CN105604182A - 钢梁贯通式的圆形钢管约束钢筋混凝土柱-钢梁框架节点 - Google Patents

Abstract

本发明提供钢梁贯通式的圆形钢管约束钢筋混凝土柱-钢梁框架节点，包括柱圆钢管Ⅰ、柱圆钢管Ⅱ、节点区贯通梁、节点区圆钢管、节点区箍筋和混凝土。所述柱圆钢管Ⅱ和柱圆钢管Ⅰ分别位于节点区贯通梁的上、下两侧。节点区贯通式梁可以通过梁上的栓钉(或其他形式抗剪键)将弯矩和剪力直接传到核心区，达到钢梁和节点核心区混凝土共同工作，节点区钢管不直接承担剪力，避免钢管屈曲，使得钢管能充分发挥其环向约束作用，约束节点区混凝土，保证节点承载力和延性。本发明的受力性能良好，可以保证节点安全可靠、整体性好、传力明确、施工方便并符合“强节点，弱构件”设计原则。

Description

钢梁贯通式的圆形钢管约束钢筋混凝土柱-钢梁框架节点

技术领域

本发明属于建筑结构技术领域，特别涉及一种圆形钢管约束钢筋混凝土柱-钢梁框架节点。

背景技术

钢管约束混凝土柱是在钢管内浇筑混凝土形成的一种组合结构竖向承重构件，是在钢管混凝土柱基础上针对其框架节点构造复杂的问题而提出的组合结构构件。圆形钢管约束混凝土柱的钢管在梁柱节点处断开以最大程度发挥其约束作用。实际工程中框架柱一般会受到轴力、弯矩和剪力的共同作用，因此在应用钢管约束混凝土技术时还需在柱中配置钢筋形成钢管约束钢筋混凝土柱。

钢管约束钢筋混凝土柱的抗压性能好，刚度大；钢梁的抗弯性能好，质量轻，施工方便简洁，从而减小构件截面尺寸，增大结构有效使用面积，加快施工进度，钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架结构可充分利用钢筋混凝土结构和钢结构的优点。因此，钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架结构是一种低成本、高效率的新型结构形式。

节点连接与构造直接影响到建筑结构的稳定性和安全性，对于钢-混凝土组合结构，节点连接与构造是重点以及难点，钢管约束钢筋混凝土外包柱在梁柱节点区断开，节点区域若采用传统钢筋混凝土和钢梁的连接构造，钢管约束钢筋混凝土柱的承载力远高于相同截面尺寸的普通钢筋混凝土柱，会导致梁柱节点成为薄弱部位，不符合“强节点，弱构件”设计原则。

由此可见，提出安全可靠、整体性好、传力明确、施工方便的钢管约束钢筋混凝土柱-钢梁框架节点，是推广应用受力性能良好且经济优越的钢管约束钢筋混凝土柱-钢梁框架的关键问题。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术中的缺陷，提出了梁贯通式的圆形钢管钢筋约束混凝土柱-钢梁框架节点，该节点能充分利用钢筋混凝土结构和钢结构的优点，具有安全可靠、整体性好、传力明确、施工方便、可实现装配化等优势。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种钢梁贯通式的圆形钢管约束钢筋混凝土柱-钢梁框架节点，包括柱圆钢管Ⅰ、柱圆钢管Ⅱ、柱纵筋、柱箍筋、节点区贯通梁、节点区圆钢管、节点区箍筋和混凝土。

所述柱圆钢管Ⅰ垂直于基础平面布置。所述柱圆钢管Ⅱ和柱圆钢管Ⅰ分别位于节点区贯通梁的上、下两侧。

所述节点区贯通梁包括上翼缘板、下翼缘板和腹板。所述上翼缘板、下翼缘板和腹板均为十字形结构。所述腹板的板面垂直于基础平面。所述腹板的上端连接上翼缘板，下端连接下翼缘板。所述上翼缘板与下翼缘板之间相互平行。所述上翼缘板的板面垂直于腹板。所述上翼缘板和下翼缘板上开有柱纵筋贯穿孔。所述腹板上开有节点区箍筋贯穿孔。所述上翼缘板的上表面和下翼缘板的下表面均设置有抗剪键。其中上翼缘板、下翼缘板和腹板各自交叉中心的轴线位于同一竖直直线上。所述上翼缘板和下翼缘板各自中心处还开有呈环形阵列分布的浇筑孔。

