CN105113640B - 钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的机械锚固式连接节点结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的机械锚固式连接节点结构，包括钢管柱、梁面筋、梁底筋、钢牛腿、上水平环板、下水平环板和连接锚器，钢牛腿为工字钢，钢牛腿在靠近钢管柱的上、下翼缘分别通过上水平环板和下水平环板与钢管柱相焊接，连接锚器由上锚器和下锚器组成，上锚器和下锚器均具有搭接槽，上锚器竖向正立焊接在上水平环板上，梁面筋靠近钢管柱的端部安装螺母和垫片后插装在上锚器的搭接槽内，下锚器竖向倒立焊接在钢牛腿的底端，焊接位置远离钢管柱，梁底筋靠近钢管柱的端部安装螺母和垫片后插装在下锚器的搭接槽内。该节点结构的结构简单、受力稳定，工期快、施工简单、现场焊接工序小并且能够节约钢材。

Description

钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的机械锚固式连接节点结构

技术领域

本发明涉及一种建筑结构中的节点结构，具体是指钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的机械锚固式连接节点结构。

背景技术

钢管混凝土结构是在型钢混凝土结构的基础上发展起来的，它利用钢管和混凝土两种材料的受力过程的相互制约，使钢管混凝土结构具有承载能力高，塑性和韧性好、抗震和防火性能优越，节约材料及施工周期短的特点。

经过多年的实践与研究，钢管混凝土结构在各种建筑结构中得到了广泛的应用，试验与理论研究也广泛深入开展。特别是近几十年来，随着计算机的迅速发展，相应的数值计算方法趋于成熟与完善，使复杂的理论分析与计算成为可能。特别是有限元的出现与成熟，极大的促进了钢管混凝土结构的研究发展，取得了大量的研究成果。

随着钢管混凝土理论的日益完善和工程的广泛应用，钢管混凝土柱与RC梁(RC梁即指钢筋混凝土梁)的连接节点成为钢管混凝土结构研究与推广的关键技术为题之一。我国建材总局、建设部先后与1989年、1990年、1991年和2014年颁布了钢管混凝土结构设计与施工规程，并提供了几种典型的钢管混凝土柱节点型式及构造措施，钢管混凝土柱与RC梁连接节点需解决剪力与弯矩的传递问题，剪力的传递采用环形牛腿、承重销及台锥式环形深牛腿，弯矩的传递采用钢筋混凝土环梁、穿筋单梁、变宽度梁及外加强环。

近年来，随着钢管混凝土结构体系在高层和超高层建筑中的广泛应用，许多工程师还根据工程经验和实际情况创造并设计出许多新型节点。

申请号为201210496195.4的中国专利文献公开了一种用于钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接装置，包括钢牛腿，钢牛腿焊接在钢柱上，钢牛腿的另一端设有加长套筒，混凝土梁通过加长套筒与钢牛腿固定。钢柱上设有加强外环板，加强外环板延伸至钢牛腿上面。多个加长套筒呈直线错位状相结合形成加长套筒组焊接在钢牛腿上。钢柱上设有内同心圆环板。混凝土梁上皮一排钢筋直 接在钢牛腿为处双面焊接。加长套筒组与混凝土梁上皮二排钢筋焊接。但该技术需要现场把钢筋与节点上的套筒进行连接，增加现场施工工作量，而本发明无需套筒连接，施工速度快。

申请号为201310686039.9的中国专利文献公开了一种钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接结构及施工方法，其结构包括钢管柱；钢管柱与钢筋混凝土梁的连接处焊接有钢牛腿，钢牛腿为工字形结构，包括上翼板和下翼板；与钢管柱连接的钢筋混凝土梁内的外侧钢筋绕过钢管柱与钢管柱另一侧钢筋混凝土梁内的外侧钢筋贯通连接，或与钢牛腿的上翼板或下翼板焊接；钢筋混凝土梁内无法绕过钢管柱的其它钢筋与钢牛腿的上翼板或下翼板焊接。但该技术需要现场焊接，节点质量与现场焊缝质量好坏直接联系。

