圆柱和方柱的连接用变刚度耗能结构及钢结构连接系统的制作方法

1.本实用新型涉及钢结构建筑技术领域，尤其是涉及一种圆柱和方柱的连接用变刚度耗能结构及钢结构连接系统。


背景技术：

2.目前大中型办公楼、厂房、学校、住宅等，越来越多的采用钢结构形式，钢结构承载力高、延性好，具备优良的抗震性能，且施工方便，绿色施工，污染少，是一种优良的结构体系。
3.常规钢结构民用建筑中的钢柱，考虑建筑效果，施工方便、长细比控制等要求，基本上为圆型、方型空心钢管等，钢柱截面尺寸也几乎全部都是下边大上边小，或者等截面通高。对于各层建筑功能不一样的情况，比如某些楼层装修风格匹配要求，需要把圆形钢柱再外包成方形，造成空间极大浪费，和材料的浪费。如果采用在不同的楼层之间，根据建筑要求，分别采用圆形、方形钢柱，则柱节点复杂，应力集中现场严重。按照“强节点”的结构设计要求，柱节点还需要采用刚接，来保证小震下的抗侧刚度，及柱的长细比，这就又造成柱节点庞大、臃肿。因此，建筑工程中常存在圆钢柱与方钢柱连接困难，连接节点庞大且臃肿的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种圆柱和方柱的连接用变刚度耗能结构及钢结构连接系统，以缓解圆钢柱与方钢柱连接困难，连接节点庞大且臃肿的问题。
5.为了缓解上述技术问题，本实用新型提供的技术方案在于：
6.第一方面，本实用新型提供的圆柱和方柱的连接用变刚度耗能结构，包括：上隔板、下隔板、连接组件和插板组件；
7.所述上隔板水平设置，所述上隔板的下板面与所述插板组件连接，所述插板组件插装于所述连接组件的上部，所述连接组件的下端与水平设置的所述下隔板连接；
8.所述连接组件的上端与所述上隔板的下板面连接；
9.所述上隔板的上板面与第一钢柱连接，所述下隔板的下板面与第二钢柱连接；
10.所述插板组件包括第一插板和第二插板；
11.所述第一插板和所述第二插板均竖直设置，且所述第一插板与所述第二插板垂直连接，形成截面十字型结构，所述十字型结构插接于所述连接组件的上部；
12.所述第一插板和所述第二插板的上板面均与所述上隔板的下板面连接，所述第一插板和所述第二插板穿过所述连接组件的侧壁，且所述第一插板和所述第二插板的侧边伸出所述连接组件。
13.在可选的实施方式中，
14.所述连接组件开设有开口向上的十字槽，所述插板组件插接于所述十字槽中。
15.在可选的实施方式中，
16.所述连接组件设置有竖直贯通的空腔。
17.在可选的实施方式中，
18.所述连接组件包括主体板；
19.四个所述主体板围设形成所述空腔，所述空腔的水平截面为方形结构；
20.所述主体板与竖直方向成夹角，形成竖直截面锥形结构。
21.在可选的实施方式中，
22.所述连接组件的内径沿竖直方向向下渐缩。
23.在可选的实施方式中，
24.所述主体板设置有开口向上的凹槽，四个所述主体板上的所述凹槽呈十字型布置形成所述十字槽，所述凹槽设置于所述主体板的中线上；
25.所述第一插板和所述第二插板插接于所述凹槽中，所述第一插板和所述第二插板于水平方向上穿过所述凹槽和所述空腔，且所述第一插板和所述第二插板的两端伸出所述连接组件。
26.在可选的实施方式中，
27.所述连接组件的材质设置为低强度软钢。
28.在可选的实施方式中，
29.所述低强度软钢设置为q195或q215。
30.在可选的实施方式中，
31.所述第一插板和所述第二插板相交的竖直中心线与第一钢柱和第二钢柱的轴线位于同一直线上。
32.第二方面，本实用新型提供的钢结构连接系统，包括所述圆柱和方柱的连接用变刚度耗能结构。
33.本实用新型中圆柱和方柱的连接用变刚度耗能结构的有益效果分析如下：
