榫卯方形钢木组配节点及安装方法

技术领域

本发明涉及建筑结构领域，具体而言，涉及一种钢木组配节点以及该节点的安装方法。

背景技术

随着全球各国对资源能源的日益重视，绿色、环保和节能成为了各行业发展的新要求，木结构建筑在日欧美十分流行，尤其是北美，外型各异，风格多样，外部用料也是五花八门，有砖、板材、灰泥等等，虽然千变万化，但内部均为木质结构。

木结构建筑目前也成为了我国建筑行业发展的重要方向之一。木结构建筑具有很多优点，如具有很高的耐久性、施工周期短、抗震性强、设计布置灵活、保温节能性好等，但随着实际应用以及需求增加，也暴露出一些问题，成材的木料由于施工量的增加而紧缺，木材强度不够高，不适合建造高层或超高层建筑，木梁因为挠度过大的问题，不适用于一些设计要求。

发明内容

本发明的技术效果能够解决现有木结构建筑存在的上述问题，提供一种方形钢木组配节点。

为了实现上述目的，本发明的采用以下的技术方案：包括组合柱、组合梁和节点榫卯组件，组合柱与组合梁之间通过节点榫卯组件连接；

所述组合柱包括钢插件和填充木块，钢插件包括中心连接柱、连接板和围板，中心连接柱为方柱，中心连接柱的四个侧面上均垂直伸出一块连接板连接板端部垂直固定有围板，围板左右两端向内折边，相邻的两围板和相邻的两连接板围成一个一角开口的方形空间，钢插件上形成四个方形空间；每个方形空间内插有一块填充木块，填充木块的截面与方形空间的截面相匹配；

所述节点榫卯组件包括柱连接件、梁连接件和梁连接端；所述柱连接件四个侧面上均开有用于插入梁连接件的窗口，柱连接件的上下两端均为柱连接端，柱连接端连接组合柱；

所述的梁连接件包括榫卯连接到一起两个梁连接件Ⅰ和两个梁连接件Ⅱ，梁连接件Ⅰ、梁连接件Ⅱ的另一端为梁连接端，梁连接端连接组合梁；所述组合梁为工字梁，包括上层木插件、中间钢板件和下层木插件，上层木插件和下层木插件之间通过中间钢板件插接，上层木插件、下层木插件分别与连接端固定连接。

优选地，所述梁连接件Ⅰ一端为榫连接端，一端为梁连接端，梁连接件Ⅱ一端为卯连接端，一端为梁连接端，两个梁连接件Ⅰ的榫连接端对向分别插入柱连接件的窗口中，两个梁连接件Ⅱ的卯连接端对向分别插入柱连接件的窗口中，两个梁连接件Ⅰ的榫连接端和两个梁连接件Ⅱ卯连接端通过榫卯连接到一起。

优选地，所述的梁连接件Ⅰ的中间设置有一块插板和上下两根插条，插板位于插条的一侧，插板的上表面和上插条的下表面在同一平面，插板的下表面和下插条的上表面在同一平面，插板端部呈阶梯状，插条的内侧面的两端均设置有凹槽Ⅰ；

梁连接件Ⅱ的一侧设置插块，插块左右两侧面上分别交错设置凹槽Ⅱ，凹槽Ⅱ与插板的端部对应设置；

所述的两个梁连接件Ⅱ对向插入窗口中，两插块重叠设置；两个梁连接件Ⅰ对向插入窗口中，两个插板的端部分别插入凹槽Ⅱ中，两插条分别插入对向插板的上下两侧，两根上插条、两根下插条上的凹槽Ⅰ均对接形成一个方形槽，方形槽内插有木插销。

优选地，所述的梁连接端包括中心连接块和两块侧连接块，两块侧连接块对称设置于中心连接块两侧，中心连接块包括中心插板Ⅰ和两块侧插板Ⅰ，两块侧插板Ⅰ对称设置于中心插板Ⅰ两侧，中心插板Ⅰ和插板Ⅰ之间形成插槽Ⅱ，中心插板Ⅰ高于侧插板Ⅰ。

