CN111119336A - 一种箱型钢管焊接组成的y型立面汇交转换节点及应用 - Google Patents

一种箱型钢管焊接组成的y型立面汇交转换节点及应用 Download PDF

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赵阳
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Abstract

本发明公开了一种箱型钢管焊接组成的Y型立面汇交转换节点,包括主分隔板组合体、斜柱构件接头、型钢砼直柱转换接头、型钢砼梁连接接头。所述主分隔板组合体为中心支撑构架,将斜柱构件接头、型钢砼直柱转换接头和型钢砼梁连接接头相互分隔开;所述斜柱构件接头为由板件焊接组成的箱型钢管接头,与主分隔板组合体对接焊接;所述型钢砼直柱转换接头位于主分隔板组合体正下方,为箱型斜柱至王字型钢砼直柱的过渡转换;所述型钢砼梁连接接头位于节点水平两侧,刚性栓焊于主分隔板组合体上。本节点基于截面代换技术方案和非线性失稳破坏极限分析,其节点板件组成模块明确、传力清晰,同时保证了较好的抗震性能和较高的抗侧承载力,应用范围较广。

Description

一种箱型钢管焊接组成的Y型立面汇交转换节点及应用
技术领域
本发明属于结构工程技术领域,尤其涉及一种箱型钢管焊接组成的Y型立面汇交转换节点。
背景技术
斜柱体系是由建筑周圈外表面的斜柱构件多向交叉并规则性布置所构成的空间竖向网状结构,由于其新颖的外表面形状和极大的整体抗侧刚度,主要应用于超高层建筑中的斜柱外框筒。
斜柱外框筒的巨大抗侧刚度使其能够承受极大的水平作用(地震、风荷载等),在总水平力不变的情况下内部核心筒的抗侧刚度可通过弱连梁相连来相应适当减小,这给建筑物内部的功能布置带来了更好的发挥空间。
但是,在斜柱体系中,结构的竖向、水平荷载主要通过斜柱构件的轴力作用来承载。而由于斜柱构件及汇交节点的轴压承载失稳破坏一般属于脆性破坏,一旦轴力超过其失稳极限值,由于大幅度的失稳变形引起结构后续不能持续承载,结构抗震延性相对不足。同时,由于斜柱外框筒相对于内部核心筒的巨大侧向刚度,使其往往先于内部核心筒而出现破坏,成为抗震设防的第二道防线,因而对其在轴压下的弹塑性承载性能应有更高的要求。
此外,斜柱汇交转换节点存在汇交构件较多、节点板件构造复杂、节点受力变形复杂以及板件焊接拼装制作工艺复杂等问题,合理有效的汇交转换节点设计方案也是保证其承载性能的一个重要因素。
基于上述原因,提高斜柱汇交转换节点抗震、抗风承载性能的有效思路如下:
首先,通过有效的斜柱立面汇交转换节点设计方案和板件焊接拼装工艺,使得斜柱汇交转换节点始终处于强核心、弱构件的合理受力状态;
其次,通过正常使用状态和极限承载屈曲分析,使得斜柱汇交转换节点以弹性阶段承载为主,局部进入塑性阶段,提高其承载性能储备,以避免斜柱汇交转换节点出现轴压屈曲失稳的脆性破坏。
综上所述,基于截面代换技术方案和极限屈曲分析方法,研究一种箱型钢管焊接组成的Y型立面汇交转换节点形式及设计方法,以适用于超高层建筑上部结构底部位置箱型斜柱至型钢砼直柱的有效转换连接及承载是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种箱型钢管焊接组成的Y型立面汇交转换节点,可以实现矩形平面超高层斜柱体系上部结构底部位置箱型斜柱至型钢砼直柱的有效转换连接。该节点板件组成模块明确,传力清晰,有效符合强核心、弱构件原则,在充分发挥斜柱体系巨大抗侧承载性能的同时,基于高承载力低延性设计思路来提高抗震性能。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明采用的技术方案是:
一种箱型钢管焊接组成的Y型立面汇交转换节点,包括主分隔板组合体、斜柱构件接头、型钢砼直柱转换接头、型钢砼梁连接接头;型钢砼直柱转换接头为箱型斜柱至王字型钢砼直柱的过渡转换;型钢砼梁连接接头用于和周边抗弯水平型钢砼梁刚性栓焊。
所述主分隔板组合体由竖向主转换板、与竖向主转换板正交的内部支撑肋板、分别焊接组装在竖向主转换板两面、内部支撑肋板顶端的上翼缘转换板、分别焊接组装在竖向主转换板两面、内部支撑肋板底端的下翼缘转换板、垂直固定在上翼缘转换板和下翼缘转换板之间、并与竖向主转换板外侧和内部支撑肋板外沿垂直固定连接的周圈竖向外壁板组成;内部支撑肋板为型钢砼直柱在节点内部的过渡及板件局部侧向支撑;所述主分隔板组合体为中心支撑构架,将斜柱构件接头、型钢砼直柱转换接头和型钢砼梁连接接头相互分隔开;所述斜柱构件接头包括两个由板件焊接组成的箱型钢管,两个箱型钢管呈V型焊接在竖向主转换板两侧,并与上翼缘转换板固定连接;箱型钢管与上翼缘转换板呈50°~80°;所述竖向主转换板上设有连通两个箱型钢管的通孔30;所述型钢砼直柱转换接头固定在主分隔板组合体正下方,上翼缘转换板和下翼缘转换板上设置有连通箱型钢管与型钢砼直柱转换接头的通孔。出于综合经济性能的考虑,斜柱汇交转换节点内部浇灌混凝土进行性能加强,上翼缘转换板、竖向主转换板与斜柱构件接头中的斜柱构件相交范围内均开设混凝土流通孔,使得该节点上下左右各处均能达到混凝土相互流通。斜柱构件接头的端部横隔板均留有浇灌孔,以便于混凝土的自密实流动。优选地,上下翼缘转换板中心、竖向主转换板上端位置分别开设的通孔为直径250mm的长圆孔。所述型钢砼梁连接接头固定在节点的主分隔板组合体水平两侧。
进一步地,上翼缘转换板和下翼缘转换板的形状由矩形和下底边与矩形长边相接的梯形组成,矩形与内部支撑肋板等宽,梯形的上底边宽度与型钢砼梁连接接头宽度相等。梯形的坡度为2:1。上翼缘转换板和下翼缘转换板的梯形区域之间还固定有型钢接头加劲腹板,型钢接头加劲腹板、上翼缘转换板、下翼缘转换板的端部组成H形型钢牛腿接头作为型钢构件栓焊刚接接头。
进一步地,所述型钢砼梁连接接头为H型钢,型钢接头加劲腹板上开设螺栓孔,型钢接头加劲腹板与H型钢腹板进行螺栓连接。连接时,上翼缘转换板和下翼缘转换板窄边与H型钢翼缘焊接,型钢接头加劲腹板与H型钢腹板栓接连接。
进一步地,还包括固定在主分隔板组合体内侧的型钢砼梁三(18),与竖向主转换板刚性栓焊连接。
进一步地,所述型钢砼直柱转换接头由依次固定在主分隔板组合体正下方的“田”字型钢柱和“王”字型钢柱组成。型钢砼直柱与主分隔板组合体的交接处增设侧壁加劲板,即形成“田”字型的转换结构,以实现箱型斜柱到“王”字型型钢砼直柱的转换连接。型钢砼构件内侧、外侧均设置栓钉,以与混凝土充分接触而形成整体受力。“田”字型钢柱的中隔板与“王”字型钢柱中隔板设有倒圆角过渡或切角过渡,切角过渡的切角长边为6t,短边为2t,t为斜柱构件接头最大壁厚。
进一步地,型钢砼直柱作为斜柱构件转换后的竖向受力构件,包括“田”字型钢转换结构和“王”字型钢受力支撑结构。基于节点汇交构造截面代换技术方案,“田”字型钢转换结构的侧壁加劲板转换高度不小于1.5倍的“王”字型钢截面高度,厚度不小于各斜柱构件接头最大壁厚的1.0倍,且不小于25mm;“王”字型钢柱腹板、中隔板为斜柱构件中部板件汇交转换后的主要受力板件,厚度不小于各斜柱构件接头最大壁厚的2.0倍;“王”字型钢柱两侧翼板为斜柱构件两侧壁板汇交转换后的主要受力板件,厚度不小于各斜柱构件接头最大壁厚的1.5倍。
进一步地,“田”字型钢柱、“王”字型钢柱的中隔板与竖向主转换板(1)为一体结构。竖向主转换板在转换之后即为“王”字型钢截面的中隔板。
进一步地,所述箱型钢管的顶端还设置有斜柱端头横隔板,斜柱端头横隔板上设置有通孔。
