CN101215856B - 钢管混凝土柱-板铰接节点 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土木工程结构，具体的说是一种钢管混凝土柱-板铰接节点。它包括钢管混凝土柱、混凝土楼板，所述钢管混凝土柱与混凝土楼板之间通过铰接支座连接。钢管混凝土柱-板铰接节点适合于在建筑物室内不设承重墙和承重梁，仅设承受竖向载荷的钢管混凝土柱，作为竖向载荷承重构件在相同用钢量的情况下，其截面积较钢筋混凝土柱减少一半以上，增加节点的抗变形能力，保证板柱节点的变形能力大于框架抗震墙的变形能力，当遇到地震强外力破坏作用下，钢管混凝土柱随着混凝土楼板移动，钢管混凝土上柱和钢管混凝土下柱之间产生相对滑移，而混凝土楼板不会发生倾斜，避免建筑物倒塌。

Description

钢管混凝土柱-板铰接节点

技术领域：

本发明涉及土木工程结构，具体的说是一种钢管混凝土柱-板铰接节点。

背景技术：

随着居民生活水平的提高，人们对房屋布局的个性化提出更高的要求，普通住宅户内承重构件，如柱、墙、梁过多，用户无法根据时代、观念和人员构成的变化，重新设计布局，使住宅很快落后社会的发展，不具备可持续发展的条件。在减少柱、梁过多的情况下，现在普遍采用板柱结构体系，板柱结构体系由于没有了纵横交错的肋梁；使得施工变得简便，减少了楼面的装饰工作。较梁柱框架结构而言，无梁楼盖体系在同样净高的要求下，能够明显降低层高，从而降低建筑物的总高度。与梁柱框架同高度时可以增加层数(约10∶11)，经济效益显著。尽管无梁楼盖体系虽然以其卓越的使用功能、较高的经济指标以及简便的施工，受到广大工程人员及业主的喜爱。但是由于板柱结构不设梁，所以在竖向荷载下板内有较大的弯矩，在节点处还有较大的冲切力；由其在地震作用下节点处的不平衡弯矩会在板内产生附加剪力，使板柱结构往往会在节点处发生冲切破坏，所以一般认为板柱结构的节点较弱，不利于抗震。在地震区不能采用纯板柱结构，只能采用板柱-抗震墙结构，全部地震作用由抗震墙承担，但板柱部分应能承担不少于全部地震作用的20％。即便如此，我国的建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)第6.1.1条还是规定，板柱-抗震墙结构房屋最大高度6度区不应超过40米、7度区不应超过35米、8度区不应超过30米。比框架结构低20多米，不足框架-抗震墙结构高度的三分之一。

美国在地震区采用板柱结构时，允许将一部分构件设计为仅承受竖向荷载、不承受水平荷载，其结果为一般在建筑周边设梁柱框架，在内部设一些剪力墙，其余为不承受水平力的板柱结构。在上世纪90年代前美国混凝土设计规范ACI 318-02对于仅承受重力荷载的板柱结构并没有特殊要求，在1994年北岭地震中有些此类构件发生了破坏，其原因是由于其节点的抗变形能力不满足，造成节点发生冲切破坏。所以，在美国现行混凝土设计规范ACI318-05第21.11.5条中要求对不参与承担地震作用的板柱节点应满足在设计层间位移下不发生冲切破坏。对照ACI318-05的要求可知，在实际工程中很少能满足设计层间位移的要求，并且由于地震作用的不确定性和层间位移计算方法的不完善，结构在使用期存在出现超过设计位移的可能性，不承担地震作用的板柱节点地震时破坏的可能性依然较梁柱节点大。

常规设计下的板柱节点，一般采用钢筋混凝土柱，近年因钢管混凝土柱卓越的竖向承载能力也逐渐在板柱体系中有所应用，但无论哪一种节点型式，其除去需要承担竖向荷载之外，还要承担地震等水平荷载，其节点设计都是以刚性节点设计为主；这样的节点在水平和竖向荷载共同作用下，要传递不平衡弯矩引起的弯矩及剪力，其冲切承载力因此受到一定程度的影响。板柱节点抗震性能差的根本原因在于节点处在竖向荷载作用下已经是结构中的应力集中点，受力很复杂，地震时由于不平衡弯矩的作用首先在节点附近的板内出现塑性变形，塑性变形的发展使板的抗冲切能力降低而发生冲切破坏。提高板柱节点抗震性能的根本途径在于使节点的受力简化，避免节点出现不平衡弯矩。

发明内容：

本发明的发明目的在于提供一种抗侧移能力强，避免地震时楼房发生冲切破坏作用的钢管混凝土柱-板铰接节点。

实现上述发明目的采用以下技术方案：

一种钢管混凝土柱-板铰接节点，包括钢管混凝土柱、混凝土楼板，所述钢管混凝土柱与混凝土楼板之间通过铰接支座连接。

由于采用了以上技术方案，本发明与现有技术相比，在楼、电梯间设置钢筋混凝土墙或钢管混凝土支撑，构成核心筒体，主要承受地震作用，在单元周边设置短肢剪力强墙或者框架梁柱与核心筒体共同承担水平和竖向载荷，在室内不设承重墙和承重梁，仅设几个只承受竖向载荷的钢管混凝土柱，钢管混凝土柱作为竖向载荷承重构件在相同用钢量的情况下，其截面积较钢筋混凝土柱减少一半以上，增加节点的抗变形能力，保证板柱节点的变形能力大于框架抗震墙的变形能力，当遇到地震强外力破坏作用下，钢管混凝土柱随着混凝土楼板移动，钢管混凝土上柱和钢管混凝土下柱之间产生相对滑移，而混凝土楼板不会发生倾斜，避免建筑物发生倒塌。

