一种连接建筑结构的刚架柱脚节点的制作方法

1.本实用新型涉及建筑领域，具体涉及一种建筑结构的连接方法和系统。


背景技术：

2.工业建筑方案设计时，主厂房、加工车间等常采用门式刚架结构，而配套、辅助用房，设备间等常采用框架结构。传统的设计方法，两种结构形式之间需设置抗震缝脱开。从而保证每个单体相互间无影响，地震作用、风荷载等工况下均独立自由变形。但两单体交接处，由于设置抗震缝而形成双列柱，通常在此处仅设置一道建筑隔墙，此时一列柱会突出在房间内，影响使用空间和美观。并且由于抗震缝两侧单体层数、柱网尺寸、荷载情况等的不同，导致双柱柱底内力差异大，双柱基础设计时需考虑不均匀的柱底内力导致的联合基础重心与形心偏置问题，基础设计较复杂。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种连接建筑结构的刚架柱脚节点，其中包括：
4.门式刚架柱脚节点用于连接采用框架结构的第一房屋和采用门式刚架结构的第二房屋；
5.该门式刚架柱脚节点包括立于该框架结构的框架边柱顶部的该门式刚架结构的门式刚架边钢柱，该门式刚架边钢柱底部焊接有钢柱柱脚底板，该框架边柱内预埋有钢柱柱脚锚栓，该钢柱柱脚底板设有与该钢柱柱脚锚栓对应的锚栓长圆孔，该钢柱柱脚锚栓穿过该锚栓长圆孔，通过位于该钢柱柱脚锚栓的螺母栓接钢柱柱脚底板和框架边柱顶部；
6.该锚栓长圆孔的长向孔径尺寸大于等于二倍的最大行程值，该最大行程值通过叠加门式刚架和框架结构在水平地震作用和风荷载作用下的水平最大位移值得到。
7.所述的连接建筑结构的刚架柱脚节点，其中该钢柱柱脚锚栓的螺母包括调节螺母和止退螺母。
8.所述的连接建筑结构的刚架柱脚节点，该钢柱柱脚锚栓的螺母穿过柱脚锚栓垫板栓接钢柱柱脚底板，且该柱脚锚栓垫板与该钢柱柱脚底板间铺粘聚四氟乙烯薄板。
9.所述的连接建筑结构的刚架柱脚节点，其中该钢柱柱脚底板与该框架边柱之间设置叠层橡胶层。
10.所述的连接建筑结构的刚架柱脚节点，其中该门式刚架柱脚节点采用聚氨酯发泡喷涂进行节点密封，且该聚氨酯发泡喷涂密封节点上部设置挡水板。
11.所述的连接建筑结构的刚架柱脚节点，其中该锚栓长圆孔的短向孔径尺寸为：该柱脚锚栓直径+4mm。
12.所述的连接建筑结构的刚架柱脚节点，其中所述采用聚氨酯发泡喷涂对柱脚节点密封，喷涂时现场环境温度和待喷涂基材表面温度范围应在15℃～ 25℃，相对湿度小于80％，待喷涂基材表面应清洁干燥、无锈蚀、无粉尘、无污染、无潮气，喷涂作业时应保持环
境风速在5m/s以下，分次分层喷涂，每层喷涂2cm厚、总计约10～15cm厚，并采用硅酮密封胶对接缝处灌缝密封。
13.所述的连接建筑结构的刚架柱脚节点，其中该锚栓长圆孔朝向与该门式刚架结构的每榀刚架平面内受力方向同向。
14.所述的连接建筑结构的刚架柱脚节点，其中该橡胶层的轴向刚度由门式刚架二维建模分析计算时边钢柱的柱脚支座弹簧刚度确定。
15.所述的连接建筑结构的刚架柱脚节点，其中对采用框架结构的第一房屋进行框架单体三维建模分析，得到单体在水平地震作用和风荷载作用下的第一水平最大位移值δ1；对采用门式刚架结构的第二房屋进行二维建模分析，得到门式刚架在水平地震作用和风荷载作用下的第二水平最大位移值δ2；通过第一水平最大位移值和第二水平最大位移值相加，确定框架与门式刚架结构间水平位移的该最大行程值δ
max
。
16.同传统设计方法和门式刚架柱脚节点相比，本实用新型的突出效果在于：按照以上步骤，并配合新型刚架柱脚节点，可以实现框架部分与门式刚架部分在水平地震作用和风荷载作用下的水平变形相互间无影响，从而达到取消两单体间抗震缝的目的。两单体交接处，由原双列柱变为单列柱，增加房间的使用空间，并且简洁、美观。基础设计时，双柱联合基础变为单柱基础，毋需再考虑不均匀的柱底内力导致的联合基础重心与形心偏置问题，减少了设计人员基础设计的计算工作量。
