木结构抗剪连接件、连接结构、箱体平台结构及施工方法技术领域
本发明涉及建筑结构领域，特别是涉及一种用于木结构的连接件、结构以及施工方法。
背景技术
2022年冬奥会、冬季残奥会期间，水立方内将举办冰壶和轮椅冰壶比赛。为配合冬奥场馆要求，水立方内部场馆将进行改造，将室内游泳场馆临时转换成冰上项目的场馆。这就需要在原有常规场馆的场地上构建冰面及其下部基础，冰上项目完成以后再恢复场地原貌。在改建与恢复的过程中均不能破坏原有场地。同时考虑场馆的运行需求，要求能够快速地随时完成功能上的转换。
木结构是一种性能优良的传统结构形式。为传递次梁在竖向荷载作用下产生的剪力，木结构次梁与主梁经常采用传统的搭接作法，通过搭接面的局部承压传递次梁剪力，但这种方式会增加结构层高度，整体性也不强。因此，现代木结构中也经常采用平接形式，次梁端部通过抗剪金属连接件和抗剪螺钉连接于主梁的一侧，结构形式规整，整体性也较好。
但主次梁采用平接作法传递剪力时，由于木材的刚度和承载力均较低，连接螺栓或螺钉的抗剪承载力取决于木材的承压强度。如果次梁端部剪力较大，通常需要较大的金属连接件和较多的抗剪螺钉，对连接处的主次梁截面均会产生较大削弱，且传力路径长、剪力的传递效果差，难以实现与次梁等强的抗剪连接。而在某些木结构建筑物中，次梁的跨度较小，抗剪承载力对次梁截面起控制作用，在主次梁连接处经常需要与次梁自身抗剪承载力等强的抗剪连接，以达到充分利用次梁截面的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种木结构抗剪连接件、连接结构、箱体平台结构及施工方法，要解决木结构中主梁和次梁或者主肋和次肋之间抗剪连接件承载力不足的技术问题；实现连接结构节点处的抗剪承载力与主次梁或主次肋自身抗剪承载力等强。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种木结构的抗剪连接件，所述连接件是由一块金属板依次垂直弯折而成的整体结构，包括U形的腹板、从腹板的两侧面对称延伸出来的翼缘以及从翼缘的上端部背向腹板弯折而成的钩头，所述腹板、翼缘和钩头上均开有连接孔。
所述腹板是由竖直段、水平段和竖直段依次围成的U形结构，竖直段的一边竖直、且向外90度弯折延伸成翼缘，对边上部竖直、下部倾斜，竖直段整体呈上窄下宽的扁片状结构。
所述腹板的竖直段上竖向开有至少一排均匀间隔排布的次梁连接孔。
所述翼缘上竖向开有至少一排均匀间隔排布的第一主梁连接孔。
所述钩头包括水平段和竖直段，所述水平段和/或竖直段上开有均匀间隔排布的第二主梁连接孔。
所述连接件的壁厚为2mm～5mm。
一种应用所述的木结构的抗剪连接件的连接结构，包括主梁、次梁以及连接主梁和次梁的连接件，所述主梁与次梁相互垂直呈T形连接，其特征在于：所述连接件的腹板承托在次梁的端部、并通过第一紧固件与次梁连接，所述连接件的翼缘紧贴主梁、并通过第二紧固件与主梁连接，所述连接件的钩头钩挂在主梁上、并通过第三紧固件与主梁连接。
一种应用所述的木结构的抗剪连接件的箱体平台结构，所述箱体平台结构由木箱单元在平面内拼装而成，所述木箱单元包括围设在木箱四周的主肋板、平行间隔设置在箱体内的次肋板、与各次肋板垂直连接的支承肋板以及分别连接在主肋板和次肋板上下两面的上层面板和下层面板，所述主肋板、次肋板和支承肋板形成的区格内填充有隔热材料，木箱单元的底面四角处连接有铰支座。
