CN101260689A - 一种钢管混凝土斜交网格柱空间相贯节点及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢管混凝土斜交网格柱空间相贯节点及其制作方法，该节点的4根圆钢管在椭圆形连接板处相交，4根圆钢管之间以及圆钢管与椭圆形连接板焊接连接；环向加强板由至少两块环形钢板组成，焊接在所述中心平面焊缝处的4根圆钢管上，与环向加强板平行的两环板分别焊接在环向加强板上下方的圆钢管上，加劲肋板分布均匀地焊接于环向加强板与环板之间，节点外伸牛腿焊接在环板上。本节点的制作方法包括圆钢管与连接板的焊接，环向加强板、环板、加劲肋板的焊接。该节点传力明确、承载力高、质量轻、性能好、施工方便，能有效地连接上下部斜交网格柱，实现钢管混凝土柱节点空间相贯，有很好的工程应用前景。

Description

一种钢管混凝土斜交网格柱空间相贯节点及其制作方法

技术领域

本发明涉及土木工程中的结构工程领域，具体是指一种钢管混凝土斜交网格柱空间相贯节点结构及其制作方法。

背景技术

从20世纪60年代中期钢管混凝土开始引入我国，以其优越的力学性能广泛应用于高层及超高层建筑、大跨度桥梁建设中。一方面由于钢管对填充混凝土的约束作用，混凝土处于三向压缩的应力状态，从而能充分发挥其抗压强度；另一方面由于混凝土的填充效果，提高了钢管在轴向力作用下抵抗屈曲的能力。钢管混凝土结构以其非常合理的材料组合，能充分发挥和利用钢和混凝土材料的特点，在性能上达到优势互补，提高构件承载能力的同时又具有较好的塑性和韧性，为高强混凝土和高强钢材的应用提供了新的途径。采用钢管混凝土结构可节省大量的建筑材料并且施工方便，经济效益也是显而易见的。

19世纪后期，人们在设计高层建筑的时候开始认识到斜撑构件有利于结构抵抗水平荷载，斜交网格结构体系由此逐渐发展起来。斜交网格结构体系中所有的竖向柱都由斜交成网格状的斜柱代替。该体系从整体上看是无数三角几何不变体系的组合体，能够同时承受竖向荷载和水平荷载，具有较大的侧向刚度和良好的抗震抗风性能。

上述斜交网格结构体系可由钢筋混凝土柱、钢结构柱或者钢-混凝土组合结构柱组成。但无论采用哪种材料，由于斜交网格由结构柱相贯而成，其节点处的横截面面积仅相当于一根结构柱的截面积，因此节点构造的设计必然是整个设计中最为重要的一环。相贯节点直接影响到结构的整体刚度、受力性能和安全性，也影响到施工的难易和工程进度。特别对于钢管混凝土柱相贯节点而言，其构造复杂，传力不甚明确，至今未有一套完善的节点构造和计算理论，有待进一步的试验研究和理论分析。但在建筑及施工设计的要求下，迫切地需要一种具有良好受力性能的相贯节点结构，因此本发明应运而生。

发明内容

本发明的目的在于突破现有节点形式的空白，提供一种传力明确、能有效保证节点的可靠性、施工方便的钢管混凝土斜交网格柱空间相贯节点及其制作方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种钢管混凝土斜交网格柱空间相贯节点，包括4根用作钢管混凝土相贯柱的圆钢管、椭圆形连接板、环向加强板、环板、加劲肋板、节点外伸牛腿；4根圆钢管在椭圆形连接板处相交，4根圆钢管之间以及圆钢管与椭圆形连接板焊接连接；在4根圆钢管相交的中心平面形成圆钢管焊接焊缝，所述环向加强板由至少两块环形钢板组成，焊接在所述中心平面焊缝处的4根圆钢管上，与环向加强板平行的两环板分别焊接在环向加强板上下方的圆钢管上，加劲肋板分布均匀地焊接于环向加强板与环板之间，节点外伸牛腿焊接在环板上。

