CN102995755B - 腹板连续、翼缘部分切除的rcs组合节点 - Google Patents

腹板连续、翼缘部分切除的rcs组合节点 Download PDF

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本发明公开了腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点，包括钢筋混凝土柱及垂直穿过该钢筋混凝土柱的钢梁，钢梁由钢梁腹板垂直连接两端部的钢梁翼缘构成；钢筋混凝土柱由纵向钢筋，紧贴并环绕纵向钢筋周边的若干层水平分布的箍筋、柱中浇注混凝土构成，所述垂直穿过钢筋混凝土柱的钢梁翼缘部分切除，且所述箍筋穿过与钢梁腹板相连的节点腹板，节点腹板的两端垂直分布有面承板；由所述钢筋混凝土柱中的纵向钢筋、环绕纵向钢筋的箍筋、两面承板、节点腹板以及部分切除钢梁翼缘的钢梁翼缘延伸端构成核心节点。该核心节点的钢腹板主要承受剪力，钢梁翼缘延伸端与面承板约束核心节点混凝土，均使节点的抗剪承载力大大提高。

Description

腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点
技术领域
本发明涉及钢与混凝土组合结构，特别涉及一种钢筋混凝土柱-钢梁组合节点，即腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点。
背景技术
钢筋混凝土柱-钢梁组合框架结构(composite frame consisting of ReinforcedConcrete column and Steel beam，简称RCS)充分发挥了钢筋混凝土和钢构件的不同材料各自优点，是一种低成本、高效率的结构形式。钢筋混凝土柱-钢梁结构体系是纯钢结构和钢筋混凝土结构的一种继承和发展，具有更加优异的受力性能和经济性。一般而言，与纯钢结构相比，钢筋混凝土柱的抗压性能好，刚度大，耐久性和耐火性好，从而节约钢材，增加结构的稳定性；与钢筋混凝土结构相比，钢梁的抗弯性能好，质量轻，施工方便，构件截面尺寸相对较小，从而可以增大有效使用空间，加快施工进度。同时还可以减轻楼盖自重，降低地震作用所引起的结构内力等。然而由于这种结构形式中连接节点构造形式和受力性能均较复杂，目前仅美国和日本允许在实际工程中采用这种结构形式。在我国的民用建筑结构中还没有采用RCS组合框架结构的工程实例。分析原因，主要是目前的RCS组合节点要么采用钢梁贯通的方式，即钢梁连续穿过钢筋混凝土柱，由于这种节点的钢梁翼缘面积较大，要使柱中的纵筋有效传力，必须在翼缘上穿孔，造成施工困难；并且，较大的翼缘还会导致混凝土的浇注困难，也会影响施工进度；要么是柱贯通的方式，即钢筋混凝土柱的纵向钢筋贯通穿过节点，钢梁采取适当的措施(焊接或螺栓连接)连接于节点两侧，由于这种节点的钢梁不连续，往往容易造成焊缝的突然破坏或螺栓的突然失效，均不是理想的延性破坏。因此，研究如何改进RCS组合节点的构造形式，既能保证节点受力的整体性和传力有效性，又能方便混凝土的浇注，加快施工进度，就成为推广应用钢筋混凝土柱-钢梁组合框架结构亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种新型腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点形式，克服了普通RCS组合节点构造措施的不足，从而大大改善钢筋混凝土柱-钢梁组合框架结构的受力性能和施工性。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点，其基本组合节点形式，包括钢筋混凝土柱，钢梁，核心节点。钢梁为焊接工字钢(也可采用型钢)，由钢梁腹板垂直连接两端部的钢梁翼缘构成；钢筋混凝土柱中设有纵向钢筋，沿纵向钢筋周边紧贴并环绕有若干层水平分布的箍筋，纵筋和箍筋形成钢筋骨架，柱中浇注混凝土；核心节点区包括垂直穿过钢筋混凝土柱的钢梁翼缘部分切除部分，即钢梁延伸出的腹板和部分钢梁翼缘，箍筋穿过与钢梁腹板相连的节点腹板，节点腹板的两端垂直分布有面承板；由钢筋混凝土柱延伸出的纵向钢筋、以及环绕纵向钢筋的箍筋、两面承板、节点腹板以及部分切除的钢梁翼缘的延伸端构成核心节点。核心节点可选择其它剪切件和约束件构成。
