CN102995753A - 梁高不同的外加强环式方钢柱异形节点 - Google Patents

Abstract

梁高不同的外加强环式方钢柱异形节点，包括方钢柱、外加强环板、连接腹板、H型钢梁和螺栓，不需要切断柱壁，保持了柱子的连续性，实现了柱子的贯通，在方钢柱子上按照型钢梁的尺寸，用角焊缝把三块外加强环板焊接在柱子上，根据型钢梁的具体尺寸用角焊缝将连接腹板焊接到柱壁上，在连接腹板与外加强环板的相连接处采用角焊缝将其相焊接固定，在顶部与底部的两块外加强环板，根据柱子的具体位置用高强螺栓将连接腹板和型钢梁腹板相焊接并将外加强环板与型钢梁翼缘相连接处采用角焊缝相连接固定。本发明实现梁柱节点的刚性连接，此新型梁柱节点在承载能力上也优于现有的梁柱刚性连接节点形式，为建筑物留有较多的安全储备。

Description

梁高不同的外加强环式方钢柱异形节点

技术领域

本发明是涉及建筑技术领域，具体地说是一种梁高不同的外加强环式方钢柱异形节点。

背景技术

我国自改革开放以来，住宅建设的发展很快，而人口的增长与城市化进程的加速，引起我国对住房的需求增加。要满足日益增长的住房需求，加快住宅建设进程，推进住宅产业的现代化发展，1999年国务院转发国家八部委局《关于推进住宅产业现代化,提高住宅质量的若干意见》(国办发[1999]72号)，提出和引进先进的住宅建筑体系和成套的工程技术，提高住宅建筑质量，并带动相关行业的发展，随着高层钢框架结构的日益增多及建筑物空间和平面布局上的特殊要求，出现了许多复杂体型的结构。因此存在着大量的非常规节点，这些非常规节点的两侧梁或上下柱的截面在节点核心处变化较大，其受力机理和变形特征明显不同于常规节点，所以工程界把它定义为异型节点。而近年来钢结构异型节点在大型工程项目中的应用日趋增多，但由于缺乏理论支持和经验积累，在异型节点的设计过程中，只能依据规范对常规节点的规定进行设计。在此提出这种异形节点的设计方法既能满足节点的强度要求，又能保证结构的安全，同时钢结构异形节点和其它常规钢结构节点一样具有良好的抗震性能，与普通的钢结构节点相同具有很高的强度，在满足节点延性的基础上一般不会发生承载力不足而破坏，尤其是栓焊混合连接的刚性节点具有较高的抵抗弯矩和耗能能力，在减少了梁柱的相对转角的同时，显著减少了梁跨中的内力，进而减少了梁截面，具有构造简单等优点，上述这些优点综合起来，钢框架结构在众多方面还是可以优先选用的基本结构形式之一。

方钢管的性能特点（1）良好的截面特性。与同样重量或截面高度的宽翼缘H型钢和圆钢管相比，方钢管在两个主轴方向的抗弯刚度是圆钢管的1.3倍；与H型钢强轴方向的抗弯刚度接近，而在弱轴方向是其2.7倍，回转半径为其1.6倍。不存在强弱轴。方钢柱在两个方向上的截面惯性矩相同，及在中间跨的方钢管柱能够充分利用截面。而工字钢在两个方向的截面惯性矩不同，存在强弱轴，截面的刚度取决于惯性矩小的方向，使截面不被充分利用。（2）良好的防锈性能。与H型钢相比，在相同长度下，方钢管的表面积仅为其67％，而且在使用阶段管端封闭后为单面锈蚀状态，故不仅涂装维护工作量可减少约1/3，而且耐锈蚀寿命(按金属锈蚀损失量计)可达到H型钢的2倍。（3）简化施工，降低工程成本。对400×500mm较大截面方(矩)形钢管，均为一次冷弯焊接成型，可避免复杂的箱形线加工工艺，既提高了工效降低了成本，保证了管材管壁的平整度。同时方(矩)形管节点相贯线切割也大大简化，提高工效的同时更易保证节点焊缝的质量。（4）外形美观，便于造型，近年，我国在方钢管的生产工艺上有了较大突破。国内几家工厂已经可生产截面面积尺寸400mm×16mm～500mm×22mm的大截面冷弯方钢管，摆脱了过去对大截面钢管进口的依赖。为方钢管在我国建筑特别是住宅中应用提供了基本条件。综上，方钢管的综合效益更好，我国在钢结构工程中选用方形钢管的条件也比较成熟。

为推进节能降耗与低碳环保建筑，提高住宅品质，改进住宅生产方式，国家先后出台多项扶持政策围绕钢结构住宅关键技术展开攻关。我国钢结构住宅产业化体系逐渐走向成熟，钢结构住宅具有单位体积承载力高、生产安装方便、施工周期短、抗震性能好、改建和拆迁容易、材料的回收和再利用率高等特点，是人与自然和谐可持续发展的“绿色产业”。钢结构在我国的应用必将更加广泛。