申请号为201220633176.7的中国专利文献公开了一种钢管混凝土柱与钢筋混凝土框架梁连接节点，包括钢管混凝土柱和钢筋混凝土框架梁，连接节点还包括钢筋混凝土环梁，钢管混凝土柱外侧与钢筋混凝土环梁连接，钢管混凝土柱与钢筋混凝土环梁的交接面设有抗剪连接件，钢管混凝土柱与钢牛腿固定连接，钢管混凝土柱还设有钢筋穿孔；钢筋混凝土框架梁的面筋中，一部分面筋穿过钢筋穿孔，另一部分面筋与钢筋混凝土环梁铆接，其他面筋与钢牛腿固定连接。但该技术需要在钢管柱上穿孔，对钢管柱产生一定的削弱。

发明内容

本发明的目的是提供钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的机械锚固式连接节点结构，该节点结构的结构简单、受力稳定，工期快、施工简单、现场焊接工序小并且能够节约钢材。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现的：钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的机械锚固式连接节点结构，所述的节点结构包括钢管混凝土柱的钢管柱、钢筋混凝土梁的梁面筋、梁底筋以及钢牛腿，所述的钢管柱竖向设置，所述的梁面筋和梁底筋水平设置，其特征在于：所述的钢牛腿为工字钢，钢牛腿具有上、下翼缘，所述的节点结构还包括水平环板和连接锚器，所述的水平环板由位于上方的上水平环板和位于下方的下水平环板组成，所述钢牛腿在靠近钢管柱的上、下翼缘分别通过所述的上水平环板和下水平环板与所述的钢管柱相焊接，实现钢牛腿与钢管柱之间的固定连接，所述的连接锚器由上锚器和下锚器组成，上锚器和 下锚器均具有搭接槽，所述的上锚器竖向正立焊接在所述上水平环板上，所述梁面筋靠近钢管柱的端部安装螺母和垫片后插装在上锚器的搭接槽内，用机械连接的方式将梁面筋放置在上锚器上，保证梁面筋的拉力传递给上锚器，上锚器再把拉力通过上水平环板传递给钢管柱，所述的下锚器竖向倒立焊接在所述的钢牛腿的底端，焊接位置位于钢牛腿远离钢管柱的一端，所述梁底筋靠近钢管柱的端部安装螺母和垫片后插装在下锚器的搭接槽内，用机械连接的方式将梁底筋放置在下锚器上，保证梁底筋的拉力传递给下锚器，下锚器再把拉力通过钢牛腿传递给钢管柱。

本发明的节点结构采用工字钢钢牛腿，还增设水平环板和连接锚器，能够同时解决钢管柱管外剪力与弯矩的传递问题，受力关系明确、简单。同时，钢牛腿上、下翼缘分别承受RC梁梁端的正负弯矩，增设的连接锚器能够有效地保证RC梁的梁面筋和梁底筋的拉力传递至钢牛腿，并最终传递至钢管柱上，能有效保证该节点为刚性连接。

本发明节点结构的钢管柱与水平环板以及钢牛腿的焊接均在工厂加工，而钢筋混凝土梁的梁面筋、梁底筋与钢管柱的连接均直接搭接在连接锚器上，采用机械搭接方式，无需像现有技术采用现场焊接的方式将梁面筋、梁底筋焊接在钢管柱上，大大减少了焊接工作量，因而现场施工速度快，且节点质量有保证。

本发明中，所述钢牛腿的长度为700mm。

由于采用梁钢筋与牛腿采用机械搭接的方式，故牛腿长度按0.6倍梁钢筋锚固长度取值，考虑一般梁钢筋直径为32mm以下，故牛腿长度定位700mm。

本发明中，所述钢牛腿为N对，N≥1，每一对钢牛腿均由两条平行设置的钢牛腿组成，所述上锚器和下锚器的数量为N个，每一对钢牛腿的上部共用一个上锚器，每一对钢牛腿的下部共用一个下锚器。

本发明中，所述上水平环板的厚度一般在20～50mm之间，上水平环板的厚度与钢牛腿的上翼缘宽度基本相同，所述下水平环板的厚度一般在20～50mm之间，下水平环板的厚度与钢牛腿的下翼缘宽度基本相同。

本发明中，所述的上锚器为矩形钢板，上锚器的搭接槽为矩形槽，所述梁面筋与螺母螺纹连接，螺母与梁面筋相连接后，梁面筋卡夹在搭接槽内，螺母和垫片卡挡在槽口处，抵住上锚器。

