超高層鋼結構建筑伸臂桁架延遲連接節點的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種超高層鋼結構建筑伸臂桁架延遲連接節點，節點包括：U型槽結構件橫向設置，其U型槽的非開口端外側分別設有能與伸臂桁架的上下弦相連的兩根牛腿，該U型槽結構件的U型槽的開口端的寬度大于外框柱牛腿寬度；兩組鋼墊板分別設在外框柱牛腿上下端面與U型槽結構件的開口端之間的間隙內；封口板由設置在中間部位的U型體和連接垂直在該U型體開口端兩邊外側的兩條外延邊構成，封口板的形狀與U型槽結構件與外框柱和外框柱牛腿之間形成的縫隙形狀相匹配。該節點能實現伸臂桁架與外框柱的延遲連接，避免施工初期較早連接伸臂桁架與外框柱所存在的問題。
【專利說明】
超高層鋼結構建筑伸臂桁架延遲連接節點
技術領域
[0001]本實用新型涉及鋼結構建筑施工領域，特別是涉及一種超高層鋼結構建筑伸臂桁架延遲連接節點。
【背景技術】
[0002]隨著建筑行業的快速發展，300米以上的超高層建筑不斷涌現。在水平荷載起控制作用的超高層建筑中，設置伸臂桁架可以提高結構的整體工作性能，從而提高結構在風荷載、地震荷載等水平荷載作用下的抗側剛度，控制結構的頂部位移和核心筒所承擔的傾覆力矩。目前國內外超過300m以上的超高層建筑普遍采用“帶伸臂桁架的鋼框架-芯筒”結構體系。
[0003]但是，對于該體系在結構未成形之前的結構施工階段，由于結構是逐層施工，荷載的加載方式為逐層加載，與設計時的一次性加載有所不同，再加上超高層建筑施工過程中，核心筒普遍領先于外框架施工，內外筒結構布置相差較大，內外筒豎向結構的應力、應變的增長的速度隨時間的變化不同，導致施工過程中內外筒的變形不可避免的存在一定差異。
[0004]在施工階段，如果提前將內外筒之間起協調變形作用的伸臂桁架進行焊接固定，會使伸臂桁架上部樓層的豎向荷載大部分被伸臂桁架承受，而無法通過外框柱向下傳遞，導致原本設計用來主要承受豎向荷載的外框柱嚴重浪費。相反，平時作為儲備一旦遇到大風、地震等特殊情況才發揮主要抗側力作用的伸臂桁架提前“服役”。提前“服役”的直接影響是在伸臂桁架構件內部產生不必要的“施工階段殘余應力”，伸臂桁架節點處的焊縫可能被撕裂或者拉變形；間接影響是結構建成后，在還沒有達到極限荷載狀態的情況下就可能失效。
[0005]目前針對超高層鋼結構建筑的伸臂桁架，采用普通連接節點(即按照常規梁柱節點的原理設計)的方案是(如圖1):在外框柱10—端預留牛腿20，伸臂桁架現場安裝過程中通過牛腿20與伸臂桁架的大臂30、40直接進行對接，并且測量校正完成后立即進行焊接固定。這種采用普通連接節點的方案至少存在以下缺點:I)由于施工階段內外筒變形存在一定差異，過早的對伸臂桁架節點進行焊接固定會使伸臂桁架上部樓層的豎向荷載大部分被伸臂桁架承受，而無法通過外框柱向下傳遞，導致原本設計用來主要承受豎向荷載的外框柱嚴重浪費。2)大風、地震等特殊情況才發揮主要抗側力作用的伸臂桁架提前“服役”。3)伸臂桁架構件內部產生不必要的“施工階段殘余應力”。4)伸臂桁架節點處的焊縫可能被撕裂或者拉變形。5)結構建成后，實際承載力小于設計承載力。
【實用新型內容】
[0006]基于上述現有技術所存在的問題，本實用新型提供一種超高層鋼結構建筑伸臂桁架延遲連接節點，能避免主要抗側力作用的伸臂桁架提前服役以及伸臂桁架構件內部產生不必要的施工階段殘余應力。
[0007]為解決上述技術問題，本實用新型提供一種超高層鋼結構建筑伸臂桁架延遲連接節點，包括:
[0008]U型槽結構件、兩組鋼墊板和封口板;其中，