所述次肋板的两端部均通过连接件和主肋板连接，所述连接件的腹板承托在次肋板的端部、并通过第一紧固件与次肋板连接，所述腹板的水平段、次肋板的下表面以及主肋板的下表面三者平齐，所述次肋板的端部的下表面与腹板连接的位置有嵌入腹板水平段的底槽。
所述连接件的翼缘紧贴主肋板、并通过第二紧固件与主肋板连接。
所述连接件的钩头钩挂在主肋板上、并通过第三紧固件与主肋板连接，所述钩头的水平段、主肋板的上表面以及次肋板的上表面平齐，所述主肋板的上表面与钩头连接的位置有嵌入钩头水平段的顶槽。
所述钩头的竖直段与主肋板的背面平齐，所述主肋板的背面与钩头连接的位置有嵌入钩头竖直段的背槽。
所述主肋板和次肋板的端部之间连接有第四紧固件。
一种如所述的箱体平台结构的施工方法，具体步骤如下：
步骤一，在次肋板的两端部的下表面对应连接腹板水平段的位置切削出底槽。
步骤二，在主肋板的上表面对应连接钩头水平段的位置切削出顶槽，在主肋板的背面对应连接钩头竖直段的位置切削出背槽。
步骤三，通过连接件将主肋板和次肋板连接。
步骤四，在连接件、主肋板和次肋板三者之间对应连接第一紧固件、第二紧固件、第三紧固件和第四紧固件。
步骤五，将上层面板与主肋板和次肋板连接。
步骤六，安装支撑肋板。
步骤七，在主肋板、次肋板和支承肋板形成的区格内填充隔热材料。
步骤八，将下层面板与主肋板和次肋板连接。
步骤九，在底部四角位置连接铰支座，至此，完成木箱单元的施工。
步骤十，现场将木箱单元通过底部连接板在平面内拼装成箱体平台结构，至此，完成箱体平台结构的施工。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
本发明克服了传统主次梁连接节点结构复杂、抗剪承载力不足的缺点，解决了简化节点结构、保证连接强度的技术问题。
本发明设计一种抗剪连接件，采用了挂钩式的形状，一侧是与主梁挂接的钩头、一侧是承托次梁的腹板，结构简洁；通过特定形状的薄金属板，如钢板，连续冷加工弯折而成，制作简单，根据次梁可能传递的最大剪力，连接件厚度和宽度按连接件钢材的有效截面抗拉计算和主次梁木材的局压计算来确定；作为节点连接处的主要传力构件，而配合抗剪连接件使用的螺栓和螺钉并不传递剪力，仅起到安装、定位的作用。
本发明的抗剪连接件用于连接在次梁和主梁之间，可以有效地将次梁的竖向剪力传递给与之垂直的主梁，将次梁的端部剪力转化为次梁端部的局部承压力，并传递给抗剪连接件，再通过抗剪连接件的抗拉力，传递给主梁，在连接节点位置的主梁同样处于局部受压状态，有效解决次梁与主梁之间抗剪连接件承载力不足的问题，节点抗剪承载力可以与主次梁截面等强，增强了连接节点位置的连接整体性；由于采用抗剪连接件连接主次梁，无需过多的抗剪螺栓或者螺钉，对主、次梁的截面均无实质性削弱。
本发明在次梁与主梁之间传递剪力时，通过挂钩式的抗剪连接件，将次梁端部的剪力转化成了次梁与抗剪连接件之间的局部承压，有效提高了节点连接处传递剪力的能力，实现了木结构中次梁连接于主梁时等强的抗剪连接，避免使用大量的螺栓或螺钉连接同时减少了节点区尺寸，简化连接的构造形式以及次梁与主梁之间节点连接的做法，便于施工，提高了施工效率和连接强度，提高次梁的利用效率，提高抗剪连接的可靠性，解决传统抗剪螺栓或螺钉承载力不足的问题。
