一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点

1.本发明属于钢结构技术领域，具体涉及一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点。


背景技术：

2.钢框架结构作为天然的装配式建筑结构，更易于实现标准化设计、工厂化生产、装配化施工的发展要求，已被广泛的应用于高层建筑中。相较于传统的混凝土结构，钢框架结构中的连接节点是设计的关键，可靠的连接节点成为直接影响结构整体性能的关键因素。
3.在现有技术中，钢结构中的闭口截面柱的竖向连接通常采用全熔透焊接的方式。钢结构的焊接工作均在施工现场进行，手工焊接作业受到焊工技术水平和施焊现场环境条件等因素影响，因此存在焊接质量的离散性与焊接精度的不确定性，同时大规模的焊接工作带来了施工工序复杂、现场施工效率低、人工成本高、环境污染严重等问题。
4.中国专利cn212078446公开了一种闭口截面柱连接结构，将上柱体和下柱体采用法兰螺栓连接形成竖向构件连接节点，当时该连接结构形成的钢结构仅仅适用于最大高度在50～110m建筑结构。当增大建筑结构适用高度时，采用法兰螺栓连接的钢框架结构体系的变形计算易超过规范的限制。
5.因此，研发一种新的适用于钢框架支撑体系的整体连接节点，既可以实现全螺栓连接，避免现场焊接工作带来的各种问题，又可以适用于更高的建筑结构，这将大大推进中国建筑行业的发展。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点，采用法兰螺栓连接形成钢框架的竖向构件，通过支托板与支撑件螺栓连接形成钢框架的支撑构件，通过横梁段和横梁的螺栓连接形成钢框架的横向构件，现场无焊接作业，节点安装效率高，能够实现全螺栓的高效装配，节点质量易得到保证；进一步的，采用本发明的技术方案形成的钢框架支撑系统，可以适用于最大高度为120～240m的建筑结构。
7.本发明的目的在于提供一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点，包括上柱结构、下柱结构、支托板及横梁段；其中，
8.所述上柱结构包括上柱体，所述上柱体的下端面上焊接有上法兰；所述下柱结构包括下柱体，所述下柱体的上端面上焊接有下法兰，所述上法兰和下法兰通过螺栓连接；
9.所述支托板包括支托底板，所述支托底板与上法兰侧面水平焊接，所述支托底板与上法兰形成的上表面上焊接有支托腹板，所述支托腹板靠近上柱体的侧面与上柱体焊接，所述支托腹板的顶面上设有支托上翼缘板，所述支托腹板的远离上柱体的侧面上设有支托下翼缘板；所述支托上翼缘板与支托下翼缘板逐渐靠近的两个端部分别通过连接段连接平行段，两个平行段与支托腹板形成h型横截面结构，两个平行段上均设有数个第二螺栓孔，两个平行段之间夹持的支托腹板上设有数个第三螺栓孔；
10.所述横梁段包括竖直设置的横梁腹板，及分别焊接于横梁腹板上侧面和下侧面的横梁上翼缘板和横梁下翼缘板，所述横梁腹板、横梁上翼缘板及横梁下翼缘板形成h型结构；所述横梁上翼缘板靠近下柱体的一端与下法兰的侧面焊接，所述横梁腹板和横梁下翼缘板靠近下柱体的一端均与下柱体焊接，所述横梁腹板、横梁上翼缘板和横梁下翼缘板远离下柱体的一端均设有数个第四螺栓孔；
11.所述支托底板与横梁上翼缘板之间通过螺栓连接。
12.采用本发明的支托板式整体连接节点，能够实现钢结构的竖向构件、支撑构件和横向构件的全螺栓连接，现场无焊接作业，提高了节点安装的效率和质量。
13.优选地，支托上翼缘板、支托腹板及支托下翼缘板相互焊接。
14.在本发明中，钢结构的横向构件通过螺栓、盖板与节点的横梁段连接；钢结构的支撑构件通过螺栓、盖板与节点的支托板连接，实现钢结构水平构件与支撑构件的高效装配。本发明的钢框架支撑体系，中心支撑和偏心支撑均可适用，双重抗侧力体系能够解决钢结构整体稳定的问题，提高建筑的高度，减小梁柱节点的变形，具有良好的抗震性能和较大的抗侧刚度。
15.根据本发明所述的一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点，优选地，还包括内芯管，所述上柱体靠近上法兰的柱壁上设有数个第一螺栓孔，所述下柱体靠近下法兰的柱壁上设有数个塞焊孔；所述内芯管的上端穿设于上柱体内且与上柱体的柱壁通过自攻螺栓连接，所述内芯管的下端穿设于下柱体内且与下柱体的柱壁通过塞焊连接。
16.在本发明中，内芯管的设置不仅提高了节点的刚度和力学性能，同时充当了上、下柱间的拼装的定位装置，降低了上、下法兰连接处螺栓对孔安装难度，提高了施工效率，进一步的保证节点的质量。
17.在本发明中，上柱体和下柱体优选为闭口截面柱；优选为方矩管或箱形截面柱。
18.在本发明中，优选地，上法兰和下法兰均为方形环状带孔法兰板。
19.根据本发明所述的一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点，优选地，所述自攻螺栓与上柱体的柱壁之间设有弹簧垫片。弹簧垫片的设置可以限制自攻螺栓的滑移。
