CN112942595A - 一种用于装配式组合结构的异形柱及梁柱节点连接构造 - Google Patents

一种用于装配式组合结构的异形柱及梁柱节点连接构造 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于装配式组合结构的异形柱及梁柱节点连接构造，包括异形柱和框架梁，异形柱采用异形钢管混凝土柱；框架梁采用外包U形钢‑混凝土组合梁；异形柱的异形钢管包括焊接的若干U形钢板和内部缀板或内部桁架钢筋；框架梁的U形钢与异形柱通过U形连接梁和端连接板连接，端连接板预先在工厂内焊接于异形柱壁外侧，U形连接梁焊接于端连接板外侧；框架梁的U形钢在现场垂直放入U形连接梁内，并在框架梁的U形钢和U形连接梁之间形成键槽配合，分别承受框架梁下翼缘的拉压应力和框架梁腹板的拉压应力。本发明中异形柱受力合理，与框架梁连接构造简单，生产及安装方便，现场无焊接、螺栓连接等复杂作业，施工质量容易保证，施工速度快。

Description

一种用于装配式组合结构的异形柱及梁柱节点连接构造
技术领域
本发明涉及组合结构领域，特别涉及一种用于装配式组合结构的异形柱及梁柱节点连接构造。
背景技术
目前，适用于装配式建筑及满足新型建筑工业化发展要求的框架结构体系主要有装配式混凝土框架、钢框架、钢-混凝土组合框架等。
装配式框架结构体系的核心是梁柱节点连接形式，其在满足结构受力要求的前提下，应尽可能方便生产和施工，同时力求节约材料用量，降低综合成本。
装配式混凝土框架结构：一般采用预制柱和叠合梁，上下层预制柱采用套筒灌浆连接或底部后浇+机械连接的方式，叠合梁与预制柱的连接节点一般采用现浇方式。该体系材料成本较低，但施工周期较长。
钢框架结构：框架柱一般采用矩形钢管柱或H形钢柱，钢梁一般采用H形截面。梁柱连接可采用带短梁、翼缘焊接腹板栓接或全焊接连接形式。框架柱截面还可采用异形组合截面。该体系施工周期短，但材料成本较高。
钢-混凝土组合框架结构：一般框架柱采用矩形钢管混凝土柱，框架梁采用H形钢梁等普通截面形式。该体系与钢框架结构体系相近，主要用于高层及超高层建筑。
组合框架结构体系一定程度上综合了混凝土框架结构和钢框架结构的特点，若能取长补短，将会是一种更优的适用于装配式建筑的结构体系。
但目前组合框架结构体系中框架柱一般采用矩形或方形柱，用于住宅建筑时，由于墙体厚度一般小于柱截面尺寸，因此会产生“露柱”现象，影响建筑使用功能，不符合住户习惯。
框架柱采用尺寸与墙体尺寸相当的异形柱则可避免上述问题；此外，目前组合框架结构中框架梁一般采用普通钢梁，其与框架柱一般采用焊接或螺栓连接，施工工艺较复杂，当采用异形柱时，梁柱节点连接工艺更复杂，质量不易保证，施工速度慢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于装配式组合结构的异形柱及梁柱节点连接构造。其中异形柱采用T形、L形或十字形钢管混凝土柱，异形柱的异形钢管由若干U形钢板和内部缀板或桁架钢筋焊接组成，框架梁采用外包U形钢-混凝土组合梁，框架梁通过U形连接梁与异形柱连接，具体为通过在框架梁及U形连接梁内设置贴板，使二者的接触面形成键槽机制，进而实现梁柱节点连接。通过本发明，可解决传统框架结构的室内露柱问题以及传统连接构造存在的施工工艺复杂、施工质量不容易保证、施工速度慢等问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提出的一种用于装配式组合结构的异形柱及梁柱节点连接构造，包括异形柱和框架梁，所述异形柱采用T形、L形或十字形的钢管混凝土柱，所述框架梁采用外包U形钢-混凝土组合梁；其特征在于，所述异形柱的异形钢管由若干U形钢板和内部缀板或桁架钢筋焊接组成，框架梁的U形钢与异形柱通过U形连接梁和端连接板连接，所述端连接板预先在工厂内焊接于异形柱壁外侧，所述U形连接梁预先在工厂内焊接于所述端连接板外侧；所述框架梁的U形钢在现场垂直放入所述U形连接梁内，并在框架梁的U形钢和U形连接梁之间形成键槽配合。