优选地，所述的上层木插件的截面呈π形，其包括上翼板和两块平行的侧插板Ⅱ，两块平行的侧插板Ⅱ之间形成插槽Ⅰ；

所述的中间钢板件包括两块对称设置的腹板组件，每块腹板组件包括侧腹板和L形折板，L形折板垂直固定在侧腹板中心位置，L形折板与侧腹板之间形成插槽Ⅳ；

所述的下层木插件包括下翼板和中心插板组件，中心插板组件包括中心插板Ⅱ和侧插板Ⅲ，侧插板Ⅲ对称设置于中心插板Ⅱ两侧，侧插板Ⅲ与中心插板Ⅱ之间形成插槽Ⅲ，中心插板Ⅱ高于侧插板Ⅲ；下翼板一端的长度大于中心插板组件长度；

所述的下翼板凸出的一端插入梁连接端底面并与梁连接端固定连接，下层木插件的中心插板组件与中心连接块对齐，中间钢板件安装于下层木插件的中心插板组件和中心连接块上方，上层木插件安装于中间钢板件上方，使侧插板Ⅰ、侧插板Ⅲ皆插入插槽Ⅳ内，L形折板分别插入插槽Ⅱ、插槽Ⅲ内，中心插板Ⅰ和中心插板Ⅱ穿过两块L形折板之间后插入插槽Ⅰ中，上层木插件与梁连接端固定连接。

优选地，填充木块的一角为与中心连接柱一角匹配的凹槽Ⅲ，与凹槽相对的两个侧面上皆设置有与围板的折边相匹配的凹槽Ⅳ。

优选地，组合柱外围还包覆有FRP纤维布。

优选地，梁连接端的上下端面均低于梁连接件的上下端面。

本发明的另一个发明目的是提供一种榫卯方形钢木组配节点的安装方法，具体如下：

第一步：组装组合柱，将填充木块插入钢插件中，钢插件上方高出填充木块一截，在钢插件外围包覆FRP纤维布；

第二步：安装柱连接件，将柱连接件插入钢插件中；

第三步：安装梁连接件，先将两个梁连接件Ⅱ对向插入柱连接件的两个窗口中，然后将两个梁连接件Ⅰ对向插入柱连接件的另外两个窗口中，使梁连接件Ⅰ和梁连接件Ⅱ榫卯连接，最后在插条的方形槽内插入木插销；

第四步：安装组合梁，将组合梁安装在梁连接端。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的组合柱的设计是以钢插件为中心，保证了柱连接固定，填充木块可以减少大型木材的需求，FRP纤维布则保证了组合柱的强度和连接；

(2)本发明的组合梁的设计，将梁分为三部分组合，受力清晰强度验证简单，腹板主体为钢板件，可有效解决挠度问题；

(3)本发明的方形钢木组配节点，主体材料为木材，科学地结合了钢材和FRP纤维材料，发挥了各种材料的优势，使本发明在质量轻的同时，强度可以达到更高的水平；

(4)本发明为全装配式安装，钢构件无焊接，仅使用榫卯插梢以及FRP纤维布缠绕安装，施工质量有保证，在短暂的施工周期内，安装人员无需特殊培训，即可保证高水平的施工质量。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是组合柱结构示意图；

图3是钢插件结构图；

图4是填充木块结构示意图；

图5是节点榫卯组件结构示意图；；

图6是柱连接件结构示意图；

图7是梁连接件结构示意图；

图8是梁连接件Ⅰ结构示意图之一；

图9是梁连接件Ⅰ结构示意图之二；

图10是梁连接件Ⅱ结构示意图；

图11是梁连接件Ⅱ对向安装示意图；

图12是梁连接件Ⅰ与梁连接件Ⅱ安装示意图；

图13是梁连接件Ⅰ与梁连接件Ⅱ安装完成图；

图14是梁连接端结构示意图；

图15是中心连接块结构示意图；

图16是组合柱结构示意图；

图17是上层木插件结构示意图；

图18是中间钢板件结构示意图；

图19是下层木插件结构示意图；

图20是本发明安装步骤图；

其中，上述附图包括以下附图标记：1、组合柱；11、钢插件；1101、中心连接柱；1102、连接板；1103、围板；12、填充木块；1201、凹槽Ⅲ；1202、凹槽Ⅳ；13、FRP纤维布；