34.本实用新型提供的圆柱和方柱的连接用变刚度耗能结构，包括：上隔板、下隔板、连接组件和插板组件；上隔板水平设置，上隔板的下板面与插板组件连接，插板组件插装于连接组件的上部，连接组件的下部与水平设置的下隔板连接；连接组件的上板面与上隔板的下板面连接；上隔板的上板面与第一钢柱连接，下隔板的下板面与第二钢柱连接；插板组件包括第一插板和第二插板；第一插板和第二插板均竖直设置，且第一插板与第二插板垂直连接，形成截面十字型结构，十字型结构插接于连接组件的上部；第一插板和第二插板的上板面均与上隔板的下板面连接，第一插板和第二插板穿过连接组件的侧壁，且第一插板和第二插板的侧边伸出连接组件。
35.圆钢柱和方钢柱通过本实施例连接，上隔板连接有第一钢柱，下隔板连接有第二钢柱，第一钢柱可为圆钢柱，第二钢柱可为方钢柱，或者第一钢柱为方钢柱，第二钢柱为圆钢柱，上隔板和下隔板之间设置有连接组件，插板组件插装于连接组件的上部，插板组件包括第一插板和垂直于第一插板的第二插板，第一插板和第二插板均竖直设置，且连接形成截面十字型结构，第一插板和第二插板的上板面面与上隔板的下板面连接，第一插板和第二插板穿过连接组件的侧壁且二者的侧端面伸出连接组件，即连接组件于竖直方向插装有插板组件，在施工过程中，将连接组件焊接在下板面板的上板面，然后将插板组件插装于连接组件上，之后将插板组件与连接组件焊接，插板组件的上端与上隔板的下板面焊接，此种
连接结构施工操作方便，连接节点小而精简，可实现圆钢管柱和方钢管柱的竖向连接，缓解了圆钢柱与方钢柱连接困难，连接节点庞大且臃肿的问题。
附图说明
36.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1本实用新型实施方式提供的圆柱和方柱的连接用变刚度耗能结构的截面图；
38.图2本实用新型实施方式提供的圆柱和方柱的连接用变刚度耗能结构中插板组件的俯视图。
39.图标：
40.100-上隔板；200-下隔板；300-连接组件；310-主体板；400-插板组件；410-第一插板；420-第二插板；500-第一钢柱；600-第二钢柱。
具体实施方式
41.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
42.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
43.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
44.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
45.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
46.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理
解上述术语在本实用新型中的具体含义。
47.下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
48.目前建筑施工过程中，不同楼层经常采用不同截面的钢柱，由此会带来柱节点设计困难的问题，主要是不满足大震、小震下的节点承载力要求，其次，大而臃肿的柱节点，也是建筑师不可接受的。需要有一种更为可靠的节点连接，来推进不同截面钢柱在建筑上的共用和混用。同时，在既有建筑加固改造项目中，因为涉及建筑功能的调整，也会存在需要把圆钢柱，置换成小方钢柱的实际需求，所以，建筑工程中常存在圆钢柱与方钢柱连接困难，连接节点庞大且臃肿的问题。
