鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑主體連接節(jié)點(diǎn)的分析與應(yīng)用

摘要：在建筑技術(shù)的發(fā)展影響下，鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑已經(jīng)成為一種高效的建筑形式，并且憑借快速、高效、靈活的施工特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在辦公、學(xué)校、宿舍、酒店等建筑項(xiàng)目中。鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑的主體連接是施工的重要環(huán)節(jié)，連接節(jié)點(diǎn)的方案設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)整個(gè)建筑的質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，須選擇合適的連接方式，促進(jìn)建筑行業(yè)創(chuàng)新與發(fā)展。因此，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑連接節(jié)點(diǎn)的形式展開分析，并以梁柱連接節(jié)點(diǎn)為例，分析了鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑主體連接節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用，以期提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑"主體"自鎖式連接"連接節(jié)點(diǎn)

Analysis"and"Application"of"the"Main"Connection"Joints"of"Steel"Structure"Modular""Buildings

HUANG"Xingquan

Gansu"Engineering"Technology"Co.，"Ltd."of"JISCO，"Jiayuguan，"Gansu"Province，"735100"China

Abstract："Under"the"influence"of"the"development"of"construction"technology，"steel"structure"modular"buildings"have"become"an"efficient"form"of"construction，"and"with"their"fast，"efficient，"flexible"construction"characteristics，"have"been"widely"used"in"the"office，"school，"dormitory，"hotel"and"other"construction"projects."The"main"connection"of"the"modular"steel"structure"buildings"is"an"important"part"in"the"construction."The"scheme"design"of"the"connection"nodes"will"have"a"direct"impact"on"the"quality"of"the"whole"building."It"is"necessary"to"choose"the"appropriate"connection"method"to"promote"the"innovationnbsp;and"development"of"the"construction"industry."Therefore，"the"form"of"the"modular"building"connection"node"of"steel"structure"is"analyzed"in"this"article，"and"then"the"application"of"main"connection"nodes"in"steel"structure"modular"buildings"is"analyzed"using"beam"column"connection"nodes"as"an"example，"in"order"to"improve"the"stability"and"safety"of"building"structure.

Key"Words："Steel"structure"modular"building;"Main"body;"Self-locking"connection;"Connection"node

鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑的主體連接節(jié)點(diǎn)屬于模塊間連接的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，會(huì)對(duì)整個(gè)建筑的穩(wěn)定性、抗震性、安全性產(chǎn)生直接影響。節(jié)點(diǎn)連接方式多以焊接或螺栓連接為主，但在模塊化建筑的普及下，合理設(shè)計(jì)和選擇主體連接節(jié)點(diǎn)已經(jīng)成為重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容，需要對(duì)模塊之間的牢固連接和整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行關(guān)注，還要注意施工流程的優(yōu)化，促進(jìn)建筑質(zhì)量和效率提升。

1鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑連接節(jié)點(diǎn)形式

1.1螺栓連接節(jié)點(diǎn)

螺栓連接是鋼結(jié)構(gòu)中的常見連接方式，主要是借助螺栓和螺母將兩個(gè)或多個(gè)構(gòu)件緊密地連接在一起，僅需要簡單的擰緊操作即可完成安裝，不需要復(fù)雜的施工流程，具有較高的施工效率。與其他永久性連接方式相比，螺栓連接具有可拆卸性，能夠?yàn)榫S護(hù)工作提供一定便利，并且可以對(duì)拆卸下來的螺栓和螺母進(jìn)行重復(fù)利用，顯示出綠色環(huán)保的可行性。螺栓連接節(jié)點(diǎn)適用于各種形狀和尺寸的構(gòu)件連接，顯示出較強(qiáng)的適應(yīng)性，能夠用于不同材料之間的連接，顯示出較強(qiáng)的適應(yīng)性。螺栓連接節(jié)點(diǎn)主要包括角柱節(jié)點(diǎn)、邊柱節(jié)點(diǎn)等類型。角柱節(jié)點(diǎn)主要包括單螺栓連接和榫卯式連接，單螺栓連接是通過焊接固定模塊柱端的節(jié)點(diǎn)板，讓柱子與節(jié)點(diǎn)板之間的強(qiáng)度得到保證。然后，在節(jié)點(diǎn)板上設(shè)置施工孔，允許高強(qiáng)度螺栓插入其中，實(shí)現(xiàn)上下單元模塊的連接，為模塊的安裝與拆卸提供一定的便利[1]。接著，使用高強(qiáng)度螺栓強(qiáng)化連接的牢固性與結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少傳統(tǒng)焊接帶來的復(fù)雜性問題。榫卯式連接是將下模塊單元的榫頭插入上模塊的卯槽，與木工中的榫卯結(jié)構(gòu)相似，利用形狀的匹配實(shí)現(xiàn)模塊間的對(duì)接和固定。同時(shí)，在連接點(diǎn)上使用長螺栓，使其穿過榫頭和卯槽，強(qiáng)化連接的牢固性。還要在大跨度或受力較大的結(jié)構(gòu)中應(yīng)用梁端螺栓，用于增強(qiáng)連接節(jié)點(diǎn)的剛度，促進(jìn)結(jié)構(gòu)安全性、耐久性提升；邊柱節(jié)點(diǎn)主要包括連接板式螺栓連接和單邊螺栓連接節(jié)點(diǎn)，其中連接板式螺栓連接須依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的要求在柱端和梁端準(zhǔn)確標(biāo)出螺栓孔位置，并且要讓孔的尺寸和位置與螺栓的規(guī)格和安裝要求保持相符。同時(shí)，要對(duì)檢修口的位置和大小進(jìn)行規(guī)劃，為后續(xù)施工提供足夠便利。接著，要將連接板放置到預(yù)定位置，做好連接板尺寸、位置和水平度的明確，讓其與設(shè)計(jì)要求保持相符。在預(yù)留的孔中安裝螺栓時(shí)，需要對(duì)螺栓的規(guī)格、數(shù)量和安裝方式進(jìn)行關(guān)注，讓其與設(shè)計(jì)要求保持相符。同時(shí)，要對(duì)螺栓的緊固進(jìn)行關(guān)注，讓連接的強(qiáng)度與穩(wěn)定性均得到保證。單邊螺栓連接（如圖1所示）是將剛性插件安裝到模塊當(dāng)中，讓各模塊的正確位置和對(duì)齊得到保證。在對(duì)單邊螺栓進(jìn)行安裝時(shí)，還需要對(duì)豎直方向、水平方向的螺栓穩(wěn)定性得到保證。完成螺栓安裝后，需要按照規(guī)定的扭矩進(jìn)行緊固，讓連接的強(qiáng)度和穩(wěn)定性得到提升[2]。

