一种钢管柱和H型钢梁的刚接节点及其施工方法与流程

本发明涉及不同钢结构现场连接技术领域，具体涉及一种钢管柱和h型钢梁的刚接节点及其施工方法。

背景技术：

目前随着我国建筑的发展，装配式钢结构建筑具有现场建设周期短、建设施工快、方便移动安装等优点，越来越被人们所采用，多种不同的钢结构现场连接是常有的事，连接的方式主要有刚接和铰接，刚接的特征是钢结构连接后不能相对移动和转动，常规的刚接形式是将两个钢结构构件直接进行焊接，刚接方式为使用吊装机械吊装起钢梁，在高空与钢管柱进行临时对位，在地面使用全站仪进行实时测量，吊装机械根据测量数据不断移动h型钢梁，最终钢梁精确对位后，松开吊钩，再焊接钢梁与钢管柱的对接焊缝，即焊接上、下翼缘板和腹板与钢柱的三道焊缝。此种方法中，钢结构在空中对位连接难度大造成对位不精确，大量的现场焊接工作造成工期进度缓慢，而且焊接完成后，焊缝检测不合格，需要返修重新焊接，大量的焊接工作将造成现场环境弧光、烟尘和噪声污染，不符合国家绿色施工的要求，为解决上述问题，特提供一种新的刚接节点和施工方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种钢管柱和h型钢梁的刚接节点及其施工方法，解决传统节点结构施工中钢结构在空中对位连接难度大造成对位不精确、大量的现场焊接工作造成工期进度缓慢、焊缝质量不能保证、焊接工作量大、造成现场环境弧光、烟尘和噪声污染不符合国家绿色施工的要求的技术问题。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种钢管柱和h型钢梁的刚接节点，包括钢管柱和h型钢梁，两者中轴线互相垂直，其特征在于：所述钢管柱的壁面上，在h型钢梁的预设位置对应焊接一段h型钢牛腿，所述h型钢牛腿的截面与h型钢梁相同；h型钢牛腿的上翼缘板二与h型钢梁的上翼缘板一对应焊接，所述h型钢牛腿的下翼缘板二与h型钢梁的下翼缘板一对应焊接，所述h型钢牛腿的腹板二上开有一系列螺栓孔二，所述h型钢梁的腹板一上开有一系列螺栓孔一，所述腹板二和腹板一对接后，通过分别与连接板螺栓连接实现固定；所述上翼缘板一的上表面设置有用于与上翼缘板二临时搭接固定的定位卡板。

所述连接板为矩形，包括两块，分别位于腹板二和腹板一的正反两面，其上开设的螺栓孔数量等于螺栓孔二和螺栓孔一的数量之和。

作为本发明的优选技术方案，所述定位卡板为倒扣的槽型定位卡板，其一端焊接在h型钢梁的上翼缘板一上，另一端搭设在h型钢牛腿的上翼缘板二上。

进一步优选的，所述定位卡板为一体成型的倒扣槽型定位卡板，其一端为固定部，所述固定部固定在h型钢梁的上翼缘板一上，另一端为卡接部，所述卡接部卡固或搭设在h型钢牛腿的上翼缘板二上。

进一步优选的，所述定位卡板的固定部和卡接部均为横截面为l形的板件，自左向右依次为固定横部、固定立部、卡接横部和卡接立部，首位顺次连接；其中固定横部与h型钢梁的上翼缘板一焊接或通过栓钉固定连接；卡接立部的尾部伸长，在h型钢牛腿的上翼缘板二的对应位置设卡槽，卡接立部的尾部卡固在卡槽内。

进一步优选的，所述定位卡板至少包括两个，分别位于上翼缘板一搭接端的两头。

进一步优选的，在h型钢牛腿与h型钢梁的连接端，h型钢牛腿与h型钢梁的腹板与上翼缘板或下翼缘板连接的端部均设有预留豁口，预留豁口内在焊接完成的焊缝之下设置有垫板。

进一步优选的，所述螺栓为高强螺栓。

进一步优选的，所述钢管柱为方钢管柱，其与1～4根h型钢梁固定连接，相应的，所述钢管柱上设置有1～4段h型钢牛腿。

进一步优选的，h型钢牛腿在垂直于钢管柱方向的长度为400～600mm。

本发明还提供上述钢管柱和h型钢梁的刚接节点的施工方法，包括如下步骤：

步骤一、材料准备：对h型钢梁、连接板和h型钢牛腿进行打孔处理，所打孔径比高强度螺栓的直径大2mm，在h型钢梁连接端上翼缘板一的两端固定定位卡板，在h型钢牛腿的上翼缘板设置卡槽，在h型钢牛腿与h型钢梁的腹板与上翼缘板或下翼缘板连接的端部均设有预留豁口；

