CN113062476B - 一种重载大跨度组合梁-柱结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重载大跨度组合梁‑柱结构及施工方法，该结构包括：立柱，为钢柱或钢骨混凝土柱；悬臂梁，采用H型钢，一端与立柱焊接，另一端上侧开切口；端板，竖向设置在切口中，并与H型钢的腹板、上翼缘焊接连接；大跨度组合梁，与悬臂梁采用栓焊组合连接，由圆钢管和T型钢构成，圆钢管布置于T型钢的腹板上方并与腹板焊接，圆钢管端面与端板外表面焊接连接，T型钢的腹板、下翼缘采用连接板和高强螺栓与H型钢的腹板、下翼缘连接。本发明提供的大跨度组合梁‑柱结构，尤其适用于承担屋面重载，其刚度大、荷载传力明确、跨中挠度低、承载力高、整体性好。其构造简单、截面的高度和宽度小、节省材料。

Description

一种重载大跨度组合梁-柱结构及施工方法

技术领域

本发明涉及建筑梁柱结构领域，具体涉及一种重载大跨度组合梁-柱结构及施工方法。

背景技术

近些年来，随着生活水平的提高和经济水平的持续发展，一些人员集中、物资集中的建筑物对内部空间的要求越来越高，对大跨度结构的使用也越来越多。大跨度结构多用于民用建筑中的影剧院、体育馆、展览馆、大会堂、航空港候机大厅及其他大型公共建筑，工业建筑中的大跨度厂房、飞机装配车间和大型仓库等。在这些大跨度建筑中，需要一个有足够强度的主梁，组合钢梁在其中的应用很是广泛。

所谓组合就必须要两种及以上的材料方可形成，而组合中的材料需要共同受力。钢-混凝土组合梁是由钢梁与混凝土板组成的一种典型的组合结构，受力时二者同时变形，提高了梁的耐久性和稳定性，充分利用了钢材和混凝土的材料特性。

现有技术中的组合梁，主要通过混凝土和钢梁的上翼缘进行抗压，这要求混凝土要有足够的高度和宽度，钢梁的上翼缘不能很好的承托住混凝土板，混凝土板会有较长的悬挑，抗扭刚度差且不利于传递竖向荷载。混凝土和钢梁是主要依靠抗剪连接件进行连接，混凝土与翼缘板易发生滑移，整体性较差，不利于混凝土板和钢梁的共同作用。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的主要目的是提供一种重载大跨度组合梁-柱结构及施工方法，以解决现有技术中的一个或多个问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明首先提供一种重载大跨度组合梁-柱结构，包括：

立柱，为钢柱或钢骨混凝土柱；

悬臂梁，采用H型钢，一端与立柱焊接，另一端上侧开切口；

端板，竖向设置在切口中，并与H型钢的腹板、上翼缘焊接连接；

大跨度组合梁，与悬臂梁采用栓焊组合连接，由圆钢管和T型钢构成，圆钢管布置于T型钢的腹板上方并与腹板焊接，圆钢管端面与端板外表面焊接连接，T型钢的腹板、下翼缘采用连接板和高强螺栓与H型钢的腹板、下翼缘连接。

优选的，钢柱为方形钢管或H型钢柱，与悬臂梁焊接连接，H型钢柱对应悬臂梁的截面焊接相同厚度的加劲板；通过增设加劲板，能够增强悬臂梁与立柱连接部位立柱的强度，防止立柱发生局部破坏和失稳；钢骨混凝土柱内部钢骨与悬臂梁焊接连接，柱外部混凝土与大跨度组合梁上的混凝土一体浇筑；通过内部骨架连接，外部混凝土一体浇筑，能够获得更高的整体强度以及局部节点强度，整个结构的安全系数更高。

优选的，H型钢腹板两侧纵向焊接两条加劲板，加劲板在H型钢腹板上的高度位置正对圆钢管的中心。腹板两侧的加劲板首先能够增强悬臂梁的抗弯刚度和稳定性，同时通过将该加劲板正对圆钢管的中心，增强端板的抗变形强度，从而能够提升圆钢管与端板节点连接强度。

优选的，切口为H型钢上翼缘及腹板上部一定范围内裁切而成，切口深度与端板厚度一致，使得端板外表面与H型钢端面齐平，切口高度小于端板高度，使得端板伸出H型钢上翼缘一定高度。通过将切口深度与端板厚度设计一致，端板安装后其外表面与H型钢端面齐平，组合梁与H型钢悬臂梁连接时T型钢的腹板能够与H型钢的腹板紧密贴合不留缝隙，便于连接板的连接以及确保接头处的连接强度。另外，通过将切口高度设计为小于端板高度，端板伸入钢筋笼内，浇筑梁上混凝土后与钢筋笼一起锚固在混凝土内，将悬臂梁和圆钢管形成一个牢固的整体。

优选的，大跨度组合梁由纵筋、箍筋、栓钉、圆钢管、混凝土、T型钢构成，纵筋和箍筋绑扎成钢筋笼布置于圆钢管上，钢筋笼覆盖悬臂梁段，栓钉按照一定间距焊接在圆钢管顶部，圆钢管顶部开设有混凝土浇筑孔和排气孔，圆钢管内密实充填混凝土，圆钢管外部与悬臂梁上的混凝土整体浇筑。通过悬臂梁和组合梁上的混凝土共同浇筑，能够提供良好的整体性。

