CN103437422A - 型钢梁及型钢柱节点的钢筋穿孔补强方法及补强结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及型钢梁及型钢柱节点的钢筋穿孔补强方法及补强结构，其特征在于：根据型钢梁/柱节点处腹板部设置的钢筋孔，在配置的补强钢板中开设对应的补补强孔，所述补强孔在补强钢板中的布置与型钢梁/柱腹板预留钢筋孔的分布位置对应，所述补强孔的形状和大小与对应的钢筋孔相同；根据型钢梁/柱腹板预留钢筋孔的数量设置一块或多块补强钢板；采用钢板叠合周边焊接的补强方式，对型钢梁/型钢柱节点处的型钢穿孔腹板进行补强；补强钢板与型钢梁/柱腹板接合后，在补强钢板的四周焊接、补强孔处不焊接，形成补强钢板四周与型钢梁/柱腹板的固定连接结构。本发明可简化焊接工序，具有焊接艺简单、工期短和施工效率高的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种型钢梁及型钢柱节点的钢筋穿孔补强方法及补强结构，特别适用于高层或中高层建筑中混凝土型钢梁/柱节点的补强。属于建筑结构技术领域。
背景技术
目前，在建筑技术领域，型钢混凝土梁、柱节点中，需要将梁、柱中使用的钢筋穿过型钢腹板。常规的做法是行在型钢腹板上预留钢筋孔，并在现场施工时对型钢的钢筋孔处进行贴板补强。所述补强设计主要是参照国家建筑标准设计图集《型钢混凝土组合结构构造》（04SG523）。此补强方法存在以下缺点：（1）为了能够在现场施工，一般要求补强板开孔直径比型钢腹板的预留钢筋孔更大，造成除了在补强板周边与型钢腹板焊接外，还需要在补强孔边的边缘处与型钢腹板焊接，造成焊接工序多、工期长、效率低。（2）由于补强板开孔直径与钢筋直径、型钢板厚、补强板板厚、钢筋与型钢的相对夹角等多个参数有关。当型钢板厚变化时，补强板厚度及开孔大小将不同，导致梁、柱钢筋间距不统一，使钢筋布置复杂且构件加工时容易出错，造成施工现场出现钢筋无法穿过的情况。（3）钢筋穿孔较多时，补强焊接也增多，造成型钢板焊接结构复杂、节点焊接残余应力和变形将较大。
因此，现有技术的补强方法施工较为复杂，特别是对复杂结构的节点（如高层建筑转换层节点等），加工制作及现场钢筋施工困难，有必要研究一种能简化施工程序的钢筋穿孔补强方法及补强结构。
发明内容
本发明的目的之一，是针对现有技术存在加工工艺复杂、型钢板焊接结构复杂、节点焊接残余应力和变形大的问题，提供一种型钢梁及型钢柱节点的钢筋穿孔补强方法，该补强方法具有工艺简单、施工技术方便和生产成本低的特点。
本发明的目的之二，是针对现有技术存在加工工艺复杂、型钢板焊接结构复杂、节点焊接残余应力和变形大的问题，提供一种型钢梁及型钢柱节点的钢筋穿孔补强结构，该补强结构具有结构简单、施工技术方便和生产成本低的特点。
本发明的目的之一可以通过以下技术方案达到：
型钢梁及型钢柱节点的钢筋穿孔补强方法，其特征在于包括如下步骤：
1）根据型钢梁/柱节点处腹板部设置的钢筋孔，在配置的补强钢板中开设对应的补补强孔，所述补强孔在补强钢板中的布置与型钢梁/柱腹板预留钢筋孔的分布位置对应，所述补强孔的形状和大小与对应的钢筋孔相同；
2）根据型钢梁/柱腹板预留钢筋孔的数量设置一块或多块补强钢板；
3）采用钢板叠合周边焊接的补强方式，对型钢梁/型钢柱节点处的型钢穿孔腹板进行补强；补强钢板与型钢梁/柱腹板接合后，在补强钢板的四周焊接、补强孔处不焊接，形成补强钢板四周与型钢梁/柱腹板的固定连接结构；
4）所述补强钢板焊接在型钢梁/柱腹板预留钢筋孔的部分的一侧或二侧、形成单补强板叠加结构或双补强板叠加结构。
本发明的目的之一还可以通过以下技术方案达到：
进一步地，所述型钢梁/柱的腹板部和补强钢板的连接处为焊接式连接结构，补强钢板的四周与型钢的腹板部焊接连接，补强孔的周边与型钢的腹板部不进行焊接连接。
进一步地，所述的每块补强钢板中，设有至少二个补强孔，即每块补强钢板至少覆盖二个钢筋孔。