步骤二、确定h型钢梁的数量以及固定位置：确定与钢管柱连接的h型钢梁的数量以及固定位置；

步骤三、在钢管柱上焊接h型钢牛腿：在所述钢管柱的壁面上，在步骤二确定的h型钢梁的预设位置对应焊接h型钢牛腿；

步骤四、安装钢管柱：将钻孔后的带有h型钢牛腿的钢管柱、h型钢梁和连接板运送至施工现场，依据设计进行钢管柱的安装；

步骤五、吊装：在钢管柱安装完成后，将焊接定位卡板之后的h型钢梁吊装至高空，使端部的定位卡板放置在h型钢牛腿的上翼缘板二上，定位卡板的卡接立部卡固在h型钢牛腿的上翼缘板的卡槽内，成功对位后，松开吊装机械的吊钩；

步骤六、腹板螺栓连接：在h型钢梁和h型钢牛腿的腹板正反两面分别对应设置连接板，对接拼合h型钢梁的上翼缘板一和h型钢牛腿的上翼缘板二，使上翼缘板一及上翼缘板二与连接板三者的螺栓孔重合后，用高强螺栓对穿并固定；

步骤七、焊接h型钢上、下翼缘板与钢管柱牛腿对接的两道焊缝：h型钢牛腿的上翼缘板二与h型钢梁的上翼缘板一对应焊接，所述h型钢牛腿的下翼缘板二与h型钢梁的下翼缘板一对应焊接，在预留豁口内焊接完成的焊缝之下设垫板；

步骤八、整体质检，至此，施工完成。

其中，在所述步骤六中，首先使用电动扳手对高强螺栓进行初拧，待测量无误后，再使用电动扳手进行终拧。

与现有技术相比，本发明存在如下技术优势：

1.本发明提供的刚接节点传力明确、连接牢固，连接节点的零部件少，构造简单，是十分理想的连接节点；

2.通过连接板使用高强度螺栓对穿h型钢梁和h型钢牛腿腹板上预设的螺栓孔，钢梁安装对位精确，减少了校正时间和返修工作；

3.h型钢梁通过栓钉、卡板和牛腿上的卡槽精确固定在了牛腿上，即可松开吊钩，减少了工人高空施工时间，减少了安全风险，也减少了吊装机械的使用台班；

4.高强度螺栓安装完成后，割除栓钉，取出卡板，卡板和栓钉可循环使用，不浪费，安装简便，符合装配化的趋势；使用高强度螺栓代替传统的腹板对接面的焊接，减少了传统施工方法中的三道焊缝中最长的腹板焊缝，大大减少了现场的焊接工作，降低了环境污染，装配化程度更高，安装使用快捷方便，并且后续建筑使用年限到期后，现场更加容易拆卸和更换。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：

图1是本发明涉及的实施例一中钢管柱和h型钢梁装配前的结构示意图；

图2是本发明涉及的实施例一中钢管柱和h型钢梁的刚接节点的整体结构立面图；

图3是图2的a-a剖面结构示意图；

图4是的实施例二中钢管柱和四根h型钢梁的结构示意图；

图5是本发明涉及的定位卡板的结构示意图；

图6是图5的俯视结构示意图；

图7是定位卡板的工作状态示意图。

附图标记：1-钢管柱、2-h型钢梁、21-上翼缘板一、22-下翼缘板一、23-腹板一、24-螺栓孔一、3-h型钢牛腿、31-上翼缘板二、32-下翼缘板二、33-腹板二、34-螺栓孔二、35-卡槽、4-定位卡板、41-卡接横部、42-卡接立部、43-固定横部、44-栓钉、45-预留孔、46-固定立部、5-高强螺栓、6-连接板、7-焊缝、8-垫板、9-预留豁口。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的钢管柱和h型钢梁的刚接节点及其施工方法的实施例。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1-3所述为本发明涉及的实施例一钢管柱和一根h型钢梁进行连接的结构示意图，如图所示，本发明涉及的钢管柱和h型钢梁的刚接节点，包括钢管柱1和h型钢梁2，两者中轴线互相垂直，其特征在于：钢管柱1的壁面上，在h型钢梁2的预设位置对应焊接一段h型钢牛腿3，h型钢牛腿3的截面与h型钢梁2相同；h型钢牛腿3的上翼缘板二31与h型钢梁2的上翼缘板一21对应焊接，h型钢牛腿3的下翼缘板二33与h型钢梁2的下翼缘板一23对应焊接，h型钢牛腿3的腹板二32上开有一系列螺栓孔二34，h型钢梁2的腹板一22上开有一系列螺栓孔一24，腹板二32和腹板一22对接后，通过分别与连接板6螺栓连接实现固定；上翼缘板一21的上表面设置有用于与上翼缘板二31临时搭接固定的定位卡板4。螺栓为高强螺栓5。