进一步地,竖向主转换板(1)、上翼缘转换板、下翼缘转换板、周圈竖向外壁板(6)的厚度分别不小于斜柱构件接头最大壁厚的2.0、1.5、1.5倍;基于节点汇交构造的截面代换技术方案,竖向主转换板为主受力板件,存在沿厚度z方向的受压作用,厚度不小于各斜柱构件接头最大壁厚的2.0倍;上下翼缘转换板和周圈竖向外壁板为主要构成部分,厚度不小于各斜柱构件接头最大壁厚的1.5倍;上、下翼缘转换板位于竖向主转换板两侧并呈直角T形对接焊接;
进一步地,上翼缘转换板与斜柱构件接头中的斜柱构件斜交对接焊接。
进一步地,斜柱构件接头以下节点各构件部分均为型钢砼构件,内侧浇灌混凝土,外侧包覆钢筋和混凝土,以对节点进行加强,同时起到有效防水防潮效果。
本发明中,所述斜柱构件接头由四块板件焊接组合而成,为箱型截面,分别位于主分隔板组合体的上方两个方位。焊接时,与竖向主转换板、上下翼缘转换板之间为T形交叉焊接,竖向交叉焊接角度小于30°,需做内部打底焊,两个个斜柱构件接头、型钢砼直柱转换接头的中线汇交于主分隔板组合体的中心。
本发明中,所述内部支撑肋板位于主分隔板组合体内部,平面位置对应“王”字型钢腹板,厚度不小于各斜柱构件接头最大壁厚的2.0倍,由于厚度较大,单道设置即可;内部支撑肋板作为上、下翼缘转换板在开设浇灌孔而强度削弱之后的侧向局部支撑,以避免节点板件的局部屈曲失稳。
本发明还提供一种上述的箱型钢管焊接组成的Y型立面汇交转换节点在矩形平面超高层斜柱体系的上部结构底部转换连接中的应用,所述超高层为建筑高度大于100米的民用建筑。
通过以上技术方案,本发明具有以下有益效果:
本发明提供的箱型钢管焊接组成的Y型立面汇交转换节点,其节点构造合理,可以实现斜柱体系矩形平面超高层建筑上部结构底部位置的斜柱构件有效转换连接,充分发挥斜柱体系的巨大抗侧性能优点;该汇交节点通过竖向主转换板、水平翼缘转换板将斜柱构件、型钢砼直柱、型钢砼梁分隔开并汇交,基于截面代换的节点技术方案可保证强核心弱构件的合理受力状态;通过斜柱构件—>中心支撑构架—>“田”字型过渡结构—>“王”字型钢砼直柱的模式,可有效实现节点受力形式转换;开设浇灌孔并采用内部支撑肋板的局部稳定加强方式,可进一步保障该节点的力学承载性能,使其基本处于弹性阶段承载为主,局部进入塑性阶段的高承载力受力状态,以避免脆性破坏的出现。该汇交转换节点的组成模块明确,传力清晰、节点承载力高,在斜柱体系中具有广阔的应用前景。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述,本发明的上述优点将变得更清楚和更容易理解,这些附图只是示意性的,并不限制本发明,其中:
图1a、1b、1c、1d分别是本发明箱型钢管焊接组成的Y型立面汇交转换节点实施例的结构示意图、竖向主转换板示意图、主分隔板组合体(不含竖向主转换板)示意图、内部支撑肋板示意图;
图2是本发明Y型立面汇交转换节点实施例的正交侧视图1;
图3是本发明Y型立面汇交转换节点实施例的正交侧视图2,即图2中A-A剖切的示意图;
图4是图2的主分隔板组合体B-B剖切俯视图;
图5是图2的主分隔板组合体C-C剖切俯视图;
图6是图2的主分隔板组合体C-C剖切面(对应图5)的钢筋示意图;
图7是图2的型钢砼直柱中“田”字型钢过渡转换部分的D-D剖切俯视图;
图8是图2的型钢砼直柱中“王”字型钢受力支撑部分的E-E剖切俯视图;
图9是图2的斜柱构件接头横隔板位置F-F剖切图;
图10是图2的上斜柱构件侧面浇灌孔位置的G-G剖切图;
图11a、11b分别是图2(对应图10)的上斜柱构件侧面浇灌孔位置采用内环或外环补强板时的H-H剖切图;
图12a、12b分别是图4的上斜柱构件J-J剖切位置的板件焊接组装图、T形交叉焊接角度小于30°时的焊接大样图;
