自拉结钢木组合节点及安装方法

本发明涉及建筑结构领域，尤其是一种自拉结钢木组合节点及安装方法。

背景技术：

木结构建筑采用木材作为受力构件，相对于混凝土材料其受拉能力好，不易脆断，且无需养护时间。木材作为建筑的主要材料具有环境友好性，相对于钢筋混凝土建筑和钢结构建筑减少了大量的碳排放量。同时，木结构建筑的连接特点和材料特点决定了其具有更快的施工速度。

但是，现有木结构的连接节点部件繁多，连接复杂，柱体的横截面通常会因为连接需要而将柱内穿凿，容易造成应力集中；同时现有木结构主要靠节点处的摩擦耗能来消散地震能量，导致存在使用材料单一、小部件易断裂、无恢复能力、不能在地震中最大限度发挥出木材的力学性能等问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于针对现有木结构建筑存在的上述问题，提供一种可恢复的自拉结钢木组合节点。

为了实现上述目的，本发明的采用以下的技术方案：

一种可恢复的自拉结钢木组合节点，包括自拉结组合柱、组合梁和梁柱加强套件；

自拉结组合柱包括中心柱体和位于中心柱体外侧的周边拉结柱，中心柱体与周边拉结柱榫卯连接形成方柱体，方柱体的两端分别设有定位盖板，定位盖板与周边拉结柱通过frp预应力筋连接；

组合梁包括上下两块翼缘板和两块平行的腹板，腹板位于上下两翼缘板之间，翼缘板与腹板榫卯连接，周边拉结柱的外侧面与翼缘板榫卯连接；

梁柱加强套件包括两个柱体外环板，柱体外环板为环状，包括呈十字形分布的四块连接板，柱体外环板套在自拉结组合柱上，柱体外环板的内壁轮廓与自拉结组合柱的外轮廓相匹配，连接板与翼缘板通过螺栓连接。

优选地，中心柱体上沿柱周均布有四个燕尾型榫头，周边拉结柱共四块，四块周边拉结柱相互之间榫卯连接，每块周边拉结柱上均设置有与中心柱体的燕尾型榫头相匹配的燕尾型卯孔，实现了周边拉结柱与中心柱体的榫卯连接。

优选地，周边拉结柱的截面为l形，包括水平短边和垂直长边，水平短边的外侧面和垂直长边的内侧面上均设置有直角梯形的榫头和直角梯形的卯孔，水平短边的榫头与垂直长边的卯孔相匹配，水平短边的卯孔与垂直长边的榫头相匹配，一块周边拉结柱的水平短边和相邻的另一块周边拉结柱的垂直长边榫卯连接，相邻的两块周边拉结柱之间形成一个直角夹角；水平短边的内侧面外端的直角处设置有与中心柱体的燕尾型榫头相匹配的燕尾型卯孔。

优选地，柱体外环板的内壁上设置有四个与直角夹角相匹配的直角凸起。

优选地，梁柱加强套件还包括角部连接块，角部连接块的截面为直角三角形，插入上下两个柱体外环板之间、相邻周边拉结柱之间的直角夹角中，角部连接块与柱体外环板通过螺栓连接。

优选地，组合梁与自拉结组合柱通过梁柱连接块连接，梁柱连接块的一个侧面上设置有水平榫头，相对侧面的上下两端均设置有水平插孔，水平插孔之间设置有竖向榫头，梁柱连接块的水平榫头插入周边拉结柱的侧向卯孔中，翼缘板端部插入水平插孔中，腹板前端开有竖向卯孔，竖向卯孔与竖向榫头配合实现榫卯连接。