所述腹板自身形成的四个象限区内分别连接有一块弧形板。每块所述弧形板的两侧棱分别与腹板中相互垂直的相邻板面通过角焊缝连接，完成焊接后这四块弧形板共同构成节点区圆钢管。所述节点区圆钢管的直径与柱圆钢管Ⅰ相等。

所述柱圆钢管Ⅰ和柱圆钢管Ⅱ内还设置有若干柱纵筋和若干柱箍筋，这些柱纵筋与柱箍筋绑扎成筋笼状。所述柱纵筋贯穿节点区并位于节点区圆钢管内。通过节点区箍筋将节点区圆钢管内的纵筋绑扎，其中节点区箍筋穿过腹板上的节点区箍筋贯穿孔。

所述混凝土填充在柱圆钢管Ⅰ、柱圆钢管Ⅱ和节点区圆钢管所形成的竖向圆柱型空腔中。

进一步，所述节点区圆钢管的四块弧形板由一个无缝圆柱钢管切割成四份制得，或者用四块矩形钢板分别卷成制得。

进一步，所述抗剪键为栓钉、型钢或角钢。

进一步，所述柱圆钢管Ⅰ和柱圆钢管Ⅱ分别与节点区贯通梁之间留有10～20mm垂直间隙。

进一步，所述节点区贯通梁的四个端部均设置有用于连接钢梁的螺栓孔。

进一步，所述混凝土为普通混凝土、轻骨料混凝土或高性能混凝土。

本发明提出的钢梁贯通式的圆形钢管约束钢筋混凝土柱-钢梁框架节点具有下列优点：

1.本发明中贯通式梁可以通过梁上的栓钉将弯矩和剪力直接传到核心区，达到钢梁和节点核心区混凝土共同工作；节点区钢管不直接承担剪力，避免钢管屈曲，使得钢管能充分发挥其环向约束作用，约束节点区混凝土，提高节点承载力和延性。

2.本发明中梁柱节点构造简单、传力明确、且可实现工厂化组装，节点区贯通梁在施工现场通过预留螺栓孔与钢梁相连，有利保证施工质量。

3.本发明中的圆钢管约束钢筋混凝土柱力学性能良好，能充分发挥钢管和混凝土各自的力学性能优势。钢管对混凝土提供有效的侧向约束，显著提高混凝土的承载力和延性，同时钢管在柱端部断开，不直接承担竖向荷载，避免了钢管局部屈曲引起的对混凝土约束效应的降低，因此该新型节点在承载力、延性和抗震性能方面具有较大的优势。

附图说明

图1为钢梁贯通式的圆形钢管钢筋约束混凝土柱-钢梁框架节点的立面示意图；

图2为图1中A-A的剖视图。

图中：柱圆钢管Ⅰ1、柱圆钢管Ⅱ2、节点区贯通梁5、节点区圆钢管6、节点区箍筋7、混凝土8、上翼缘板9、下翼缘板10、腹板11、抗剪键12、浇筑孔13、柱纵筋贯穿孔14、节点区箍筋贯穿孔15、螺栓孔16。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

参见图1和图2，一种钢梁贯通式的圆形钢管约束钢筋混凝土柱-钢梁框架节点，包括柱圆钢管Ⅰ1、柱圆钢管Ⅱ2、柱纵筋3、柱箍筋4、节点区贯通梁5、节点区圆钢管6、节点区箍筋7和混凝土8。

所述柱圆钢管Ⅰ1垂直于基础平面布置。所述柱圆钢管Ⅱ2和柱圆钢管Ⅰ1分别位于节点区贯通梁5的上、下两侧，并与节点区贯通梁5留有10～20mm的垂直间隙，避免柱钢管直接承担纵向力，充分利用钢管抗拉性能。

所述节点区贯通梁5包括上翼缘板9、下翼缘板10和腹板11。所述上翼缘板9、下翼缘板10和腹板11均为十字形结构。所述腹板11由三块矩形钢板焊接而成，其中一块钢板的两侧板面上分别焊接一块钢板，使得它们呈十字形结构。