在木结构中，如果有面板与主、次梁共同工作时，经常将此时的主、次梁称之为主、次肋板，在本发明的箱体平台结构中，以平面为正方形的密肋木箱单元平面内拼装成平台结构作为冰面的下部基础，木箱单元主要由上层面板、下层面板、主肋板和次肋板组成，并能形成一个可以共同受力的整体。木箱单元又可以自由拼组成室内冰场冰面的支承面，维持室内冰场冰面的正常工作，可以反复拆装、重复使用。木箱单元能够承担冰面自重、制冷设施和浇冰设备自重、运动员使用荷载，并能同时保证维持冰面正常工作所需的刚度和保温性能；整个施工方法效率高、可以缩短工期，同时保证施工质量。
从受力角度看，上下面板主要用于承担弯矩，肋板主要用于承担剪力，次肋板同时具有减小面板跨度和将竖向剪力传递至主肋板的作用，可以根据受力需要在一个木箱单元中设置多道次肋板。支承肋是用来维持次肋板之间的形状和稳定，不起传力作用。主肋板位于木箱周边，负责将次肋板传来的剪力传递给角部支座。木箱单元在四个角部的支座区使用四点简支形式，支承于下部结构或室内地面。在四角处设置的铰支座可以调节整个单元的标高和调平整个单元平面。
上、下层面板使用多层木纹相互垂直的薄板胶合而成，从而使面板在面内的两个水平方向都具有较高的抗拉压承载力。上下面板之间的主次肋组成的区格内根据隔热要求填充柔性保温材料，如挤塑板、玻璃棉等。由于木箱的面板和肋板木材本身的导热系数不大，肋板在木箱平面内所占的面积也很小，配合肋板区格内的导热系数更小的隔热材料，可以实现整体木箱单元具有不超过0.3W/(m2·K)的平均传热系数，从而最大限度地减小冰面下部的热交换。为减小木箱内部的空气对流，保温材料需充满每个区格，减小区格内部的空气体积。
箱体平台结构中的铰支座承载力高，同时高度调节，并且还具有构造简单、操作方便、可反复使用、使用非常灵活的优点，适用于各类临时搭建、可装拆的、需重复使用的轻型木结构平台。如果有保温、隔音要求时，铰支座还能够有效隔断热量和声波的传递路径，在支座安装处实现了隔热、隔音的功能。
本发明可广泛应用于木结构中。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明的连接件的立体结构示意图。
图2是本发明的连接件的展开结构示意图。
图3是本发明的连接结构的结构示意图。
图4是本发明的木箱单元的俯视结构示意图。
图5是图4的A-A剖面结构示意图。
图6是图4中主肋板和次肋板的连接结构示意图。
图7是图6的B-B剖面结构示意图。
图8是本发明的木箱单元的结构示意图。
图9是本发明的木箱单元的填充结构示意图。
图10是本发明的箱体平台结构的结构示意图。
附图标记：1－连接件、2－主梁、3－次梁、4－第一紧固件、5－腹板、6－翼缘、7－钩头、8－第一主梁连接孔、9－第二主梁连接孔、10－次梁连接孔、11-第二紧固件、12-第三紧固件、13-第四紧固件、14-主肋板、15-次肋板、16-上层面板、17－下层面板、18－支撑肋板、9-木箱单元、20-铰支座、21-隔热材料。
具体实施方式
实施例参见图1所示，这种木结构的抗剪连接件，参见图2所述，所述连接件1是由一块3mm厚的钢板依次垂直弯折而成的整体结构，可采用冷加工制作，钢板材质不低于Q235B级，包括U形的腹板5、从腹板5的两侧面对称延伸出来的翼缘6以及从翼缘6的上端部背向腹板弯折而成的钩头7，所述腹板5、翼缘6和钩头7上均开有连接孔。