附图说明
17.图1为本实用新型的设计方法流程图；
18.图2为本实用新型的新型刚架柱脚节点侧视图；
19.图3为本实用新型的新型刚架柱脚节点俯视图。
20.其中，1为门式刚架边钢柱，2为框架边柱，3为钢柱柱脚底板，4为钢柱柱脚锚栓，5为柱脚锚栓垫板，6为柱脚锚栓双螺母包含一个调节螺母和一个止退螺母，7为锚栓长圆孔，8为四氟乙烯薄板，9为叠层橡胶层，10为聚氨酯发泡密封层，11为硅酮密封胶，12为挡水板。
具体实施方式
21.本实用新型提供了一种框架与门式刚架之间不设置抗震缝的设计方法和新型刚架柱脚节点。其中设计步骤包括：首先对框架单体整体用三维建模进行分析计算，得到单体在水平地震作用和风荷载作用下的第一水平最大位移值δ1；对门式刚架采用二维建模进行分析计算，得到门式刚架在水平地震作用和风荷载作用下的第二水平最大位移值δ2；确定最大水平位移行程δ
max
＝δ1+δ2+20mm；采用新型柱脚节点，其中长圆孔长向孔径尺寸中a≥δ
max
。新型柱脚节点包括：门式刚架边钢柱(1)立于框架边柱(2)顶部，钢柱柱脚底板(3)与门式刚架边钢柱(1)采用剖口焊连接，钢柱柱脚锚栓(4)预埋于框架边柱(2)内，钢柱柱脚锚栓(4)包含双螺母、一个调节螺母和一个止退螺母(6)，柱脚锚栓垫板(5)与钢柱柱脚底板(3)间铺粘聚四氟乙烯薄板(8)，钢柱柱脚底板 (3)上设置锚栓长圆孔(7)，钢柱柱脚底板(3)与框架边柱(2)之间设置叠层橡胶层(9)，采用聚氨酯发泡喷涂(10)对新型柱脚节点进行密封；接缝、空隙处采用硅酮密封胶(11)灌缝；并在聚氨酯发泡喷涂(10)上部设置挡水板(12)。
22.所述确定最大水平位移行程δ
max
，并采用所述的新型门式刚架柱脚节点，实现框架部分与门式刚架部分在水平地震作用和风荷载作用下的变形相互间无影响，从而达到取消两单体之间抗震缝的目的。此交接部位基础也由双柱联合基础变为单柱基础，毋需考虑不均匀的柱底内力导致的联合基础重心与形心偏置问题，减少了设计人员基础设计的计算工作量。
23.所述钢柱柱脚底板(3)的规格尺寸、钢柱柱脚锚栓(4)的直径、柱脚锚栓垫板(5)的规格尺寸确定依据为：根据规范、规程、钢结构构造手册相关要求。
24.所述钢柱柱脚底板的锚栓长圆孔(7)短向孔径尺寸为：柱脚锚栓(4)直径+4mm；长向孔径尺寸为：2a，a值大于等于最大水平位移行程δ
max
，通过第一水平最大位移值和第二水平最大位移值相加，确定框架与门式刚架结构间水平位移的该最大行程值δ
max
。
25.所述柱脚锚栓垫板(5)与钢柱柱脚底板(3)间铺粘聚四氟乙烯薄板(8)，以保证门式刚架边钢柱(1)在锚栓长圆孔(7)长向孔径方向自由滑动。
26.所述钢柱柱脚底板(3)与框架边柱(2)之间设置的叠层橡胶层(9)，传统柱脚节点会采用混凝土二次灌填，钢柱无法滑动。改用橡胶层后，水平可以变形，竖向可以压缩。橡胶层轴向刚度是描述橡胶层压缩难易程度的常量，柱脚计算时会采用弹簧支座来模拟，弹簧的刚度即橡胶层的轴向刚度。橡胶层剪切刚度是描述橡胶层水平变形难易程度的常量，由于希望柱脚在水平向的滑动不受约束，所以尽量采用剪切刚度小的叠层橡胶。轴向刚度由门式刚架二维建模分析计算时边钢柱的柱脚支座弹簧刚度确定，剪切刚度尽可能取小值，以保证门式刚架部分在水平地震作用和风荷载作用下的水平变形不受约束。
27.所述采用聚氨酯发泡喷涂(10)对柱脚节点密封，喷涂时现场环境温度和待喷涂基材表面温度范围应在15℃～25℃，相对湿度小于80％，待喷涂基材表面应清洁干燥、无锈蚀、无粉尘、无污染、无潮气，若有结露或结霜现象应予以去除和干燥，喷涂作业时应保持环境风速在5m/s以下，分次分层喷涂，每层喷涂约2cm厚、总计约10～15cm厚，并采用硅酮密封胶对接缝处灌缝密封。
28.为让本实用新型的上述特征和效果能阐述的更明确易懂，下文特举实施例，并配合说明书附图作详细说明如下。
