一种装配式钢-竹组合半刚性消能节点框架的制作方法

本发明涉及的是一种装配式钢-竹组合半刚性消能节点框架，属于工程结构技术领域。

背景技术：

我国传统竹/木结构与现代轻型木结构，大多采用纯竹/木框架和剪力墙结构体系，以实心竹/木柱、梁或剪力墙作为竖向承重构件。由于竹/木材料具备蠕变性能，在结构长期服役过程中，柱的蠕变会引起结构构件内力重分布的不确定性，影响结构安全性能。竹/木结构作为绿色可持续发展结构形式的其中一种，多、高层设计是其未来的发展趋势，当建筑层数不断增加时，底部竖向构件的轴力不断增大，需要增大柱截面尺寸以满足设计要求；同时大截面木柱的加工，长柱的运输、拼接问题都是多高层竹/木结构发展面临的问题。

现有竹/木结构连接技术中采用的销连接、齿板连接、植筋连接等节点形式，虽然在强度和连接性能上满足设计要求，但在发生地震情况下，其延性和消能作用不明显，完全依赖构件的变形来耗散地震能量，导致震后构件与节点破坏严重。因此，对未来竹/木结构往多高层发展而言，竖向构件长期服役材料的蠕变问题、构件尺寸过大、长构件拼接问题、构件连接问题都有待更好地解决。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有竹/木结构连接方式存在的上述缺陷，提供一种新型装配式钢-竹组合的、具有水平抗侧刚度和地震耗能特性、适用于多、高层木/竹结构的框架体系。

本发明的技术解决方案：一种装配式钢-竹组合半刚性消能节点框架，其结构包括钢柱，半刚性消能节点，竹梁；其中竹梁设于两根竖直且互相平行的钢柱的顶端之间，竹梁的两端分别通过一个半刚性消能节点与钢柱相连接组成框架基础；或通过一根中心钢柱同时与四根钢柱连接组成，其中中心钢柱与其余四根钢柱之间均通过一根竹梁连接，每根竹梁的两端分别设有一个半刚性消能节点，相邻两根钢柱之间呈90°夹角。所述的钢柱和中心钢柱采用q235h型钢。

进一步的，所述的半刚性消能节点包括节点底板、抗剪键、耗能板、肋板，其中两块平行的耗能板分别通过焊缝连接固定于节点底板的上部和下部，肋板通过焊缝连接垂直固定于上、下两块耗能板之间，肋板靠近底板的侧边上设有抗剪键，并通过通过剪力键螺栓与节点底板的中部连接。所述的节点底板的表面沿耗能板底部设有若干螺孔，并与钢柱的侧面通过螺栓连接；所述的肋板的表面等距离地设有若干排螺孔，并与竹梁通过螺栓连接。

进一步的，所述的中心钢柱在柱截面弱轴方向设有一片加劲肋和两片连接底板，其中加劲肋与中心钢柱的腹板相垂直，两片连接底板分别设于加劲肋两端，并与中心钢柱的翼缘相连接，组成横截面为“田”字形的钢柱结构。所述加劲肋的厚度与中心钢柱的腹板厚度相等，沿节点高度方向通长布置，并与中心钢柱的腹板和连接底板通过焊缝连接；所述连接底板的厚度与中心钢柱的翼缘厚度相等，沿节点高度方向通长布置，并与中心钢柱的翼缘和加劲肋通过焊缝连接。

本发明的优点：

1）将竹梁、钢柱连接成具有抗震能力的框架结构体系，不需要墙体承载，充分利用材料的力学性能，造价较低；

2）采用钢柱代替传统实心竹柱，有效减小柱构件截面尺寸，避免竹材蠕变产生的影响，改善框架体系中构件受力；

3）通过半刚性消能节点连接钢柱、竹梁，既保证节点具有足够的抗剪和抗弯承载力，同时提高节点转动刚度，利用q235钢材延性好的特点耗散部分地震能量；通过上下端耗能板设计，使地震作用下节点区塑性铰外移，避免在梁、柱构件上形成塑性铰，同时避免使用外加阻尼装置，简化结构构型；