优选地，周边拉结柱的两端均高于中心柱体，使自拉结组合柱两端中心分别形成凹槽。

优选地，定位盖板的内表面设置有凸起，凸起的形状与中心柱体的截面形状相同。

优选地，翼缘板的内侧面设置有榫头，腹板的顶面和底面上均开有卯孔，榫头和卯孔配合实现榫卯连接；

周边拉结柱的外侧面设置有侧向卯孔，两块翼缘板的端部设置有侧向榫头，翼缘板的侧向榫头插入侧向卯孔中，与周边拉结柱榫卯连接。

自拉结组合柱和组合梁采用木材，柱体外环板、角部连接块和定位盖板采用钢材，frp预应力筋采用纤维增强复合材料。

本发明还包括上述自拉结钢木组合节点的安装方法，包括以下步骤：

第一步，将中心柱体与四块周边拉结柱榫卯连接，四块周边拉结柱相互之间榫卯连接；

第二步，将翼缘板和腹板榫卯连接形成组合梁，将组合梁与周边拉结柱榫卯连接，或者将组合梁与梁柱连接块连接，然后将梁柱连接块与周边拉结柱榫卯连接；

第三步，将柱体外环板从上下两个方向套在自拉结组合柱上，组合梁的上、下两侧分别安装柱体外环板；

第四步，安装角部连接块，将角部连接块插入上下两个柱体外环板之间、相邻周边拉结柱之间的直角夹角中，角部连接块与柱体外环板通过螺栓连接

第五步，安装上下两块定位盖板；

第六步，安装frp预应力筋，将frp预应力筋穿过定位盖板和周边拉结柱。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的自拉结组合柱中，通过周边拉结柱之间的两两拉结、中心拉结柱和周边拉结柱之间的相互拉结，提高了构件的整体性和耗能能力；

(2)本发明的耗能形式主要为自拉结组合柱的不同部分在竖向的相互错动摩擦，这种耗能形式可以避免出现单一构件破坏的现象，而frp预应力筋可在自拉结组合柱的相互错动出现后限制这一趋势并提供恢复能力，保持节点的原有形状，避免节点出现大变形和破坏；

(3)本发明合理搭配使用木材、钢材和frp纤维增强复合材料，利用不同材料的特点提高了节点的整体力学性能。

附图说明

图1是实施例1中本发明的结构示意图；

图2是自拉结组合柱的结构示意图；

图3是中心柱体的结构示意图；

图4是周边拉结柱的平面示意图；

图5是相邻两周边拉结柱连接的平面示意图；

图6是中心柱体与周边拉结柱的连接示意图；

图7是定位盖板的安装示意图；

图8是实施例1中组合梁的结构示意图；

图9是柱体外环板的结构示意图；

图10是角部连接块的安装结构示意图；

图11是实施例1中自拉结钢木组合节点的安装过程示意图；

图12是实施例2中梁柱连接块的结构示意图；

图13是实施例2中组合梁的结构示意图；

图14是实施例2中组合梁的安装结构示意图；

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、自拉结组合柱；11、中心柱体；1101、燕尾型榫头；12、周边拉结柱；1201、水平短边；1202、垂直长边；1203、直角夹角；1204、燕尾型卯孔；1205、侧向卯孔；13、定位盖板；1301、凸起；14、frp预应力筋；

2、组合梁；21、翼缘板；2101、榫头；22、腹板；2201、卯孔；2202、竖向卯孔；

3、梁柱加强套件；31、柱体外环板；3101、连接板；3102、直角凸起；32、角部连接块；

4、梁柱连接块，41、水平榫头；42、水平插孔；43、竖向榫头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示，本实施例的自拉结钢木组合节点包括自拉结组合柱1、组合梁2和梁柱加强套件3。

如图2所示，自拉结组合柱包括中心柱体11和位于中心柱体11外侧的四块周边拉结柱12，相邻两周边拉结柱之间通过榫卯连接，中心柱体与其外侧的周边拉结柱榫卯连接形成方柱体。

如图3所示，中心柱体11上沿柱周均布有四个燕尾型榫头1101，燕尾型榫头1101与中心柱体11为一体结构且高度相同。

如图4至图6所示，周边拉结柱12的截面为l形，包括水平短边1201和垂直长边1202，水平短边1201的外侧面和垂直长边1202的内侧面上均设置有直角梯形的榫头和直角梯形的卯孔，水平短边1201的榫头与垂直长边1202的卯孔相匹配，水平短边1201的卯孔与垂直长边1202的榫头相匹配，一块周边拉结柱的水平短边1201和与其相邻的另一块周边拉结柱的垂直长边1202榫卯连接，相邻的两块周边拉结柱12之间形成一个直角夹角1203，水平短边的内侧面外端的直角处设置有与中心柱体的燕尾型榫头相匹配的燕尾型卯孔1204，中心柱体11与四块周边拉结柱12榫卯连接形成方柱体。周边拉结柱12的外侧面还设置有侧向卯孔1205，用以连接木梁。

