CN112854454A - 一种加强型双拼u形冷弯薄壁钢-木组合梁柱节点 - Google Patents
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Abstract
一种加强型双拼U形冷弯薄壁钢‑木组合梁柱节点，包括木制柱、第一矩形钢木组合梁、第二矩形钢木组合梁和钢木加强部件，木制柱在梁柱连接处预留榫卯空间；所述钢木组合梁包括第一矩形钢木组合梁、第二矩形钢木组合梁由两个U形冷弯薄钢构件和四块木板组合而成，第一第二钢木组合梁通过榫卯连接置于木制柱内；钢木加强部件包括带方管托座钢连接件、木制撑杆、木制垫块，其中撑杆一端嵌入钢连接件方管内，另一端带有榫头嵌入垫块底部预留的孔洞，通过垫块顶部与钢梁的搭接起到对钢梁的辅助支撑作用。本发明采用U形冷弯钢构件与木块的组合大大提高了梁的承载能力和抗弯刚度，同时组合结构使梁的榫卯方式多样化、更加方便稳固。
Description
技术领域
本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种加强型双拼U形冷弯薄壁钢-木组合梁柱节点。
背景技术
木材是全球应用最广泛的建筑材料之一，同时作为唯一可再生的建筑材料，具有许多优点，例如优良的固碳作用、加工方便、强重比高、具有良好的保温隔声性能、能够减轻紫外线对人体的伤害并且产生温暖的质感、具有阻燃性等。而钢材则具有质量轻、强度高、结构承载能力优异、延性好等优点，除此之外还具有多样化的连接方式，钢结构性价比高，采用钢结构可大幅节省施工时间，增大住宅空间，还具有节能、抗震等优良性能。
木材与钢材具有各自的优势，同时也具有各自的缺陷。木材的天然缺陷导致个体材性差异较大；其自身各向异性和干缩湿胀导致尺寸不稳定；病菌和昆虫的侵害也都限制了木结构的进一步发展。与此同时，我国面临的森林资源形式仍然十分严峻，森林覆盖率和人均森林面积仍远低于世界平均水平。而钢材容易生锈，且容易发生失稳，使结构变形快速増加，最终完全失去承载能力；此外，钢材的导电性和导热性都影响了钢结构建筑的使用性能。
发明内容
为了解决上述存在的技术问题，本发明提供一种加强型双拼U形冷弯薄壁钢-木组合梁柱节点，钢构件与木材的组合可以利用材料各自的优势，实现性能的互补。由两个U形冷弯薄钢背靠背组合而成的工字梁相比传统的纯木制梁具有更高强和更高稳定的特点，增大了梁的跨度和空间利用率；在组合梁外围的翼缘处和腹板处添置复合木板，可以有效利用木材吸收能量和阻燃的特性，提供构件抗震和耐火的需求，同时增加建筑物的舒适度和保温隔声性能。
本发明采用的技术方案如下：
一种加强型双拼U形冷弯薄壁钢-木组合梁柱节点，包括木制柱1、第一矩形钢木组合梁、第二矩形钢木组合梁和钢木加强部件；
所述木制柱在梁柱连接处预留榫卯空间；
所述第一矩形钢木组合梁包括上下两个L形翼缘木板4、左右两个带有第组合梁榫头12的第一矩形钢木组合梁带榫头腹板木板3和两个第一矩形钢木组合梁U形钢梁2；
所述第二矩形钢木组合梁包括上下两个第二矩形钢木组合梁翼缘木板6、左右两个第二矩形钢木组合梁带卯眼腹板木板7、两个第二矩形钢木组合梁U形腹板带孔钢梁5；
所述钢木加强部件包括带有方管托座的L形钢连接件8，一端带有木质撑杆榫头14的带榫头撑杆9和底部带有卯眼15的方形垫块10。