进一步地，本发明组合节点中：
所述钢梁腹板与节点腹板为连续一体结构。
所述钢梁翼缘的延伸端为延伸到核心节点且切除部分翼缘后保留的翼缘，形成部分切除的钢梁翼缘结构。
所述部分切除的钢梁翼缘沿钢梁翼缘两侧向中心切除角度为30°～60°。
所述面承板为钢材，其焊接在核心节点两侧部分切除的钢梁翼缘的钢梁翼缘延伸端之间，并位于钢筋混凝土柱内，其外侧面与钢筋混凝土柱面平齐。
所述钢筋混凝土柱的纵向钢筋是连续贯通的，不需切断也不需在钢梁翼缘上穿孔。
所述核心节点的箍筋穿过节点腹板，箍筋的位置可以由节点腹板约束和固定。
更进一步地，本发明组合节点中：
所述节点腹板的前后两平行侧面设有X形交叉钢筋，分别焊接于对角上下翼缘之间。
沿所述核心节点的面承板上下两端的钢梁翼缘端面各垂直设有一扩展面承板，且扩展面承板之间连接有一与节点腹板上下端面平行相接的扩展节点腹板。
沿所述核心节点的面承板上下两端的钢梁翼缘端面各设有一由扁钢箍围成的围框，且扁钢箍围框中连接有一与节点腹板上下端面平行相接的扩展节点腹板。
所述核心节点的面承板左右两端延伸端各相接有一柱面钢板，由两面承板和两柱面钢板与钢筋混凝土柱中的纵向钢筋、环绕纵向钢筋的箍筋、节点腹板以及部分切除的钢梁翼缘的钢梁翼缘延伸端构成核心节点。柱面钢板型的腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点可不设置箍筋。
本发明的有益效果在于，在核心节点(梁柱相交位置)，梁柱的主要传力部件都是连续的。部分切除钢梁翼缘(可在加工厂批量切除和制作)，一方面，既可以保证柱中纵向钢筋的连续贯通，不需切断也不需在钢梁翼缘上穿孔，又有利于混凝土的浇筑，实现了节点施工的高效率；另一方面，钢梁腹板不需切断，连续穿过节点核心区，保证了钢梁腹板的连续性，实现了节点的整体性和传力的有效性。
在上述基本组合节点形式的基础上，可以通过增加其他抗剪件和约束件，进一步形成多种组合节点构造形式。主要有：X形交叉钢筋型、扩展面承板型、扁钢箍型、柱面钢板型等几种形式。
框架结构的核心节点主要承受剪力，该系列新型组合核心节点的钢腹板主要承受剪力，且可以承受比例很大的节点区剪力；钢梁翼缘的主要作用是抵抗弯距，故在节点区切除部分翼缘，切除的部分翼缘节省了材料、方便了施工，剩余的部分翼缘既保证了钢梁翼缘受力的有效性，又可以与面承板共同对节点核心区混凝土形成约束，大大提高节点的抗剪承载力。
X形交叉钢筋、扩展面承板、扁钢箍、柱面钢板使核心节点区的抗剪承载力又进一步地提高。
该系列新型组合节点可用于钢筋混凝土柱-钢梁组合框架结构。在该结构中，用钢梁代替传统的钢筋混凝土框架梁，则钢梁和节点均可在加工厂预先加工和制作，大大提高施工效率。还可以在钢梁上可以布置压型钢板或组合楼板，从而节省楼盖混凝土的模板及其支撑，加快了施工进度。在相同的荷载及跨度下钢梁的高度可降低，降低了结构层高，从而增加了建筑空间的利用率。此外，还可以减轻楼盖自重，降低地震作用所引起的结构内力。
附图说明
图1为腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点示意图。
图2为带X形交叉钢筋的腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点示意图。
图3为带扩展面承板的腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点示意图。
图4为带扁钢箍的腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点示意图。
图5为柱面钢板型的腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点示意图。
图中：1为钢梁翼缘，1-1为部分切除钢梁翼缘的钢梁翼缘延伸端，2为钢梁腹板，2-1为节点腹板，2-2为扩展节点腹板，3为面承板，4为箍筋，5为纵向钢筋，6为X形交叉钢筋，7为扩展面承板，8为扁钢箍，9为柱面钢板。