29.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明，但并不用来限制本实用新型的保护范围。
30.根据现行规范、规程对框架结构及门式刚架结构的相关规定，采用如图1 所示的流程分别对框架结构及门式刚架结构进行建模分析计算。
31.步骤1，首先对框架单体整体三维建模进行分析计算，得到单体在水平地震作用和风荷载作用下的第一水平最大位移值δ1；
32.步骤2，对门式刚架采用二维建模进行分析计算，得到门式刚架在水平地震作用和风荷载作用下的第二水平最大位移值δ2；
33.步骤3，确定最大水平位移行程δ
max
＝δ1+δ2+20mm；
34.步骤4，按照新型门式刚架柱脚节点进行柱脚设计，其中门式刚架柱脚底板的长圆孔长向孔径尺寸中a≥δ
max
。
35.本实例就某工业厂区加工车间和辅助用房之间取消抗震缝的设计流程进行说明。
36.某地区的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.15g，所在场地设计地震分
组：第一组，建筑物场地类别：ⅱ类，特征周期t
g
＝0.35s。基本风压： 0.40kn/m2(50年重现期)，地面粗糙度类别：b类，基本雪压：0.50kn/m2(50 年重现期)。
37.加工车间采用门式刚架结构体系，单层，双坡三连跨(24m+27m+24m)。边柱柱距6m，中柱柱距12m，纵向设置托梁刚架，檐口高度8.70m。
38.辅助用房采用框架结构体系，两层，单坡单跨(跨度10m)。纵向柱距6m，檐口高度7.20m。
39.如图1所示，先对辅助用房整体三维建模进行分析计算，水平地震作用下一层最大的弹性层间位移角最大位移量6.74mm；二层最大的弹性层间位移角最大位移量10.44mm；均满足规范对于框架结构楼层层间最大的弹性层间位移角的限值要求。
40.框架结构变形特征为剪切形，并且地震作用工况为控制工况，此时忽略风荷载作用下的水平位移量。故第一水平最大位移值δ1＝10.44mm。
41.再对加工车间采用二维建模进行分析计算，风荷载作用下，左风、右风工况的最大柱顶位移为最大柱顶位移量55.72mm；均满足规范对于门式刚架无吊车、无夹层、采用轻型钢墙板时，刚架柱顶位移的限值要求。
42.风荷载工况为控制工况，此时忽略水平地震作用下的水平位移量。故第二水平最大位移值δ2＝55.72mm。
43.依据δ1、δ2，计算出最大水平位移行程δ
max
＝δ1+δ2+20mm＝86.16mm。按照新型门式刚架柱脚节点，如图2和图3所示，其中图3左侧主要表达垫板和螺母，右侧主要表达螺栓杆和长圆孔，实际左右两侧做法是一致的，右侧也有螺母和垫板。柱脚底板的长圆孔长向孔径尺寸中a≥δ
max
，取a＝90mm。正常情况门式刚架是二维建模，钢柱柱脚采用铰接柱脚，柱脚在各个方向均无水平位移。由于需要将框架和门式刚架放在一起，取消抗震缝，所以需要释放一个方向的水平位移，即每榀刚架的平面内受力方向，每榀刚架的平面外受力方向并不需要释放，故设计为长圆孔，从而只释放一个方向的位移。长圆孔朝向与门式刚架的每榀刚架平面内受力方向同向。
44.由门式刚架二维建模分析计算，门式刚架边钢柱截面为h500
×
300
×
10
×
14，钢柱柱脚底板的规格尺寸
‑
20
×
540
×
340，钢柱柱脚锚栓规格2
×
m24，锚栓垫板的规格尺寸
‑
16
×
100
×
100，柱脚底板的锚栓长圆孔其短向孔径尺寸为 24+4＝28mm；长向孔径尺寸为2a＝180mm。
45.该方法可以实现框架部分与门式刚架部分在水平地震作用和风荷载作用下的水平变形相互间无影响，在满足相关规范、规程计算要求及构造要求的前提下，实现了取消两单体之间抗震缝的构想。减少了一列柱，从而增加房间的使用空间，并且简洁、美观。同时减少了设计人员的基础设计计算工作量。