钢管混凝土斜交网格柱空间相贯节点的制作方法，包括下述步骤：

(1)将4根圆钢管在椭圆形连接板处相交，并将4根圆钢管以及圆钢管与椭圆形连接板焊接在一起，圆钢管之间的角度分为平面内角度α与平面外角度β，α为10°～90°，β为0°～10°，设圆钢管外直径为D，椭圆形连接板为两块夹角为(180-2β)的半椭圆形相交而成，其长度为

宽度为1.05D，厚度为2倍钢管壁厚；

(2)在4根圆钢管相交的中心平面形成圆钢管焊接焊缝处焊接环向加强板，在环向加强板上、下方的圆钢管上焊接环板，并将加劲肋板分布均匀地焊接于环向加强板与环板之间；该环形钢板内径为d(d＝D)，宽度为(0.2～0.5)d，厚度为两倍钢管壁厚；设环板与环向加强板的距离为L，则环板的内径为

宽度为厚度为1～2倍钢管壁厚；加劲肋板为梯形钢板，上宽同环板宽度，下宽同环向加强板宽度，厚度为0.5～1倍钢管壁厚；

(3)将节点外伸牛腿焊接在环板上；

(4)施工前，在非节点区钢管柱内部焊接一内衬管，在圆钢管内部焊接一垫板，现场施工时，将内衬管与垫板焊接，并将节点外伸牛腿与结构楼面梁螺栓连接。

上述步骤完成后，按照普通施工步骤绑扎相应的板筋，质量检验后浇筑混凝土即可。

本发明相对现有技术，具有如下优点与有益效果：

(1)本发明首次提出钢管混凝土斜交网格柱空间相贯节点，利用椭圆形连接板和环向加强板对钢管相贯处进行补强，可同时承受轴力和弯矩作用，传力明确。

(2)承载力高，钢管柱的壁厚与混凝土的等级均高于非节点区的斜交网格柱，加之椭圆形连接板的承载能力较高，能很好地保证“强节点，弱构件”的结构设计准则，有效地连接节点上、下部的斜交网格柱。

(3)连接合理，节点通过内衬管与上、下部斜交网格柱焊接连接，通过节点外伸牛腿与结构楼面梁螺栓连接，保证了节点与整体结构的连接。

(4)施工方便，钢管、椭圆形连接板、环向加强板、环板、加劲肋板等的焊接都可在工厂完成，现场只需完成与上下钢管柱的连接和节点外伸牛腿和结构楼面梁的连接工作，大大减少了现场的焊接工作量，能更好地保证焊缝质量。

附图说明

图1a是本实用新型钢管混凝土斜交网格柱空间相贯节点的结构示意图。

图1b是图1a的右视图。

图2是图1中A-A向剖视图。

图3是图1中B-B向剖视图。

图4是图1中C处放大图。

图5是图1中D处放大图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1a、图1b所示，本钢管混凝土斜交网格柱相贯节点包括：圆钢管1、椭圆形连接板2、环向加强板3、环板4、加劲肋板5、节点外伸牛腿6。4根圆钢管1在椭圆形连接板处相交，4根圆钢管1之间以及圆钢管1与椭圆形连接板2焊接在一起；在4根圆钢管1相交的中心平面形成圆钢管焊接焊缝10，环向加强板3由1对半环形钢板组成(也可以是多块环形钢板组成)，焊接在混凝土斜交网格柱相贯节点中心焊缝10处的4根圆钢管上；与环向加强板3平行的两环板4分别焊接在环向加强板上下方的圆钢管柱上，加劲肋板5分布均匀地焊接于环向加强板与环板之间，节点外伸牛腿6焊接在环板4上。

如图1a、图1b所示，圆钢管之间的角度分为平面内角度α(上端或下端两圆钢管之间的夹角)与平面外角度β(上端或下端两圆钢管与竖直方向的夹角)，α取值为10°～90°，β取值为0°～10°。设圆钢管外直径为D，圆钢管的长度约为 $(\frac{1}{2}\cot \frac{\mathrm{\α}}{2}+0.5)D~(\frac{1}{2}\cot \frac{\mathrm{\α}}{2}+1.5)D,$ 椭圆形连接板为两块夹角为(180-2β)的半椭圆形相交而成，其长度为