发明内容

本发明的目的是提供一种梁高不同的外加强环式方钢柱异形节点。节点破坏是钢结构地震中破坏主要形式之一。由于节点传力集中，构造复杂，施工难度大，容易造成应力集中，强度不均衡现象。再加上可能的焊缝缺陷，构造缺陷，就更容易出现连接破坏，钢结构的抗震性能较好，但如果结构布置和构造上存在缺陷，尤其是连接部分设计不合理会造成震害，产生巨大经济损失，人员伤亡。大部分钢结构框架的破坏发生在梁柱节点上。但由于缺乏理论支持和经验积累，在异型节点的设计过程中，只能依据规范对常规节点的规定进行设计，这种节点型式破坏了柱壁处节点的连续性，存在由于焊接缺陷而引起节点破坏的风险，常规节点的设计方法只能满足节点的强度要求，无法保证结构的安全更不能满足节能降耗与低碳环保建筑的要求。本发明的梁高不同的外加强环式方钢柱异形节点不需要在柱壁处将节点切断，实现了保证节点在柱壁处连续性的要求，避免了节点处应力集中现象，同时能实现梁柱节点的刚性连接，保证异形节点满足强度的要求和结构的安全，使节点具有很好的延性和抗震性能，同时由于异形节点左右梁高的不同充分的考虑了建筑在空间使用功能的不同，合理的使用材料达到节能降耗与低碳环保建筑的要求。由于该种节点型式连接方法可靠，施工方法简单，便于构件的长距离运输，所以它能更好的应用于工程实际。

技术方案如下：

按照《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中“强柱弱梁，强节点弱构件”的要求柱子不先于梁破坏，节点的承载力应高于被连接构件。现有的常规梁柱节点虽然能满足承载力和刚度要求，由于切断了柱壁，所以引起的弯矩最大处材料的不连续也不容忽视。梁高不同的外加强环式方钢管异形节点不需要切断柱壁，而是按照型钢梁的尺寸，在柱壁上焊接三块外加强环板，外加强环版与梁翼缘采用角焊缝连接，在顶部与底部的两块外加强环板之间，根据型钢梁的具体位置用高强螺栓将连接腹板和型钢梁腹板相连接，同时在连接腹板与外环板的相连接处采用角焊缝连接。这样的连接构造保证了节点域处有较强的刚度，不会因为切断柱壁而引起截面削弱和应力集中，更好的满足了规范关于“强柱弱梁，强节点弱构件”的要求。

本发明的优点及有益效果：

新型的钢结构梁柱节点构造型式，该种节点型式能够有效的实现柱子在节点处的贯通，考虑到在实际工程运用中由于空间使用功能的不同而引起的梁高度的变化，这种梁高不同的节点形式既能保证了节点处的连续性，又能保证节点具有一定的承载力和刚度，实现梁柱节点的刚性连接。同时，此节点型式能够完全实现梁柱构建在工厂加工，运至施工现场后运用高强螺栓实现梁柱节点的拼装工作，适合应用于商场、超市、普通住宅、高层及超高层等钢结构框架体系中，有利于推动钢结构住宅的产业化发展进程。

从设计上来说，此种新型外加强环式异形节点继承了现有的常规节点域的设计理论和设计方法，实现了梁柱节点的刚性连接。通过在方钢管柱上焊接外加强环板用以与H型钢梁连接，而避免了切断柱壁的情况，保持了柱子的整体性与连续性，实现了柱子的贯通。此种新型的梁高不同的异形节点既能保证节点具有一定的强度和承载力使节点具有很好的延性和抗震性能，又能满足节点节能降耗与低碳环保建筑的要求并充分的考虑到现在复杂钢结构体系中对建筑物空间和平面布局上的特殊需求。构件由工厂生产加工后可运送至工程现场进行组装拼接，有效的提高了生产效率，缩短工期。通过研究得知此新型梁高不同的梁柱节点在承载能力上也优于现有的常规等高的梁柱节点形式。可满足承载力、刚度要求较高的实际工程的使用要求，为建筑物留有较多的安全储备。

附图说明

图1为梁高不同的外加强环式方钢柱异形节点的示意图；

图2、图3为异形节点正面和侧面的连接示意图。

图中①表示在两侧梁高相平的翼缘处与柱壁焊接的外加强环板、②表示较矮梁翼缘与柱壁焊接的外加强环板、③表示较高梁翼缘与柱壁焊接的外加强环板、④表示圆钢管柱与外加强环板用角焊缝连接、⑤为连接腹板与圆钢管柱用角焊缝连接、⑥为连接腹板与外加强环板用角焊缝连接、⑦为连接腹板与梁腹板用高强螺栓相连接、⑧为连接腹板与梁翼缘用角焊缝相连接。

具体实施方式

下面结合技术方案和参照附图对本发明进行详细说明。

本发明提出的梁高不同的外加强环式方钢柱异形节点如图1~图3所示。

梁高不同的外加强环式钢结构异形节点主要由：方钢柱、外加强环板、连接腹板、H型钢梁、螺栓组成。

梁高不同的外加强环式方钢柱异形节点的制作方法，①在方钢柱子上按照型钢梁的尺寸，用角焊缝把三块外加强环板焊接在柱子上，②根据型钢的具体尺寸用角焊缝将连接腹板焊接到柱壁上，③在连接腹板与外加强环板的相连接处采用角焊缝将其相焊接固定，④在顶部与底部的两块外加强环板之间，根据柱子的具体位置用高强螺栓将连接腹板和型钢梁腹板相焊接并将外加强环版与型钢梁翼缘相连接处采用角焊缝相连接固定构成梁柱节点。

Claims (1)

1.梁高不同的外加强环式方钢柱异形节点，它包括方钢柱、外加强环板、连接腹板、H型钢梁和螺栓，其特征在于：不需要切断柱壁，保持了柱子的连续性，实现了柱子的贯通，在方钢柱子上按照型钢梁的尺寸，用角焊缝把三块外加强环板焊接在柱子上，根据型钢梁的具体尺寸用角焊缝将连接腹板焊接到柱壁上，在连接腹板与外加强环板的相连接处采用角焊缝将其相焊接固定，在顶部与底部的两块外加强环板，根据柱子的具体位置用高强螺栓将连接腹板和型钢梁腹板相焊接并将外加强环板与型钢梁翼缘相连接处采用角焊缝相连接固定。

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