优选的，钢筋笼在悬臂梁段的箍筋加密。节点处形成箍筋加密区，增加节点强度，提高节点承载力和抗震能力。

优选的，圆钢管两侧和上部钢筋笼混凝土整体浇筑，两侧混凝土自上部混凝土板的底面倾斜延伸至圆钢管的水平中心面边缘，包裹圆钢管两侧的上半部分。整体浇筑增加了组合梁的整体性，更有利于钢梁承托上部的混凝土板，也有利于荷载的竖向传递。

优选的，大跨度组合梁还设置有加劲肋，加劲肋按照一定间距布置在T型钢腹板两侧，且其上端为弧形，包裹圆钢管两侧的下半部分，与圆钢管贴合并焊接。加劲肋增加了组合梁的抗扭刚度，提高T型钢的整体稳定性。加劲肋上端设计为弧形，包裹圆钢管两侧的下半部分，能够更好地与圆钢管形成一体，确保圆钢管与T型钢的连接强度，防止圆钢管从T型钢上倾斜失稳。

优选的，T型钢腹板顶部与悬臂梁、圆钢管交界处进行切角处理；和/或，加劲肋顶部与圆钢管、T型钢腹板交界处进行切角处理。焊接时能够避免焊缝交叉，减小焊接残余应力的影响，避免出现应力集中现象，提高焊接质量。

本发明还提供一种重载大跨度组合梁-柱结构的施工方法，包括如下步骤：

制作悬臂梁，并在悬臂梁一端裁切形成切口；

将悬臂梁另一端与立柱进行焊接连接，并在切口中焊接端板；

将圆钢管和T型钢进行焊接，再将加劲肋和栓钉按一定间距焊接到指定位置；

对圆钢管下半部分、T型钢和加劲肋进行防腐涂装；

将焊接后的组合梁钢骨吊装到指定位置，将组合梁与悬臂梁进行栓焊组合连接；

对圆钢管内部进行混凝土浇筑，将圆钢管内部密实充填混凝土；

在圆钢管上绑扎纵筋和箍筋形成钢筋笼，钢筋笼覆盖悬臂梁段；

安装上部混凝土的模板，进行整体浇筑，待混凝土达到设计强度后，拆除模板和支撑设施。

本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明提供一种用于承担屋面重载的大跨度组合梁-柱结构，其刚度大、荷载传力明确、跨中挠度低、承载力高、整体性好。其构造简单、截面的高度和宽度小、节省材料。具体而言，至少具有如下实际效果：

（1）悬臂梁和组合梁采用栓焊混合连接，有很好的延性和耗能能力；

（2）组合梁钢筋笼覆盖悬臂梁，悬臂梁和组合梁上的混凝土共同浇筑，有良好的整体性；

（3）悬臂梁端部特殊设计，端板的设置保障了悬臂梁与组合梁在节点处的连接强度，同时通过端板、梁上混凝土将悬臂梁和圆钢管形成一个牢固的整体；

（4）钢管混凝土和T型钢的组合，大大增加了组合梁的截面刚度，增强了梁的抗弯能力；

（5）钢管内部填充混凝土后成为钢管混凝土，与混凝土板共同承担压应力，混凝土板的高度和宽度都得以减小，大大减小了截面面积并节省材料；

（6）组合梁段上混凝土包裹住圆钢管的上半部分，而且圆钢管横向边缘处的混凝土是倾斜延伸的，增加了组合梁的整体性，也有利于荷载的竖向传递。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。

图1为本发明一个实施例的组合梁-柱结构示意图；

图2为本发明一个实施例的组合梁-柱节点钢骨正视图；

图3为本发明一个实施例的组合梁-柱节点钢骨分解示意图；

图4为本发明一个实施例的组合梁横截面示意图；

图5为本发明一个实施例的组合梁钢骨示意图；

图6为本发明一个实施例的悬臂梁示意图；

图7为本发明一个实施例的组合梁-柱节点整体结构示意图；

图8为本发明又一个实施例的组合梁-H型钢柱节点结构示意图；

图9为本发明再一个实施例的组合梁-钢骨混凝土柱节点结构示意图。

图中：1—立柱，2—悬臂梁，3—连接板，4—高强螺栓，5—端板，6—纵筋，7—箍筋，8—栓钉，9—圆钢管，10—混凝土，11—加劲肋，12—T型钢，13—排气孔，14—H型钢柱，15—钢骨混凝土柱，16-切口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例作进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

