领域。装配式钢结构建筑的生产流程为建筑构件标准化设计，工厂化加工，现场装配，该种生产方式可以降低施工造成的环境污染，缩短施工周期，节约人力物力。目前，国家正在大力鼓励发展装配式建筑产业。
在钢结构建筑中，梁柱节点对于结构传力、工程造价、施工难度等影响重大。传统全焊接梁柱刚性节点的梁上下翼缘为全熔透焊接，施工中需要先安装再施焊，施工进周期较长，同时，由于高空作业，焊缝质量难以保证；而传统全螺栓梁柱刚性节点的翼缘和腹板均用高强度螺栓连接，构件和节点的加工精度要求较高，由于高强螺栓单价贵，所以造价也高。另外，上述传统梁柱刚性节点在现场拼接时，由于是高空安装，为了就位方便还需在梁的上翼缘附加焊接耳板，节点施工完毕后需进行切除，费时费工。本专利发明人在专利CN2012200892132中提出一种钢结构梁柱装配式刚性节点，钢梁由悬臂梁和框架梁组成，在钢梁的上下翼缘布置拼接板，在腹板布置节点板，现场安装时，通过螺栓连接各构件，该结构具有装配化程度高、质量易于保证的特点，但是，悬臂梁上翼缘与拼接板通过螺栓连接，该做法不便于楼板的安装，此外，结构中各构件均通过螺栓连接，对加工精度要求高，不易满足。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种拼装方便、施工效率高、安全性好的翼缘栓焊混合连接装配式梁柱节点的制作方法。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种翼缘栓焊混合连接装配式梁柱节点的制作方法，包括以下步骤：
(1)初步假定布置于钢梁下翼缘的拼接板宽度bp＝b+4tf，厚度tp＝tf+2mm，其中b为钢梁翼缘宽度，tf为钢梁翼缘厚度，布置于钢梁腹板的节点板厚度tj与钢梁腹板厚度tw相等；
(2)计算钢梁腹板处的高强螺栓数量，确定节点板尺寸：
钢梁由悬臂梁和框架梁两部分组成，由于框架梁下翼缘和钢梁腹板处的螺栓配置不能确定，近似取框架梁下翼缘和钢梁腹板的净截面面积为其毛截面面积的85％；
钢梁腹板净截面面积：Anw＝0.85hwtw (1)
钢梁腹板上单个高强螺栓的抗剪承载力：
钢梁腹板上的高强螺栓数量：
式中：hw—钢梁腹板高度；tw—钢梁腹板厚度；n—单个高强螺栓上的抗减面数量；μ—高强螺栓的摩擦系数；P—高强螺栓预紧力；fv—高强螺栓的抗剪强度；
根据《钢结构设计规范》(GB20017-2003)对螺栓最大、最小容许间距的规定及公式(1)～(3)计算所得高强螺栓数量，确定节点板尺寸及螺栓排列；
(3)计算框架梁下翼缘的高强螺栓数量：
框架梁的毛截面惯性矩：
框架梁的净截面惯性矩：
框架梁的净截面模量：
框架梁下翼缘上单个高强螺栓的抗剪承载力：
框架梁下翼缘上的高强螺栓数量：
式中：tf—钢梁翼缘厚度；nf1—框架梁翼缘上的螺栓孔数量；d—螺栓孔径；—框架梁翼缘上单个高强螺栓的抗剪承载力；
根据《钢结构设计规范》(GB20017-2003)对螺栓最大、最小容许间距的规定和公式(4)～(8)计算所得高强螺栓数量，确定框架梁翼缘上的螺栓排列；
(4)计算拼接板处的焊缝长度，确定拼接板尺寸：
钢梁下翼缘所能承受的最大轴力：N'＝Anffy (9)
框架梁与悬臂梁通过对接焊缝连接，对接焊缝所能承受的最大轴力：
