[发明专利]H型钢柱高强螺栓摩擦型连接结构及施工方法

说明书

本发明涉及一种H型钢柱高强螺栓摩擦型连接结构及安装施工方法，该方法中H型钢柱的翼缘板和腹板均采用摩擦型等强度设计原则下的高强度螺栓+拼接板的双剪连接；翼缘板和腹板全部按净截面面积计算拼接面积，再校核验算高强螺栓数量；该结构将H型钢柱通过高强螺栓摩擦型连接而成，该结构的翼缘板和腹板均采用高强度螺栓连接。本发明由于采用完全抗剪工况下等强度设计连接设计方法，能提高钢结构建筑受剪力作用的强度，提高建筑抗震性能。

技术领域

本发明涉及一种型钢柱结构体系，尤其是一种采用高强螺栓连接的型钢柱结构体系。

背景技术

随着建筑工业化及装配式建筑技术的发展，型钢混凝土结构、纯型钢结构装配式建筑运用越来越普遍，超高层、大体量建筑不断涌现，型钢柱作为一种新型结构体系，无论是型钢混凝土结构、纯型钢结构，都大大提高了结构的承载力、刚度、抗震性能等，运用在装配式建筑中，更加提高施工效率保证结构安全，对提高结构刚度优势明显。也避免由单独混凝土结构承担受力，造成结构构件尺寸过大和空间过小影响建筑美学。因此，型钢混凝土柱的设计与施工安装是实现结构安全提升品质的重点。型钢柱的连接精度强度又是影响型钢混凝土柱的关键节点。如何更好地保证其自下而上连续可靠高精度连接，保证其整体性，不断改进工艺是型钢混凝土结构、纯型钢结构整体质量保证的课题。高强螺栓连接作为与焊接并举的钢结构主要连接形式，具有受力性能好，耐疲劳、抗震性能好，连接强度高、施工简便等优点，近来广泛得到研究与应用。广东顺德利保商贸中心H型钢柱拼接采用了等强度设计原则下高强螺栓连接，工艺安全可靠施工效率高，项目主体结构已经成功验收。

目前钢结构连接有焊接、高强螺栓连接、栓焊并举等方式。按照设计和受力要求的不同，螺栓连接方式有摩擦型和承压型，两者的本质区别是极限状态不同。

高强螺栓摩擦型连接是以外剪力达到板件接触面间由螺栓拧紧力所提供的可能最大摩擦力作为极限状态，也即是保证连接在整个使用期间内外剪力不超过最大摩擦力。板件不会发生相对滑移变形(螺杆和孔壁之间始终保持原有的空隙量)，被连接板件按弹性整体受力。

高强螺栓承压型连接中允许外剪力超过最大摩擦力，这时被连接板件之间发生相对滑移变形，直到螺栓杆与孔壁接触，此后连接就靠螺栓杆身剪切和孔壁承压以及板件接触面间的摩擦力共同传力，最后以杆身剪切或孔壁承压破坏作为连接受剪的极限状态。

摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓的区别在于设计是否考虑滑移。摩擦型高强螺栓绝对不能滑动，螺栓不承受剪力，一旦滑移，设计就认为达到破坏状态。承压型高强螺栓可以滑动，螺栓也承受剪力，最终破坏相当于螺栓破坏。

无论哪种连接方式，都需要先对连接节点进行深化设计计算。钢结构构件连接设计方法有:实用设计法，精确计算设计法，常用简化设计法和等强度连接设计方法。

a.实用设计法：是按被连接的翼缘的净截面面积等强度条件进行拼接连接，而腹板的连接除对作用在拼接位置的剪力进行计算外，尚应按腹板净截面面积的抗剪承载力的1/2或构件两端弯矩之和除以构件的净跨长度所得到的剪力来确定。本方法适用于一般钢结构受弯构件连接。

b.精确计算设计法：是被连接的构件翼缘和腹板按其惯性矩比例分担截面处的弯矩，而剪力全部由腹板承担。本方法适用于一般钢结构受弯构件连接。

c.常用简化设计法：是按构件翼缘承担所有的弯矩，而腹板承担所有的剪力来进行拼接设计。本方法适用于一般钢结构受弯及受剪构件连接。

d.等强度设计法：是按被连接的翼缘或腹板的净截面面积等强度的条件来进行拼接的。设计的原则除了受力明确减少应力集中和便于加工安装以外，最重要就是满足强连接弱构件的原则，避免因连接较弱而使结构整体破坏。等强度连接设计方法的目的就是使构件连接的承载力与构件承载力相等或者比构件承载力更高。在等强度设计前提下，现有技术通常做法是：1)沿用精确设计计算法——连接构件翼缘和腹板按其惯性矩比例分担截面处的弯矩，而剪力全部由腹板承担；2)沿用简化设计计算法——连接构件翼缘承担所有的弯矩，而腹板承担所有的剪力。