具体实施方式
下面结合具体实例及附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，该腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点，包括钢筋混凝土柱及垂直穿过该钢筋混凝土柱的钢梁，钢梁由钢梁腹板2垂直连接两端部的钢梁翼缘1构成(或采用型钢)，钢筋混凝土柱由纵向钢筋5，紧贴并环绕纵向钢筋5周边的若干层水平分布箍筋4构成，垂直穿过钢筋混凝土柱的钢梁翼缘部分切除，且箍筋4围框穿过与钢梁腹板2相连的节点腹板2-1；节点腹板2-1的两端垂直分布有面承板3，且面承板3置于钢梁的上下钢梁翼缘1之间；由所述钢筋混凝土柱中的纵向钢筋5、环绕纵向钢筋5的箍筋4、两面承板3、节点腹板2-1以及部分切除钢梁翼缘的钢梁翼缘延伸端1-1构成核心节点。
本发明的钢梁腹板2与节点腹板2-1设计为连续一体结构，即钢梁腹板连续穿过钢筋混凝土柱子部分作为节点腹板。本发明的钢梁翼缘1延伸到核心节点且切除部分翼缘，设计成部分切除的钢梁翼缘结构，钢梁翼缘的切除角度为30°～60°。具体角度根据钢梁和钢筋混凝土柱子的截面尺寸确定，一般情况下45°为最佳。
其中，面承板3采取钢材材质，焊接在核心节点两侧部分切除的钢梁翼缘的钢梁翼缘延伸端1-1之间，并位于钢筋混凝土柱内，其外侧面与钢筋混凝土柱面平齐。钢筋混凝土柱的纵向钢筋5是连续贯通的，不需切断也不需在钢梁翼缘1上穿孔。核心节点的箍筋4穿过节点腹板2-1，箍筋4的位置可以由节点腹板2-1约束和固定。
如图2所示，为本发明腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点的实施例2结构示意图，该结构基本同实施例1，所不同的是，沿节点腹板的前后两平行侧面设有X形交叉钢筋6。X形交叉钢筋6的设置是在核心节点的同侧钢梁翼缘1断开区，沿节点核心区的两侧，上下钢梁翼缘1之间焊接若干X形交叉钢筋6，并对称布置。
如图3所示，为本发明腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点的实施例3结构示意图，该结构基本同实施例1，所不同的是，沿核心节点的面承板3上下两端的钢梁翼缘1外侧各垂直设有一扩展面承板7，且扩展面承板7之间连接有一与节点腹板2-1上下端面平行相接的扩展节点腹板2-2。
如图4所示，为本发明腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点的实施例4结构示意图，该结构基本同实施例1，所不同的是，沿核心节点的面承板3上下两端的钢梁翼缘1外侧各设有一由扁钢箍8围成的围框，且扁钢箍8围框中连接有一与节点腹板2-1上下端面平行相接的扩展节点腹板2-2。
如图5所示，为本发明腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点的实施例5结构示意图，该结构基本同实施例1，所不同的是，核心节点的面承板3左右两端各延伸出一段，且之间相接有一柱面钢板9，由两面承板3和两柱面钢板9与钢筋混凝土柱中的纵向钢筋5、环绕纵向钢筋5的箍筋4以及节点腹板2-1构成核心节点。该实施例中环绕纵向钢筋5中也可以不设箍筋4。柱面钢板9的设置是在核心节点周围，沿钢筋混凝土柱截面焊接钢板，即节点核心区的两侧柱面钢板9与面承板3焊接在一起。
本发明通过由上述纵向钢筋、箍筋、两面承板、节点腹板、部分切除的钢梁翼缘，以及不同的抗剪件和约束件构成的不同结构的设计，能够增强钢筋混凝土柱-钢梁组合节点的受力性能和施工性。
本发明所述组合节点的施工工艺：