图13是本发明Y型立面汇交转换节点实施例的各板件焊接拼装流程图;
图14是Y型立面汇交转换节点的线性摄动轴压失稳变形图(正弦波形);
图15是Y型立面汇交转换节点的双重非线性轴压稳定荷载收敛曲线图(极值点);
附图中,各标号所代表的部件如下:
1.竖向主转换板;2.上翼缘转换板一;3.上翼缘转换板二;4.下翼缘转换板一;5.下翼缘转换板二;6.周圈竖向外壁板;7.内部支撑肋板;8.箱型钢管一;9.箱型钢管二;10.型钢砼直柱的型钢构件;11.型钢砼直柱的型钢侧壁加劲板;12.型钢砼直柱的外覆砼;13.斜柱端头横隔板;14.型钢接头加劲腹板;15.型钢砼梁接头的型钢腹板螺栓连接;16.周边抗弯型钢砼梁一的型钢构件;17.周边抗弯型钢砼梁二的型钢构件;18.呈90°垂直刚接型钢砼梁三的型钢构件;19.型钢砼梁一、二的外覆砼;20.型钢砼梁三的外覆砼;21.汇交转换节点中心定位点;22.上斜柱构件相交定位点;23.型钢砼直柱的型钢侧壁加劲板终端定位点;24.上翼缘板混凝土流通孔;25.下翼缘板混凝土流通孔;26.内环或外环补强板;27.封回盖板;28.斜柱构件的侧边浇灌孔;29.斜柱构件的横隔板浇灌孔;30.竖向主转换板混凝土流通孔;31.型钢砼梁三的型钢腹板螺栓连接;32.斜柱组成板件一;33.斜柱组成板件二;34.斜柱组成板件三;35.斜柱组成板件四;36.打底焊;37.全熔透坡口焊;38.型钢砼直柱的外侧栓钉;39.型钢砼直柱的内侧栓钉;40.型钢砼梁一、二的纵筋;41.型钢砼梁一、二的箍筋;42.型钢砼梁一、二在在节点区域的附加纵筋。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图,对本发明所述一种箱型钢管焊接组成的Y型立面汇交转换节点的技术方案进行详细说明。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式,用于说明本发明的构思,均是解释性和示例性的,不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外,本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案,这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本说明书的附图为示意图,辅助说明本发明的构思,示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意,为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构,各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。
一种箱型钢管焊接组成的Y型立面汇交转换节点的结构示意图,如图1a、1b、1c、1d至图2所示,其具体包括主分隔板组合体、斜柱构件接头、型钢砼直柱转换接头、型钢砼梁连接接头;所述主分隔板组合体由竖向主转换板1、内部支撑肋板7、上翼缘转换板、下翼缘转换板和周圈竖向外壁板6组成;所述主分隔板组合体以竖向主转换板1为中心支承受力板件,内部支撑肋板7与竖向主转换板1正交,竖向主转换板1的两侧焊接组装上翼缘转换板、下翼缘转换板,上翼缘转换板一2与上翼缘转换板二3位于内部支撑肋板7上端并相对焊接组装在竖向主转换板1两侧,类似地,下翼缘转换板一4与下翼缘转换板二5位于内部支撑肋板7下端并相对焊接组装在竖向主转换板1两侧,下翼缘转换板一4与下翼缘转换板二5位于上翼缘转换板一2与上翼缘转换板二3下方;周圈竖向外壁板6垂直固定在上翼缘转换板和下翼缘转换板之间,并且与竖向主转换板1外侧和内部支撑肋板7外沿垂直固定连接,从而形成中心支撑构架;斜柱构件接头包括两个由板件焊接组成的箱型钢管一8、箱型钢管二9,两个箱型钢管呈V型焊接在竖向主转换板1两侧,并与上翼缘转换板固定连接;箱型钢管与上翼缘转换板呈50°~80°;所述竖向主转换板1上设有连通两个箱型钢管的通孔30;所述型钢砼直柱转换接头固定在主分隔板组合体正下方,上翼缘转换板和下翼缘转换板上设置有连通箱型钢管与型钢砼直柱转换接头的通孔。