本发明中，所述上锚器的厚度为20mm～30mm。

本发明中，所述的下锚器为矩形钢板，下锚器的搭接槽为矩形槽，所述梁底筋与螺母螺纹连接，螺母与梁底筋相连接后，梁底筋卡夹在搭接槽内，螺母和垫片卡挡在槽口处，抵住下锚器。

本发明中，所述下锚器的厚度为20mm～30mm。

本发明可以做如下改进：所述钢管柱的外壁还竖向焊接有竖向环板。

本发明可以做如下改进：所述钢管柱的外壁还竖向焊接有竖向加劲肋。

与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：

1、本发明的节点结构采用钢牛腿同时解决钢管柱管外剪力与弯矩的传递问题，梁端剪力通过钢牛腿腹板传递跟钢管柱，梁端面底钢筋拉力通过机械搭接的方式传递给焊接在钢管柱上的钢牛腿翼缘上，使得梁端弯矩直接有效的传导钢管柱上，受力关系明确、简单，与现有技术做法相比节点受力基本相同，如节点受力或传力不明确，将影响整体结构计算结果的合理性，产生结构安全隐患。

2、本发明节点结构的钢牛腿上、下翼缘分别承受RC梁梁端正负弯矩，锚器能够有效地保证RC梁的钢筋(这里的钢筋包含梁面筋和梁底筋)的拉力传递至钢牛腿，并最终传递至钢管柱上，能有效保证该节点为刚性连接，使得实际节点受力与软件计算中假定的刚性节点更接近，相对于锚定式节点与环梁式节点节点刚度不足，能有效的提高结构整体刚度，减小由于节点刚性不足引起的框架梁配筋失真。

3、本发明的节点结构能有效减少现场焊接工作量，钢管柱节点均在工厂加工，梁面筋和梁底筋与钢管柱的连接采用连接锚器进行连接，不需采用现场焊接，相比部分节点形式需要进行现场焊接，本发明现场施工速度快，且节点质量有保证，这使得对同一个节点的施工时间减小10～20％。

4、本发明的节点结构中梁面筋和梁底筋与钢牛腿的连接采用机械连接，与常规节点采用塔接方式相比，按照混凝土规范《GB50010-2010》8.3.3，钢牛腿长度可以缩短40％，采用机械连接可以减小现场焊接工作量，加快现场节点施工速度，因而可以大大节省节点处用钢量，经济效益优越。

5、本发明的节点结构工期时间短、施工简单、现场焊接工序小，节点施工时间减小10～20％，与一般梁钢筋与钢牛腿采用普通搭接形式的节点相比，本发明节点钢牛腿用钢量减小40％。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明连接节点结构的整体连接结构示意图；

图2是图1的A—A剖面图；

图3是图1的B—B剖面图；

图4是本发明连接节点结构的竖向截面示意图；

图5是本发明本发明连接节点结构中上锚器的零件图；

图6是本发明本发明连接节点结构中上锚器与梁面筋的连接关系示意图；

图7是本发明本发明连接节点结构中下锚器与梁底筋的连接关系示意图；

图8是本发明本发明连接节点结构中下锚器的零件图；

图9是本发明本发明连接节点结构中螺母与垫片的连接关系示意图。

附图标记说明

1—钢牛腿，2—上水平环板，3—下水平环板，4—上锚器，41—上锚器搭接槽，

5—下锚器，51—下锚器搭接槽，6—梁面筋，7—梁底筋，8—螺母，

9—垫片，10—竖向加劲肋，11—竖向环板，12—钢管柱。

具体实施方式

如图1至图9所示的钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的机械锚固式连接节点结构，该节点结构包括钢管混凝土柱的钢管柱12、钢筋混凝土梁的梁面筋6、梁底筋7、钢牛腿1、水平环板和连接锚器。

钢管柱12为竖向设置的圆柱，梁面筋6和梁底筋7为多根水平设置的梁纵筋，钢牛腿1为四对工字钢，钢牛腿1具有上、下翼缘，四对工字钢均匀设置在钢管柱12的四周，每一对钢牛腿1均由两条平行设置的钢牛腿1组成，八条钢牛腿1的结构相同，长度均为700mm。