49.有鉴于此，本实用新型提供了一种圆柱和方柱的连接用变刚度耗能结构，包括：上隔板100、下隔板200、连接组件300和插板组件400；上隔板100水平设置，上隔板100的下板面与插板组件400连接，插板组件400插装于连接组件300的上部，连接组件300的下部与水平设置的下隔板200连接；连接组件300的上板面与上隔板100的下板面连接；上隔板100的上板面与第一钢柱500连接，下隔板200的下板面与第二钢柱600连接；插板组件400包括第一插板410和第二插板420；第一插板410和第二插板420均竖直设置，且第一插板410与第二插板420垂直连接，形成截面十字型结构，十字型结构插接于连接组件300的上部；第一插板410和第二插板420的上板面均与上隔板100的下板面连接，第一插板410和第二插板420穿过连接组件300的侧壁，且第一插板410和第二插板420的侧边伸出连接组件300。
50.圆钢柱和方钢柱通过本实施例连接，上隔板100连接有第一钢柱500，下隔板200连接有第二钢柱600，第一钢柱500可为圆钢柱，第二钢柱600可为方钢柱，或者第一钢柱500为方钢柱，第二钢柱600为圆钢柱，上隔板100和下隔板200之间设置有连接组件300，插板组件400插装于连接组件300的上部，插板组件400包括第一插板410和垂直于第一插板410的第二插板420，第一插板410和第二插板420均竖直设置，且连接形成截面十字型结构，第一插板410和第二插板420的上板面面与上隔板100的下板面连接，第一插板410和第二插板420穿过连接组件300的侧壁且二者的侧端面伸出连接组件300，即连接组件300于竖直方向插装有插板组件400，在施工过程中，将连接组件300焊接在下板面板的上板面，然后将插板组件400插装于连接组件300上，之后将插板组件400与连接组件300焊接，插板组件400的上端与上隔板100的下板面焊接，此种连接结构施工操作方便，连接节点小而精简，可实现圆钢管柱和方钢管柱的竖向连接，缓解了圆钢柱与方钢柱连接困难，连接节点庞大且臃肿的问题。
51.关于连接组件300的形状和结构，详细而言：
52.如图1所示，连接组件300位于水平设置的上隔板100和水平设置的下隔板200之间，上隔板100的上板面连接有第一钢柱500，下隔板200的下板面连接有第二钢柱600，当然，可以第一钢柱500是圆钢管柱，第二钢柱600是方钢管柱，也可以第一钢柱500是方钢管柱，第二钢柱600是圆钢管柱。连接组件300的上端与上隔板100的下板面连接，连接组件300的下端与下隔板200的上板面连接。另外，上隔板100和下隔板200的材质同圆钢管柱及方钢管柱，厚度一般可为20～40mm。
53.连接组件300包括四个主体板310，主体板310设置为梯形板，各主体板310的侧边相连接，四个主体板310围设形成有竖直贯通的空腔，空腔的水平截面为方形结构，主体板
310与竖直方向成夹角，形成竖直截面锥形结构，且连接组件300的内径沿竖直方向向下渐缩，具体的，主体板310的上端面与上隔板100连接，即梯形板的长边与上隔板100的下板面连接，主体板310的下端面与下隔板200连接，即梯形板的短边与下隔板200的上板面连接，连接方式具体可以为焊接。
54.进一步地，连接组件300开设有开口向上的十字槽，主体板310具有向上开设的凹槽，也就是说，主体板310朝向上隔板100的方向，开设有凹槽，凹槽设置在主体板310的中线上，四个主体板310上的凹槽呈十字型布置，形成十字槽。
55.另外，根据实际需要，连接组件300的内径也可沿竖直方向向上渐缩，即主体板310的短边与上隔板100的下板面连接，主体板310的长边与下隔板200的上板面连接。
56.当然，根据施工需要和实际需求，连接组件300的水平截面也可以为圆形或其他形状结构，若截面为圆形，则连接组件300也可以为圆柱形结构，相应的，凹槽可设置于圆柱形结构的侧壁上。
57.更近一步地，连接组件300的材质采用低强度软钢，低强度软钢具体可以选取q195或q215，在保证承载力的条件下，可以更大限度的保持可变性能力，耗散地震能量，保护结构不被破坏或减轻震害。当然，本实施例的制作材料包括但不限于本说明中的材料。