4）避免多高层木/竹结构中各层柱之间产生拼接问题，以及避免由于柱构件开洞、槽而造成的削弱情况。

附图说明

附图1是本发明装配式钢-竹组合半刚性消能节点框架的结构示意图。

附图2是实施例中装配式钢-竹组合半刚性消能节点框架的结构图。

附图3是钢柱-节点-连接区结构放大图。

附图4是半刚性消能节点的结构示意图。

附图5是装配式钢-竹组合半刚性消能节点框架的实际应用示例图。

图中1是钢柱，2是半刚性消能节点，3是竹梁，4是加劲肋，5是连接底板，6是节点底板，7是抗剪键，8是耗能板，9是肋板。

具体实施方式

如图1所示，一种装配式钢-竹组合半刚性消能节点框架，其结构包括钢柱1，半刚性消能节点2，竹梁3；其中竹梁3设于两根竖直且互相平行的钢柱1的顶端之间，竹梁3的两端分别通过一个半刚性消能节点2与钢柱1相连接，组成半刚性消能节点框架的基础。

如图2所示，所述的装配式钢-竹组合半刚性消能节点框架，还可通过一根中心钢柱同时与四根钢柱1连接组成，其中中心钢柱与其余四根钢柱1之间均通过一根竹梁3连接，每根竹梁3的两端分别设有一个半刚性消能节点2，相邻两根钢柱1之间呈90°夹角。所述的钢柱1和中心钢柱采用q235h型钢。

如图4所示，所述的半刚性消能节点2包括节点底板6、抗剪键7、耗能板8、肋板9，其中两块平行的耗能板8分别通过焊缝连接固定于节点底板6的上部和下部，肋板9通过焊缝连接垂直固定于上、下两块耗能板8之间，肋板9靠近底板6的侧边上设有抗剪键7，并通过通过剪力键螺栓与节点底板6的中部连接。节点底板6的表面沿耗能板8底部设有若干螺孔，并与钢柱1的侧面通过螺栓连接；肋板9的表面等距离地设有若干排螺孔，并与竹梁3通过螺栓连接；抗剪键7承担竹梁3的端部剪力，耗能板8承担竹梁3的端部弯矩，通过耗能板8的钢材变形达到消能效果。

如图3所示，所述的中心钢柱在柱截面弱轴方向设有一片加劲肋4和两片连接底板5，其中加劲肋4与中心钢柱的腹板相垂直，两片连接底板5分别设于加劲肋4两端，并与中心钢柱的翼缘相连接，组成横截面为“田”字形的钢柱结构，以保证连接可靠性与受力合理。所述加劲肋4的厚度与中心钢柱的腹板厚度相等，沿节点高度方向通长布置，并与中心钢柱的腹板和连接底板5通过焊缝连接；所述连接底板5的厚度与中心钢柱的翼缘厚度相等，沿节点高度方向通长布置，并与中心钢柱的翼缘和加劲肋4通过焊缝连接。

如图5所示的组合框架体系，由3×5根钢柱组合而成，每根相邻钢柱之间通过一根竹梁加两个半刚性消能节点相连接，自上而下共设有4层竹梁，共同组合成装配式钢-竹组合半刚性消能节点框架体系。该体系具有恰当刚度、强度和延性，并充分发挥了钢材和竹材的力学性能。在地震和风荷载作用下，该结构具有一定的耗能能力，荷载通过楼板传给竹梁，竹梁端部剪力和弯矩通过螺栓和钢板传给节点，再传递给钢柱，一直传到结构基础，保证框架整体的稳定性。

本发明可用于多高层竹木结构主要承力体系，其中楼面荷载传给木/竹梁，梁端剪力和弯矩通过半刚性消能节点传给钢柱，钢竹再将荷载传给基础。通过输入节点转动刚度、钢材、竹/木材料性能参数，可进行结构建模计算：该节点极限荷载为85.7kn，是传统u型阻尼消能节点的2-2.5倍，初始刚度为普通螺栓节点的1.5-2倍；本发明同时能够有效提高竹/木框架结构的极限承载力、初始刚度和结构自身耗能能力；框架结构屈服荷载103.2kn，极限荷载95.6kn，初始刚度4406kn/m，延性比1.46，阻尼比14.1%，大大提高了竹框架结构的耗能特性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。