專利名稱：鋼結構梁柱抗連續倒塌加固節點的制作方法
技術領域：
鋼結構梁柱抗連續倒塌加固節點及其制作方法屬于建筑結構設計施工領域。
背景技術：
當今世界，隨著人類文明的不斷進步，國家矛盾、民族、宗教、政黨紛爭、地區經濟 和文化發展不平衡等問題也隨之變的越來越尖銳。這些問題的存在和擴大直接導致了國際 恐怖主義的迅速蔓延和發展，恐怖爆炸事件的接連發生。其中震驚世界的“9. 11”恐怖主義 襲擊事件，世界貿易中心兩棟400余米高的雙子樓在受到兩架飛機的撞擊后，建筑徹底倒 塌，死亡3000多人，經濟損失無法估量。美國國務院反恐怖主義協調辦公室發布的《2003 年全球恐怖主義形勢》報告中指出，僅2003 —年，世界各地就發生190起國際恐怖主義襲擊 事件，其中有175起“重大恐怖襲擊”，死傷人數分別是625人和3646人，而2003年卻還是 自1969年以來國際恐怖主義襲擊事件最少的年份。在恐怖爆炸范疇之外，每年還有數以千 記的偶然爆炸事件，這些爆炸事件直接或間接的導致了建筑結構的破壞，乃至連續性倒塌。鋼結構建筑由于具有施工速度快、結構延性好、質量輕等優點而被廣泛地應用于 工程建設中，其抵抗爆炸荷載或沖擊荷載激勵連續倒塌的能力越來越受到人們的重視。鋼結構的設計中，出于便于施工和強柱弱梁等方面的考慮，梁柱節點都是柱貫通 而梁不貫通的，梁由節點連接在柱上，如圖1所示。很多文獻，包括美國D0D和GSA規范中 都已提到，節點是鋼框架結構抗爆、抗倒塌的軟肋，一旦節點喪失承載能力則必將導致結構 倒塌。圖1為結構在正常使用情況下梁柱的受力狀態，當結構遭受到爆炸襲擊時，結構 某個柱子被炸壞喪失承載能力之后，結構的受力狀態如圖2所示。此時節點在沖擊荷載、軸 力、彎矩、剪力共同作用下受力、變形情況十分復雜。目前節點的連接加固設計基本都是針對地震荷載的，而這種抗震的節點在結構倒 塌過程中能起到多大作用還值得探討。美國抗倒塌節點加固時采用了節點四面焊接鋼板及在梁腋處加肋等方法，這類方 法雖然可以有效的控制倒塌過程中節點的破壞，但是其操作復雜，施工繁瑣，工程造價相對 較高，而且影響結構的建筑美觀及使用。
發明內容針對以上諸多問題，本實用新型提供一種抗倒塌加固梁柱節點及其制作方法。解 決目前抗倒塌加固梁柱節點施工繁瑣、工程造價高、影響美觀等難題。為了實現上述目的，本實用新型提出了鋼結構梁柱抗連續倒塌加固節點。對于整 體結構而言，這種節點通過四片連接板將同一軸線上本不貫通的兩根梁貫通相連，增強了 結構的整體性，從而可以有效的增強節點抵抗懸鏈線拉力的能力。相對于單獨的每一跟梁 而言，這種連接相當于增強了節點區梁的上下翼緣，進而增大了節點區的抗彎和抗剪能力， 從而將塑性角向外推至框架梁上。這種做法增大了結構的延性，增強了結構的耗能能力，符合結構性態設計的要求。基于上述理論，本實用新型采取了如下技術方案設計一種采用工字鋼作為梁、柱 的鋼結構建筑中的梁、柱固節點，該固節點采用預制的四根帶狀鋼制連接板，將四根連接板 穿過柱的兩個翼緣或柱的腹板，并與柱兩側的兩根梁的上、下翼緣的兩邊固定。其中，連接 板的厚度大于或等于梁的厚度；連接板與梁翼緣的固定采用高強螺栓。下面介紹上述固節點的制作方法，包括以下步驟1)根據梁、柱的寬度加工連接板，連接板的寬度應小于梁、柱翼緣和柱腹板寬度的 一半，長度為梁的長度的10% -20%。