不连续截面柱转换节点的制作方法

本实用新型属于建筑施工技术领域，具体涉及一种大型不连续截面柱转换节点。

背景技术：

现代化工程项目建设施工过程中，钢结构主要是通过工厂制作方法进行钢构件生产，这样不仅缩短了工程施工周期，还降低了在工程施工成本，使得整个工程项目的经济效益得到显著提高。然而，现代建筑工程施工中对钢结构节点设计的要求亦越来越高，尤其是梁柱节点、异形截面柱、不连续截面柱等构件连接节点的施工质量至关重要。因此，需对这些节点连接方式进行改进和创新，并运用到施工中，从而使得整个建筑结构的稳定性和可靠性得到有效提升。

钢结构体系具有自重轻、安装容易、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势与钢筋混凝土结构相比，具有“强度高、跨度大、质量轻”等显著优点。近年来，由于原材料价格、环境保护等原因，长期以来混凝土和砌体结构为主的局面正在发生变化，钢结构以其自身的优越性引起业内关注，已经在工程中得到大量应用。空间钢结构由于其三维几何构能形成合理的受力形态，并充分发挥材料的性能而受到了广泛关注，各种形式的空间钢结构如网架结构、网壳结构、管桁架结构等不断涌现，它们的组合结构更是样式多样。

空间钢结构网架或网壳，是由众多杆件从几个方向有规律地组成的超静定结构，空间结构能否大力推广，关键在于节点，构造简单、受力明确、安装方便、造价低的节点，就容易在空间结构中推广。

自空间网格结构应用于工程以来，已有近百种节点形式出现，但随着材料技术、计算技术及连接技术本身的发展，真正在工程中能较为广泛应用的仅有10多种节点形式。目前采用的焊接空心球节点和螺栓球节点是两种非常成熟的节点，所以在空间钢结构中得到广泛的应用，其次为板节点和直接汇交相贯节点，由此带来了空间结构的快速发展。

经过长期实践证明，在钢结构节点施工过程中，其施工材料的温度变形系数与混凝土工程中施工材料的温度变形系数存在着很大的差别，当外界温度发生变化时，这两种材料的变形并不一致，这就导致节点位置产生较大的压应力与拉应力，此时对于整个工程的施工质量也就会造成严重的影响。

一般来说，框架结构节点施工时材料的温度变形系数是随着施工材料的形状与尺寸的变化而变化的，亦即是在施工材料形状恒定的条件下，若节点处施工材料的尺寸不断增大，那么材料的温度变化系数也会随之增大，此时该处的施工质量也将会受到严重影响。

大跨空间结构支撑柱子节点的安全性至关重要。节点一旦失效，相连杆件将丧失部分或全部承载功能，引起结构体系局部破坏或，甚至引发整个体系发生连续性破坏。近年来，结构构件节点的复杂性大大提高，节点形式复杂。节点是结构中受力最集中的部位，对于整体结构的安全性极为重要。

由于空间结构节点的多样性与复杂性，其设计方法在现有结构设计规范中往往无法涵盖，合理确定节点的几何构型，进行详细的力学分析，必要时需进行模型试验研究，是保证结构安全、提高材料利用率、有效减小用钢量的关键。以昆明南站工程中为例，因为其位于强地震带上、抗震设防烈度为9度，同时为了保证材性性能充分利用，承重柱随着楼层增加截面亦随之发生变化形成不连续截面柱，针对此类特殊节柱子的承载能力和稳定性，需要在节点处进行可靠的转换设计，并且提供合理的施工方案。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种不连续截面柱转换节点，包括：