进一步地，焊接在型钢梁的补强钢板中，设有二至三排竖向补强孔，每排补强孔有二至三个；焊接在型钢柱的补强钢板中，设有二至五列水平向补强孔，每列水平向补强孔有二至五个；形成矩阵式分布结构，以限制补强钢板的面积及加强补强钢板的刚度和补强效果。
进一步地，补强钢板的补强孔与型钢梁/柱腹板上的钢筋孔同时加工开孔，以保证两者开孔的形状、大小吻合精度。
本发明的目的之二可以通过以下技术方案达到：
型钢梁及型钢柱节点的钢筋穿孔补强结构，包括型钢梁及型钢柱，在型钢梁/柱节点的腹板部设有若干个钢筋孔，其结构特点在于：所述钢筋孔在型钢梁/柱的腹板部等间距分布；在腹板部的带钢筋孔处设有一块或多块补强钢板，所述补强钢板布置在型钢梁/柱节点的腹板部的一侧或两侧；每块补强钢板的四周与型钢的钢板部通过焊接固定连接、形成单补强板叠加结构或双补强板叠加结构；补强孔的大小和形状与对接部位的钢筋孔吻合对应。
本发明的目的之二还可以通过以下技术方案达到：
进一步地，所述型钢的腹板部的钢筋和补强钢板的补强孔为圆形通孔，两者对应位置的圆形通孔的直径相等。
进一步地，补强钢板的大小根据等面积原则确定，即同一截面处补强钢板的面积等于型钢开孔削弱的面积。
本发明的有益效果是：
1、本发明由于采用钢板叠合周边焊接的补强方式，对型钢梁/型钢柱节点处的型钢穿孔腹板进行补强，补强钢板与型钢梁/柱腹板接合后，在补强钢板的四周焊接、补强孔处不焊接，形成补强钢板四周与型钢梁/柱腹板的固定连接结构；因此，可简化焊接工序，具有焊接艺简单、工期短和施工效率高的有益效果。
2、本发明由于补强孔的形状和大小与对应的钢筋孔相同，特别是补强板上的补强孔和型钢梁/柱腹板上的钢筋孔直径相等，因此，补强板可与型钢梁/柱同时加工开孔，一方面可减少了加工艺的步骤，另一方面可提高补强钢板上的开孔对应型钢梁/柱腹板上的钢筋孔的精确度，从而方便现场施工的钢筋穿插，提高施工效率和施工质量。
3、本发明补强钢板焊接在型钢梁/柱腹板预留钢筋孔的部分的一侧或二侧、形成单补强板叠加结构或双补强板叠加结构，特别是形成双补强板叠加结构，防保证型钢梁/柱腹板的刚强度，防止出现变形。
4、焊接在型钢梁腹板的补强钢板中，设有二至三排竖向补强孔，每排补强孔有二至三个，形成矩阵式分布结构；焊接在型钢柱腹板的补强钢板中，设有二至五列水平向补强孔，每列水平向补强孔有二至五个，形成矩阵式分布结构；以限制补强钢板的面积及加强补强钢板的刚度和补强效果。解决了节点焊接残余应力和变形大的问题。
5、本发明在型钢宽度范围的钢筋间距固定，相邻构件的钢筋间距是一致的，避免了现场排放钢筋的随意性以及型钢加工预留孔出错，避免了现场排放钢筋的随意性，保证了节点混凝土的浇筑质量。
附图说明
图1为本发明具体实施例1的结构示意图。
图2为图1中A-A向结构剖视图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述：
具体实施例1：
参照图1和图2，本实施例涉及的补强结构包括型钢梁及型钢柱，在型钢梁/柱节点的腹板部1设有若干个钢筋孔1-1，所述钢筋孔1-1在型钢梁/柱的腹板部1等间距分布；在腹板部1的带钢筋孔1-1处设有一块或多块补强钢板2，所述补强钢板2布置在型钢梁/柱节点的腹板部的一侧或两侧；每块补强钢板2的四周与型钢的钢板部1通过焊接固定连接、形成单补强板叠加结构或双补强板叠加结构；补强孔2-1的大小和形状与对接部位的钢筋孔1-1吻合对应。
本实施例的补强结构中：
在每块补强钢板2上设有四个补强孔2-1，分为二排（或二列），第排（第列）包括二个补强孔2-1，形成每块补强钢板覆盖四个钢筋孔1-1的补强结构。
焊接在型钢梁腹板的补强钢板中，设有二排竖向补强孔2-1，每排补强孔2-1有二个，形成矩阵式分布结构；焊接在型钢柱腹板的补强钢板中，设有二列水平向补强孔2-1，每列水平向补强孔2-1有二个，形成矩阵式分布结构；以限制补强钢板的面积及加强补强钢板的刚度和补强效果。
所述型钢的钢板部的钢筋1-1和补强钢板的补强孔2-1为圆形通孔，两者对应位置的圆形通孔的直径相等。