参见图1所示，所述腹板5是由竖直段、水平段和竖直段依次围成的U形结构，竖直段的一边竖直、且向外90度弯折延伸成翼缘，对边上部竖直、下部倾斜，竖直段整体呈上窄下宽的扁片状结构；所述腹板5的竖直段上竖向开有至少一排均匀间隔排布的次梁连接孔10；所述翼缘6上竖向开有至少一排均匀间隔排布的第一主梁连接孔8，所述翼缘6的下端面水平且与略高于腹板5的水平段、翼缘6的上端面水平且高出腹板5的竖直段；所述钩头7包括由翼缘6的上端面背向腹板90度弯折成的水平段和由水平段外端面向下90度弯折成的竖直段，所述水平段和/或竖直段上开有均匀间隔排布的第二主梁连接孔9。
一种应用所述的木结构的抗剪连接件的连接结构，包括主梁2、次梁3以及连接主梁2和次梁3的连接件1，所述主梁2与次梁3相互垂直呈T形连接，应用这种连接件可以传递1.5t剪力，参见图3所示，所述连接件1的腹板5承托在次梁3的端部、并通过第一紧固件4与次梁3连接，次梁3的厚度与腹板5的宽度一致，这样次梁的剪力可以通过端部下方的局部承压传递给连接件，所述第一紧固件4为M8螺栓，腹板通过两个螺栓次梁连接，所述螺栓并不受力，仅起定位作用，为了次梁与腹板在安装时能够紧密接触，需要在连接连接件处的次梁的下表面切去与金属板厚度一致的尺寸，本实施例中为3mm，使连接件就位后能够保持与次梁的下表面平齐。
所述连接件1的翼缘6紧贴主梁2、并通过第二紧固件11与主梁连接，所述第二紧固件11为直径4mm的螺钉，每个翼缘6通过四个螺钉与主梁连接。
所述连接件1的钩头7钩挂在主梁2上、并通过第三紧固件12与主梁2连接，主梁2的厚度与钩头7的厚度一致，这样可以实现将连接件内的拉力连同钩头与主梁上表面的局部承压传递给主梁，所述第三紧固件12为直径4mm的螺钉，每个钩头通过两个螺钉与主梁连接，这些螺钉也仅起到定位作用。为了使主梁与钩头在安装时能够紧密接触，需要将与钩头连接处的主梁的上表面和外立面切去与金属板厚度一致的尺寸，本实施例中为3mm，使连接件的钩头就位后正好与主梁的上表面和外立面平齐。
为进一步增加次梁与主梁的整体性，在次梁与主梁垂直相交处的位置接有第四紧固件13，所述第四紧固件13为直径5mm的长螺钉，两个长螺钉竖向排列由主梁外立面拧入次梁端部，主梁上在布钉位置事先开浅槽，钉子拧紧后，应使钉帽和垫片没入槽内，保持外立面平齐。
在木结构中，如果有面板与主、次梁共同工作时，经常将此时的主、次梁称之为主、次肋板，参见图10所示，一种应用所述的木结构的抗剪连接件的箱体平台结构，所述箱体平台结构由木箱单元19在平面内拼装而成，参见图4所示，所述木箱单元19包括围设在木箱四周的主肋板14、平行间隔设置在箱体内的次肋板15、与各次肋板15垂直连接的支承肋板18以及分别连接在主肋板14和次肋板15上下两面的上层面板16和下层面板17，木箱单元19的底面四角处连接有铰支座20，参见图8、图9所示，所述主肋板14、次肋板15和支承肋板18形成的区格内填充有隔热材料21；垂直的两个主肋板之间使用相互开口咬合的卯榫式连接；支承肋板18与次肋板之间采用气钉和结构胶粘接即可，用来支承次肋板，并维持次肋板区格的几何形状；上层面板16与主肋板14和次肋板15可由结构胶粘接并用螺钉固定；下层面板17与主肋板14和次肋板15可由结构胶粘接并用螺钉固定。