周边拉结柱12的两端均高于中心柱体11，使自拉结组合柱1的两端分别形成中心柱体形状的凹槽。自拉结组合柱两端分别设置有定位盖板13，定位盖板13的内表面上设置有凸起1301，如图7所示，凸起1301的形状与中心柱体的截面形状相同，从而使定位盖板13从上下两端分别插入时，凸起部分1301插入凹槽中，使整个柱体严密连接不留缝隙。安装好定位盖板后，将定位盖板13与周边拉结柱12通过frp预应力筋14连接，frp预应力筋14围绕中心柱体11均匀布置，以使frp预应力筋能够在节点中合理受力，避免出现某根frp预应力筋应力过大的现象。

如图8所示，组合梁2包括上下两块翼缘板21和位于两翼缘板之间的两块平行的腹板22，翼缘板的内侧面设置有榫头2101，腹板的顶面和底面上均开有与榫头2101对应的卯孔2201，翼缘板与腹板之间通过榫卯连接。两块翼缘板端部设置有侧向榫头2102，侧向榫头2102与周边拉结柱外侧面的侧向卯孔1205相匹配，侧向榫头2102插入侧向卯孔1205中，使组合梁2与周边拉结柱12之间通过榫卯连接。

梁柱加强套件3包括柱体外环板31和角部连接块32，如图9所示，柱体外环板为环状，包括呈十字形分布的四块连接板3101，柱体外环板31套在自拉结组合柱上，柱体外环板31的内壁轮廓与自拉结组合柱1的外轮廓相匹配，两连接板3101的连接处设有直角凸起3102，因此柱形外环板31具有四个与直角夹角1203相匹配的直角凸起3102，连接板3101与翼缘板21之间通过螺栓连接。

如图10所示，角部连接块32的截面为直角三角形，角部连接块32插入上、下两柱体外环板31之间、且位于相邻周边拉结柱12之间的直角夹角1203中，角部连接块32与柱体外环板31通过螺栓连接。

如图11所示，本实施例的自拉结钢木组合节点的安装步骤如下所述。

第一步，将中心柱体11与其外侧的四块周边拉结柱12榫卯连接，相邻两周边拉结柱12之间榫卯连接。

第二步，将腹板22与其上、下两侧的翼缘板21榫卯连接形成组合梁2，将翼缘板端部的侧向榫头2102插入周边拉结柱12外侧面的侧向卯孔中，使组合梁2与周边拉结柱12榫卯连接。

第三步，将柱体外环板31从上、下两个方向分别套在自拉结组合柱1上，组合梁2的上、下两侧分别安装有柱体外环板31，柱体外环板31与组合梁2的翼缘板21通过螺栓连接。

第四步，安装角部连接块32。将角部连接块32插入上、下两个柱体外环31之间、且位于相邻周边拉结柱12之间的直角夹角1203中，角部连接块32与柱体外环板31之间通过螺栓连接.

第五步，安装上、下两块定位盖板13。将定位盖板13的凸起1301分别插入自拉结组合柱1中心的凹槽内，实现定位盖板13与自拉结组合柱1之间的连接。

第六步，安装frp预应力筋14。将frp预应力筋14穿过定位盖板13和周边拉结柱12。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，组合梁与自拉结组合柱之间通过梁柱连接块4连接，如图12所示，梁柱连接块4的一个侧面上设置有水平榫头41，对应的另一侧面的上下两端均设置有水平插孔42，水平插孔之间设置有竖向榫头43。

本实施例中，由于组合梁2是与梁柱连接块4连接的，因此组合梁2的结构也发生了改变，如图13所示，腹板前端开有竖向卯孔2202，翼缘板内侧的榫头和腹板顶面及底面的卯孔2201均没有贯穿全长，而是短了一截。

连接时，首先将梁柱连接块4的水平榫头41插入周边拉结柱的侧向卯孔1205中，然后将腹板22与梁柱连接块4榫卯连接，最后将翼缘板21与腹板22榫卯连接的同时将翼缘板21端部插入水平插孔42中并通过螺栓连接。如图14所示。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。