根据公式(9)和(10)确定钢梁翼缘所能承受的最大轴力：N＝min(N’，N”) (11)
拼接板与悬臂梁下翼缘通过三面角焊缝连接，其中，正面角焊缝所能承受的轴力：
侧面角焊缝所需承担的轴力：N2＝N﹣N2 (13)
侧面角焊缝总长度：
每条侧面角焊缝的长度：
式中：Anf—悬臂梁下翼缘净截面面积；fy—钢材的抗拉强度；ft w——对接焊缝、角焊缝的抗拉强度；fv w——对接焊缝的抗剪强度；he—角焊缝的有效厚度；tp—拼接板厚度；
根据《钢结构设计规范》(GB20017-2003)对螺栓最大、最小容许间距的规定及公式(9)～(15)计算所得高强螺栓数量，确定拼接板尺寸及螺栓排列；
(5)根据上述计算所得，在工厂内制作节点板、拼接板，在悬臂梁腹板、框架梁腹板、框架梁下翼缘、拼接板、节点板的相应位置开设螺栓孔，将拼接板焊接于悬臂梁下翼缘，悬臂梁焊接于钢柱；
(6)在施工现场，布置于悬臂梁下翼缘的拼接板充当就位板，协助框架梁吊装就位；
(7)布置于悬臂梁下翼缘的拼接板与框架梁下翼缘通过螺栓连接，悬臂梁腹板、框架梁腹板、节点板通过螺栓连接，悬臂梁上翼缘与框架梁上翼缘通过对接焊缝连接。
本发明的有益效果：在悬臂梁的下翼缘布置拼接板，现场安装时，拼接板充当就位板，便于构件就位；悬臂梁下翼缘与框架梁下翼缘、悬臂梁腹板与框架梁腹板均通过螺栓连接，而悬臂梁上翼缘与框架梁上翼缘则通过对接焊缝连接，该种连接方式方便楼板安装，同时，焊接数量减少可以提高安装效率，减少焊接引发火灾的可能性，结构合理、安全可靠。
附图说明
图1为本发明的制作方法流程图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的安装过程示意图；
图4为本发明实施例的节点板螺栓布置图；
图5为本发明实施例的拼接板螺栓布置图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例
一种翼缘栓焊混合连接装配式梁柱节点，包括钢柱1、悬臂梁2、框架梁3、拼接板8、节点板13，钢梁由悬臂梁2和框架梁3组成，钢柱1、钢梁(2、3)均选用H型钢，钢梁(2、3)截面尺寸为H300×160×8×10mm，钢柱1截面尺寸为H250×250×9×14mm，钢材为Q345B。螺栓(9、12)选用10.9级M20摩擦型高强螺栓，根据《钢结构设计规范》(GB20017-2003)规定，高强螺栓预紧力P＝155kN，摩擦系数为0.5。
一种翼缘栓焊混合连接装配式梁柱节点的制作方法，包括以下步骤：
(1)初步假定布置于钢梁(2、3)下翼缘的拼接板8宽度bp＝160+4×10＝200mm，厚度tp＝10+2＝12mm，节点板13厚度tj与钢梁腹板(4、5)厚度tw相等，为8mm；
(2)计算钢梁腹板(4、5)处的高强螺栓数量，确定节点板13尺寸：
由于悬臂梁下翼缘6和钢梁腹板(4、5)处的螺栓配置不能确定，近似取悬臂梁下翼缘6和钢梁腹板(4、5)的净截面面积为其毛截面面积的85％；
钢梁腹板(4、5)净截面面积：Anw＝0.85hwtw
＝0.85×(300－2×10)×8＝1904mm2 (1)
钢梁腹板(4、5)上单个高强螺栓的抗剪承载力：
钢梁腹板(4、5)处的高强螺栓数量：