2)在連接板端部設置螺栓預留孔，其直徑略大于螺栓直徑，預留孔數量2-4個，其 中螺栓直徑大于連接板的厚度。3)在柱翼緣和柱腹板上打孔，孔的形狀與連接板截面形狀一致，尺寸略大于連接 板截面。4)在梁翼緣上，對應于連接板的螺栓孔處打螺栓孔，其直徑與連接板螺栓孔相同。5)將連接板從柱翼緣孔或柱腹板孔中穿過，并用高強螺栓將其與梁翼緣固定。6)為不至于削弱柱翼緣，將柱翼緣孔與連接板之間或柱腹板孔與連接板之間的空 隙用焊縫添焊。7)用連接片將梁、柱連為一體。8)噴刷防火涂料。本實用新型利用簡單的連接板，通過在柱面上穿孔，將柱兩側的梁連接為一體，可 以有效的控制倒塌過程中節點的破壞。本實用新型介紹的梁柱節點造價低，施工操作簡單， 應用范圍廣，既可以用于新建建筑的抗倒塌設計及施工中，也可對已建建筑進行抗倒塌加 固。本實用新型中鋼結構梁柱抗連續倒塌加固節點不僅可以增強結構的抗連續倒塌能力， 而且可以增強其抗震能力，不失為一法多能。
[0021]圖1是正常使用情況下鋼框架結構的受力狀態；[0022]圖2是遭受爆炸襲擊后的鋼框架結構的受力狀態；[0023]圖3是本實用新型中用到的連接板示意圖；[0024]圖4是圖7的1-1剖面圖，示意柱翼緣打孔位置；[0025]圖5是圖8的3-3剖面圖，示意柱腹板打孔位置；[0026]圖6是本實用新型梁柱抗連續倒塌加固節點圖；[0027]圖7是穿過柱翼緣的連接板平視及俯視圖；[0028]圖8是穿過柱腹板的連接板平視及俯視圖；[0029]圖9是圖7的2-2剖面圖，示意添焊位置；[0030]圖10是圖8的4-4剖面圖，示意添焊位置；[0031]圖11是用來加固邊節點和角節點的u型連接板；[0032]圖12是抗連續倒塌的加固邊節點結構示意圖(穿過柱腹板和穿過柱翼緣的情況)。[0033]圖中1_打磨噴砂區，2-柱翼緣的打孔位置，3-柱腹板的打孔位置，4-高強螺栓，5_連接板，6-焊縫，7-連接片。
具體實施方式
本實用新型鋼結構梁柱抗連續倒塌加固節點是在現有鋼結構抗震梁柱節點連接 形式的基礎上加固而成。其原理是當結構某根柱子由于遭到恐怖爆炸襲擊或者偶然爆炸襲 擊后，喪失了承載能力，此柱所承受的結構豎向荷載瞬間以沖擊荷載的形式向下作用在如 圖2所示的梁柱節點上，與此柱連接的框架梁受力狀態由圖1所示情況轉變為圖2所示情 況，在這一過程中，圖2中的兩個中間節點和兩個邊節點的彎矩和剪力驟然增大，并且伴隨 著強烈的懸鏈線拉力作用，可以說受力狀態極其復雜，各種作用力的量級也很大。考慮到節 點焊接殘余應力和鋼材焊接脆性等作用，節點區變得更加脆弱。在這種情況下普通的梁柱 節點承載能力極有可能不滿足需要，從而造成結構的連續性倒塌。基于以上原因，本實用新型提出了鋼結構梁柱抗連續倒塌加固節點。對于整體結 構而言，這種節點通過四片連接板將同一軸線上本不貫通的兩根梁貫通相連，增強了結構 的整體性，從而可以有效的增強節點抵抗懸鏈線拉力的能力。相對于單獨的每一跟梁而言， 這種連接相當于增強了節點區梁的上下翼緣，進而增大了節點區的抗彎和抗剪能力，從而 將塑性角向外推至框架梁上。這種做法增大了結構的延性，增強了結構的耗能能力，符合結 構性態設計的要求。本實用新型中鋼結構梁柱抗連續倒塌加固節點不僅可以增強結構的抗 連續倒塌能力，而且可以增強其抗震能力，不失為一法多能。