参见图5所示，所述主肋板14和次肋板15的两端部均通过连接件1和主肋板14连接，所述连接件1的腹板5承托在次肋板15的端部、并通过第一紧固件4与次肋板15连接，次肋板15的厚度与腹板5的宽度一致，这样次肋板的剪力可以通过端部下方的局部承压传递给连接件，所述第一紧固件4为M8螺栓，腹板通过两个螺栓次肋板连接，所述螺栓并不受力，仅起定位作用，为了次肋板与腹板在安装时能够紧密接触，需要在连接连接件处的次肋板的下表面切去与金属板厚度一致的尺寸，本实施例中为3mm，使连接件就位后能够保持与次肋板的下表面平齐。
参见图7所示，所述连接件1的翼缘6紧贴主肋板14、并通过第二紧固件11与主肋板连接，所述第二紧固件11为直径4mm的螺钉，每个翼缘6通过四个螺钉与主肋板连接。
参见图7所示，所述连接件1的钩头7钩挂在主肋板14上、并通过第三紧固件12与主肋板14连接，主肋板14的厚度与钩头7的厚度一致，这样可以实现将连接件内的拉力连同钩头与主肋板上表面的局部承压传递给主肋板，所述第三紧固件12为直径4mm的螺钉，每个钩头通过两个螺钉与主肋板连接，这些螺钉也仅起到定位作用。为了使箱体结构的外立面平齐，使主肋板与钩头在安装时能够紧密接触，需要将与钩头连接处的主肋板的上表面和外立面切去与金属板厚度一致的尺寸，本实施例中为3mm，使连接件的钩头就位后正好与主肋板的上表面和外立面平齐。
参见图6所示，为进一步增加次肋板与主肋板的整体性，在次肋板与主肋板垂直相交处的位置接有第四紧固件13，所述第四紧固件13为直径5mm的长螺钉，两个长螺钉竖向排列由主肋板外立面拧入次肋板端部，主肋板上在布钉位置事先开浅槽，钉子拧紧后，应使钉帽和垫片没入槽内，保持外立面平齐。
一种如所述的箱体平台结构的施工方法，具体步骤如下：
步骤一，在次肋板15的两端部的下表面对应连接腹板水平段的位置切削出底槽。
步骤二，在主肋板14的上表面对应连接钩头水平段的位置切削出顶槽，在主肋板14的背面对应连接钩头竖直段的位置切削出背槽。
步骤三，通过连接件1将主肋板和次肋板连接。
步骤四，在连接件1、主肋板和次肋板三者之间对应连接第一紧固件4、第二紧固件11、第三紧固件12和第四紧固件13。
步骤五，将上层面板16与主肋板14和次肋板15连接。
步骤六，安装支撑肋板18。
步骤七，在主肋板14、次肋板15和支承肋板18形成的区格内填充隔热材料21。
步骤八，将下层面板17与主肋板14和次肋板15连接。
步骤九，在底部四角位置连接铰支座20，至此，完成木箱单元的施工。
步骤十，现场将木箱单元通过底部连接板在平面内拼装成箱体平台结构，至此，完成箱体平台结构的施工。
所述的箱体平台结构可以作为了将体育场馆地面改造为冰面的下部支撑结构，在不破坏原有场地的前提下，使用箱体结构能够快速地完成功能上的临时转换，为将现有普通体育场馆改造成冬季项目场馆提供了一种技术上的可行方案。通过连接件的应用，保证了箱体结构的稳定性，确保了作为整个下部支撑的可靠性。箱体结构使用常规的木材、钢材和连接件，在市场上取材方便，制作加工精度容易满足要求。箱体结构可以多次重复使用，节约室内临时冰面的建设费用70%以上。箱体结构的形状规则，便于存储和运输，可以节约库存费和运输费40%以上。箱体结构具有良好的隔热效果，能够实现冰面的快速制冷，并能有效减小温度交换，可以节约能源50%以上。