所述腹板11的板面垂直于基础平面。所述腹板11的上端连接上翼缘板9，下端连接下翼缘板10。所述上翼缘板9与下翼缘板10之间相互平行。所述上翼缘板9的板面垂直于腹板11。具体地，由于它们都是十字形结构，以它们的十字交叉中心为原点，过原点的竖直直线为轴线，则四个方向上的均为分支。所以上翼缘板9的四个分支板对应连接在腹板11的四个分支的上端，所述下翼缘板10的四个分支对应连接在腹板11的四个分支的下端。其中上翼缘板9、下翼缘板10和腹板11各自交叉中心的轴线位于同一竖直直线上(即重合)。而且在腹板11的四个分支的端部还开有螺栓孔16，用于连接钢梁。

本实施例中，所述上翼缘板9的相邻分支间不存在90°的夹角，而是在中心交界处通过圆弧过渡，这样也使得中心处的板面会宽广一些，同时也具有肋板的作用，使相邻分支在夹角处的受力更稳定。所述下翼缘板10的结构与上翼缘板9相同。

所述上翼缘板9和下翼缘板10上还开有柱纵筋贯穿孔14。所述腹板11上开有节点区箍筋贯穿孔15。所述上翼缘板9的上表面和下翼缘板10的下表面均设置有抗剪键12。所述抗剪键12可选用栓钉、型钢、角钢等功能性构件。本实施例中所述抗剪键12为栓钉，其作用使节点区贯通梁5可以将剪力和弯矩直接传给约束的钢筋混凝土柱，避免节点区钢管直接承担剪力，使得钢管能充分约束节点区混凝土，同时避免钢管屈曲，提高节点承载力和延性。

所述上翼缘板9和下翼缘板10各自中心处还开有呈环形阵列分布的浇筑孔13。所述浇筑孔13的位置可根据设计进行调整。

所述腹板11自身形成的四个象限区(将十字形结构理解为正交的坐标系)内分别连接有一块弧形板。每块所述弧形板的两侧棱分别与腹板11中相互垂直的相邻板面通过角焊缝连接，完成焊接后这四块弧形板共同构成节点区圆钢管6。其中所述节点区圆钢管6的四块弧形板由一个无缝圆柱钢管切割成四份制得，或者用四块矩形钢板分别卷成制得。所述节点区圆钢管6的直径与柱圆钢管Ⅰ1相等。即节点区圆钢管6、柱圆钢管Ⅰ1以及柱圆钢管Ⅱ2它们共同在竖直方向上形成圆柱型腔体。

所述柱圆钢管Ⅰ1和柱圆钢管Ⅱ2内还设置有若干柱纵筋3和若干柱箍筋4，这些柱纵筋3与柱箍筋4绑扎成筋笼状。所述柱纵筋3贯穿节点区并位于节点区圆钢管6内。通过节点区箍筋7将节点区圆钢管6内纵筋绑扎，其中节点区箍筋7穿过腹板11上的节点区箍筋贯穿孔15。即在柱圆钢管Ⅰ1、柱圆钢管Ⅱ2以及节点区内都布设有纵筋和箍筋，当这些纵筋和箍筋需穿透节点区的板面时，节点区贯通梁5的上翼缘板9、下翼缘板10和腹板11对应在板面上钻设孔洞使得纵筋以及箍筋穿过。

所述混凝土8填充在柱圆钢管Ⅰ1、柱圆钢管Ⅱ2和节点区圆钢管6所形成的竖向圆柱型空腔中。其中所述混凝土8可选用普通混凝土、轻骨料混凝土或高性能混凝土。

本实施例的钢梁贯通式的圆形钢管约束钢筋混凝土柱-钢梁框架节点现场基本加工方案如下：

1)吊装柱圆钢管Ⅰ1；

2)按设计尺寸制作十字形腹板11，并在设计位置预留螺栓孔16和节点区箍筋贯穿孔15；将预留了柱纵筋贯穿孔14的上翼缘板9和下翼缘板10与十字形腹板11端面采用角焊缝连接在一起；再在上翼缘板9和下翼缘板10按设计要求焊接一定数量的栓钉12(或其他形式抗剪键)，形成节点区贯通梁5；