1.2焊接與栓焊連接節(jié)點(diǎn)

螺栓焊接混合連接是將螺栓連接和焊接技術(shù)結(jié)合在一起的連接手段，可以在構(gòu)件生產(chǎn)過程中先用螺栓進(jìn)行初步連接，然后在工廠或施工現(xiàn)場(chǎng)使用焊接手段進(jìn)行強(qiáng)化與固定，讓現(xiàn)場(chǎng)焊接的工作量得到減少，促進(jìn)施工效率提升。同時(shí)，螺栓連接能夠?qū)崿F(xiàn)螺栓和焊接位置的合理安排，促進(jìn)整體建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性提升。將栓焊混合連接節(jié)點(diǎn)的方式應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑中，能夠有效減少現(xiàn)場(chǎng)的焊接操作，可以在受控的工廠環(huán)境中進(jìn)行焊接，實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量和一致性的保證。此外，螺栓連接比焊接連接更容易維護(hù)或拆除。以焊接—螺栓混合連接來說，需要以設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)要求為依據(jù)制作出預(yù)制連接板，將其用于上下立柱的連接，并在其中預(yù)留螺栓孔，為后續(xù)的螺栓連接提供良好基礎(chǔ)。施工人員要借助焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)預(yù)制連接板與立柱的連接，并對(duì)連接的平直度和垂直度進(jìn)行保證，讓二者連接牢固程度得到強(qiáng)化[3]。對(duì)于焊接點(diǎn)附近的預(yù)制連接板來說，需要借助螺栓孔進(jìn)行定位，對(duì)其位置精確性進(jìn)行保證，讓螺栓準(zhǔn)確地插入預(yù)制件和立柱之間。

1.3自鎖式連接節(jié)點(diǎn)

自鎖式連接（如圖2所示）通常被用于各種工程和制造領(lǐng)域，此種節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)具有特殊的鎖定機(jī)制，可以在連接時(shí)自動(dòng)進(jìn)入鎖定狀態(tài)，在需要的時(shí)候方便地拆卸，促進(jìn)連接安全性提升，減少人為操作的復(fù)雜性。將自鎖式連接節(jié)點(diǎn)應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑中，能夠在安裝過程中實(shí)現(xiàn)模塊化組件的快速、簡便地連接和固定。以自鎖榫卯式連接節(jié)點(diǎn)為例，主要是對(duì)上部模塊的重力作用進(jìn)行利用，讓自鎖榫件與模塊柱上的卯件套管自動(dòng)鎖緊，實(shí)現(xiàn)模塊柱的豎向連接。此種連接方式可以避免現(xiàn)場(chǎng)焊接，讓施工流程得到簡化，促進(jìn)施工效率提升。自鎖榫卯式連接節(jié)點(diǎn)能夠讓受力路徑變得更加清晰明確，有利于結(jié)構(gòu)受力的分析和計(jì)算，讓模塊柱間實(shí)現(xiàn)水平連接，促進(jìn)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性提升[4]。