节点主体，其为内部中空的柱体结构；所述节点主体的上端为圆环形，下端为方形；

十字形钢骨柱，其连接在节点主体的柱体结构内，所述十字形钢骨柱的外缘与柱体结构的内壁连接；

上端圆形截面柱过渡板，其连接在节点主体的上端；

上端圆形截面柱，其连接在所述上端圆形截面柱过渡板的上方；所述上端圆形截面柱与上端圆形截面柱过渡板之间连接加劲肋板Ⅰ；

下端方形截面柱过渡板，其连接在节点主体的下端；

下端方形截面柱，其连接在所述下端方形截面柱过渡板的下方；所述下端方形截面柱与下端方形截面柱过渡板之间连接加劲肋板Ⅱ。

优选的是，所述节点主体包括前壁板、后壁板、左壁板、右壁板连接组成；所述前壁板、后壁板、左壁板、右壁板的上端均为弧形以组成节点主体的上端为圆环形；所述前壁板、后壁板、左壁板、右壁板的下端均为直线形以组成节点主体的下端为方形；所述节点主体的壁面为弧形。

优选的是，所述十字形钢骨柱包括主体梯形板和焊接在主体梯形板两侧的副梯形板。

优选的是，所述主体梯形板首先通过设置在节点主体内壁上的定位槽连接在节点主体内，然后通过焊接固定在节点主体内壁上。

优选的是，所述十字形钢骨柱的外缘与柱体结构的内壁焊接连接；所述上端圆形截面柱过渡板焊接在节点主体的上端；所述上端圆形截面柱焊接在上端圆形截面柱过渡板的上方；所述上端圆形截面柱与上端圆形截面柱过渡板之间焊接加劲肋板Ⅰ；所述下端方形截面柱过渡板焊接在节点主体的上端；所述下端方形截面柱焊接在下端方形截面柱过渡板的下方；所述下端方形截面柱与下端方形截面柱过渡板之间焊接加劲肋板Ⅱ。

优选的是，所述加劲肋板Ⅰ为弧形弯曲条板；所述弧形弯曲条板的连接方式为：在所述上端圆形截面柱上设置有凸起的安装条孔；所述安装条孔上设置有螺孔Ⅰ；所述上端圆形截面柱过渡板上设置有螺孔Ⅱ；所述弧形弯曲条板的一端插入安装条孔内并通过螺孔Ⅰ和螺栓Ⅰ固定在上端圆形截面柱上，另一端通过螺孔Ⅱ和螺栓Ⅱ固定连接在上端圆形截面柱过渡板上；所述弧形弯曲条板的凸起面与上端圆形截面柱和上端圆形截面柱过渡板的连接处设置有高强弹簧Ⅰ。

优选的是，所述十字形钢骨柱与节点主体的内部形成的空间内焊接连接有多个环形肋板；多个所述环形肋板的外表面与十字形钢骨柱的壁面和节点主体的内壁焊接连接；多个所述环形肋板内焊接有高强弹簧Ⅱ。

本实用新型提出的不连续截面柱转换节点通过在不同截面柱之间形成一个可靠的转换体。这种转换节点通过转换体实现可靠过渡，从而避免传统单层钢板转换连接而出现的应力集中现象和产生抗震薄弱部位。该转换节点能有效地增强了节点抗剪能力。提出的焊接等施工工艺对其他结构的施工也有指导作用，能有效的指导工程，达到了节约资源、缩短工期的目的。

本实用新型至少包括以下有益效果：

(1)本实用新型改变了上下部分柱的截面积，降低了上端柱的材料消耗量，同时减少了上部柱子的重力作用，既优化了整体结构的载荷分布，又节约了钢材的不必要损耗；

(2)本实用新型实现了工厂标准化施工，所有转换节点构件均可直接在工厂预制完毕然后运至现场进行组装，有利于实现框架结构设计模数化、生产工业化、施工标准化和机械化。由于本实用新型的整体性极好，极大地提高了结构抗震性能，有效的保证了人民群众生命财产安全；

(3)本实用新型工序之间衔接便利，实现了个立体交叉作业，减少了大量的施工人员，节约了人工成本，有利于降低建筑成本，并且使工作效率得到提高。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明：

图1为本实用新型不连续截面柱转换节点的整体示意图；

图2为本实用新型节点主体的结构示意图；

图3为本实用新型十字形钢骨柱的结构示意图；

图4为本实用新型节点主体和十字形钢骨柱的结构示意图；

图5为本实用新型另一种技术方案的加劲肋板Ⅰ的结构示意图；

图6为本实用新型另一种技术方案的十字形钢骨柱与节点主体的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1～6所示本实用新型公开了一种不连续截面柱转换节点，包括：

