CN101100888B - 一种矩形钢管柱的钢框架梁柱节点连接结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种矩形钢管柱的钢框架梁柱节点连接结构，节点连接结构包括矩形钢管柱(1)与2～4根横梁(2)连接构成的钢框架，所述的矩形钢管柱(1)与横梁(2)的连接处，相邻的两横梁(2)的上翼缘之间和相邻的两横梁(2)的下翼缘之间均设有传力板(3a、3b)，该传力板(3a、3b)的两头搭接在两横梁(2)的翼缘上或对接于两横梁(2)的翼缘之间。本发明具有降低梁柱节点区域的应力，避免柱表面产生外凸屈曲变形，提高节点承载力的显著技术效果。

Description

一种矩形钢管柱的钢框架梁柱节点连接结构

技术领域

本发明涉及一般建筑物构造，具体涉及用于条形建筑构件的一般的建筑结构的连接，特别是涉及矩形钢管柱的钢框架梁柱节点连接结构。

背景技术

梁柱节点连接是钢结构筑物设计中最关键的环节之一。在钢结构筑物设计中采用矩形截面钢管柱居多，由于横梁是直接焊接在钢柱外侧面的，因此钢柱的管壁要承受来自于横梁的巨大拉力和剪力，势必会造成钢柱管壁变形甚至破坏。为了解决这一技术问题，传统的方法是在焊接处钢柱内设置横内隔板来提高节点处钢柱的刚性和机械强度，达到抗拉、抗剪的目的。所述传统方案中，钢柱内所设的横内隔板是根据建筑物的层高事先预置的，而现场施工中柱的标高出现误差又是很难避免的，偶尔还会出现标高弄错的情况，这样必然会出现柱内横内隔板与节点错位，使钢柱节点处的刚性和机械强度无法达到设计要求。

现有技术中，解决上述问题的方案颇多。公告号为CN2602083Y的实用新型专利公开了一种整体内隔板式连接节点方案，该专利方案是将十字形内隔板延伸至柱外，并在伸出柱外的上下两内隔板之间焊一连接腹板，现场施工时将横梁直接与伸出柱外的内隔板及连接腹板焊接即可。所述的专利方案既提高了钢柱节点处的刚性和机械强度，也很好地使横梁传递过来的拉力和剪力直接作用在伸出柱外的内隔板与连接腹板所构成的工字形结构上，但是所述伸出柱外的内隔板的长宽尺寸均大于钢柱截面尺寸，施工时必需要根据建筑物的层高把钢柱截断，否则十字形内隔板无法置于钢柱内，显然不仅破坏了钢柱的整体性，也增大了节点处的焊接面积，其节点处残余应力大、应力集中严重是可以预见的。

另有公开号为CN1752367A和CN1786362A的发明专利申请，均相当于公知技术中的加盖板和加侧板的节点外加固措施，由于增加了较多的钢材其加强效果是可预见的，但是增大现场施工量和难度以及建设投资也是显然的。尤其所采用的方案相当于给钢柱增加一钢箍，材料的有效利用率低。

再有公告号为CN2391933Y的实用新型专利，该专利方案是一种管内灌有混凝土的圆管柱的钢框架梁柱节点外加固连接方案，该方案包括圆钢管柱和2～4根与之固定连接的工字钢横梁，其特征是工字钢横梁与圆钢管柱连接处设有和工字钢横梁截面相同的连接件，该连接件由上下抱柱板和腹板焊接成截面与工字钢横梁截面相同的工字形，相邻两连接件之间平形设有两弧形连接板，每一连接板的三侧边分别焊接在两抱柱板翼缘之间及圆钢管柱的表面，上下抱柱板翼缘的另一侧与圆钢管柱表面之间焊接有弧形加强板。由于所述方案采用的是圆钢管柱，且柱内灌有混凝土，因此通过所述的连接板和加强板可将上下抱柱板作用在柱上的拉力均匀地传递给柱内的混凝土，同时也提高了横梁与柱的连接强度。但是，该专利方案用于矩形钢管柱的纯钢框架的梁柱节点则不适宜，因为矩形截面钢管柱较圆形截面钢管柱的刚性差，加之柱内无混凝土支撑，横梁作用在柱上力所产生的应力仍然集中在节点区域，严重时会使柱腹板产生外凸屈曲变形，使节点承载力下降。