58.为了满足设计承载力要求，该圆柱和方柱的连接用变刚度耗能结构还包括插板组件400。
59.关于插板组件400的形状和结构，详细而言：
60.插板组件400插装于连接组件300的上部，插板组件400的上端与上隔板100的下板面连接。
61.如图2所示，插板组件400包括竖直设置的第一插板410和竖直设置的第二插板420，第一插板410和第二插板420垂直连接形成截面十字型结构，十字型结构插接于连接组件300中的十字槽中，具体的，第一插板410连接于第二插板420于竖直方向上的中线处，第二插板420连接于第一插板410于竖直方向上的中线处，由此第一插板410和第二插板420形成十字型结构。
62.进一步地，第一插板410和第二插板420插接于凹槽中，第一插板410和第二插板420于水平方向上穿过凹槽和由主体板310围设形成的空腔，且第一插板410和第二插板420的两端均伸出连接组件300，即第一插板410和第二插板420的两端穿过凹槽并延伸出凹槽，具体的，凹槽于竖直方向上的投影高度与第一插板410和第二插板420于竖直方向上的高度相等，因此，第一插板410和第二插板420可以完全插接于连接组件300的上部。
63.同时，第一插板410和第二插板420相交的竖直中心线与第一钢柱500和第二钢柱600的轴线位于同一直线上，如此可以增强整体结构的稳定性。
64.另外，插板组件400焊接于上隔板100的下板面，插板组件400的材质可以同圆钢管柱，插板组件400的厚度可根据竖向承载力计算，一般为25mm～35mm。
65.本实施例的可选方案中，较为优选的，本实施例以第一钢柱500为圆钢管柱，第二钢柱600为方钢管柱为例，本实施例可应用于钢结构项目抽柱改造置换项目中，将既有建筑的圆钢管柱，配合建筑功能要求，改为方钢管柱，或者方钢管柱，改为圆钢柱。当需要连接圆钢管柱和方钢管柱时，将连接组件300事先焊接于下隔板200的上板面，待插板组件400插进凹槽后，对正并矫正后，再进行插板组件400与连接组件300的焊接，插板组件400与上隔板
100的下板面也进行焊接。本实施例可拆装，子部件可在工厂预制完成，现场拼装后再焊接成整体，子部件可标准化生产，且可促使圆钢管、方钢管柱在不同的楼层共用、混用，让建筑师可根据建筑空间要求，合理布置圆管柱、方管柱、而不用考虑其连接节点对空间和承载力的影响。对于既有建筑加固改造工程，此种对接焊接连接方式，可以轻松实现圆钢管柱和方钢管柱的竖向定位，保证施工精度。
66.本实施例中的材质可根据实际需求而选取相应材质，材质不同，功能不同，可以分别发挥不同的结构受力性能，各自发挥不同结构功能，并相互辅助受力。同时，本实施例的连接组件300和插板组件400，采用切槽对拼再焊接的方式，可以解决既有建筑柱子置换时，无上下可活动可调节空间的安装难题。
67.本实施例使用方便，构造简单，可便于拆换，大震下的连接点位损坏后，可以按照本实施例加工后进行置换，保证建筑继续使用。
68.因此，本实施例也可看做是一种变截面柱变刚度节点件，解决了新建建筑中不同楼层分别采用圆钢柱、方钢柱带来的连接节点设计困难，影响建筑空间和应力集中等问题，也为既有建筑改造过程中，采用方钢管柱替换圆钢管柱，提供一种方便、可靠的节点连接，并能批量使用，可以极大的提高施工改造效率和提高既有建筑改造后的使用品质，并且满足设计承载力要求以外，还可以有耗能功能，能够在小震、中震、大震下吸收和耗散地震能量，保护梁柱构件不被破坏，地震过后，亦可实现节点的修复，保证建筑继续正常使用。
69.由于本实施例提供的钢结构连接系统的技术效果与上述实施例提供的圆柱和方柱的连接用变刚度耗能结构的技术效果相同，此处不再赘述。
70.最后应说明的是：以上各实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施方式技术方案的范围。