节点主体4，其为内部中空的柱体结构；所述节点主体4的上端为圆环形，下端为方形；

十字形钢骨柱8，其连接在节点主体4的柱体结构内，所述十字形钢骨柱8的外缘与柱体结构的内壁连接；

上端圆形截面柱过渡板3，其连接在节点主体4的上端；

上端圆形截面柱1，其连接在所述上端圆形截面柱过渡板3的上方；所述上端圆形截面柱1与上端圆形截面柱过渡板3之间连接加劲肋板Ⅰ2；

下端方形截面柱过渡板5，其连接在节点主体4的下端；

下端方形截面柱7，其连接在所述下端方形截面柱过渡板5的下方；所述下端方形截面柱7与下端方形截面柱过渡板5之间连接加劲肋板Ⅱ6。

在上述技术方案中，通过在不同截面柱之间形成一个可靠的转换体(节点主体)，这种转换节点通过转换体实现可靠过渡，从而避免传统单层钢板转换连接而出现的应力集中现象和产生抗震薄弱部位。该转换节点能有效地增强了节点抗剪能力；采用的十字形钢骨柱可以用于传递上端圆形截面钢柱的荷载和保证转换节点的整体稳定性；上端圆形截面柱过渡板为一定尺寸的圆形厚钢板，用于连接上端圆形截面柱与节点主体；下端方形截面柱过渡板(方形钢板)和加劲肋板Ⅱ形成环形抗剪牛腿，与下端方形截面柱连接。

在上述技术方案中，所述节点主体4包括前壁板41、后壁板42、左壁板43、右壁板44连接组成；所述前壁板41、后壁板42、左壁板43、右壁板44的上端均为弧形以组成节点主体的上端为圆环形；所述前壁板41、后壁板42、左壁板43、右壁板44的下端均为直线形以组成节点主体的下端为方形；所述节点主体的壁面为弧形；所述节点主体的前壁板、后壁板、左壁板、右壁板由普通钢板通过数控切割机下料加工成型，同时按要求开好坡口，并根据弯弧要求，在钢板上画出折弯分界线；在采用液压机压制弧形时，需边压制边用靠模检验是否压制到位，最后通过焊接方式连接成整体。

在上述技术方案中，所述十字形钢骨柱8包括主体梯形板82和焊接在主体梯形板82两侧的副梯形板81,83；所述十字形钢骨柱为三块梯形钢板焊接拼装而成的十字形截面短柱，用于传递上部圆形截面钢柱的荷载和保证转换节点的整体稳定性，主体梯形板和副梯形板可直接通过数控切割机下料加工成型，然后运输到现场与转换节点壁板一起吊上胎架进行定位安装焊接，定位时十字形节点中心应与上、下不同截面柱在同一条垂直线上。

在上述技术方案中，所述主体梯形板82首先通过设置在节点主体4内壁上的定位槽连接在节点主体4内，然后通过焊接固定在节点主体内壁上；采用这种技术方案，可以使十字形钢骨柱与节点主体的焊接方式更加稳固。

在上述技术方案中，所述十字形钢骨柱的外缘与柱体结构的内壁焊接连接；所述上端圆形截面柱过渡板焊接在节点主体的上端；所述上端圆形截面柱焊接在上端圆形截面柱过渡板的上方；所述上端圆形截面柱与上端圆形截面柱过渡板之间焊接加劲肋板Ⅰ；所述下端方形截面柱过渡板焊接在节点主体的上端；所述下端方形截面柱焊接在下端方形截面柱过渡板的下方；所述下端方形截面柱与下端方形截面柱过渡板之间焊接加劲肋板Ⅱ；采用焊接的方式，使形成的节点更加稳固。