所述的一种加强型双拼U形冷弯薄壁钢-木组合梁柱节点，其优选方案为木制柱1柱身在梁柱连接处预留出第一矩形钢木组合梁和第二矩形钢木组合梁在柱内的拼合空间，预留空间尺寸与矩形组合梁整体横截面宽高尺寸一致，两个方向深度分别为两根组合梁嵌入柱内深度。
所述的一种加强型双拼U形冷弯薄壁钢-木组合梁柱节点，其优选方案为第一矩形钢木组合梁中两根第一矩形钢木组合梁U形钢梁2背靠背成工字梁，腹板左右两边分别放置一端带有第一组合梁榫头12的第一矩形钢木组合梁带榫头腹板木板3，其上下翼缘分别放置在L形翼缘木板4内，L形翼缘木板4、第一矩形钢木组合梁带榫头腹板木板3与U形钢梁之间通过自攻螺钉11相互连接固定。
所述的一种加强型双拼U形冷弯薄壁钢-木组合梁柱节点，其优选方案为第二矩形钢木组合梁中包括上下第二矩形钢木组合梁翼缘木板6，两根第二矩形钢木组合梁U形腹板带孔钢梁5背靠背成工字梁，其中靠外侧U形钢梁梁端上下翼缘处需进行切割，切割宽度和长度分别为第一矩形钢木组合梁中L形翼缘木板4的厚度及宽度一致，以此预留出与第一矩形钢木组合梁中L形翼缘木板4的拼接空间；
所述第二矩形钢木组合梁U形腹板带孔钢梁5腹板开孔大小与第一矩组合梁榫头12大小一致，腹板左右两边分别放置第二矩形钢木组合梁带卯眼腹板木块7，孔洞尺寸与第一组合梁榫头12尺寸一致，第二矩形钢木组合梁U形腹板带孔钢梁5的腹板开孔与第二矩形钢木组合梁带卯眼腹板木块7所预留孔洞组合形成第二组合梁卯眼13，第二矩形钢木组合梁翼缘木板6、第二矩形钢木组合梁带卯眼腹板木块7与第二矩形钢木组合梁U形腹板带孔钢梁5通过自攻螺钉11相互连接固定。
所述的一种加强型双拼U形冷弯薄壁钢-木组合梁柱节点，其优选方案为第二组合钢木梁5开孔梁端垂直放置于第一矩形钢木组合梁上下L形翼缘木板4之间，再将第一组合梁榫头12垂直嵌入第二组合梁卯眼13处，完成两个组合梁的柱内搭接。
所述的一种加强型双拼U形冷弯薄壁钢-木组合梁柱节点，其优选方案为第一矩形钢木组合梁和第二矩形钢木组合梁下均有一个带有方管托座的L形钢连接件8，用于稳固组合梁与柱的连接，其中L形钢连接件8带有方钢管座的一端通过螺钉固定于木质柱1身上，L形钢连接件8另一端通过螺钉固定于各组合梁上，其方管托座尺寸大小与带榫头撑杆9横截面尺寸一致。
所述的一种加强型双拼U形冷弯薄壁钢-木组合梁柱节点，其优选方案为所述L形钢连接件8方管托座内插入矩形带榫头撑杆9，带榫头撑杆9另一端带有木质撑杆榫头14；方形垫块10底部带有卯眼15，带榫头撑杆9与方形垫块10通过榫卯相接，方形垫块10顶部预留搭接面，用于与组合梁下翼缘木板搭接，搭接面宽度为组合梁翼缘宽度。
本发明的有益效果和优点如下：
1)适用范围广，本发明适用于旅游开发地的民宿建筑、餐饮馆、图书馆、文化宫，学生宿舍等低层建筑区域；
2)取材方便，本发明所涉及到的木材及钢材种类多样，用途广泛，可就地取材；
3)绿色环保，本发明中木制柱及各种木板所用材料均可选择复合胶合木代替传统原木，大大增加木材的回收利用率，符合我国倡导绿色建筑的理念；
4)本发明所包含的钢、木各基本构件构造简单，可提前在工厂预制现场装配，施工周期短，安装方便；