进一步地，所述异形钢管当内部设缀板时，缀板竖直设置且沿竖向等间距布置，缀板两端与对应U形钢板焊接；当内部设桁架钢筋时，桁架钢筋由单根钢筋连续弯折形成，桁架钢筋竖直设置且弯折部位与对应U形钢板焊接。
进一步地，所述U形连接梁位于U形钢的外侧，且应完全包覆U形钢的两侧腹板和下翼缘，U形连接梁的长度不小于U形钢的截面高度。
进一步地，所述U形钢的两侧腹板和下翼缘外侧均分别贴设至少1块第一贴板；所述U形连接梁的两侧腹板和下翼缘内侧均分别贴设至少1块第二贴板，且第二贴板与第一贴板交错设置形成键槽配合。
本发明具有如下优点：
1)异形柱可解决室内露柱问题，且受力合理、节省材料；
2)节点现场施工无需焊接和螺栓连接等复杂作业，操作简单，施工质量容易保证；
3)框架梁的U形钢及U形连接梁均在工厂生产，贴板构造简单，便于加工；
4)现场施工速度快，对施工条件要求较低。
附图说明
图1为本发明实施例的一种用于装配式组合结构的异形柱及梁柱节点连接构造三维示意图，其中异形柱为T形钢管混凝土柱。
图2的(a)、(b)、(c)为图1中T形异形柱的截面构造及纵剖面图；图2的(d)和(e)分别为L形异形柱的和十字形异形柱的截面构造，其纵剖面图与图2的(b)和(c)相同；图2的(a)、(d)和(e)中圆圈内分别为T形钢管、L形钢管、十字形钢管的分解示意图；图1中的T形异形柱可由图2的(d)和(e)中的L形异形柱和十字形异形柱代替。
图3的(a)和(b)为图1中框架梁的U形钢和U形连接梁的键槽配合示意图。
图4的(a)～(g)分别为图1中节点连接构造的主视图及剖面图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
为了更好地理解本发明，以下详细阐述本发明提出的一种用于装配式组合结构的异形柱及梁柱节点连接构造的应用实例。
参见图1，本发明实施例的一种用于装配式组合结构的异形柱及梁柱节点连接构造，包括异形柱1和框架梁2，异形柱1采用T形钢管混凝土柱，其由T形钢管11和内部混凝土12组成；框架梁2采用外包U形钢-混凝土组合梁，包括U形钢21和填充于U形钢21内部及顶部楼板5的混凝土22，U形钢21在开口处对称设有向内弯折的上翼缘23，U形钢21的截面尺寸需满足受力计算要求，壁厚最小为4mm，两侧上翼缘23的净距最小为60mm，以便于混凝土浇筑，为实现U形钢21与其顶部楼板5的混凝土的组合受力，需在U形钢21的上翼缘23上设置抗剪连接件24，抗剪连接件24采用槽钢或角钢，与U形钢21的上翼缘23焊接固定，抗剪连接件24的尺寸需满足U形钢21与顶部楼板混凝土的界面抗剪要求，间距为100～300mm。
框架梁2的U形钢21与异形柱1通过U形连接梁3连接，U形连接梁3的长度需不小于U形钢21的截面高度，截面为不带上翼缘的纯U形，截面尺寸需根据U形钢21确定，且壁厚比其至少大2mm，具体地，U形连接梁3的截面位于U形钢21的外侧，且应完全包覆U形钢21的两侧腹板和下翼缘。
U形连接梁3预先在工厂内焊接于异形柱1的侧壁，具体地，当U形连接梁3与异形柱1沿肢厚方向的端面连接时，首先在异形柱1沿肢厚方向的端部与U形连接梁3的截面对应位置焊接第一端连接板13；然后在第一端连接板13的两侧背面设置上部侧连接板14和下部侧连接板15，两个上部侧连接板14和两个下部侧连接板15均与异形柱1的侧面及第一端连接板13焊接；最后将U形连接梁3焊接于第一端连接板13，如此则框架梁2的U形钢21所承受的力先传给U形连接梁3，再通过第一端连接板13、上部侧连接板14和下部侧连接板15传给异形柱1；同时，在第一端连接板13的上部与框架梁2的上部纵向钢筋25对应位置处焊接套筒16，通过将上部纵向钢筋25拧入套筒16来将其承受的力传给异形柱1；第一端连接板13左右两侧应超出异形柱1端部宽度至少25mm，下侧应超出U形连接梁3的下翼缘至少25mm，上侧应超出套筒16至少25mm，且第一端连接板13、上部侧连接板14和下部侧连接板15的尺寸及厚度应根据传力要求确定，且厚度不小于6mm。