则腹板(4、5)需布置3个高强螺栓，根据《钢结构设计规范》(GB20017-2003)对螺栓12最大、最小容许间距的规定及公式(1)～(3)计算所得高强螺栓数量，确定节点板13尺寸为高×宽＝220×170，螺栓12布置如图4所示；
式中：hw—钢梁腹板(4、5)高度；tw—钢梁腹板(4、5)厚度；n—单个高强螺栓上的抗减面数量；μ—高强螺栓的摩擦系数；P—高强螺栓预紧力；fv—高强螺栓的抗剪强度，取为175kN；
(3)计算框架梁下翼缘7的高强螺栓数量：
框架梁3的毛截面惯性矩：
框架梁3的净截面惯性矩：
框架梁3的净截面模量：
框架梁下翼缘7上单个高强螺栓的抗剪承载力：
框架梁下翼缘7上的高强螺栓数量：
式中：tf—钢梁翼缘厚度；nf1—框架梁下翼缘7上的螺栓孔数量；d—高强螺栓孔径；—框架梁下翼缘7上单个高强螺栓的抗剪承载力；
根据《钢结构设计规范》(GB20017-2003)对螺栓9最大、最小容许间距的规定和公式(4)～(8)计算所得高强螺栓数量，确定拼框架梁下翼缘7上的螺栓9为两排，每排3个；
(4)计算拼接板8处的焊缝长度，确定拼接板8尺寸：
《钢结构设计规范》(GB50017-2003)规定Q345钢焊接时选用E50型焊条，其角焊缝抗拉、抗压、抗剪强度根据《钢结构连接节点设计手册》对焊脚尺寸的规定，取拼接板8与悬臂梁下翼缘6角焊缝焊脚尺寸为hf＝10mm；
钢梁下翼缘(6、7)所能承受的最大轴力：
N'＝Anffy＝(160-2×21.5)×10×310×10-3＝362.7kN (9)
框架梁2与悬臂梁3通过对接焊缝14连接，对接焊缝14所能承受的最大轴力：
N”＝(b-2tf)tfft w＝(160-2×10)×10×310×10-3＝434kN (10)
根据公式(9)和(10)确定钢梁(2、3)翼缘所能承受的最大轴力：
N＝min(362.7，434)＝362.7kN (11)
拼接板8与悬臂梁下翼缘6通过三面角焊缝连接，其中，正面角焊缝所能承受的轴力：
侧面角焊缝所需承担的轴力：N2＝N﹣N2＝362.7-196＝166.7kN (13)
侧面角焊缝总长度：
每条侧面角焊缝的长度：
式中：Anf—悬臂梁下翼缘6净截面面积；fy—钢材的抗拉强度；ft w——对接焊缝、角焊缝的抗拉强度；fv w——对接焊缝的抗剪强度；he—角焊缝的有效厚度；tp—拼接板8厚度；
为避免刚度突变，需加强拼接板8周围的刚度，将每条侧面角焊缝的实际长度取为150mm；根据《钢结构设计规范》(GB20017-2003)对螺栓9最大、最小容许间距的规定及公式(9)～(15)计算所得高强螺栓数量，确定拼接板8尺寸为高×长＝220×420，拼接板上的螺栓9布置如图5所示；
(5)根据上述计算所得，在工厂内制作拼接板8、节点板13，在悬臂梁腹板4、框架梁腹板5、框架梁下翼缘7、拼接板8、节点板13的相应位置开设螺栓孔，将拼接板8焊接于悬臂梁下翼缘6，悬臂梁4焊接于钢柱1上；
(6)在施工现场，布置于悬臂梁下翼缘6上的拼接板8充当就位板，便于框架梁3的吊装就位；
(7)悬臂梁2上的拼接板8与框架梁下翼缘7通过螺栓9连接，悬臂梁腹板4、框架梁腹板5、节点板13通过螺栓12连接，悬臂梁上翼缘10与框架梁上翼缘11通过对接焊缝14连接。
Claims (1)