腹板连续、翼缘部分切除RCS组合节点的骨架根据需要由相应规格的钢板焊接而成或由型钢加工而成，其中，部分切除的钢梁翼缘的切除角度为30°～60°，均可在专业化的钢构公司制作，然后运到施工现场，再与纵筋和箍筋进行绑扎，从而进一步支模和浇筑混凝土(柱面钢板型的腹板连续、翼缘部分切除RCS组合节点的核心节点可不设置箍筋)。绑扎时先将两组“[”形箍筋穿过按设计间距预先穿孔的腹板，再焊封闭接，然后穿过纵向钢筋，最后整体浇注。如果是与钢梁连接形成空间结构，则可将四个L形箍筋按设计间距穿过预先穿孔的腹板，再焊接封闭，然后穿过纵向钢筋，最后整体浇注。通过本发明设计的钢筋混凝土柱-钢梁组合结构，节点整体性好、传力途径明确、直接，减少了混凝土和钢板之间空隙，浇筑混凝土密实性好，且施工方便快捷，同时创造一定的社会效益和经济效益。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点，包括钢筋混凝土柱及垂直穿过该钢筋混凝土柱的钢梁，钢梁由钢梁腹板(2)垂直连接两端部的钢梁翼缘(1)构成；钢筋混凝土柱由纵向钢筋(5)，紧贴并环绕纵向钢筋(5)周边的若干层水平分布的箍筋(4)、柱中浇注混凝土构成，其特征在于，所述垂直穿过钢筋混凝土柱的钢梁翼缘部分切除，且所述箍筋(4)穿过与钢梁腹板(2)相连的节点腹板(2-1)，节点腹板(2-1)的两端垂直分布有面承板(3)；由所述钢筋混凝土柱中的纵向钢筋(5)、环绕纵向钢筋(5)的箍筋(4)、两面承板(3)、节点腹板(2-1)以及部分切除钢梁翼缘的钢梁翼缘延伸端(1-1)构成核心节点。
2.根据权利要求1所述的腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点，其特征在于，所述钢梁腹板(2)与节点腹板(2-1)为连续一体结构。
3.根据权利要求1所述的腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点，其特征在于，所述部分切除钢梁翼缘的钢梁翼缘延伸端(1-1)为延伸到核心节点且切除部分翼缘后保留的翼缘。
4.根据权利要求3所述的腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点，其特征在于，所述部分切除钢梁翼缘的钢梁翼缘延伸端(1-1)沿钢梁翼缘(1)两侧向中心切除角度为30°～60°。
5.根据权利要求1所述的腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点，其特征在于，所述面承板(3)为钢材，焊接在核心节点两侧部分切除的钢梁翼缘的钢梁翼缘延伸端(1-1)之间，并位于钢筋混凝土柱内，其外侧面与钢筋混凝土柱面平齐。
6.根据权利要求1所述的腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点，其特征在于，所述钢筋混凝土柱的纵向钢筋(5)是连续贯通的。
7.根据权利要求1所述的腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点，其特征在于，所述节点腹板(2-1)前后两平行侧面设有X形交叉钢筋(6)。
8.根据权利要求1所述的腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点，其特征在于，沿所述核心节点的面承板(3)上下两端的钢梁翼缘(1)端面各垂直设有一扩展面承板(7)，且扩展面承板(7)之间连接有一与节点腹板(2-1)上下端面平行相接的扩展节点腹板(2-2)。
9.根据权利要求1所述的腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点，其特征在于，沿所述核心节点的面承板(3)上下两端的钢梁翼缘(1)端面各设有一由扁钢箍(8)围成的围框，且扁钢箍(8)围框中连接有一与节点腹板(2-1)上下端面平行相接的扩展节点腹板(2-2)。
10.根据权利要求1所述的腹板连续、翼缘部分切除的RCS组合节点，其特征在于，所述核心节点的面承板(3)左右两端延伸端各相接有一柱面钢板(9)，由两面承板(3)和两柱面钢板(9)与钢筋混凝土柱中的纵向钢筋(5)、环绕纵向钢筋(5)的箍筋(4)、节点腹板(2-1)以及部分切除的钢梁翼缘的钢梁翼缘延伸端(1-1)构成核心节点。
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