所述型钢梁/柱的腹板部1和补强钢板2的连接处为焊接式连接结构，补强钢板2的四周与型钢的腹板部1焊接连接，补强孔2-1的周边与型钢的腹板部1不进行焊接连接。
本实施例涉及的型钢梁及型钢柱节点的钢筋穿孔补强方法，包括如下步骤：
1）根据型钢梁/柱节点处腹板部设置的钢筋孔，在配置的补强钢板中开设对应的补补强孔，所述补强孔在补强钢板中的布置与型钢梁/柱腹板预留钢筋孔的分布位置对应，所述补强孔的形状和大小与对应的钢筋孔相同；
2）根据型钢梁/柱腹板预留钢筋孔的数量设置一块或多块补强钢板；
3）采用钢板叠合周边焊接的补强方式，对型钢梁/型钢柱节点处的型钢穿孔腹板进行补强；补强钢板与型钢梁/柱腹板接合后，在补强钢板的四周焊接、补强孔处不焊接，形成补强钢板四周与型钢梁/柱腹板的固定连接结构；
4）所述补强钢板焊接在型钢梁/柱腹板预留钢筋孔的部分的一侧或二侧、形成单补强板叠加结构或双补强板叠加结构。
所述型钢梁/柱的腹板部1和补强钢板2的连接处为焊接式连接结构，补强钢板2的四周与型钢的腹板部1焊接连接，补强孔2-1的周边与型钢的腹板部1不进行焊接连接。所述的每块补强钢板中，设有四二个补强孔，即每块补强钢板覆盖四个钢筋孔。焊接在型钢梁的补强钢板中，设有二排竖向补强孔，每排补强孔有二个；焊接在型钢柱的补强钢板中，设有二列水平向补强孔，每列水平向补强孔有二个；形成矩阵式分布结构，以限制补强钢板的面积及加强补强钢板的刚度和补强效果。进一步地，补强钢板的补强孔与型钢梁/柱腹板上的钢筋孔同时加工开孔，以保证两者开孔的形状、大小吻合精度。特别适用于高层或中高层建筑中混凝土型钢梁/柱节点的补强。
其他具体实施例：
本发明其他具体实施的特点是：每块补强钢板设有至少二个补强孔，即每块补强钢板至少覆盖二个钢筋孔。焊接在型钢梁的补强钢板中，设有二排或三排竖向补强孔，每排补强孔有二个或三个；焊接在型钢柱的补强钢板中，设有二列、三列、四列或五列水平向补强孔，每列水平向补强孔有二个、三个、四个或五个；形成矩阵式分布结构，以限制补强钢板的面积及加强补强钢板的刚度和补强效果。补强钢板的补强孔与型钢梁/柱腹板上的钢筋孔同时加工开孔，以保证两者开孔的形状、大小吻合精度。补强钢板的大小根据等面积原则确定，即同一截面处补强钢板的面积等于型钢开孔削弱的面积。其余同具体实施例1。
本发明采用钢板叠合周边焊接的补强方式，对型钢梁/型钢柱节点处的型钢穿孔腹板进行补强；补强钢板与型钢梁/柱腹板接合后，在补强钢板的四周焊接、补强孔处不焊接，形成补强钢板四周与型钢梁/柱腹板的固定连接结构；在型钢梁/柱节点处，对应型钢梁及型钢柱腹板预留钢筋孔的部分，焊接补强钢板，根据设计及施工要求，所述补强钢板焊接在型钢梁/柱腹板预留钢筋孔的部分的一侧或二侧、形成单补强板叠加结构或双补强板叠加结构；根据型钢梁/柱腹板预留钢筋孔的数量设置一块或多块补强钢板，所述补强孔在补强钢板中的布置与型钢梁/柱腹板预留钢筋孔的分布位置对应，所述补强孔的形状和大小与对应的钢筋孔相同。
本发明涉及的该补强方式经过了相关试验的验证，例如：对二个钢板叠合周边焊接穿孔补强的型钢柱进行了单轴受压试验研究，对三个钢板叠合周边焊穿孔补强的型钢梁柱节点进行了低周反复试验研究，并采用有限元分析方法对各影响参数进行了敏感性分析，证明该补强方式是可行的。
根据申请人进行的相关试验及有限元分析结果表明，补强板在构件屈服后会出现外鼓现象（未考虑外包混凝土的约束作用）。因此建议：补强板竖向开孔数不宜大于三排（相关试验试件竖向开孔三排），水平开孔数不宜大于五列（相关有限元分析试件水平开孔五列）。补强板尺寸较大时，宜分块分别与型钢钢板叠合周边焊。
本发明由申请人应用于工程实践的实例：
位于广州市海珠区东部的琶洲地区的某结构超限项目，主要为1栋地上22层星级酒店及展览场地组成，其中裙楼5层，塔楼17层，另设2层地下室。裙楼高度为39.7米，塔楼高为118.3米。本工程采用框架-剪力墙结构，重要构件均采用型钢混凝土构件（如转换层构件及框架柱）或钢构件（如悬挑结构构件）。上部塔楼除东、西两个剪力墙筒体落地外，其余竖向构件均在层4～6采用空间转换斜撑或斜柱进行转换，形成8.5m×8.5m的柱网。空间转换斜撑或斜柱由层4框架柱或框架梁承托，斜撑倾斜角度约为50°～80°。转换层构件均为型钢混凝土截面，层4转换节点相交杆件数量最多达8根，层6转换节点达7根。