所述型钢砼梁连接接头固定在节点的主分隔板组合体水平两侧。整个立面汇交转换节点呈立面Y型。
如图3至图4所示,竖向主转换板1在节点中、上部将汇交节点分隔成独立的两部分,在节点下部则又转换为单根型钢砼直柱的型钢构件10构成的型钢砼直柱转换接头,如图2、图7至图8所示,型钢砼直柱作为斜柱构件转换后的竖向受力支撑构件。包括“田”字型钢转换结构和“王”字型钢受力支撑结构(即型钢砼直柱的型钢构件10)。“田”字型钢转换结构由型钢砼直柱的型钢构件10、型钢侧壁加劲板11所组成;型钢侧壁加劲板11的转换高度不小于1.5倍的“王”字型钢截面高度,厚度不小于斜柱构件接头最大壁厚的1.0倍,且不小于25mm;“王”字型钢柱腹板、中隔板为斜柱构件中部板件汇交转换后的主要受力板件,厚度不小于斜柱构件接头最大壁厚的2.0倍;“王”字型钢柱两侧翼板为斜柱构件两侧壁板汇交转换后的主要受力板件,厚度不小于斜柱构件接头最大壁厚的1.5倍。
作为优选方案,“田”字型钢柱、“王”字型钢柱的中隔板与竖向主转换板1为一体结构。竖向主转换板1在转换之后也即成为“王”字型型钢构件10的中隔板。在箱型钢管一8、箱型钢管二9和型钢砼直柱的型钢构件10所承受的共同轴压作用下,竖向主转换板1作为主受力板件承受沿厚度z方向的受压作用,即需满足钢板的z向性能要求;为实现强核心、弱构件的有效承载模式,基于汇交构件截面代换的节点技术方案,其厚度不小于斜柱构件接头最大壁厚的2.0倍。
如图3所示,竖向主转换板1在型钢砼直柱的型钢侧壁加劲板11终端定位点23处出现斜坡转换并成为“王”字型钢柱的中隔板,斜坡转换可采用倒圆角过渡或切角过渡,切角过渡的切角长边为6t,短边为2t,t为斜柱构件接头最大壁厚。其在转换前和转换后均呈现为平面矩形形状;竖向主转换板1作为主受力分隔板件,转换前矩形各边界与两侧节点板件相交线的距离均不小于斜柱构件接头最大壁厚的2.0倍;转换前矩形上端与箱型钢管一8、箱型钢管二9相交定位点22的距离为斜柱构件接头最大壁厚的2.0倍。
上翼缘转换板一2、上翼缘转换板二3、下翼缘转换板一4和下翼缘转换板二5分别位于竖向主转换板1的两侧,承受箱型钢管一8、箱型钢管二9和型钢砼直柱的型钢构件10的轴压汇交作用,并转换至节点核心区进行承载;基于斜柱构件汇交的截面代换技术方案,其厚度为斜柱构件接头最大壁厚的1.5倍。如图3至图5所示,在上翼缘转换板、下翼缘转换板与箱型钢管一8、箱型钢管二9和型钢砼直柱的型钢构件10相交转换范围开设的混凝土流通孔24、25,以及在竖向主转换板1的上侧开设混凝土流通孔30,流通孔的直径为250mm、形状为长圆形;结合自密实混凝土和振捣的方式,使得节点内部浇灌混凝土通过混凝土流通孔24、25、30填充至主分隔板组合体的各个角落,实现节点承载性能的进一步加强。相应的,在上翼缘转换板、下翼缘转换板之间设置内部支撑肋板7,主要作用既是作为上翼缘转换板、下翼缘转换板在开设混凝土流通孔之后的侧向支撑,以避免上翼缘转换板、下翼缘转换板出现局部失稳破坏,也是作为箱型钢管一8、箱型钢管二9到型钢砼直柱的型钢构件10的中腹板的转换板件,其厚度不小于斜柱构件接头最大壁厚的2.0倍;每个混凝土流通孔24、25仅设置单道的内部支撑肋板7。另外,如图2、图5所示,周圈竖向外壁板6位于上、下翼缘转换板2、3、4、5之间,与竖向主转换板1呈T形焊接,平面组成为箱型截面形式;基于斜柱构件汇交的截面代换设计技术方案,其厚度不小于斜柱构件接头最大壁厚的1.5倍;主要作用是作为斜柱构件的轴压汇交过渡转换。