以下結合附圖對本實用新型的一優選實施例加以說明考慮到方便現場安裝及高空作業，本實施例連接板與梁翼緣的連接采用高強度螺 栓相連。相對于普通螺栓連接，這樣做的好處是不至于因為打孔及承壓壓力等原因造成梁 翼緣截面損失，以至于降低梁的承載能力。不使用焊縫連接連接板和梁翼緣是為了不增加 節點區的焊接殘余應力，不破壞翼緣鋼材的韌性。實際應用中，可以通過結構力學和材料力學方法計算出圖2所示情況下中間節點 和端節點區域的彎矩，剪力和懸鏈線拉力。通過校核節點區的彎矩，剪力和懸鏈線拉力，便 可以確定出連接板的截面尺寸。然后通過兩端高強螺栓連接強度不小于連接板的抗拉承載 能力的方法，確定出高強螺栓的數量及規格。
以下結合附圖3 附圖10具體說明本實用新型的制作方法1)根據計算確定的截面尺寸，加工出如圖3所示的連接板，并通過高強度螺栓等 強連接，確定高強螺栓的規格及數量，按照此規格和數量在連接板端部設置螺栓預留孔，其 直徑略大于螺栓直徑；2)在圖3中高強螺栓連接區域范圍內，按照《鋼結構設計規范》的要求對連接板打 磨噴砂；3)在柱翼緣上打孔，孔的尺寸略大于連接板截面，如圖4所示。4)在柱腹板上打孔，孔的尺寸略大于連接板截面，如圖5所示。5)在梁翼緣上，對應于連接板的螺栓孔處打螺栓孔，其直徑與連接板螺栓孔相同， 如圖6所示。6)在梁翼緣上，對應于高強螺栓連接區域內，按照《鋼結構設計規范》的要求打磨 噴砂；[0046]7)將連接板從柱翼緣孔中穿過，并用高強螺栓將其連接固定，如圖7所示；8)將連接板從柱腹板孔中穿過，并用高強螺栓將其連接固定，如圖8所示；9)為不至于削弱柱翼緣，將柱翼緣孔與連接板之間，柱腹板孔與連接板之間的空 隙用焊縫添焊，如圖9，圖10所示；10)用原工藝中的連接片將梁、柱連為固節點；11)噴刷防火涂料，增強其抗火能力。邊界點和交接點的加固節點做法如前所述，只需加工圖11所示的U型連接板，然 后按照圖12所示，插入柱腹板或柱翼緣預先打好的孔中，再用高強螺栓將其連接于梁翼緣 上。
權利要求鋼結構梁柱抗連續倒塌加固節點，包括鋼結構建筑中用工字鋼制作的梁、柱，其特征在于預制四根帶狀鋼制連接板，四根連接板穿過柱的兩個翼緣或柱的腹板，并與柱兩側的兩根梁的上、下翼緣的兩邊固定。
2.如權利要求1所述的鋼結構梁柱抗連續倒塌加固節點，其特征在于所述連接板的 厚度大于或等于梁的厚度。
3.如權利要求1或2所述的鋼結構梁柱抗連續倒塌加固節點，其特征在于連接板與 梁翼緣的固定采用高強螺栓。
專利摘要鋼結構梁柱抗連續倒塌加固節點屬于建筑結構設計施工領域。本實用新型介紹的梁柱抗連續倒塌加固節點利用四根帶狀鋼制連接板，將四根連接板穿過柱的兩個翼緣或柱的腹板，并與柱兩側的兩根梁的上、下翼緣的兩邊固定，達到將不連續的梁連為一體，能夠抗連續倒塌加的目的。本實用新型還介紹了連續倒塌加固節點的制作方法。本實用新型介紹的梁柱節點造價低，施工操作簡單，應用范圍廣，既可以用于新建建筑的抗倒塌設計及施工中，也可對已建建筑進行抗倒塌加固。
文檔編號E04B1/58GK201581507SQ200920351298
公開日2010年9月15日 申請日期2009年12月30日 優先權日2009年12月30日
發明者杜修力, 石磊 申請人:北京工業大學