[发明专利]钢结构梁柱抗连续倒塌加固节点及其制作方法

说明书

技术领域

钢结构梁柱抗连续倒塌加固节点及其制作方法属于建筑结构设计施工领域。

背景技术

当今世界，随着人类文明的不断进步，国家矛盾、民族、宗教、政党纷争、地区经济和文化发展不平衡等问题也随之变的越来越尖锐。这些问题的存在和扩大直接导致了国际恐怖主义的迅速蔓延和发展，恐怖爆炸事件的接连发生。其中震惊世界的“9.11”恐怖主义袭击事件，世界贸易中心两栋400余米高的双子楼在受到两架飞机的撞击后，建筑彻底倒塌，死亡3000多人，经济损失无法估量。美国国务院反恐怖主义协调办公室发布的《2003年全球恐怖主义形势》报告中指出，仅2003一年，世界各地就发生190起国际恐怖主义袭击事件，其中有175起“重大恐怖袭击”，死伤人数分别是625人和3646人，而2003年却还是自1969年以来国际恐怖主义袭击事件最少的年份。在恐怖爆炸范畴之外，每年还有数以千记的偶然爆炸事件，这些爆炸事件直接或间接的导致了建筑结构的破坏，乃至连续性倒塌。

钢结构建筑由于具有施工速度快、结构延性好、质量轻等优点而被广泛地应用于工程建设中，其抵抗爆炸荷载或冲击荷载激励连续倒塌的能力越来越受到人们的重视。

钢结构的设计中，出于便于施工和强柱弱梁等方面的考虑，梁柱节点都是柱贯通而梁不贯通的，梁由节点连接在柱上，如图1所示。很多文献，包括美国DOD和GSA规范中都已提到，节点是钢框架结构抗爆、抗倒塌的软肋，一旦节点丧失承载能力则必将导致结构倒塌。

图1为结构在正常使用情况下梁柱的受力状态，当结构遭受到爆炸袭击时，结构某个柱子被炸坏丧失承载能力之后，结构的受力状态如图2所示。此时节点在冲击荷载、轴力、弯矩、剪力共同作用下受力、变形情况十分复杂。

目前节点的连接加固设计基本都是针对地震荷载的，而这种抗震的节点在结构倒塌过程中能起到多大作用还值得探讨。

美国抗倒塌节点加固时采用了节点四面焊接钢板及在梁腋处加肋等方法，这类方法虽然可以有效的控制倒塌过程中节点的破坏，但是其操作复杂，施工繁琐，工程造价相对较高，而且影响结构的建筑美观及使用。

发明内容

针对以上诸多问题，本发明提供一种抗倒塌加固梁柱节点及其制作方法。解决目前抗倒塌加固梁柱节点施工繁琐、工程造价高、影响美观等难题。

为了实现上述目的，本发明提出了钢结构梁柱抗连续倒塌加固节点。对于整体结构而言，这种节点通过四片连接板将同一轴线上本不贯通的两根梁贯通相连，增强了结构的整体性，从而可以有效的增强节点抵抗悬链线拉力的能力。相对于单独的每一跟梁而言，这种连接相当于增强了节点区梁的上下翼缘，进而增大了节点区的抗弯和抗剪能力，从而将塑性角向外推至框架梁上。这种做法增大了结构的延性，增强了结构的耗能能力，符合结构性态设计的要求。

基于上述理论，本发明采取了如下技术方案：设计一种采用工字钢作为梁、柱的钢结构建筑中的梁、柱固节点，该固节点采用预制的四根带状钢制连接板，将四根连接板穿过柱的两个翼缘或柱的腹板，并与柱两侧的两根梁的上、下翼缘的两边固定。其中，连接板的厚度大于或等于梁的厚度；连接板与梁翼缘的固定采用高强螺栓。

下面介绍上述固节点的制作方法，包括以下步骤：

1)根据梁、柱的宽度加工连接板，连接板的宽度应小于梁、柱翼缘和柱腹板宽度的一半，长度为梁的长度的10％-20％。

2)在连接板端部设置螺栓预留孔，其直径略大于螺栓直径，预留孔数量2-4个，其中螺栓直径大于连接板的厚度。

3)在柱翼缘和柱腹板上打孔，孔的形状与连接板截面形状一致，尺寸略大于连接板截面。

4)在梁翼缘上，对应于连接板的螺栓孔处打螺栓孔，其直径与连接板螺栓孔相同。

5)将连接板从柱翼缘孔或柱腹板孔中穿过，并用高强螺栓将其与梁翼缘固定。

6)为不至于削弱柱翼缘，将柱翼缘孔与连接板之间或柱腹板孔与连接板之间的空隙用焊缝添焊。

7)用连接片将梁、柱连为一体。

8)喷刷防火涂料。

本发明利用简单的连接板，通过在柱面上穿孔，将柱两侧的梁连接为一体，可以有效的控制倒塌过程中节点的破坏。本发明介绍的梁柱节点造价低，施工操作简单，应用范围广，既可以用于新建建筑的抗倒塌设计及施工中，也可对已建建筑进行抗倒塌加固。本发明中钢结构梁柱抗连续倒塌加固节点不仅可以增强结构的抗连续倒塌能力，而且可以增强其抗震能力，不失为一法多能。

附图说明

图1是正常使用情况下钢框架结构的受力状态；

图2是遭受爆炸袭击后的钢框架结构的受力状态；