发明内容

鉴于现有技术存在上述不足，本发明所要解决的技术问题是降低矩形钢管柱的钢框架梁柱节点区域的应力，避免柱表面产生外凸屈曲变形，提高节点承载力。

本发明解决上述技术问题的技术解决方案是：

一种矩形钢管柱的钢框架梁柱节点连接结构，包括矩形钢管柱与2～4根横梁连接构成的钢框架，所述的矩形钢管柱与横梁的连接处，相邻的两横梁的上翼缘之间和相邻的两横梁的下翼缘之间均设有传力板，该传力板的两头搭接在两横梁的翼缘上或对接于两横梁的翼缘之间。

上述技术方案中，所述的传力板可以是适用于等高梁柱节点的梯形钢板，也可以是适用于不等高梁柱节点的异型构件，该异型构件由左右错位的上下盖板和设在上下盖板之间的两平行腹板连接构成，其横截面呈口字形，高度等于不等高梁之间的高度差。

上述技术方案中，所述的传力板的宽度和厚度较好是与横梁翼缘的宽度和厚度相等，过小(小于梁翼缘宽度和厚度的50％)外传力效果不明显，应力仍然基本集中在节点区域，负载增大时传力板会发生翘曲破坏，过大(大于梁翼缘宽度和厚度的50％)虽然节点的刚度、屈服应力和极限承载力都有所提高，但是材料的有效利用率低，浪费钢材。

上述技术方案中，所述的传力板距矩形钢管柱棱角的距离以不大于传力板的厚度为宜。大量实验证明，所述的距离越小，节点的刚度、屈服应力都越大，但是梁的极限承载力却越小，发生破坏的变形位移也越小，越容易发生脆性破坏；所述的距离越大，节点几乎不发生塑性变形，一旦屈服就发生破坏。

上述技术方案中，所述的横梁可以是工字钢，也可以是槽钢，还可以是截面为矩形的方管钢。

本发明所述技术方案在梁翼缘上增加了传力板来传递梁之间的内力，使得梁之间的内力传力绕过柱子传递，实现柱外传力，使应力转移到传力板与梁翼缘的连接处，从而使节点的屈服应力和极限承载大大提高，变形也减小，大大加强了节点的承载力。大量破坏性力学实验证明，破坏处不是发生在梁柱节点这个比较脆弱的地方，而是转移到了传力板与梁翼缘的连接处，在该处发生屈曲破坏。

附图说明

图1是一种选用工字钢横梁的等高两梁交叉节点结构示意图；

图2是一种选用槽钢横梁的等高两梁交叉节点结构示意图；

图3是是一种选用矩形截面方管钢横梁的等高两梁交叉节点结构示意图；

图4是图1所示节点中上下传力板与横梁翼缘采用达接的连接结构示意(方管钢柱省略)；

图5是一种选用工字钢横梁的等高三梁交叉节点结构示意图；

图6是一种选用工字钢横梁的等高四梁交叉节点结构示意图；

图7是一种选用工字钢横梁的不等高四梁交叉节点结构示意图；

图8是图7中异型结构的下传力板结构示意图(放大)。

具体实施方式

例1(等高两梁交叉节点)

参见图1～4，本例为位于结构拐角部柱子的钢框架节点，方管钢柱1周围只有两根横梁2，两横梁2的上翼缘之间设有上传力板3a，下翼缘之间设有下传力板3b。其中，图1中的横梁2采用工字钢，传力板3a和3b均为与横梁2翼缘等宽、等厚的梯形钢板，两头均对接于两横梁2的翼缘之间；图2中的横梁2采用槽钢，传力板3a和3b也为与所选用的槽钢的翼缘等宽、等厚的梯形钢板，两头分别对接于两槽钢横梁2的上翼缘之间和下翼缘之间；图3中的横梁2采用矩形截面方管钢，传力板3a和3b同样是与所选用方管钢上下腹板(相当于工字钢或槽钢的翼缘)等宽、等厚的梯形钢板，两头分别对接于两方管钢横梁2的上腹板之间和下腹板之间。参见图1～3，传力板3a和3b均靠近方管钢柱1的棱角，但不连接，施工中可控制其距离，以不大于传力板3a、3b的厚度为宜。参见图4，传力板3a和3b的两头也可达接在两工字钢横梁2的翼缘上。参见图1，为了进一步减小节点处的应力集中，横梁2的工字钢腹板与方管钢柱1之间可增设一连接板4，该连接板一头与方管钢柱1焊接，另一头与横梁2的工字钢腹板用螺栓固定连接。