在上述技术方案中，所述加劲肋板Ⅰ2为弧形弯曲条板；所述弧形弯曲条板的连接方式为：在所述上端圆形截面柱上设置有凸起的安装条孔21；所述安装条孔21上设置有螺孔Ⅰ；所述上端圆形截面柱过渡板3上设置有螺孔Ⅱ；所述弧形弯曲条板的一端插入安装条孔21内并通过螺孔Ⅰ和螺栓Ⅰ24固定在上端圆形截面柱1上，另一端通过螺孔Ⅱ和螺栓Ⅱ32固定连接在上端圆形截面柱过渡板3上；所述弧形弯曲条板的凸起面与上端圆形截面柱1和上端圆形截面柱过渡板3的连接处设置有高强弹簧Ⅰ25。采用这种方式，弧形弯曲条板和高强弹簧形成的节点构件，弹性变形量大，能较多的吸收、衰减破坏能量，抗破坏能力强，提高了节点的极限强度，并且结构简单、工艺性好、易于制造，生产成本低，为服务于伴有振动和潜在振动威胁使用环境下的建筑物提供了抗震的技术支持。

在上述技术方案中，所述十字形钢骨柱8与节点主体4的内部形成的空间内焊接连接有多个环形肋板9；多个所述环形肋板9的外表面与十字形钢骨柱8的壁面和节点主体的内壁焊接连接；多个所述环形肋板内焊接有高强弹簧Ⅱ91；采用多个环形肋板9和高强弹簧Ⅱ91，弹性变形量大，能较多的吸收、衰减破坏能量，抗破坏能力强，提高了节点的极限强度。

本实用新型的不连续截面柱转换节点的建造方法，包括以下步骤：

步骤一、加工节点构件，包括节点主体所需的钢壁板(前壁板、后壁板、左壁板、右壁板)、十字形钢骨柱、上端圆形截面柱过渡板、下端方形截面柱过渡板、加劲肋板Ⅰ和加劲肋板Ⅱ；节点外部钢壁板(前壁板、后壁板、左壁板、右壁板)是由普通钢板加工而成；所述十字形钢骨柱为三块梯形普通钢板焊接拼装为十字形截面的短柱；所述上端圆形截面柱过渡板为一定尺寸的圆形普通钢板，用于连接上端圆形截面柱与节点；所述下端方形截面柱过渡板的方形钢板，与下端方形截面柱连接；

步骤二、组装节点，包括首先在节点主体的下端安装下端方形截面柱过渡板和加劲肋板Ⅱ；然后将节点主体的前壁板、左壁板和十字形钢骨柱定位焊接，并安装后壁板、右壁板和上端圆形截面柱过渡板；最后，在转换节点上端圆形截面柱过渡板上安装上端圆形截面柱，上端圆形截面柱与上端圆形截面柱过渡板连接处应连接加劲肋板Ⅰ；

步骤三、消除残余应力，采用振动时效法对节点进行焊接残余应力消减，按要求放置各振动工艺装备与辅件后，将所述节点放在托架上，保证振动装置橡胶垫压缩均匀；激振器用夹具固定在节点振动端上方，加速度传感器放在激振器下方的钢柱内；

步骤四、吊装节点，转换节点下端方形截面柱施工完成后，将组装完成后的转换节点吊上下端方形截面柱顶端，所述下端方形截面柱与节点主体下端的下端方形截面柱过渡板和加劲肋板Ⅱ通过焊接方式连接，加劲肋板Ⅱ和下端方形截面柱过渡板与下端方形截面柱之间的的接触面均应焊接；与下端方形截面柱连接后，所述上端圆形截面柱过渡板、加劲肋板Ⅰ与上端圆形截面柱焊接，使上下形成一个整体；

其中，所述十字形钢骨柱的十字形节点中心与上端圆形截面柱和下端方形截面柱的中心在同一条垂直线上；所述焊接采用采用适当小的热输入多层焊接；

所述步骤三中，采用振动时效法对节点进行焊接残余应力消减，首先扫频，获得振动幅值-电机转速曲线中的2个共振峰值；在所述最低共振峰的亚共率范围内进行工艺振动；再在所述次低共振峰的亚共振范围内进行第二次工艺振动；再次扫频，获工艺后的振动幅值-电机转速曲线；

所述步骤四中，吊装所述转换节点前，应对起重机械及相应的起吊方案做沙盘演习，以防止所述节点吊装过程中发生节点损坏或者安全事故。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。