当U形连接梁3与异形柱1沿肢长方向的侧面连接时，仅在异形柱1对应位置处焊接第二端连接板17，第二端连接板17的上部与框架梁2的上部纵向钢筋25对应位置处焊接套筒16，最后将U形连接梁3与第二端连接板17焊接，将上部纵向钢筋25拧入套筒16，实现节点传力；第二端连接板17的尺寸及厚度应根据传力要求确定，且厚度不小于6mm。
参见图2，(a)中异形柱1的T形钢管11由第一U形钢板111、第二U形钢板112、第三U形钢板113和沿异形柱1竖向设置的若干缀板18(如图2中(b)所示)或若干道桁架钢筋19(如图2中(c)所示)焊接组成；各U形钢板的厚度应根据异形柱1的受力需要确定且不小于4mm；异形柱1的各肢厚度b1、b2为150～300mm，各肢高度与厚度之比h1/b1和h2/b2均为2～8；缀板18沿竖向设置，其宽度根据异形柱1的各肢厚度确定，其高度为50～100mm，其厚度应符合异形柱1的受力要求且不小于4mm，水平间距和竖向间距为150～300mm，缀板18的两端与对应U形钢板的内壁焊接；桁架钢筋19由单根钢筋连续弯折而成，钢筋直径为8～12mm，其尺寸和弯折角度应符合异形柱1的受力要求，水平间距和弯折点竖向间距为150～300mm，所有弯折点与对应U形钢板的内壁焊接；
在另一实施例中，参见图2的(d)，异形柱11a为L形，采用的L形钢管11a由第四U形钢板111a、第五U形钢板112a和沿竖向设置的若干缀板18或若干道桁架钢筋19焊接组成；在另一实施例中，参见图2的(e)，异形柱11b为十字形，采用的十字形钢管11b由第六U形钢板111b、第七U形钢板112b、第八U形钢板113b、第九U形钢板114b和沿竖向设置的若干缀板18或若干道桁架钢筋19焊接组成；L形异形柱11a和十字形异形柱11b的尺寸要求、内部缀板或桁架钢筋构造要求均与图2的(a)中T形异形柱相同。
图1中的T形异形柱1可由图2的(d)中的L形异形柱或图2的(e)中的十字形异形柱代替，其余构造均保持不变。
参见图3，框架梁2的U形钢21和U形连接梁3之间采用键槽配合，图3的(a)为装配前的示意图，图3的(b)为装配后的示意图。具体地，在框架梁2的U形钢21的两侧腹板和下翼缘外侧均分别贴设至少1块贴板(一般不超过3块)，本实施例中在U形钢21的两侧腹板和下翼缘外侧均分别贴设第一贴板211和第二贴板212(即U形钢21的两侧腹板和下翼缘外侧各设置两块贴板)，第一贴板211和第二贴板212沿U形钢21长度方向的尺寸及间距根据U形连接梁3的长度按等分原则确定(本实施例中均为U形连接梁3的长度的1/4)，第一贴板211设在U形钢21端部并保证二者端部齐平，每个第一贴板211和第二贴板212均作为U形钢21的凸键，并在第一贴板211和第二贴板212之间形成凹槽26；在U形连接梁3的两侧腹板和下翼缘内侧均分别贴设与第一贴板211、第二贴板212相互错开的第三贴板31和第四贴板32(即U形连接梁3的两侧腹板和下翼缘外侧各设置两块贴板，第三贴板31正对第一贴板211和第二贴板212之间形成凹槽26)，每个第三贴板31和第四贴板32均作为U形连接梁3的凸键，第三贴板31与异形柱壁上的端连接板之间形成凹槽33，第三贴板31与第四贴板32之间形成凹槽34。装配时，U形钢21的第一贴板211和第二贴板212分别卡入U形连接梁的凹槽33和凹槽34内，同时U形连接梁的第三贴板31卡入U形钢21的凹槽26内，即保证凸键与凹槽相配合。