宽度为1.05D，厚度为2倍钢管壁厚，按照钢管相贯线对钢管和椭圆形连接板进行切割形成。环向加强板3和环板4优选由1对半环形钢板焊接组成，该环形钢板内径为d(d＝D，即环形钢板内径d和圆钢管外直径D相同)，宽度为(0.2～0.5)d，厚度为两倍钢管壁厚；设环板与环向加强板的距离为L，则环板的内径为

宽度为

厚度为1～2倍钢管壁厚；加劲肋板为梯形钢板，上宽同环板宽度，下宽同环向加强板宽度，厚度为0.5～1倍钢管壁厚；圆钢管为直径优选为0.2～2.0米，环向加强板和环板的宽度优选为50～500毫米。

图2为本钢管混凝土斜交网格柱空间相贯节点结构中圆钢管1与椭圆形连接板2连接关系的剖视图，在连接板同侧的两根圆钢管1通过坡口焊缝9与椭圆形连接板2焊接，也可采用其他形式的焊接代替坡口焊接，但必须保证焊缝与母材等强。

图3为本钢管混凝土斜交网格柱空间相贯节点结构中圆钢管1、环向加强板3、加劲肋板5、节点外伸牛腿6连接关系的剖视图。如图3所示，环向加强板3与圆钢管1通过坡口焊缝11焊接；环向加强板3、环板4的两块半环形钢板之间分别通过坡口焊缝11焊接；加劲肋板5采用角焊缝焊接在环向加强板3与环板4之间；节点外伸牛腿6采用坡口焊缝11焊接在两块环板4上，或者节点外伸牛腿与环板及加劲肋板焊接，也可采用其他形式的焊接代替坡口焊接，但必须保证焊缝与母材等强。

图4为圆钢管1与下部非节点区钢管柱8连接关系的放大图。内衬管7通过角焊缝12焊接在圆钢管1内侧，钢管柱8通过角焊缝12与垫板连接定位后，与圆钢管1坡口焊接，也可采用其他形式的焊接代替坡口焊接，但必须保证焊缝与母材等强。

图5为上部非节点区钢管柱8与圆钢管1连接关系的放大图。内衬管7通过角焊缝12焊接在钢管柱8内侧，圆钢管1通过角焊缝12与垫板连接定位后，与钢管柱8坡口焊接，也可采用其他形式的焊接代替坡口焊接，但必须保证焊缝与母材等强。

本钢管混凝土斜交网格柱空间相贯节点结构的制备过程如下：

第一步：将4根圆钢管1在椭圆形连接板处相交，并将4根圆钢管1以及圆钢管1与椭圆形连接板2焊接在一起，圆钢管之间的角度分为平面内角度α与平面外角度β，α为10°～90°，β为0°～10°，钢管相贯线的由实际角度计算得出，设圆钢管外直径为D，圆钢管的长度约为 $(\frac{1}{2}\cot \frac{\mathrm{\α}}{2}+0.5)D~(\frac{1}{2}\cot \frac{\mathrm{\α}}{2}+1.5)D,$ 椭圆形连接板为两块夹角为(180-2β)的半椭圆形相交而成，其长度为宽度为1.05D，厚度为2倍钢管壁厚，按照钢管相贯线对钢管和椭圆形连接板进行切割；

第二步：在4根圆钢管1相交的中心平面形成圆钢管焊接焊缝10处焊接环向加强板3，在环向加强板上、下方的圆钢管上焊接环板4，并将加劲肋板5分布均匀地焊接于环向加强板与环板之间。环向加强板和环板分别由1对半环形钢板焊接组成，该环形钢板内径为d，宽度为(0.2～0.5)d，厚度为两倍钢管壁厚；设环板与环向加强板的距离为L，则环板的内径为

宽度为厚度为1～2倍钢管壁厚；加劲肋板为梯形钢板，上宽同环板宽度，下宽同环向加强板宽度，厚度为0.5～1倍钢管壁厚；

第三步：将节点外伸牛腿6焊接在环板4上；

第四步：施工前，在非节点区钢管柱8内部焊接一内衬管7，在圆钢管内部焊接一垫板，现场施工时，将内衬管7与垫板焊接，并将节点外伸牛腿与结构楼面梁螺栓连接。

第五步：质量检验后浇筑混凝土即可。

本钢管混凝土斜交网格柱空间相贯节点结构中，钢管采用Q345GJ，混凝土强度C90，焊条采用E50型，焊剂5014，焊缝达到一级焊缝质量要求。

如此所述，即可较好地实现本发明。

Claims (9)