1.一种翼缘栓焊混合连接装配式梁柱节点的制作方法，包括以下步骤：
(1) 初步假定布置于钢梁下翼缘的拼接板宽度b p=b+4t f ，厚度t p =t f +2mm，其中b为钢梁翼缘宽度，t f 为钢梁翼缘厚度，布置于钢梁腹板的节点板厚度t j与钢梁腹板厚度t w 相等；
(2) 计算钢梁腹板处的高强螺栓数量，确定节点板尺寸：
钢梁由悬臂梁和框架梁两部分组成，由于框架梁下翼缘和钢梁腹板处的螺栓配置不能确定，近似取框架梁下翼缘和钢梁腹板的净截面面积为其毛截面面积的85%；
钢梁腹板净截面面积： (1)
钢梁腹板上单个高强螺栓的抗剪承载力： (2)
钢梁腹板上的高强螺栓数量： (3)
式中：h w —钢梁腹板高度；t w —钢梁腹板厚度；n—单个高强螺栓上的抗减面数量；—高强螺栓的摩擦系数；P—高强螺栓预紧力；f v —高强螺栓的抗剪强度；
根据《钢结构设计规范》（GB20017-2003）对螺栓最大、最小容许间距的规定及公式(1)~(3)计算所得高强螺栓数量，确定节点板尺寸及螺栓排列；
(3) 计算框架梁下翼缘的高强螺栓数量：
框架梁的毛截面惯性矩： (4)
框架梁的净截面惯性矩： (5)
框架梁的净截面模量： (6)
框架梁下翼缘上单个高强螺栓的抗剪承载力： (7)
框架梁下翼缘上的高强螺栓数量： (8)
式中：t f —钢梁翼缘厚度；n f1—框架梁翼缘上的螺栓孔数量；d—螺栓孔径；—框架梁翼缘上单个高强螺栓的抗剪承载力；
根据《钢结构设计规范》（GB20017-2003）对螺栓最大、最小容许间距的规定和公式(4)~(8)计算所得高强螺栓数量，确定框架梁翼缘上的螺栓排列；
(4) 计算拼接板处的焊缝长度，确定拼接板尺寸：
钢梁下翼缘所能承受的最大轴力： (9)
框架梁与悬臂梁通过对接焊缝连接，对接焊缝所能承受的最大轴力：
(10)
根据公式(9)和(10)确定钢梁翼缘所能承受的最大轴力：N=min(N ’ ，N ’’ ) (11)
拼接板与悬臂梁下翼缘通过三面角焊缝连接，其中，正面角焊缝所能承受的轴力：
(12)
侧面角焊缝所需承担的轴力：N 2=N﹣N 2 (13)
侧面角焊缝总长度： (14)
每条侧面角焊缝的长度： (15)
式中：A nf —悬臂梁下翼缘净截面面积；f y—钢材的抗拉强度；——对接焊缝、角焊缝的抗拉强度；——对接焊缝的抗剪强度；h e—角焊缝的有效厚度；t p—拼接板厚度；
根据《钢结构设计规范》（GB20017-2003）对螺栓最大、最小容许间距的规定及公式(9)~(15)计算所得高强螺栓数量，确定拼接板尺寸及螺栓排列；
(5) 根据上述计算所得，在工厂内制作节点板、拼接板，在悬臂梁腹板、框架梁腹板、框架梁下翼缘、拼接板、节点板的相应位置开设螺栓孔，将拼接板焊接于悬臂梁下翼缘，悬臂梁焊接于钢柱；
(6) 在施工现场，布置于悬臂梁下翼缘的拼接板充当就位板，协助框架梁吊装就位；
(7) 布置于悬臂梁下翼缘的拼接板与框架梁下翼缘通过螺栓连接，悬臂梁腹板、框架梁腹板、节点板通过螺栓连接，悬臂梁上翼缘与框架梁上翼缘通过对接焊缝连接。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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