20.根据本发明所述的一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点，优选地，所述内芯管由四个相同的面板和四个相同的连接板交替焊接形成，面板的宽度大于连接板的宽度。采用上述结构的内芯管为非正八边形。本发明的内芯管在加工时采用负加工工艺。本发明的内芯管便于节点拼装，相较于传统的法兰连接节点，内芯管的设置能够提高节点的刚度，提升节点的力学性能，有效限制法兰板间的开口。
21.根据本发明所述的一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点，优选地，所述自攻螺栓为六角螺栓；所述第一螺栓孔的直径比所述自攻螺栓的直径大1-1.5mm；位于上柱体内的内芯管上设有与第一螺栓孔相对应的自攻螺栓孔。在本发明中，除自攻螺栓外的其余螺栓均采用10.9s扭剪型螺栓。
22.根据本发明所述的一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点，优选地，所述连接段为圆弧段，所述圆弧段的半径大于200mm。采用上述结构可以更好的避免应力集中。
23.根据本发明所述的一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点，优选
地，所述支托底板的上表面和上法兰的上表面齐平。支托板上螺栓群与上、下法兰螺栓群可实现协同受力。其中，支托底板的厚度为上法兰板厚度加上横梁上翼缘板与下法兰板的厚度差。
24.根据本发明所述的一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点，优选地，所述下法兰的下表面与横梁上翼缘板的下表面齐平；所述下法兰的厚度比横梁上翼缘板的厚度厚2mm以上。采用上述结构可以控制上下法兰板间受由横梁翼缘传递的拉力的大小。
25.根据本发明所述的一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点，优选地，所述上法兰和下法兰相接触的面，及支托底板和横梁上翼缘板相接触的面均为摩擦面。这里需要注意的是，在进行钢丝刷清除浮锈、未经处理的干净轧制面、抛丸喷砂等处理时，或者构件喷漆时，采用胶带或其他保护物包裹摩擦面，以保证节点性能可靠。
26.根据本发明所述的一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点，优选地，所述横梁段上设有加劲肋。
27.本发明的有益效果是：
28.本发明的支托板式整体连接节点，能够实现钢结构的竖向构件、支撑构件和横向构件的全螺栓连接，现场无焊接作业，提高了节点安装的效率和质量；另外，本发明的支托板式整体连接节点适用于中心支撑和偏心支撑，双重抗侧力体系能够解决钢结构整体稳定的问题，提高建筑结构的高度，减小梁柱节点的变形，具有良好的抗震性能和较大的抗侧刚度。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
30.图1为一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点的结构示意图；
31.图2为一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点的分解图；
32.图3为一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点上立柱分解图；
33.图4为一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点与其他构件的装配示意图；
34.图5为一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点的钢框架-中心支撑体系整体连接示意图；
35.图6为一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点的钢框架-偏心支撑体系整体连接示意图；
36.其中，1-上柱体，2-下柱体，3-上法兰，4-下法兰，5-内芯管，6-支托板，7-横梁段，8-自攻螺栓，9-塞焊，10-第五螺栓孔，11-加劲肋，12-第一螺栓孔，13-塞焊孔，14-第二螺栓孔，15-钢梁连接板，16-钢梁构件，17-支撑连接板，18-支撑构件，19-耗能梁段，20-支托上翼缘板，21-支托腹板，22-支托下翼缘板，23-支托底板，24-第三螺栓孔，25-第六螺栓孔，26-第四螺栓孔。
具体实施方式
37.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
38.需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”、“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