如图3至图5所示,在沿抗弯型钢砼梁连接接头连接方向的两侧边,上翼缘转换板和下翼缘转换板边界与周圈竖向外壁板6的距离为斜柱构件接头最大壁厚的2.0倍;上翼缘转换板和下翼缘转换板的形状由矩形和下底边与矩形长边相接的梯形组成,矩形与内部支撑肋板7等宽,梯形的上底边宽度与型钢砼梁连接接头宽度相等。梯形的坡度为2:1。上翼缘转换板和下翼缘转换板的梯形区域之间还固定有型钢接头加劲腹板14,型钢接头加劲腹板14内侧与周圈竖向外壁板6焊接。主要作用是与周边抗弯型钢砼梁的型钢构件16、17的腹板进行螺栓连接15,其上根据等强连接原则开设螺栓孔;型钢接头加劲腹板14、上翼缘转换板、下翼缘转换板的端部组成H形型钢牛腿接头作为型钢构件栓焊刚接接头。所述型钢砼梁连接接头为H型钢(周边抗弯型钢砼梁的型钢构件16、17),型钢接头加劲腹板14上开设螺栓孔,型钢接头加劲腹板14与H型钢腹板进行螺栓连接。
作为优选,还包括固定在主分隔板组合体内侧的型钢砼梁三18,型钢砼梁三18可与主分隔板组合体内侧正交或斜交,如图3所示,呈90°垂直型的型钢砼梁三18与竖向主转换板1、上翼缘转换板一2、上翼缘转换板二3、下翼缘转换板一4和下翼缘转换板二5内侧进行刚性栓焊连接,其中型钢砼梁三18的腹板与竖向主转换板1螺栓连接31,以提高侧向支撑刚度。由此,汇交节点的水平连接构件包括周边抗弯型钢砼梁的型钢构件16、17、呈90°刚接型钢砼梁的型钢构件18,如图4、图5所示,其作用为斜柱体系的外框周边楼面梁体系,在斜柱构件的轴压作用下,汇交节点主要呈现平面内变形趋势,周边抗弯型钢构件16、17以及呈90°刚接型钢构件18及其包覆砼组成的型钢砼梁一、二、三均主要为抗弯和抗剪,平面汇交节点一般可忽略平面外楼面方向的轴向拉、压力效应。
如图2、图6所示,斜柱构件接头以下包括节点在内各构件均为型钢砼构件,包括主分隔板组合体、型钢砼直柱转换接头和型钢砼梁连接接头部分,其内侧设置栓钉并浇灌混凝土,外侧设置栓钉并包覆钢筋和混凝土,以对节点进行加强。型钢砼直柱的型钢构件10设置外侧栓钉38、内侧栓钉39,并包覆钢筋和混凝土12,以与混凝土充分接触而形成整体受力模式。型钢砼梁一、二的型钢构件16、17分别设置栓钉并包覆混凝土19、20,其纵筋40和箍筋41的设置示意如图6所示。型钢砼梁一、二在节点核心区域附加纵筋42进行加强。
如图2、图4、图8所示,节点上方的斜柱构件接头均由四块板件32、33、34、35焊接组合而成,包括箱型钢管一8、箱型钢管二9,横截面为箱型截面;斜柱构件接头与周边抗弯型钢砼梁的型钢构件16、17的夹角优选约为70°,对称布置于竖向主转换板1的两侧,即分别位于主分隔板组合体的上方两个方位。节点下方的型钢砼直柱转换接头由“田”字转换过渡部分、“王”字支撑受力部分组成,后者由五块板件焊接组合而成,即型钢构件10,与型钢砼梁的型钢构件16、17夹角为90°。
所述斜柱构件8、9以及型钢砼直柱的型钢构件10与竖向主转换板1、上翼缘转换板、下翼缘转换板为全熔透的坡口焊接;其中箱型钢管一8、箱型钢管二9与竖向主转换板1的交叉焊接角度小于30°,需做内部打底焊,箱型钢管一8、箱型钢管二9和型钢砼直柱的型钢构件10的中线汇交于节点中心定位点21。
如图2、图9所示,斜柱构件接头8、9的端部设置端头横隔板13,端头横隔板13的中心开设直径300mm的横隔板浇灌孔29,便于箱型钢管一8、箱型钢管二9以及主分隔板组合体内部的混凝土浇灌以及与斜柱构件内部混凝土的流通;箱型钢管一8、箱型钢管二9在端头位置与斜柱构件为全熔透的坡口对接焊接,焊缝等级为一级,以满足强节点的设计要求。