[0009]所述U型槽結構件橫向設置，其U型槽的非開口端外側分別設有能與伸臂桁架的上下弦相連的兩根牛腿，該U型槽結構件的U型槽的開口端的寬度大于外框柱牛腿寬度；
[0010]所述兩組鋼墊板分別設在外框柱牛腿上下端面與所述U型槽結構件的開口端之間的間隙內；
[0011 ]所述封口板由設置在中間部位的U型體和連接垂直在該U型體開口端兩邊外側的兩條外延邊構成，該封口板的形狀與所述U型槽結構件與外框柱和外框柱牛腿之間形成的縫隙形狀相匹配。
[0012]本實用新型的有益效果為:通過采用具有連接伸臂桁架的上下弦的兩個牛腿的U型槽結構件，并采用兩組鋼墊板分別設在外框柱牛腿上下端面與所述U型槽結構件的開口端之間的間隙內，并配合形狀與U型槽結構件與外框柱和外框柱牛腿之間形成的縫隙形狀相匹配的封口板，形成一種能連接外框柱與伸臂桁架的延遲連接節點，為施工階段的內外筒的不均衡變形創造一個可控的開放式環境，使伸臂桁架上部樓層的一部分豎向荷載通過外框柱正常的向下傳遞，避免原本設計用來主要承受豎向荷載的外框柱嚴重浪費，也避免大風、地震等特殊情況才發揮主要抗側力作用的伸臂桁架提前“服役”，同時避免伸臂桁架構件內部產生不必要的“施工階段殘余應力”，并防止了伸臂桁架節點處的焊縫被撕裂或者拉變形，確保了結構建成后的結構性能與原設計接近。
【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。
[0014]圖1為現有的超高層鋼結構建筑伸臂桁架普通連接節點的示意圖；
[0015]圖2為本實用新型實施例提供的超高層鋼結構建筑伸臂桁架延遲連接節點的示意圖；
[0016]圖3為本實用新型實施例提供的超高層鋼結構建筑伸臂桁架延遲連接節點焊接前后不意圖；
[0017]圖4為本實用新型實施例提供的超高層鋼結構建筑伸臂桁架施工流程圖；
[0018]圖5為本實用新型實施例提供的超高層鋼結構建筑伸臂桁架延遲連接節點的兩條焊縫示意圖；
[0019]圖6為圖5的A-A向剖視圖；
[0020]圖2-3中各標號對應部件為:1-外框柱;2-封口板;3-U型槽結構體;4_鋼墊板;5_伸臂桁架上弦;6-伸臂桁架下弦;7-外框柱牛腿;8-外框柱牛腿的監測點;9-U型槽結構體的監測點；
[0021 ]圖5-6中各標號對應部件為:2-封口板;51-第一焊縫;52-第二焊縫;53-焊接約束板。
【具體實施方式】
[0022]下面對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型的保護范圍。
[0023]如圖2所示，本實用新型實施例提供一種超高層鋼結構建筑伸臂桁架延遲連接節點，用于連接外框柱與伸臂桁架，包括:U型槽結構件、兩組鋼墊板和封口板；
[0024]其中，U型槽結構件橫向設置，其U型槽的非開口端外側分別設有能與伸臂桁架的上下弦相連的兩根牛腿，該U型槽結構件的U型槽的開口端的寬度大于外框柱牛腿寬度；
[0025]兩組鋼墊板分別設在外框柱牛腿上下端面與U型槽結構件的開口端之間的間隙內；
[0026]封口板由設置在中間部位的U型體和連接垂直在該U型體開口端兩邊外側的兩條外延邊構成，該封口板的形狀與U型槽結構件與外框柱和外框柱牛腿之間形成的縫隙形狀相匹配。
[0027]上述延遲連接節點中，每組鋼墊板由若干鋼墊板組成，每組鋼墊板的厚度為0.5?50mm ο
[0028]上述延遲連接節點中，封口板采用10mm厚的鋼板制成。
[0029]本實用新型實施例還提供一種超高層鋼結構建筑伸臂桁架延遲連接施工方法，采用上述的延遲連接節點連接外框柱與伸臂桁架，包括以下步驟:
[0030]延遲連接節點的U型槽結構件的兩個牛腿分別與伸臂桁架的上下弦焊接固定；