5)本发明中钢与木的结合，很好地发挥两者的优势，取长补短。钢-木组合梁相比于纯钢梁极大减小钢材地消耗，相比于纯木梁承载能力及稳定性能增加，同时组合梁中的木材避免了钢材外露，有效防止钢材的锈蚀，木材的阻燃性使其在燃烧过程中能维持一定的力学性能从而对耐火性较差的钢材进行保护，也延缓了结构破坏的发生，为遇到偶然灾害时，给人们争取了更多逃生时间；
6)本发明中第一组合梁与第二组合梁在柱内的巧妙榫卯形式使两组梁的搭接完成后相互牵制、限制构件之间的相对滑移、完全固定，使组合梁的搭接更加稳定；
7)本发明所设计的钢木组合加强部件，区别于传统的钢连接件，撑杆的设置给组合梁设立了第二道防护，通过垫块顶部与钢梁的搭接起到对钢梁的辅助支撑作用，使整个梁柱节点更加安全可靠。
附图说明
图1为加强型双拼U形冷弯薄壁钢-木组合梁柱节点立体图；
图2为木制柱立体图；
图3为木制柱与钢连接件位置关系图；
图4为第一矩形钢木组合梁立体图；
图5为第一矩形钢木组合梁拆解图；
图6为第二矩形钢木组合梁立体图；
图7为第二矩形钢木组合梁拆解图；
图8为两个组合梁接头构造示意图；
图9为钢木加强部件立体图；
图10为钢木加强部件拆解图。
图中，1为木制柱；2为第一矩形钢木组合梁U形钢梁；3为第一矩形钢木组合梁带榫头腹板木块；4为L形翼缘木板；5为第二矩形钢木组合梁U形腹板带孔钢梁；6为第二矩形钢木组合梁翼缘木板；7为第二矩形钢木组合梁带卯眼腹板木块；8为L形钢连接件；9为带榫头撑杆；10为方形垫块；11为螺钉；12为第一组合梁榫头；13为第二组合梁卯眼；14为木制撑杆榫头；15为卯眼。
具体实施方式
如图1-10所示，一种加强型双拼U形冷弯薄壁钢-木组合梁柱节点，包括木制柱1、第一矩形钢木组合梁、第二矩形钢木组合梁和钢木加强部件；
所述木制柱在梁柱连接处预留榫卯空间；
所述第一矩形钢木组合梁包括上下两个L形翼缘木板4、左右两个带有第组合梁榫头12的第一矩形钢木组合梁带榫头腹板木板3和两个第一矩形钢木组合梁U形钢梁2；
所述第二矩形钢木组合梁包括上下两个第二矩形钢木组合梁翼缘木板6、左右两个第二矩形钢木组合梁带卯眼腹板木板7、两个第二矩形钢木组合梁U形腹板带孔钢梁5；
所述钢木加强部件包括带有方管托座的L形钢连接件8，一端带有木质撑杆榫头14的带榫头撑杆9和底部带有卯眼15的方形垫块10。
木制柱1柱身在梁柱连接处预留出第一矩形钢木组合梁和第二矩形钢木组合梁在柱内的拼合空间，预留空间尺寸与矩形组合梁整体横截面宽高尺寸一致，两个方向深度分别为两根组合梁嵌入柱内深度。
第一矩形钢木组合梁中两根第一矩形钢木组合梁U形钢梁2背靠背成工字梁，腹板左右两边分别放置一端带有第一组合梁榫头12的第一矩形钢木组合梁带榫头腹板木板3，其上下翼缘分别放置在L形翼缘木板4内，L形翼缘木板4、第一矩形钢木组合梁带榫头腹板木板3与U形钢梁之间通过自攻螺钉11相互连接固定。
第二矩形钢木组合梁中包括上下第二矩形钢木组合梁翼缘木板6，两根第二矩形钢木组合梁U形腹板带孔钢梁5背靠背成工字梁，其中靠外侧U形钢梁梁端上下翼缘处需进行切割，切割宽度和长度分别为第一矩形钢木组合梁中L形翼缘木板4的厚度及宽度一致，以此预留出与第一矩形钢木组合梁中L形翼缘木板4的拼接空间；