39.实施例一
40.如图1至图3所示，本发明的一种适用于钢框架-支撑体系的内芯管法兰连接节点，包括上柱结构、下柱结构和内芯管形成的竖向构件，具体结构如下所述：
41.上柱结构包括闭口截面柱上柱体1，上柱体1的下端面上焊接有上法兰3；下柱结构包括闭口截面柱下柱体2，下柱体2的上端面上焊接有下法兰4，上法兰3和下法兰4均为方形环装带孔法兰板，且通过螺栓连接；上柱体1靠近上法兰3的柱壁上设有数个第一螺栓孔12，第一螺栓孔12为自攻螺栓孔，下柱体2靠近下法兰4的柱壁上设有数个塞焊孔13；
42.内芯管5由四个相同的面板和四个相同的连接板交替焊接，形成横截面为非正八边形的结构，面板的宽度大于连接板的宽度；内芯管5的上端穿设于上柱体1内且与上柱体1的柱壁通过自攻螺栓8连接，内芯管5的下端穿设于下柱体2内且与下柱体2的柱壁通过塞焊9连接；自攻螺栓8与上柱体1的柱壁之间设有弹簧垫片；
43.还包括由支托板6及横梁段7形成的支撑构件和水平构件；其中，
44.支托板6包括支托底板23，支托底板23与上法兰3侧面水平焊接，支托底板23与上法兰3形成的上表面上焊接有支托腹板21，支托腹板21靠近上柱体1的侧面与上柱体1焊接，支托腹板21的顶面上焊接有支托上翼缘板20，支托腹板21的远离上柱体1的侧面上设有焊接有支托下翼缘板22；支托上翼缘板20与支托下翼缘板22逐渐靠近的两个端部分别通过连接段连接平行段，两个平行段与支托腹板21形成h型横截面结构，两个平行段上均设有数个第二螺栓孔14，两个平行段之间夹持的支托腹板上设有数个第三螺栓孔24；连接段为圆弧段，圆弧段的半径大于200mm；
45.横梁段7包括竖直设置的横梁腹板，及分别焊接于横梁腹板上侧面和下侧面的横梁上翼缘板和横梁下翼缘板，横梁腹板、横梁上翼缘板及横梁下翼缘板形成h型结构；横梁上翼缘板靠近下柱体2的一端与下法兰4的侧面焊接，横梁腹板和横梁下翼缘板靠近下柱体2的一端均与下柱体2焊接，横梁腹板、横梁上翼缘板和横梁下翼缘板远离下柱体的一端均设有数个第四螺栓孔26；
46.支托底板23与横梁上翼缘板上均设有数个第六螺栓孔25，支托底板23和横梁上翼缘板之间通过螺栓连接；
47.横梁段上设有加劲肋11。
48.在本实施例中，上柱结构、下柱结构、内芯管5三部分部件均在工厂焊接加工，内芯管5的一端与下柱体2通过塞焊9于工厂内完成连接；各部件运输至钢结构施工现场后，吊装上柱结构使与下柱结构连接的内芯管5的端部插入上柱结构的上法兰3内，通过螺栓连接上法兰3和下法兰4，以及支托底板23和横梁上翼缘板，对连接处螺栓群进行初拧，再安装内芯管与柱壁间的自攻螺栓8，最终对螺栓群进行终拧，竖向构件安装结束。
49.如图4所示，在本实施例中，支托板上设置的第二螺栓孔14和第三螺栓孔24均为高
强螺栓孔，参照gb50017-2017《钢结构设计标准》，第二螺栓孔14和第三螺栓孔24均比设计选用的螺栓公称直径大1.5～2mm，通过螺栓使支托板6通过支撑连接板17与支撑构件18连接，支托板6与支撑构件18间设置5mm的安装间隙，以避免构件现场的安装误差。
50.在本实施例中，横梁段7末端开设的第四螺栓孔26为高强螺栓孔，参照gb50017-2017《钢结构设计标准》，第四螺栓孔26均比设计选用的螺栓公称直径大1.5～2mm，横梁段7通过钢梁连接板15连接钢梁构件与钢梁构件18连接，横梁段7与钢梁连接板15间设置5mm的安装间隙，以避免构件现场的安装误差。
51.自攻螺栓8为六角螺栓，上柱体1柱壁上的第一螺栓孔12的直径比自攻螺栓8的直径大1-1.5mm；上柱体1内的内芯管5上设有与第一螺栓孔12相对应的第五螺栓孔10，第五螺栓孔10为自攻螺栓孔；
52.支托底板23的上表面和上法兰3的上表面齐平；下法兰4的下表面与横梁上翼缘板的下表面齐平；下法兰4的厚度比横梁上翼缘板的厚度厚2mm以上；上法兰3和下法兰4相接触的面，及支托底板23和横梁上翼缘板相接触的面均为摩擦面。
53.实施例二
54.如图5和图6所示，为支托板式整体连接节点应用于钢框架-中心支撑体系和钢框架-偏心支撑体系的示例，通常意义上的支托板式整体连接节点旨在解决钢框架-支撑体系中竖向构件、支撑构件和水平构件的现场无焊接、全螺栓高效连接装配问题，不带有支托板的节点可称为内芯管法兰连接节点，该节点的设置根据建筑高度以及平板运输车长度确定，一般每2～3层布置一个，若布置内芯管法兰连接节点的该层同时需布置支撑构件，则需采该发明提出的支托板式整体连接节点，以实现竖向构件如上柱1和下柱2、水平构件如钢梁构件16、支撑构件18的高效全螺栓装配。
55.需要特别指出的是，上述各个实施例中的各个组件或步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换形成的组合也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。
56.以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