如图2、图10至图11a、11b所示,当由于施工进度原因,有时需要在浇灌斜交节点内部混凝土的同时不影响上部钢结构构件的安装,可在箱型钢管一8、箱型钢管二9的内侧边开设侧边浇灌孔28,并进行环形板贴焊补强,该技术方案作为可选方案提供。
所述侧边浇灌孔28开设在上箱型钢管一8、箱型钢管二9的内侧边,中心距离楼面为800mm,侧边浇灌孔28的平面形状为长圆孔,直径250mm、平直段150mm;由于斜柱构件承受轴力作用,在斜柱构件内侧或外侧的浇灌孔处需设置内环或外环补强板26,其厚度同对应斜柱构件接头壁厚;内部混凝土浇筑完成后,侧边浇灌孔28处采用同斜柱构件接头壁厚、同浇灌孔形状的封回盖板27进行坡口焊接封回。
如图12a、12b至图13所示,本发明涉及节点构造的具体各板件焊接拼装流程如下:
(1)竖向主转换板1为主受力构件,将下翼缘转换板4、5焊接于竖向主转换板1上,将内部支撑肋板7焊接于下翼缘转换板4、5和竖向主转换板1,将周圈竖向外壁板6相互拼装,并焊接于竖向主转换板1和下翼缘转换板4、5上;
(2)将上翼缘转换板2、3与步骤(1)所述各板件焊接连接,形成中心支撑构架;
(3)将型钢砼梁的型钢接头加劲腹板14开设螺栓孔,并焊接于步骤(2)所述中心支撑构架上,形成节点核心区板件体系;
(4)箱型钢管一8、箱型钢管二9均为箱型柱件,由处于节点两侧的板件三34、板件四35、内侧的板件一32、外侧的板件二33焊接组成,其中板件一32、板件二33与竖向主转换板1相邻边缘为斜边并与竖向主转换板1焊接;
箱型钢管一8、箱型钢管二9中各组成板件焊接顺序依次为组成板件一32、组成板件二33、组成板件三34、端头横隔板13、组成板件四35,组装焊接过程中,当交叉焊接角度小于30°时,需做锐角一侧打底焊36、钝角一侧全熔透焊37,如图12b所示。
(5)将型钢砼直柱的型钢构件10与中心支撑构架焊接,其中型钢构件10的中隔板过渡为竖向主转换板1,型钢砼直柱设置外侧栓钉38、内侧栓钉39,再将型钢侧壁加劲板11焊接至型钢构件10、中心支撑构架上。
周边抗弯型钢构件16、17以及呈90°刚接型钢构件18及其包覆砼组成的型钢砼安装流程为:先安装周边抗弯型钢构件16、17,再安装呈90°刚接型钢构件18,最后浇筑外包覆砼。
如图14所示,Y型立面汇交转换节点的首阶线性摄动轴压失稳变形为正弦波形,该波形作为汇交转换节点的初始几何缺陷施加,缺陷幅值为斜柱构件边长的1/150。
如图15所示,Y型立面汇交转换节点的双重非线性轴压稳定荷载收敛曲线为极值点失稳破坏,失稳后不能持续承载,但未计入内部混凝土加强作用的极限失稳荷载系数为1.703,具有较好的线弹性承载性能、抗震性能储备度较为充足。
本发明的Y型立面汇交转换节点可用于矩形平面超高层斜柱体系的上部结构底部转换连接,其中超高层为建筑高度大于100米的民用建筑。
相比较于现有技术的不足,本发明提供的一种箱型钢管焊接组成的Y型立面汇交转换节点,主要是由各类板件和加劲肋所组成,斜柱构件承受的轴向压力通过主分隔板组合体、型钢砼直柱的“田”字型钢部分转换至型钢砼直柱上,板件组成模块明确、传力清晰;基于截面代换技术方案的节点板件构造设计方法,保证了本发明有效符合强核心、弱构件的合理受力模式;基于非线性失稳破坏的极限分析,保证了本发明在满足斜柱体系较好抗震性能以避免脆性破坏的同时,充分发挥了其巨大抗侧承载力性能。
本发明不局限于上述实施方式,任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品,但不论在其形状或结构上作任何变化,凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案,均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种箱型钢管焊接组成的Y型立面汇交转换节点,其特征在于,包括主分隔板组合体、斜柱构件接头、型钢砼直柱转换接头、型钢砼梁连接接头;