2、组合梁；21、上层木插件；2101、上翼板；2102、侧插板Ⅱ；2103、插槽Ⅰ；22、中间钢板件；2201、侧腹板；2202、L形折板；2203、插槽Ⅳ；23、下层木插件；2301、下翼板；2302、中心插板Ⅱ；2303、侧插板Ⅲ；2304、插槽Ⅲ；

3、节点榫卯组件；31、柱连接件；3101、窗口；3102、柱连接端；32、梁连接件Ⅰ；3201、插板；3202、插条；3203、凹槽Ⅰ；3204、木插销；33、梁连接件Ⅱ；3301、插块；3302、凹槽Ⅱ；34、梁连接端；3401、中心连接块；3402、侧连接块；3403、中心插板Ⅰ；3404、侧插板Ⅰ；3405、插槽Ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的榫卯方形钢木组配节点，包括组合柱1、组合梁2和节点榫卯组件3，组合柱1与组合梁2之间通过节点榫卯组件3连接；

如图2-4所示，所述组合柱1包括钢插件11和填充木块12，钢插件11包括中心连接柱1101、连接板1102和围板1103，中心连接柱1101为方柱，中心连接柱1101的四个侧面上均垂直伸出一块连接板1102，连接板1102端部垂直固定有围板1103，围板1103左右两端向内折边，相邻的两围板1103和相邻的两连接板1102围成一个一角开口的方形空间，钢插件11上形成四个方形空间；每个方形空间内插有一块填充木块12，填充木块12的截面与方形空间的截面相匹配。

如图5-6所示，所述节点榫卯组件3包括柱连接件31、梁连接件和梁连接端34；所述柱连接件31四个侧面上均开有用于插入梁连接件的窗口3101，柱连接件31的上下两端均为柱连接端3102，柱连接端3102连接组合柱1。

如图7所示，所述的梁连接件包括榫卯连接到一起两个梁连接件Ⅰ32和两个梁连接件Ⅱ33，梁连接件Ⅰ32、梁连接件Ⅱ33的另一端为梁连接端34，梁连接端34连接组合梁2。

如图7-14所示，所述梁连接件Ⅰ32一端为榫连接端，一端为梁连接端34，梁连接件Ⅱ33一端为卯连接端，一端为梁连接端34，两个梁连接件Ⅰ32的榫连接端对向分别插入柱连接件31的窗口3101中，两个梁连接件Ⅱ33的卯连接端对向分别插入柱连接件31的窗口3101中，两个梁连接件Ⅰ32的榫连接端和两个梁连接件Ⅱ33卯连接端通过榫卯连接到一起。

如图8所示，所述的梁连接件Ⅰ32的中间设置有一块插板3201和上下两根插条3202，插板3201位于插条3202的一侧，插板3201的上表面和上插条的下表面在同一平面，插板3201的下表面和下插条的上表面在同一平面，插板3201端部呈阶梯状，插条3202的内侧面的两端均设置有凹槽Ⅰ3203；所述的梁连接件Ⅱ33的一侧设置插块3301，插块3301左右两侧面上分别交错设置凹槽Ⅱ3302，凹槽Ⅱ3302与两个插板3201的端部对应设置；所述的两个梁连接件Ⅱ33对向插入窗口3101中，两插块3301重叠设置；两个梁连接件Ⅰ32对向插入窗口3101中，两个插板3201的端部分别插入凹槽Ⅱ3302中，两插条3202分别插入对向插板3201的上下两侧，两根上插条、两根下插条上的凹槽Ⅰ3203均对接形成一个方形槽，方形槽内插有木插销3204。