57.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。

技术特征：
1.一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点，其特征在于，包括上柱结构、下柱结构、支托板及横梁段；其中，所述上柱结构包括上柱体，所述上柱体的下端面上焊接有上法兰；所述下柱结构包括下柱体，所述下柱体的上端面上焊接有下法兰，所述上法兰和下法兰通过螺栓连接；所述支托板包括支托底板，所述支托底板与上法兰侧面水平焊接，所述支托底板与上法兰形成的上表面上焊接有支托腹板，所述支托腹板靠近上柱体的侧面与上柱体焊接，所述支托腹板的顶面上设有支托上翼缘板，所述支托腹板的远离上柱体的侧面上设有支托下翼缘板；所述支托上翼缘板与支托下翼缘板逐渐靠近的两个端部分别通过连接段连接平行段，两个平行段与支托腹板形成h型横截面结构，两个平行段上均设有数个第二螺栓孔，两个平行段之间夹持的支托腹板上设有数个第三螺栓孔；所述横梁段包括竖直设置的横梁腹板，及分别焊接于横梁腹板上侧面和下侧面的横梁上翼缘板和横梁下翼缘板，所述横梁腹板、横梁上翼缘板及横梁下翼缘板形成h型结构；所述横梁上翼缘板靠近下柱体的一端与下法兰的侧面焊接，所述横梁腹板和横梁下翼缘板靠近下柱体的一端均与下柱体焊接，所述横梁腹板、横梁上翼缘板和横梁下翼缘板远离下柱体的一端均设有数个第四螺栓孔；所述支托底板与横梁上翼缘板之间通过螺栓连接。2.根据权利要求1所述的一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点，其特征在于，还包括内芯管，所述上柱体靠近上法兰的柱壁上设有数个第一螺栓孔，所述下柱体靠近下法兰的柱壁上设有数个塞焊孔；所述内芯管的上端穿设于上柱体内且与上柱体的柱壁通过自攻螺栓连接，所述内芯管的下端穿设于下柱体内且与下柱体的柱壁通过塞焊连接。3.根据权利要求1所述的一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点，其特征在于，所述自攻螺栓与上柱体的柱壁之间设有弹簧垫片。4.根据权利要求1所述的一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点，其特征在于，所述内芯管由四个相同的面板和四个相同的连接板交替焊接形成，所述面板的宽度大于连接板的宽度。5.根据权利要求1述的一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点，其特征在于，所述连接段为圆弧段，所述圆弧段的半径大于200mm。6.根据权利要求2述的一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点，其特征在于，所述自攻螺栓为六角螺栓；所述第一螺栓孔的直径比所述自攻螺栓的直径大1-1.5mm；位于上柱体内的内芯管上设有与第一螺栓孔相对应的自攻螺栓孔。7.根据权利要求1-6任一项所述的一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点，其特征在于，所述支托底板的上表面与上法兰的上表面齐平。8.根据权利要求7所述的一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点，其特征在于，所述下法兰的下表面与横梁上翼缘板的下表面齐平；所述下法兰的厚度比横梁上翼缘板的厚度厚2mm以上。9.根据权利要求7所述的一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点，其特征在于，所述上法兰和下法兰相接触的面，及支托底板和横梁上翼缘板相接触的面均为摩擦面。
10.根据权利要求7所述的一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点，其特征在于，所述横梁段上设有加劲肋。

技术总结
本发明公开了一种适用于钢框架支撑体系的支托板式整体连接节点，包括上柱结构、下柱结构、支托板及横梁段；上柱结构包括上柱体和下柱体，上柱体和下柱体通过上、下法兰螺栓连接形成竖向构件；横梁段通过盖板与横梁螺栓连接形成横向构件；支托板通过盖板与支撑结构螺栓连接形成支撑构件。本发明的支托板式整体连接节点，能够实现钢结构的竖向构件、支撑构件和横向构件的全螺栓连接，现场无焊接作业，提高了节点安装的效率和质量；另外，本发明的支托板式整体连接节点适用于中心支撑和偏心支撑，双重抗侧力体系能够解决钢结构整体稳定的问题，提高建筑结构的高度，减小梁柱节点的变形，具有良好的抗震性能和较大的抗侧刚度。具有良好的抗震性能和较大的抗侧刚度。具有良好的抗震性能和较大的抗侧刚度。


技术研发人员：张艳霞 张爱林 金博文 武丙龙
受保护的技术使用者：北京建筑大学
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2022/3/8