由于采用梁钢筋与牛腿采用机械搭接的方式，故钢牛腿长度按0.6倍梁钢筋锚固长度取值，考虑一般梁钢筋直径为32mm以下，故本实施例中的钢牛腿1长度定位为700mm。

水平环板由位于上方的上水平环板2和位于下方的下水平环板3组成，钢牛腿1在靠近钢管柱12的上、下翼缘分别通过上水平环板2和下水平环板3与钢管柱12相焊接，实际施工时，先将上水平环板2和下水平环板3焊接在钢管柱12 上，然后再将钢牛腿1的上、下翼缘与对应的上水平环板2和下水平环板3，实现钢牛腿1与钢管柱12之间的固定连接。

连接锚器由上锚器4和下锚器5组成，上锚器4和下锚器5的数量均为四个，每一对钢牛腿1的上部共用一个上锚器4，每一对钢牛腿1的下部共用一个下锚器5，上锚器4和下锚器5均开设有搭接槽，其中，上锚器4的搭接槽为上锚器搭接槽41，下锚器5的搭接槽为下锚器搭接槽51，上锚器4竖向正立焊接在上水平环板2上，梁面筋6靠近钢管柱12的端部安装螺母8和垫片9后插装在上锚器4的搭接槽内，用机械连接的方式将梁面筋6放置在上锚器4上，保证梁面筋6的拉力传递给上锚器4，上锚器4再把拉力通过上水平环板2传递给钢管柱12，下锚器5竖向倒立焊接在钢牛腿1的底端，焊接位置位于钢牛腿1远离钢管柱12的一端，梁底筋7靠近钢管柱12的端部安装螺母8和垫片9后插装在下锚器5的搭接槽内，用机械连接的方式将梁底筋7放置在下锚器5上，保证梁底筋7的拉力传递给下锚器5，下锚器5再把拉力通过钢牛腿1传递给钢管柱12。

本实施例中，上水平环板2的厚度为40mm，上水平环板2的厚度也可以在在20～50mm之间取值，上水平环板2的厚度与钢牛腿1的上翼缘宽度基本相同，下水平环板3的厚度为40mm，下水平环板3的厚度也可以在20～50mm之间取值，下水平环板3的厚度与钢牛腿1的下翼缘宽度基本相同。

本实施例中，上锚器4采用矩形钢板，厚度为25mm，上锚器4的搭接槽为矩形槽，梁面筋6与螺母8螺纹连接，螺母8与梁面筋6相连接后，梁面筋6卡夹在搭接槽内，螺母8和垫片9卡挡在槽口处，抵住上锚器4。下锚器5采用矩形钢板，厚度为25mm，下锚器5的搭接槽为矩形槽，梁底筋7与螺母8螺纹连接，螺母8与梁底筋7相连接后，梁底筋7卡夹在搭接槽内，螺母8和垫片9卡挡在槽口处，抵住下锚器5。

本实施例中，钢管柱12的外壁还竖向焊接有竖向环板11和竖向加劲肋10，起到加强作用。

作为本实施例的变换，钢牛腿1为N对，N≥1，每一对钢牛腿1均由两条平行设置的钢牛腿1组成，上锚器4和下锚器5的数量为N个，每一对钢牛腿1的上部共用一个上锚器4，每一对钢牛腿1的下部共用一个下锚器5。

作为本实施例的变换，上水平环板2的厚度也可以在20～50mm范围内取值，上水平环板2的厚度与钢牛腿1的上翼缘宽度基本相同，下水平环板3的厚度也 可以在20～50mm范围内取值，下水平环板3的厚度与钢牛腿1的下翼缘宽度基本相同。

作为本实施例的变换，上锚器4的厚度也可以在20mm～30mm范围内取值，下锚器5的厚度也可以在20mm～30mm范围内取值。

本实施例的节点结构在施工时，工字钢钢牛腿的上、下翼缘通过水平环板与钢管柱焊接连接，梁面筋与钢牛腿的连接通过在上水平环板预先焊接好的上锚器，用机械连接的方式，将梁面筋穿上螺母和垫片，放置于上锚器上，保证梁面筋的拉力传递给锚器，而上锚器再把拉力通过钢环板传递给钢管柱上，梁底筋与钢牛腿的连接通过钢牛腿预先焊接好的下锚器，用机械连接的方式，将梁底筋穿上螺母和垫片，放置于下锚器上，保证梁底筋的拉力传递给锚器，而下锚器再把拉力通过钢牛腿传递给钢管柱上。