[0031 ]外框柱牛腿設在延遲連接節點的U型槽結構件的U型槽內，該外框柱牛腿的上下端面與U型槽結構件的U型槽兩側內壁之間的間隙內分別墊設一組鋼墊板；
[0032]分別在外框柱牛腿和U型槽上分別設置監測點，在監測點位置做好永久性標記，并記錄好初始標高，采用全站儀對延遲連接節點的U型槽結構件兩側內外筒的豎向變形進行監測，根據監測得到的內外筒變形差值調節U型槽內上下兩組鋼墊板的厚度；
[0033]待結構封頂且將現場變形監測結果與施工過程變形模擬分析的結果進行對比確定內外筒的變形差穩定后，將設在所述U型槽結構件與外框柱和外框柱牛腿之間縫隙處的封口板焊接固定。
[0034]上述施工方法中，將設在U型槽結構件與外框柱和外框柱牛腿之間縫隙處的封口板焊接固定遵循的焊接原則如下:
[0035](I)對稱焊接，同一個剖面位置的兩條對稱焊縫同時焊接；
[0036](2)對封口板處于外框柱一側的第一焊縫焊接時進行反變形控制，同時對封口板處于U型槽結構件一側的第二焊縫進行焊接約束變形控制;具體的，對封口板處于外框柱一側的第一焊縫焊接時進行反變形控制端部反變形15mm;對封口板處于U型槽結構件一側的第二焊縫進行焊接約束變形控制為在第二焊縫位置設置焊接約束板以限制焊接變形(如圖5所示)。
[0037](3)單條焊縫的焊接采取定位焊和分段焊接的方式進行;具體的，單條焊縫的焊接采取定位焊和分段焊接的方式進行為:將每條焊縫分成多段進行焊接，每一段作為一個焊接單元，采取同步定位焊接。
[0038](4)對接焊縫采用單面坡口全熔透焊接。
[0039]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型的延遲連接節點作進一步說明。
[0040]本實用新型的延遲連接節點可使伸臂桁架相連的內外筒在施工階段豎向能夠相對自由變形，該延遲連接節點在伸臂桁架與外框柱相連的位置形成了一種可控的開放式連接結構。該延遲連接節點由鋼墊板、U型槽結構體以及封口板組成(如圖2所示)，U型槽結構體一側帶有兩根牛腿，分別與伸臂桁架的上下弦相連，U型槽結構體與外框柱牛腿之間留有較大間隙，上下間隙之間采用0.5?50_厚的鋼墊板臨時墊起。
[0041]如圖3所示，在伸臂桁架施工過程中，首先對核心筒一側節點進行焊接，然后焊接伸臂桁架與U型槽結構體，U型槽結構體與外框柱牛腿之間暫不焊接。隨著工程的進展，測量人員對延遲連接節點兩側內外筒的變形進行監測，根據監測得到的內外筒變形差值調節U型槽結構體上下鋼墊板的數量，確保U型槽結構體與上下鋼墊板之間始終留有一定的微隙，從而使伸臂桁架相連的內外筒在施工階段豎向能夠相對自由變形，從而達到對伸臂桁架的內力進行釋放，使結構的豎向荷載得以有效傳遞。待結構封頂且內外筒的變形差穩定之后，再對外框柱一側的伸臂桁架延遲連接節點進行焊接封閉，即完成封口板最終的焊接。
[0042]應用本實用新型延遲連接節點的伸臂桁架的延遲連接的安裝流程如圖4所示，基本步驟如下:
[0043](a)核心筒桁架安裝；
[0044](b)U型槽結構體安裝；
[0045](C)伸臂桁架下弦安裝；
[0046](d)伸臂桁架上弦安裝；
[0047](e)伸臂桁架與核心筒焊接；
[0048](f)U型槽結構體與伸臂桁架焊接；
[0049](c)現場變形監測；
[0050](d)最終焊接固定封口板完成延遲連接節點的焊接固定，實現外框柱與伸臂桁架的連接。
[0051]上述施工過程中，采用現場變形監測結果與施工過程變形模擬分析互相校核的方式，在延遲連接節點位置的外框柱牛腿和U型槽上分別設置監測點，在監測點位置做好永久性標記，并記錄好初始標高。采用全站儀對延遲連接節點兩側內外筒的豎向變形進行監測，根據監測得到的內外筒變形差值調節U型槽結構體上下鋼墊板的數量。