如图14-15所示，所述的梁连接端34包括中心连接块3401和两块侧连接块3402，两块侧连接块3402对称设置于中心连接块3401两侧，中心连接块3401包括中心插板Ⅰ3403和两块侧插板Ⅰ3404，两块侧插板Ⅰ3404对称设置于中心插板Ⅰ3403两侧，中心插板Ⅰ3403和插板Ⅰ3404之间形成插槽Ⅱ3405，中心插板Ⅰ3403高于侧插板Ⅰ3404。

如图16所示，所述组合梁2为工字梁，包括上层木插件21、中间钢板件22和下层木插件23，上层木插件21和下层木插件23之间通过中间钢板件22插接，上层木插件21、下层木插件23分别与连接端34固定连接。

如图17所示，所述的上层木插件21的截面呈π形，其包括上翼板2101和两块平行的侧插板Ⅱ2102，两块平行的侧插板Ⅱ2102之间形成插槽Ⅰ2103。

如图18所示，所述的中间钢板件22包括两块对称设置的腹板组件，每块腹板组件包括侧腹板2201和L形折板2202，L形折板2202垂直固定在侧腹板2201中心位置，L形折板2202与侧腹板2201之间形成插槽Ⅳ2203；

如图19所示，所述的下层木插件23包括下翼板2301和中心插板组件，中心插板组件包括中心插板Ⅱ2302和侧插板Ⅲ2303，侧插板Ⅲ2303对称设置于中心插板Ⅱ2302两侧，侧插板Ⅲ2303与中心插板Ⅱ2302之间形成插槽Ⅲ2304，中心插板Ⅱ2302高于侧插板Ⅲ2303；下翼板2301一端的长度大于中心插板组件长度；

所述的下翼板2301凸出的一端插入梁连接端34底面并与梁连接端34固定连接，下层木插件的中心插板组件与中心连接块3401对齐，中间钢板件22安装于下层木插件的中心插板组件和中心连接块3401上方，上层木插件21安装于中间钢板件22上方，使侧插板Ⅰ3404、侧插板Ⅲ2303皆插入插槽Ⅳ2203内，L形折板2202分别插入插槽Ⅱ3405、插槽Ⅲ2304内，中心插板Ⅰ3403和中心插板Ⅱ2302穿过两块L形折板2202之间后插入插槽Ⅰ2103中，上层木插件21与梁连接端34固定连接。

如图20所示，本发明的榫卯方形钢木组配节点的包括如下步骤：

第一步：组装组合柱1，将填充木块12插入钢插件11中，钢插件11上方高出填充木块，在钢插件11外围包覆FRP纤维布13；

第二步：安装柱连接件31，将柱连接件31插入钢插件11中；

第三步：安装梁连接件，先将两个梁连接件Ⅱ33对向插入柱连接件的两个窗口3101中，然后将两个梁连接件Ⅰ32对向插入另外两个窗口3101中，使梁连接件Ⅰ32和梁连接件Ⅱ33榫卯连接，最后在插条的方形槽内插入木插销34；

第四步：安装组合梁2，将组合梁2安装在梁连接端34：

(a)将下翼板2301凸出的一端插入梁连接端34底面并与梁连接端34固定连接，下层木插件的中心插板组件与中心连接块3401对齐；

(b)中间钢板件22安装于下层木插件的中心插板组件和中心连接块3401上方，使侧插板Ⅰ3404、侧插板Ⅲ2303皆插入插槽Ⅳ2203内，L形折板2202分别插入插槽Ⅱ3405、插槽Ⅲ2304内；

(c)上层木插件21安装于中间钢板件22上方，中心插板Ⅰ3403和中心插板Ⅱ2302穿过两块L形折板2202之间后插入插槽Ⅰ2103中，上层木插件21与梁连接端34固定连接。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。