本实施例的节点结构现场施工焊接工作量小，施工速度快，型钢用钢量小，节点传力路径明确，施工质量有保证，能较好的得到推广应用。

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的机械锚固式连接节点结构，所述的节点结构包括钢管混凝土柱的钢管柱、钢筋混凝土梁的梁面筋、梁底筋以及钢牛腿，所述的钢管柱竖向设置，所述的梁面筋和梁底筋水平设置，其特征在于：所述的钢牛腿为工字钢，钢牛腿具有上、下翼缘，所述的节点结构还包括水平环板和连接锚器，所述的水平环板由位于上方的上水平环板和位于下方的下水平环板组成，所述钢牛腿在靠近钢管柱的上、下翼缘分别通过所述的上水平环板和下水平环板与所述的钢管柱相焊接，实现钢牛腿与钢管柱之间的固定连接，所述的连接锚器由上锚器和下锚器组成，上锚器和下锚器均具有搭接槽，所述的上锚器竖向正立焊接在所述上水平环板上，所述梁面筋靠近钢管柱的端部安装螺母和垫片后插装在上锚器的搭接槽内，用机械连接的方式将梁面筋放置在上锚器上，保证梁面筋的拉力传递给上锚器，上锚器再把拉力通过上水平环板传递给钢管柱，所述的下锚器竖向倒立焊接在所述的钢牛腿的底端，焊接位置位于钢牛腿远离钢管柱的一端，所述梁底筋靠近钢管柱的端部安装螺母和垫片后插装在下锚器的搭接槽内，用机械连接的方式将梁底筋放置在下锚器上，保证梁底筋的拉力传递给下锚器，下锚器再把拉力通过钢牛腿传递给钢管柱。

2.根据权利要求1所述的钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的机械锚固式连接节点结构，其特征在于：所述钢牛腿的长度为700mm。

3.根据权利要求1所述的钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的机械锚固式连接节点结构，其特征在于：所述钢牛腿为N对，N≥1，每一对钢牛腿均由两条平行设置的钢牛腿组成，所述上锚器和下锚器的数量为N个，每一对钢牛腿的上部共用一个上锚器，每一对钢牛腿的下部共用一个下锚器。

4.根据权利要求1所述的钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的机械锚固式连接节点结构，其特征在于：所述上水平环板的厚度为20～50mm，上水平环板的厚度与钢牛腿的上翼缘宽度基本相同，所述下水平环板的厚度为20～50mm，下水平环板的厚度与钢牛腿的下翼缘宽度基本相同。

5.根据权利要求1所述的钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的机械锚固式连接节点结构，其特征在于：所述的上锚器为矩形钢板，上锚器的搭接槽为矩形槽，所述梁面筋与螺母螺纹连接，螺母与梁面筋相连接后，梁面筋卡夹在搭接槽内，螺母和垫片卡挡在槽口处，抵住上锚器。

6.根据权利要求5所述的钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的机械锚固式连接节点结构，其特征在于：所述上锚器的厚度为20mm～30mm。

7.根据权利要求1所述的钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的机械锚固式连接节点结构，其特征在于：所述的下锚器为矩形钢板，下锚器的搭接槽为矩形槽，所述梁底筋与螺母螺纹连接，螺母与梁底筋相连接后，梁底筋卡夹在搭接槽内，螺母和垫片卡挡在槽口处，抵住下锚器。

8.根据权利要求7所述的钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的机械锚固式连接节点结构，其特征在于：所述下锚器的厚度为20mm～30mm。

9.根据权利要求1至8任一项所述的钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的机械锚固式连接节点结构，其特征在于：所述钢管柱的外壁还竖向焊接有竖向环板。

10.根据权利要求1至8任一项所述的钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的机械锚固式连接节点结构，其特征在于：所述钢管柱的外壁还竖向焊接有竖向加劲肋。