3)将节点区箍筋7和柱纵筋3分别贯穿节点区贯通梁5预留的节点区箍筋贯穿孔15和柱纵筋贯穿孔14，并绑扎柱箍筋4形成带有节点区贯通梁5的钢筋笼；

4)将节点区圆钢管6与十字形腹板11侧面采用角焊缝连接；

5)吊装带有节点区贯通梁5的钢筋笼，按构造措施将带节点区贯通梁5的钢筋笼固定在柱圆钢管Ⅰ1内；

6)吊装柱圆钢管Ⅱ2；

7)浇筑混凝土8，形成梁贯通式的圆形钢管约束钢筋混凝土柱-钢梁框架节点。

Claims (6)

1.一种钢梁贯通式的圆形钢管约束钢筋混凝土柱-钢梁框架节点，其特征在于：包括柱圆钢管Ⅰ(1)、柱圆钢管Ⅱ(2)、柱纵筋(3)、柱箍筋(4)、节点区贯通梁(5)、节点区圆钢管(6)、节点区箍筋(7)和混凝土(8)；

所述柱圆钢管Ⅰ(1)垂直于基础平面布置；所述柱圆钢管Ⅱ(2)和柱圆钢管Ⅰ(1)分别位于节点区贯通梁(5)的上、下两侧；

所述节点区贯通梁(5)包括上翼缘板(9)、下翼缘板(10)和腹板(11)；所述上翼缘板(9)、下翼缘板(10)和腹板(11)均为十字形结构；所述腹板(11)的板面垂直于基础平面；所述腹板(11)的上端连接上翼缘板(9)，下端连接下翼缘板(10)；所述上翼缘板(9)与下翼缘板(10)之间相互平行；所述上翼缘板(9)的板面垂直于腹板(11)；所述上翼缘板(9)和下翼缘板(10)上开有柱纵筋贯穿孔(14)；所述腹板(11)上开有节点区箍筋贯穿孔(15)；所述上翼缘板(9)的上表面和下翼缘板(10)的下表面均设置有抗剪键(12)；其中上翼缘板(9)、下翼缘板(10)和腹板(11)各自交叉中心的轴线位于同一竖直直线上；所述上翼缘板(9)和下翼缘板(10)各自中心处还开有呈环形阵列分布的浇筑孔(13)；

所述腹板(11)自身形成的四个象限区内分别连接有一块弧形板；每块所述弧形板的两侧棱分别与腹板(11)中相互垂直的相邻板面通过角焊缝连接，完成焊接后这四块弧形板共同构成节点区圆钢管(6)；所述节点区圆钢管(6)的直径与柱圆钢管Ⅰ(1)相等；

所述柱圆钢管Ⅰ(1)和柱圆钢管Ⅱ(2)内还设置有若干柱纵筋(3)和若干柱箍筋(4)，这些柱纵筋(3)与柱箍筋(4)绑扎成筋笼状；所述柱纵筋(3)贯穿节点区并位于节点区圆钢管(6)内；通过节点区箍筋(7)将节点区圆钢管(6)内的纵筋绑扎，其中节点区箍筋(7)穿过腹板(11)上的节点区箍筋贯穿孔(15)；

所述混凝土(8)填充在柱圆钢管Ⅰ(1)、柱圆钢管Ⅱ(2)和节点区圆钢管(6)所形成的竖向圆柱型空腔中。

2.根据权利要求1所述的钢梁贯通式的圆形钢管约束钢筋混凝土柱-钢梁框架节点，其特征在于：所述节点区圆钢管(6)的四块弧形板由一个无缝圆柱钢管切割成四份制得，或者用四块矩形钢板分别卷成制得。

3.根据权利要求1所述的钢梁贯通式的圆形钢管约束钢筋混凝土柱-钢梁框架节点，其特征在于：所述抗剪键(12)为栓钉、型钢或角钢。

4.根据权利要求1所述的钢梁贯通式的圆形钢管约束钢筋混凝土柱-钢梁框架节点，其特征在于：所述柱圆钢管Ⅰ(1)和柱圆钢管Ⅱ(2)分别与节点区贯通梁(5)之间留有10～20mm垂直间隙。

5.根据权利要求1所述的钢梁贯通式的圆形钢管约束钢筋混凝土柱-钢梁框架节点，其特征在于：所述节点区贯通梁(5)的四个端部均设置有用于连接钢梁的螺栓孔(16)。

6.根据权利要求1所述的钢梁贯通式的圆形钢管约束钢筋混凝土柱-钢梁框架节点，其特征在于：所述混凝土(8)为普通混凝土、轻骨料混凝土或高性能混凝土。