[0052]通過將現場變形監測結果與施工過程變形模擬分析的結果進行對比，根據對比的結果，確定更加科學、更加切合實際的鋼墊板的調整方案及延遲焊接時間。
[0053]由于延遲連接節點的后焊封板厚度達100mm，且為超長焊縫，長度約7.2m，因此延遲連接節點的焊接固定工藝尤為關鍵。在的焊接固定過程中，應遵循以下焊接工藝原則:
[0054](I)對稱焊接原則，同一個剖面位置的兩條對稱焊縫應同時焊接。
[0055](2)為減少焊接變形與焊接殘余應力，整體采用反變形控制與焊接約束變形控制相結合的方式進行。如圖5、6所示，首先焊接第一焊縫，待第一焊縫焊接完成，且完全冷卻之后，再焊接第二焊縫。第一焊縫焊接定位之前，首先采取一定的反變形，(本工程通過具體計算分析確定厚板端部反變形15mm)，同時在第二焊縫位置設置焊接約束板以限制焊接變形。
[0056](3)單條焊縫的焊接采取定位焊和分段焊接的方式進行，即①號焊縫需分成5段進行焊接，每一段作為一個焊接單元，采取同步定位焊接。
[0057](4)由于后焊過程中焊接空間受限，對接焊縫采用單面坡口全熔透焊接。
[0058]本實用新型的延遲連接節點的使用，可為施工階段的內外筒的不均衡變形創造一個可控的開放式環境，使伸臂桁架上部樓層的一部分豎向荷載通過外框柱正常的向下傳遞，避免原本設計用來主要承受豎向荷載的外框柱嚴重浪費；以及避免大風、地震等特殊情況才發揮主要抗側力作用的伸臂桁架提前“服役”和伸臂桁架構件內部產生不必要的“施工階段殘余應力”；同時防止伸臂桁架節點處的焊縫被撕裂或者拉變形，確保了結構建成后的結構性能與原設計接近。
[0059]本實用新型這種延遲連接節點解決了外框與芯筒不均衡變形導致的伸臂桁架應力過大難題，為超高層建筑施工中伸臂桁架的延遲連接提供了一種實用而有效的方法，具有較高的社會推廣應用價值，并且具有較好的經濟效益，如以某市廣場項目為例，從模擬計算結果與實際檢測結果顯示，本實用新型這種延遲連接節點的采用約可以減少結構的應力損失20 %?30 %，粗略估算，可創造直接經濟效益約360?540萬元。
[0060]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種超高層鋼結構建筑伸臂桁架延遲連接節點，其特征在于，包括: U型槽結構件、兩組鋼墊板和封口板;其中， 所述U型槽結構件橫向設置，其U型槽的非開口端外側分別設有能與伸臂桁架的上下弦相連的兩根牛腿，該U型槽結構件的U型槽的開口端的寬度大于外框柱牛腿寬度； 所述兩組鋼墊板分別設在外框柱牛腿上下端面與所述U型槽結構件的開口端之間的間隙內； 所述封口板由設置在中間部位的U型體和連接垂直在該U型體開口端兩邊外側的兩條外延邊構成，該封口板的形狀與所述U型槽結構件與外框柱和外框柱牛腿之間形成的縫隙形狀相匹配。2.根據權利要求1所述的超高層鋼結構建筑伸臂桁架延遲連接節點，其特征在于，每組鋼墊板由若干鋼墊板組成，每組鋼墊板的厚度為0.5?50_。3.根據權利要求1所述的超高層鋼結構建筑伸臂桁架延遲連接節點，其特征在于，所述封口板采用I OOmm厚的鋼板制成。
【文檔編號】E04B1/98GK205531010SQ201620065172
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月22日
【發明人】邵新宇, 段海, 楊正軍, 汪曉陽, 張希博, 米裕, 李凌峰, 孔維拯
【申請人】中建鋼構有限公司