2鋼結(jié)構(gòu)模塊化中梁柱連接節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用

2.1梁柱連接節(jié)點(diǎn)的概述

從結(jié)構(gòu)形式來看，鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑主體連接節(jié)點(diǎn)主要包括梁柱節(jié)點(diǎn)、梁梁節(jié)點(diǎn)、柱基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)，其中梁柱節(jié)點(diǎn)是建筑主體的重要部分（如圖3所示），可以在結(jié)構(gòu)中起關(guān)鍵作用。

2.2梁柱連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.2.1工字形柱與梁的節(jié)點(diǎn)

工字形柱是截面形狀類似于工字形的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，具有優(yōu)良的承重能力和抗震性能，能夠?qū)崿F(xiàn)橫向和縱向荷載的有效傳遞，可以被廣泛用于廠房、倉庫、橋梁等建筑項(xiàng)目中。焊接連接主要是對(duì)工字形柱和梁的端部進(jìn)行焊接處理，其焊接接頭的強(qiáng)度可以通過焊接工藝進(jìn)行有效控制，適合用于荷載較大、強(qiáng)度較高的結(jié)構(gòu)，需要專業(yè)的技術(shù)和設(shè)備用于支撐，并且要對(duì)焊接點(diǎn)進(jìn)行定期檢查、維護(hù)。螺栓連接是借助螺栓對(duì)工字形柱和梁的端部進(jìn)行固定，需要對(duì)連接孔洞做好預(yù)先設(shè)計(jì)，并且要讓螺栓和螺母的規(guī)格、數(shù)量與設(shè)計(jì)要求相符，此種連接方式便于拆卸與更換，適合開展后續(xù)維護(hù)工作。錨固連接主要是通過預(yù)埋或預(yù)固定的方式，讓工字形柱和梁牢固地連接在一起，具有良好的穩(wěn)定性和抗震性能，因此，在施工中需提升固件的安裝精度。在開展工字形柱與梁的節(jié)點(diǎn)連接時(shí)，需要對(duì)連接部位的荷載傳遞進(jìn)行關(guān)注，避免出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)失效問題。尤其是在螺栓連接的過程中，需要對(duì)后期的檢修和更換問題進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。同時(shí)，節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)需要與相關(guān)的建筑規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)相符，促進(jìn)結(jié)構(gòu)安全性提升[5]。

2.2.2鋼管柱與梁柱的節(jié)點(diǎn)

鋼管柱與梁柱的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)可以對(duì)整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑的結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生影響，不僅要承受縱向荷載，還要對(duì)橫向荷載、彎矩和剪力引起的各種力進(jìn)行有效處理。鋼管柱與梁柱的節(jié)點(diǎn)類型主要有剛性節(jié)點(diǎn)和柔性節(jié)點(diǎn)，前者提供較高的剛度，能夠有效傳遞彎矩和剪力，需要較強(qiáng)的連接件為剛度和強(qiáng)度提供保證。后者允許節(jié)點(diǎn)有一定旋轉(zhuǎn)，減少傳遞到結(jié)構(gòu)上的彎矩，一般需要設(shè)計(jì)柔性連接或使用減震裝置來實(shí)現(xiàn)，主要包括焊接連接、螺栓連接與插接連接。焊接連接主要用于高強(qiáng)度和大荷載的建筑工程，需要對(duì)焊縫質(zhì)量進(jìn)行保證，讓其強(qiáng)度和完整性得到保證，適合應(yīng)用在大荷載的結(jié)構(gòu)部件。螺栓連接適合用于可拆卸、便于維護(hù)和更換的結(jié)構(gòu)，需要選擇合適的螺栓尺寸和數(shù)量促進(jìn)連接穩(wěn)定性、安全性提升，并且要對(duì)連接的易拆卸性進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。插接連接主要用于抗震性能要求較高的結(jié)構(gòu)，為其提供良好的剛度和強(qiáng)度[6]。一般可以分為內(nèi)插接和外插接，前者是鋼管柱的末端插入另一根鋼管柱內(nèi)部；后者是梁柱的端部插入鋼管柱內(nèi)部。為對(duì)插接部分的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行保證，需要做好鋼管柱與梁柱的抗彎、抗剪、抗壓性能的綜合考量，讓節(jié)點(diǎn)的安全性和穩(wěn)定性得到提升。

3結(jié)語

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑已憑借良好的工廠預(yù)制能力和施工效率逐漸成為現(xiàn)代建筑工程的重要發(fā)展方向。連接節(jié)點(diǎn)作為鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑體系的核心要素，會(huì)對(duì)建筑主體的安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響。但在實(shí)際施工，連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與施工仍面臨諸多挑戰(zhàn)，需要對(duì)節(jié)點(diǎn)連接方案進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，不斷優(yōu)化節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，讓鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑的抗震性和承載能力得到改善，促進(jìn)施工便捷性和施工質(zhì)量提升。未來鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑施工，還需要結(jié)合先進(jìn)的施工技術(shù)和材料科學(xué)，將該結(jié)構(gòu)的快速建造、靈活多變、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來，推動(dòng)現(xiàn)代建筑行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。

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