参见图4的(a)～(g)，现场安装框架梁2的U形钢21时，预先在U形钢21的第一贴板211和第二贴板212的与凹槽配合的端面涂抹粘接剂，粘接剂采用环氧树脂胶等类似材料，然后将U形钢21垂直放入U形连接梁3内，使U形钢21外表面的第一贴板211和第二贴板212分别卡入U形连接梁3内第三贴板31与对应端连接板及第四贴板32形成的凹槽内，并相互挤紧。侧面凸键及凹槽共同形成键槽机制，以承受框架梁2的U形钢21腹板的拉压应力；底面凸键及凹槽共同形成键槽机制，以承受框架梁2的U形钢21下翼缘的拉压应力。在框架梁2的U形钢21顶部设置沿U形钢21长度方向的框架梁上部纵筋25，框架梁上部纵筋25拧入焊接于对应端连接板上的套筒16。
此外，在楼板5范围内设置楼板纵向钢筋51，并设置垂直于楼板纵向钢筋51的上部横向钢筋52和下部横向钢筋53，所有钢筋设置完成后，向框架梁2的U形钢21内及楼板5范围内浇筑混凝土，完成框架梁及楼板的施工。
综上所述，本发明从生产及施工方便的角度出发，并兼顾结构受力要求，提出一种异形框架柱构造及其与框架梁的连接构造，其中框架柱采用异形钢管混凝土柱，框架梁采用外包U形钢-混凝土组合梁，二者均可充分发挥钢和混凝土两种材料组合受力的优势；梁柱节点连接构造力争实现生产和施工简单、方便、快捷的目的。
在本文的描述以及附图中，对本发明的产品和方法描述为特殊的形状、材料或工艺顺序，并且针对一些具体的实施例为了说明的目的提供了一些详细的参数。然而，应该理解这些具体描述并不对本发明的技术方案产生限制作用；也就是说有关形状、材料或工艺顺序的更改和变通仍然被包含在本发明的精神和范围之内。

Claims (9)

1.一种用于装配式组合结构的异形柱及梁柱节点连接构造，包括异形柱和框架梁，所述异形柱采用T形、L形或十字形钢管混凝土柱，所述框架梁采用外包U形钢-混凝土组合梁；其特征在于，所述框架梁的U形钢与异形柱通过U形连接梁和端连接板连接，所述端连接板预先在工厂内焊接于异形柱壁外侧，所述U形连接梁预先在工厂内焊接于所述端连接板外侧；所述框架梁的U形钢在现场垂直放入所述U形连接梁内，并在框架梁的U形钢和U形连接梁之间形成键槽配合。
2.根据权利要求1所述的异形柱及梁柱节点连接构造，其特征在于，所述异形柱包括异形钢管、焊接于所述异型钢管内侧壁的若干缀板和填充于所述异型钢管内部的混凝土；所述异形钢管由若干U形钢板围合焊接构成，所述异形钢管内部焊接有若干缀板，所述缀板沿所述异形柱竖向等间距布置，且各缀板两端与对应的U形钢板焊接。
3.根据权利要求1所述的异形柱及梁柱节点连接构造，其特征在于，所述异形柱包括异形钢管、焊接于所述异型钢管内侧壁的若干桁架钢筋和填充于所述异型钢管内部的混凝土；所述异形钢管由若干U形钢板围合焊接构成，所述桁架钢筋由单根钢筋连续弯折形成，所述桁架钢筋竖直设置且弯折部位与对应的U形钢板焊接。
4.根据权利要求1中所述的异形柱及梁柱节点连接构造，其特征在于，所述U形连接梁位于U形钢的外侧，且应完全包覆U形钢的两侧腹板和下翼缘，U形连接梁的长度不小于U形钢的截面高度。
5.根据权利要求4所述的异形柱及梁柱节点连接构造，其特征在于，所述U形钢的两侧腹板和下翼缘外侧均分别贴设至少1块第一贴板；所述U形连接梁的两侧腹板和下翼缘内侧均分别贴设至少1块第二贴板，且第二贴板与第一贴板交错设置形成键槽配合。
6.根据权利要求1所述的梁柱节点连接构造，其特征在于，所述U形钢在开口处对称设有向内弯折的上翼缘，该上翼缘上设置有抗剪连接件。
7.根据权利要求6所述的梁柱节点连接构造，其特征在于，所述抗剪连接件采用槽钢或角钢。
8.根据权利要求1所述的梁柱节点连接构造，其特征在于，当所述端连接板设置于沿肢厚方向的异形柱壁外侧时，在所述端连接板的上下端与所述异形柱之间还分别焊接有沿肢长方向设置的侧连接板。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的梁柱节点连接构造，其特征在于，所述端连接板上与所述框架梁上部纵筋对应位置处焊接有钢筋套筒。
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