所述第二矩形钢木组合梁U形腹板带孔钢梁5腹板开孔大小与第一矩组合梁榫头12大小一致，腹板左右两边分别放置第二矩形钢木组合梁带卯眼腹板木块7，孔洞尺寸与第一组合梁榫头12尺寸一致，第二矩形钢木组合梁U形腹板带孔钢梁5的腹板开孔与第二矩形钢木组合梁带卯眼腹板木块7所预留孔洞组合形成第二组合梁卯眼13，第二矩形钢木组合梁翼缘木板6、第二矩形钢木组合梁带卯眼腹板木块7与第二矩形钢木组合梁U形腹板带孔钢梁5通过自攻螺钉11相互连接固定。
第二组合钢木梁5开孔梁端垂直放置于第一矩形钢木组合梁上下L形翼缘木板4之间，再将第一组合梁榫头12垂直嵌入第二组合梁卯眼13处，完成两个组合梁的柱内搭接。
第一矩形钢木组合梁和第二矩形钢木组合梁下均有一个带有方管托座的L形钢连接件8，用于稳固组合梁与柱的连接，其中L形钢连接件8带有方钢管座的一端通过螺钉固定于木质柱1身上，L形钢连接件8另一端通过螺钉固定于各组合梁上，其方管托座尺寸大小与带榫头撑杆9横截面尺寸一致。
所述L形钢连接件8方管托座内插入矩形带榫头撑杆9，带榫头撑杆9另一端带有木质撑杆榫头14；方形垫块10底部带有卯眼15，带榫头撑杆9与方形垫块10通过榫卯相接，方形垫块10顶部预留搭接面，用于与组合梁下翼缘木板搭接，搭接面宽度为组合梁翼缘宽度。
具体安装过程如下：
首先，如图3所示，将两个带方管托座的L形钢连接件8用螺钉分别固定在木制柱1与组合梁接口下方；其次，如图6-7所示用自攻螺钉11在所留螺钉孔处将第二组合梁所包含的各个部件进行完全固定；然后，将图5中除上下L形翼缘木板4以外其它部件用螺钉11完全固定；接着，如图5所示先将第一矩形钢木组合梁的上下L形翼缘木板4推置于柱内所在位置，紧接着将装配完成的第二组合梁按图1所在位置进行安装直至第二组合梁梁端嵌入第一组合梁上下两个L形翼缘木板4之间；再将图5中第一矩形钢木组合梁U形钢梁2和左右第一矩形钢木组合梁带榫头腹板木块3的第一组合梁榫头12一端一起推进第二组合梁所预留的第二组合梁卯眼13之中，形成榫卯连接后，将第一组合梁上下L形翼缘木板4与其第一矩形钢木组合梁U形钢梁2及第一矩形钢木组合梁带榫头腹板木块3进行螺钉11固定，此时两个组合梁完成安装且通过内部的榫卯形式完全固定；再将L形钢连接件8与组合梁下翼缘木板如图1所示用螺钉进行固定连接；接着，如图10所示将带榫头撑杆9木质撑杆榫头14插入方形垫块10底部；如图9所示，将装有方形垫块10的带榫头撑杆9插入连接件的L形钢连接件的方管托座8内，此时组合梁被方形垫块10托住，再用螺钉将L形钢连接件的方管托座8与带榫头撑杆9固定连接；最后，钢木加强部件以及整个钢-木组合梁柱节点全部安装完成。
Claims (7)
1.一种加强型双拼U形冷弯薄壁钢-木组合梁柱节点，其特征在于：包括木制柱(1)、第一矩形钢木组合梁、第二矩形钢木组合梁和钢木加强部件；
所述木制柱在梁柱连接处预留榫卯空间；
所述第一矩形钢木组合梁包括上下两个L形翼缘木板(4)、左右两个带有第组合梁榫头(12)的第一矩形钢木组合梁带榫头腹板木板(3)和两个第一矩形钢木组合梁U形钢梁(2)；
所述第二矩形钢木组合梁包括上下两个第二矩形钢木组合梁翼缘木板(6)、左右两个第二矩形钢木组合梁带卯眼腹板木板(7)、两个第二矩形钢木组合梁U形腹板带孔钢梁(5)；