1、一种钢管混凝土斜交网格柱空间相贯节点，其特征在于包括4根用作钢管混凝土相贯柱的圆钢管、椭圆形连接板、环向加强板、环板、加劲肋板、节点外伸牛腿；4根圆钢管在椭圆形连接板处相交，4根圆钢管之间以及圆钢管与椭圆形连接板焊接连接；在4根圆钢管相交的中心平面形成圆钢管焊接焊缝，所述环向加强板由至少两块环形钢板组成，焊接在所述中心平面焊缝处的4根圆钢管上，与环向加强板平行的两环板分别焊接在环向加强板上下方的圆钢管上，加劲肋板分布均匀地焊接于环向加强板与环板之间，节点外伸牛腿焊接在环板上。

2、根据权利要求1所述钢管混凝土斜交网格柱空间相贯节点，其特征在于所述4根圆钢管之间以及圆钢管与椭圆形连接板之间的焊接采用坡口焊缝焊接。

3、根据权利要求1所述钢管混凝土斜交网格柱空间相贯节点，其特征在于所述环向加强板由1对半环形钢板组成，半环形钢板相交处的焊接采用坡口焊缝焊接。

4、根据权利要求1所述钢管混凝土斜交网格柱空间相贯节点，其特征在于所述环板由焊接在钢管外侧的1对半环形钢板组成，半环形钢板在相交处坡口焊缝焊接，环板到环向加强板的距离为0.1～0.5倍钢管直径。

5、根据权利要求1所述钢管混凝土斜交网格柱空间相贯节点，其特征在于所述加劲肋板与环向加强板平面垂直，分别与环向加强板和环板焊接，每隔20°～40°布置一个。

6、根据权利要求1所述钢管混凝土斜交网格柱空间相贯节点，其特征在于所述节点外伸牛腿与环板坡口焊接，与楼面梁螺栓连接。

7、根据权利要求1所述钢管混凝土斜交网格柱空间相贯节点，其特征在于所述节点还包括内衬管，内衬管通过角焊缝焊接在圆钢管内侧，圆钢管内衬管还与钢管柱焊接。

8、根据权利要求1所述钢管混凝土斜交网格柱空间相贯节点，其特征在于所述圆钢管为直径0.2～2.0米，环向加强板和环板的宽度为50～500毫米。

9、权利要求1所述钢管混凝土斜交网格柱空间相贯节点的制作方法，其特征包括下述步骤与工艺条件：

(1)将4根圆钢管在椭圆形连接板处相交，并将4根圆钢管以及圆钢管与椭圆形连接板焊接在一起，圆钢管之间的角度分为平面内角度α与平面外角度β，α为10°～90°，β为0°～10°，设圆钢管外直径为D，椭圆形连接板为两块夹角为(180-2β)的半椭圆形相交而成，其长度为

宽度为1.05D，厚度为2倍钢管壁厚；

(2)在4根圆钢管相交的中心平面形成圆钢管焊接焊缝处焊接环向加强板，在环向加强板上、下方的圆钢管上焊接环板，并将加劲肋板分布均匀地焊接于环向加强板与环板之间；该环形钢板内径为d，宽度为(0.2～0.5)d，厚度为两倍钢管壁厚；设环板与环向加强板的距离为L，则环板的内径为

宽度为

厚度为1～2倍钢管壁厚；加劲肋板为梯形钢板，上宽同环板宽度，下宽同环向加强板宽度，厚度为0.5～1倍钢管壁厚；

(3)将节点外伸牛腿焊接在环板上；

(4)施工前，在非节点区钢管柱内部焊接一内衬管，在圆钢管内部焊接一垫板，现场施工时，将内衬管与垫板焊接，并将节点外伸牛腿与结构楼面梁螺栓连接。

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