例2(等高三梁交叉节点)

参见图5，本例为位于结构周边柱子的钢框架节点，方管钢柱1周围有三根横梁2，相邻的两横梁2的上翼缘之间设有上传力板3a，下翼缘之间设有下传力板3b。本例中，横梁2采用工字钢，传力板3a和3b均为与工字钢翼缘等宽、等厚的梯形钢板，两头均对接于两工字钢横梁2的翼缘之间。当然，本例中的横梁2也可选用例1中所示的其它型钢，传力板3a和3b与横梁2的翼缘也可采用达接。

例3(等高四梁交叉节点)

参见图6，本例为位于结构中间柱子的钢框架节点，方管钢柱1周围有四根横梁2，相邻的两横梁2的上翼缘之间设有上传力板3a，下翼缘之间设有下传力板3b。本例中，横梁2采用工字钢，传力板3a和3b均为与工字钢横梁2翼缘等宽、等厚的梯形钢板，两头均对接于两横梁2的翼缘之间。同样，本例中的横梁2可选用例1中所示的其它型钢，传力板3a和3b与横梁2的翼缘可采用达接。

例4(不等高四梁交叉节点)

参见图7，本例也是位于结构中间柱子的钢框架节点，但是与例3不同的是四根横梁2中有一根高度不足的矮梁2′，该矮梁2′的上面与相邻两根横梁2平齐，下面有一个高度差。因此，该矮梁2′与相邻横梁2之间的上传力板3a为一与横梁2翼缘等宽、等厚的梯形钢板，下传力板3b则是一异型结构件。该异型结构件由左右错位的上盖板3b-1、下盖板3b-2和设在上下盖板之间的两平行腹板3b-3、3b-4构成，其横截面呈口字形，高度等于横梁2与矮梁2′的高度差(参见图8)。所述异型结构件一头的上盖板3b-1与矮梁2′的下翼缘对接，下盖板3b-2与横梁2的下翼缘对接。

Claims (6)

1.一种矩形钢管柱的钢框架梁柱节点连接结构，包括矩形钢管柱(1)与2～4根横梁(2)连接构成的钢框架，所述的矩形钢管柱(1)与横梁(2)的连接处，相邻的两横梁(2)的上翼缘之间和相邻的两横梁(2)的下翼缘之间均设有传力板(3a、3b)，该传力板(3a、3b)的两头搭接在两横梁(2)的翼缘上或对接于两横梁(2)的翼缘之间，但与所述的矩形钢管柱(1)不连接。

2.根据权利要求1所述的一种矩形钢管柱的钢框架梁柱节点连接结构，其特征是所述的传力板(3a、3b)是适用于等高梁柱节点的梯形钢板。

3.根据权利要求1所述的一种矩形钢管柱的钢框架梁柱节点连接结构，其特征是所述的传力板(3a、3b)是适用于不等高梁柱节点的异型构件，该异型构件由左右错位的上下盖板(3b-1、3b-2)和设在上下盖板(3b-1、3b-2)之间的两平行腹板(3b-3、3b-4)连接构成，其横截面呈口字形，高度等于不等高梁(2与2′)之间的高度差。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种矩形钢管柱的钢框架梁柱节点连接结构，其特征是所述的传力板(3a、3b)的宽度和厚度与横梁(2)翼缘的宽度和厚度相等。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种矩形钢管柱的钢框架梁柱节点连接结构，其特征是所述的传力板(3a、3b)距矩形钢管柱(1)棱角的距离不大于传力板(3a、3b)的厚度。

6.根据权利要求1、2或3所述的一种矩形钢管柱的钢框架梁柱节点连接结构，其特征是所述的横梁(2)是工字钢，或者是槽钢，或者是截面为矩形的方管钢。

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