所述钢木加强部件包括带有方管托座的L形钢连接件(8)，一端带有木质撑杆榫头(14)的带榫头撑杆(9)和底部带有卯眼(15)的方形垫块(10)。
2.根据权利要求1所述的一种加强型双拼U形冷弯薄壁钢-木组合梁柱节点，其特征在于：所述木制柱(1)柱身在梁柱连接处预留出第一矩形钢木组合梁和第二矩形钢木组合梁在柱内的拼合空间，预留空间尺寸与矩形组合梁整体横截面宽高尺寸一致，两个方向深度分别为两根组合梁嵌入柱内深度。
3.根据权利要求1所述的一种加强型双拼U形冷弯薄壁钢-木组合梁柱节点，其特征在于：所述第一矩形钢木组合梁中两根第一矩形钢木组合梁U形钢梁(2)背靠背成工字梁，腹板左右两边分别放置一端带有第一组合梁榫头(12)的第一矩形钢木组合梁带榫头腹板木板(3)，其上下翼缘分别放置在L形翼缘木板(4)内，L形翼缘木板(4)、第一矩形钢木组合梁带榫头腹板木板(3)与U形钢梁之间通过自攻螺钉(11)相互连接固定。
4.根据权利要求1所述的一种加强型双拼U形冷弯薄壁钢-木组合梁柱节点，其特征在于：第二矩形钢木组合梁中包括上下第二矩形钢木组合梁翼缘木板(6)，两根第二矩形钢木组合梁U形腹板带孔钢梁(5)背靠背成工字梁，其中靠外侧U形钢梁梁端上下翼缘处需进行切割，切割宽度和长度分别为第一矩形钢木组合梁中L形翼缘木板(4)的厚度及宽度一致，以此预留出与第一矩形钢木组合梁中L形翼缘木板(4)的拼接空间；
所述第二矩形钢木组合梁U形腹板带孔钢梁(5)腹板开孔大小与第一矩组合梁榫头(12)大小一致，腹板左右两边分别放置第二矩形钢木组合梁带卯眼腹板木块(7)，孔洞尺寸与第一组合梁榫头(12)尺寸一致，第二矩形钢木组合梁U形腹板带孔钢梁(5)的腹板开孔与第二矩形钢木组合梁带卯眼腹板木块(7)所预留孔洞组合形成第二组合梁卯眼(13)，第二矩形钢木组合梁翼缘木板(6)、第二矩形钢木组合梁带卯眼腹板木块(7)与第二矩形钢木组合梁U形腹板带孔钢梁(5)通过自攻螺钉(11)相互连接固定。
5.根据权利要求1所述的一种加强型双拼U形冷弯薄壁钢-木组合梁柱节点，其特征在于：第二组合钢木梁(5)开孔梁端垂直放置于第一矩形钢木组合梁上下L形翼缘木板(4)之间，再将第一组合梁榫头(12)垂直嵌入第二组合梁卯眼(13)处，完成两个组合梁的柱内搭接。
6.根据权利要求1所述的一种加强型双拼U形冷弯薄壁钢-木组合梁柱节点，其特征在于：第一矩形钢木组合梁和第二矩形钢木组合梁下均有一个带有方管托座的L形钢连接件(8)，用于稳固组合梁与柱的连接，其中L形钢连接件(8)带有方钢管座的一端通过螺钉固定于木质柱(1)身上，L形钢连接件(8)另一端通过螺钉固定于各组合梁上，其方管托座尺寸大小与带榫头撑杆(9)横截面尺寸一致。
7.根据权利要求1所述的一种加强型双拼U形冷弯薄壁钢-木组合梁柱节点，其特征在于：所述L形钢连接件(8)方管托座内插入矩形带榫头撑杆(9)，带榫头撑杆(9)另一端带有木质撑杆榫头(14)；方形垫块(10)底部带有卯眼(15)，带榫头撑杆(9)与方形垫块(10)通过榫卯相接，方形垫块(10)顶部预留搭接面，用于与组合梁下翼缘木板搭接，搭接面宽度为组合梁翼缘宽度。
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