所述主分隔板组合体由竖向主转换板(1)、与竖向主转换板(1)正交的内部支撑肋板(7)、分别焊接组装在竖向主转换板(1)两面、内部支撑肋板(7)顶端的上翼缘转换板、分别焊接组装在竖向主转换板(1)两面、内部支撑肋板(7)底端的下翼缘转换板、垂直固定在上翼缘转换板和下翼缘转换板之间、并与竖向主转换板(1)外侧和内部支撑肋板(7)外沿垂直固定连接的周圈竖向外壁板(6)组成;所述斜柱构件接头包括两个由板件焊接组成的箱型钢管,两个箱型钢管呈V型焊接在竖向主转换板(1)两侧,并与上翼缘转换板固定连接;箱型钢管与上翼缘转换板呈50°~80°;所述竖向主转换板(1)上设有连通两个箱型钢管的通孔30;所述型钢砼直柱转换接头固定在主分隔板组合体正下方,上翼缘转换板和下翼缘转换板上设置有连通箱型钢管与型钢砼直柱转换接头的通孔。所述型钢砼梁连接接头固定在节点的主分隔板组合体水平两侧。
2.根据权利要求1所述的一种箱型钢管焊接组成的Y型立面汇交转换节点,其特征在于,上翼缘转换板和下翼缘转换板的形状由矩形和下底边与矩形长边相接的梯形拼接组成,矩形与内部支撑肋板(7)等宽,梯形的上底边宽度与型钢砼梁连接接头宽度相等。梯形的坡度为2:1。上翼缘转换板和下翼缘转换板的梯形区域之间还固定有型钢接头加劲腹板(14),型钢接头加劲腹板(14)、上翼缘转换板、下翼缘转换板的端部组成H形型钢牛腿接头作为型钢构件栓焊刚接接头。
3.根据权利要求1所述的一种箱型钢管焊接组成的Y型立面汇交转换节点,其特征在于,所述型钢砼梁连接接头为H型钢,型钢接头加劲腹板(14)上开设螺栓孔,型钢接头加劲腹板(14)与H型钢腹板进行螺栓连接。
4.根据权利要求1所述的一种箱型钢管焊接组成的Y型立面汇交转换节点,其特征在于,还包括固定在主分隔板组合体内侧的型钢砼梁三(18)。
5.根据权利要求1所述的一种箱型钢管焊接组成的Y型立面汇交转换节点,其特征在于,所述型钢砼直柱转换接头由依次固定在主分隔板组合体正下方的“田”字型钢柱和“王”字型钢柱组成。“田”字型钢柱的中隔板与“王”字型钢柱中隔板设有倒圆角过渡或切角过渡,切角过渡的切角长边为6t,短边为2t,t为斜柱构件接头最大壁厚。
6.根据权利要求5所述的一种箱型钢管焊接组成的Y型立面汇交转换节点,其特征在于,所述“田”字型钢柱的高度为“田”字型钢柱截面高度的1.5倍。“田”字型钢柱、王字型钢柱的腹板、两侧翼板以及内部支撑肋板的厚度分别不小于斜柱构件接头最大壁厚的2.0、1.5、2.0倍;“田”字型钢柱的侧壁加劲板11厚度不小于各斜柱构件接头最大壁厚的1.0倍,且不小于25mm。
7.根据权利要求5所述的一种箱型钢管焊接组成的Y型立面汇交转换节点,其特征在于,“田”字型钢柱、“王”字型钢柱的中隔板与竖向主转换板(1)为一体结构。
8.根据权利要求1所述的一种箱型钢管焊接组成的Y型立面汇交转换节点,其特征在于,所述箱型钢管的顶端还设置有斜柱端头横隔板(13),斜柱端头横隔板(13)上设置有通孔。
9.根据权利要求1所述的一种箱型钢管焊接组成的Y型立面汇交转换节点,其特征在于,竖向主转换板(1)、上翼缘转换板、下翼缘转换板、周圈竖向外壁板(6)的厚度分别不小于斜柱构件接头最大壁厚的2.0、1.5、1.5倍。
10.权利要求1-9任一所述的箱型钢管焊接组成的Y型立面汇交转换节点在斜柱体系矩形平面超高层的上部结构底部连接中的应用。
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