本发明的有益效果是：

(1)在室内采用钢管混凝土板柱结构，将板柱节点部位设计成铰结节点，使其只承担竖向荷载，不承担或者承担很少的水平荷载，可以很好的解决地震区由于节点不平衡弯矩造成板抗冲切能力不足的问题，并与其它受力构件(抗震墙、钢筋混凝土边框架)配合使用，为板柱结构在地震区特别是高烈度区的应用提供了必要条件。

(2)该节点的设计特点使其抗侧移能力远远优于常规设计中的刚性板柱节点，同时采用钢管混凝土柱作为主要竖向承重构件，可以有效减少柱截面面积，增加节点的抗变形能力，保证板柱节点的变形能力大于框架抗震墙的变形能力，成为整体结构抗震的第三道防线(抗震墙、框架、钢管混凝土柱)，避免发生倒塌。

(3)提供了三种不同的节点构造形式，分别适用于密肋双向板无梁楼盖、有托梁板式无梁楼盖、平板式无梁楼盖，适用范围比较广泛。

附图说明：

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是本发明实施例2的结构示意图。

图3是本发明实施例3的结构示意图。

具体实施方式：

实施例1：

参见附图1，一种钢管混凝土柱-板铰接节点，由钢管混凝土下柱1、铰接支座下板2、铰接支座上板3、板底纵筋4、肋板5、混凝土楼板6、板顶纵筋7、水平推环8、防水密封胶9、钢管混凝土上柱10组成。

钢管混凝土下柱1与钢管混凝土上柱10之间装有铰接支座下板2，铰接支座下板2上装有铰接支座上板3，铰接支座上板3套装在钢管混凝土上柱10上，铰接支座上板3与钢管混凝土上柱10之间自上而下依次设有防水密封胶9和水平推环8；铰接支支座下板2的上表面与铰接支座上板3的下表面均呈弧面状，两者的弧面半径相吻合，并等于结构层高；铰接支座上板3上设有肋板5，铰接支座上板3支承混凝土楼板6，混凝土楼板6内的板顶纵筋7和板底纵筋4分别焊接在铰接支座上板3上。

当楼层发生相对移动时，由于钢管混凝土上柱10与铰接支座上板3间设有水平推环8，钢管混凝土上柱10随着混凝土楼板6移动，铰接支座上板3与铰接支座下板2之间产生相对滑移，则混凝土楼板6保持平动不发生倾斜。此方式适应于跨度较大及载荷较大的密肋双向板墙角梁楼盖。

实施例2：

参见附图2，一种钢管混凝土柱-板铰接节点，由钢管混凝土下柱1、铰接支座2、混凝土楼板3、钢加强环4、钢管混凝土上柱5、板顶纵筋6、板底纵筋7组成。

钢管混凝土下柱1与钢管混凝土上柱5之间装有铰接支座2，混凝土楼板3支承在铰接支座2上，铰接支座2的上方设有与钢管混凝土上柱5连接的钢加强环4，混凝土楼板3内的板顶纵筋6和板底纵筋7分别与钢加强环4和铰接支座2焊接。

在结构发生侧移时铰接支座2在重力载荷和局部弯矩的作用下将产生塑性变形，其局部弯矩由铰接支座2上的竖向应力差平衡。此方式适合于跨度及载荷均较小的平板式无梁楼盖。

实施例3：

参见附图3，一种钢管混凝土柱-板铰接节点，由钢管混凝土下柱1、铰接支座2、紫铜垫片3、下加强钢环4、混凝土楼板5、上加强钢环6、钢管混凝土上柱7、板顶纵筋8、板底纵筋9组成。

钢管混凝土下柱1与钢管混凝土上柱7之间装有铰接支座2，铰接支座2上能过紫铜垫片3装有下加强钢环4，下加强钢环4上方装有与钢管混凝土上柱7连接的上加强钢环6，混凝土楼板5通过紫铜垫片3和下加强钢环4支承在铰接支座2上，铰接支座2的上方设有与钢管混凝土上柱7连接的上加强钢环6，混凝土楼板5内的板顶纵筋8和板底纵筋9分别焊接在上加强钢环6和下加强钢环4上。

当结构发生侧移时，紫铜垫片3将产生塑性压缩，而混凝土楼板5保持平动不发生倾斜。此方式适合于跨度及载荷相对较大的有托梁板式无梁楼盖。

Claims (4)

1.一种钢管混凝土柱-板铰接节点，包括钢管混凝土柱、混凝土楼板，所述钢管混凝土柱与混凝土楼板之间通过铰接支座连接，其特征在于：所述铰接支座由铰接支座下板和铰接支座上板构成，该铰接支座上、下板均呈弧面状，其两者的弧面半径相吻合并等于结构层高。

2.根据权利要求1所述的钢管混凝土柱-板铰接节点，其特征在于：所述铰接支座上板与钢管混凝土柱之间自上而下依次设有密封胶和水平推环。

3.根据权利要求1所述的钢管混凝土柱-板铰接节点，其特征在于：所述铰接支座上方设有与钢管混凝土柱连接的钢加强环。

4.根据权利要求3所述的钢管混凝土柱-板铰接节点，其特征在于：所述钢加强环为上、下两层，该下层加强环与铰接支座之间设有低弹性垫片层。

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