本工程转换层节点有以下特点：1）斜柱为单向倾斜，斜撑为双向倾斜，且节点相交杆件多，空间节点构造复杂；2）截面配筋面积大，且钢筋需穿型钢，钢筋与型钢的空间关系复杂。
由于钢筋数量多，钢筋穿型钢节点时，对节点削弱大，为保证节点强度，采用了钢板叠合周边焊接的型钢钢板穿孔补强方式，保证节点强度的同时简化施工，以保证施工质量。
该工程结构已完成主体结构施工及验收工作。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例，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范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.型钢梁及型钢柱节点的钢筋穿孔补强方法，其特征在于包括如下步骤：
1）根据型钢梁/柱节点处腹板部设置的钢筋孔，在配置的补强钢板中开设对应的补补强孔，所述补强孔在补强钢板中的布置与型钢梁/柱腹板预留钢筋孔的分布位置对应，所述补强孔的形状和大小与对应的钢筋孔相同；
2）根据型钢梁/柱腹板预留钢筋孔的数量设置一块或多块补强钢板；
3）采用钢板叠合周边焊接的补强方式，对型钢梁/型钢柱节点处的型钢穿孔腹板进行补强；补强钢板与型钢梁/柱腹板接合后，在补强钢板的四周焊接、补强孔处不焊接，形成补强钢板四周与型钢梁/柱腹板的固定连接结构；
4）所述补强钢板焊接在型钢梁/柱腹板预留钢筋孔的部分的一侧或二侧、形成单补强板叠加结构或双补强板叠加结构。
2.根据权利要求1所述的型钢梁及型钢柱节点的钢筋穿孔补强方法，其特征在于：所述型钢梁/柱的腹板部（1）和补强钢板（2）的连接处为焊接式连接结构，补强钢板（2）的四周与型钢的腹板部（1）焊接连接，补强孔（2-1）的周边与型钢的腹板部（1）不进行焊接连接。
3.根据权利要求1或2所述的型钢梁及型钢柱节点的钢筋穿孔补强方法，其特征在于：所述的每块补强钢板中，设有至少二个补强孔，即每块补强钢板至少覆盖二个钢筋孔。
4.根据权利要求1或2所述的型钢梁及型钢柱节点的钢筋穿孔补强方法，其特征在于：焊接在型钢梁的补强钢板中，设有二至三排竖向补强孔，每排补强孔有二至三个；焊接在型钢柱的补强钢板中，设有二至五列水平向补强孔，每列水平向补强孔有二至五个；形成矩阵式分布结构，以限制补强钢板的面积及加强补强钢板的刚度和补强效果。
5.根据权利要求1或2所述的型钢梁及型钢柱节点的钢筋穿孔补强方法，其特征在于：补强钢板的补强孔与型钢梁/柱腹板上的钢筋孔同时加工开孔，以保证两者开孔的形状、大小吻合精度。
6.型钢梁及型钢柱节点的钢筋穿孔补强结构，包括型钢梁及型钢柱，在型钢梁/柱节点的腹板部（1）设有若干个钢筋孔（1-1），其特征在于：所述钢筋孔（1-1）在型钢梁/柱的腹板部（1）等间距分布；在腹板部（1）的带钢筋孔（1-1）处设有一块或多块补强钢板（2），所述补强钢板（2）布置在型钢梁/柱节点的腹板部的一侧或两侧；每块补强钢板（2）的四周与型钢的钢板部（1）通过焊接固定连接、形成单补强板叠加结构或双补强板叠加结构；补强孔（2-1）的大小和形状与对接部位的钢筋孔（1-1）吻合对应。
7.根据权利要求6所述的型钢梁及型钢柱节点的钢筋穿孔补强结构，其特征在于：所述型钢的腹板部的钢筋（1-1）和补强钢板的补强孔（2-1）为圆形通孔，两者对应位置的圆形通孔的直径相等。
8.根据权利要求6或7所述的型钢梁及型钢柱节点的钢筋穿孔补强结构，其特征在于：补强钢板的大小根据等面积原则确定，即同一截面处补强钢板的面积等于型钢开孔削弱的面积。
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