作为优选方案，如图5～7，定位卡板4为一体成型的倒扣槽型定位卡板，其一端为固定部，固定部固定在h型钢梁2的上翼缘板一21上，另一端为卡接部，卡接部卡固或搭设在h型钢牛腿3的上翼缘板二31上；固定部和卡接部均为横截面为l形的板件，自左向右依次为固定横部46、固定立部46、卡接横部41和卡接立部42，四者首位顺次连接；其中固定横部46与h型钢梁2的上翼缘板一21焊接或通过栓钉44固定连接；卡接立部42的尾部伸长，在h型钢牛腿3的上翼缘板二31的对应位置设卡槽35，卡接立部42的尾部卡固在卡槽35内。连接板6为矩形，包括两块，分别位于腹板二32和腹板一22的正反两面，其上开设的螺栓孔数量等于螺栓孔二34和螺栓孔一24的数量之和。定位卡板4为倒扣的槽型定位卡板，其一端焊接在h型钢梁2的上翼缘板一21上，另一端搭设在h型钢牛腿3的上翼缘板二31上。定位卡板4至少包括两个，分别位于上翼缘板一21搭接端的两头。h型钢牛腿3在垂直于钢管柱1方向的长度为400～600mm，优选500mm。

此外，在h型钢牛腿3与h型钢梁2的连接端，h型钢牛腿3与h型钢梁2的腹板与上翼缘板或下翼缘板连接的端部均设有预留豁口9，预留豁口9内在焊接完成的焊缝7之下设置有垫板8。钢管柱1优选为方钢管柱，其与1～4根h型钢梁2固定连接，相应的，钢管柱1上设置有1～4段h型钢牛腿3。图4为实施例二钢管柱和四根h型钢梁进行连接的结构示意图，其还可以根据要求与2根或3根h型钢梁2形成其他任意连接形式。

本发明还提供上述钢管柱和h型钢梁的刚接节点的施工方法，包括如下步骤：

步骤一、材料准备：对h型钢梁2、连接板6和h型钢牛腿3进行打孔处理，所打孔径比高强度螺栓的直径大2mm，在h型钢梁2连接端上翼缘板一21的两端焊接定位卡板4，在加工厂制作矩形连接板和钢梁定位卡板，卡板材质为q235b，定位卡板详图见图5至图7，在加工厂内使用直径16mm的栓钉44穿过定位卡板的预留孔45固定在h型钢梁2的上翼缘板上，栓钉44围缝在上翼缘上，同时在h型钢牛腿3的端部上翼缘开设卡槽35，在h型钢牛腿3与h型钢梁2的腹板与上翼缘板或下翼缘板连接的端部均设有预留豁口9；

步骤二、确定h型钢梁2的数量以及固定位置：确定与钢管柱1连接的h型钢梁2的数量以及固定位置；

步骤三、在钢管柱1上焊接h型钢牛腿3：在钢管柱1的壁面上，在步骤二确定的h型钢梁2的预设位置对应焊接h型钢牛腿3；

步骤四、安装钢管柱1：将钻孔后的带有h型钢牛腿3的钢管柱1、h型钢梁2和连接板6运送至施工现场，依据设计进行钢管柱1的安装；

步骤五、吊装：在钢管柱1安装完成后，将焊接定位卡板4之后的h型钢梁2吊装至高空，使端部的定位卡板4放置在h型钢牛腿3的上翼缘板二31上，定位卡板4的卡接立部42卡固在h型钢牛腿3的上翼缘板的卡槽35内，成功对位后，松开吊装机械的吊钩；

步骤六、腹板螺栓连接：在h型钢梁2和h型钢牛腿3的腹板正反两面分别对应设置连接板6，对接拼合h型钢梁2的上翼缘板一21和h型钢牛腿3的上翼缘板二31，使上翼缘板一21及上翼缘板二31与连接板6三者的螺栓孔重合后，用高强螺栓5对穿并固定；

步骤七、焊接h型钢上、下翼缘板与钢管柱牛腿对接的两道焊缝：h型钢牛腿3的上翼缘板二31与h型钢梁2的上翼缘板一21对应焊接，h型钢牛腿3的下翼缘板二33与h型钢梁2的下翼缘板一23对应焊接，在预留豁口9内焊接完成的焊缝7之下设垫板8；

步骤八、整体质检，至此，施工完成。

步骤六中，首先使用电动扳手对高强螺栓5进行初拧，待测量无误后，再使用电动扳手进行终拧。

其中，高强螺栓不可重复使用，高强螺栓用于永久连接，高强螺栓连接分为初拧和终拧，初拧和终拧使用电动扳手，终拧后即不可调整，连接板上的螺栓孔区域需要在加工厂内进行打砂处理，以增强高强度螺栓与连接面的摩擦力，增大连接强度。螺栓孔的制作直径比高强度螺栓直径稍大2mm，以方便现场调节对穿。

钢梁上、下翼缘板与钢管柱牛腿的焊接增强了连接节点的抗拉和抗压强度，钢梁腹板与钢管柱牛腿使用永久性高强度螺栓连接，增强了连接节点的抗剪强度，契合了刚接节点的要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。