需要理解的是，术语“包括/包含”、“由……组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

还需要理解的是，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。

参见图1-7，本发明首先提供一种重载大跨度组合梁-柱结构，包括：

立柱1，为钢柱或钢骨混凝土柱。

悬臂梁2，采用H型钢，一端与立柱1焊接，另一端上侧开切口16，具体参见图6所示；

端板5，竖向设置在切口16中，并与H型钢的腹板、上翼缘焊接连接，端板外表面与H型钢端面齐平；

大跨度组合梁，与悬臂梁2采用栓焊组合连接，由圆钢管9和T型钢12构成，圆钢管9布置于T型钢12的腹板上方并与腹板焊接，圆钢管9端面与端板5外表面焊接连接，T型钢12的腹板、下翼缘采用连接板3和高强螺栓4与悬臂梁H型钢的腹板、下翼缘连接。栓焊混合连接能够提供很好的延性和耗能能力。

通过上述结构，本发明获得的组合梁-柱结构适于承担屋面重载，跨度大，刚度大、荷载传力明确、跨中挠度低、承载力高、整体性好。其构造简单，在满足承载强度和变形刚度的前提下，截面的高度和宽度可设计得更小、节省材料。

具体而言，本发明中立柱1作为组合梁-柱结构主要的竖向承载结构，当采用钢柱时优选采用方形钢管或H型钢柱14，如图1、图8所示，立柱1与悬臂梁2焊接连接，对于H型钢柱，在其对应悬臂梁的截面焊接相同厚度的加劲板，具体是对应H型钢悬臂梁的上、下翼缘焊接一块加劲板，加劲板焊接在H型钢柱翼缘之间并同时与腹板焊接，如此设置能够增强悬臂梁与立柱连接部位立柱的强度，防止立柱发生局部破坏和失稳。

在另一个实施例中，立柱1采用钢骨混凝土柱15的形式，如图9所示，钢骨混凝土柱内部为工字形十字交叉钢骨，外包混凝土，钢骨与悬臂梁焊接连接，柱外部混凝土与大跨度组合梁上的混凝土一体浇筑。钢骨混凝土柱能够提供更大的支撑强度，同时内部钢骨与悬臂梁H型钢焊接，外部混凝土与组合梁上的混凝土一体浇筑，所能够获得的整体强度以及局部节点强度更高，整个结构的安全系数更高。

再参见图2、图6，本发明中，悬臂梁H型钢腹板两侧纵向焊接两条加劲板，加劲板在H型钢腹板上的高度位置正对圆钢管9的中心，如图2所示，腹板两侧的加劲板首先能够增强悬臂梁的抗弯刚度和稳定性，同时通过将该加劲板正对圆钢管9的中心，增强端板5的抗变形强度，从而能够提升圆钢管9与端板5的节点连接强度。

此时，当悬臂梁H型钢腹板两侧纵向焊接两条加劲板时，对于H型钢柱，相应在对应H型钢悬臂梁的腹板两侧的加劲板同时也焊接一块加劲板，如图8，该加劲板焊接在H型钢柱翼缘之间并同时与腹板焊接，使得H型钢柱加劲板与H型钢悬臂梁的加劲板形成贯通，增强此处的连接强度和刚度。

继续参见图2、图3、图6，本发明中切口16为H型钢上翼缘及腹板上部一定范围内裁切而成，切口16深度与端板5厚度一致，使得端板5安装后其外表面与H型钢端面齐平，切口高度小于端板高度，使得端板5伸出H型钢上翼缘一定高度。

通过将切口16深度与端板5厚度设计一致，端板5安装后其外表面与H型钢端面齐平，即与未裁切的H型钢腹板端面保持齐平，如图2所示，组合梁与H型钢悬臂梁连接时T型钢12的腹板能够与H型钢的腹板紧密贴合不留缝隙，便于连接板的连接以及确保接头处的连接强度。

另外，通过将切口16高度设计为小于端板5高度，端板5安装在切口16内后能够超出切口的范围并伸出H型钢上翼缘一定高度，如图2所示，端板5伸出H型钢上翼缘一定高度，组合梁顶绑扎钢筋后端板5伸入钢筋笼内，浇筑梁上混凝土后与钢筋笼一起锚固在混凝土内，通过端板、梁上混凝土将悬臂梁和圆钢管9形成一个牢固的整体。

继续参见图4、图5，本发明的大跨度组合梁具体由纵筋6、箍筋7、栓钉8、圆钢管9、混凝土10、T型钢12构成，纵筋6和箍筋7绑扎成钢筋笼布置于圆钢管9上，钢筋笼覆盖悬臂梁段，以提升整个梁的整体性，栓钉8按照一定间距焊接在圆钢管9顶部，栓钉8起到抗剪连接件的作用，圆钢管9顶部开设有混凝土浇筑孔（图中未示出）和排气孔13，排气孔13在圆钢管9顶部每隔一段距离开设一个，孔径不小于30mm，利于浇筑混凝土即可，圆钢管内密实充填混凝土10，圆钢管外部与悬臂梁上混凝土10整体浇筑，通过悬臂梁和组合梁上的混凝土共同浇筑，能够提供良好的整体性。圆钢管内部填充混凝土后成为钢管混凝土，与圆钢管上部的混凝土板共同承担压应力，混凝土板的高度和宽度都得以减小，大大减小了截面面积并节省材料。另外，钢管混凝土和T型钢的组合，大大增加了组合梁的截面刚度，增强了梁的抗弯能力，为梁的大跨度提供了强度和刚度保障。

如图1，钢筋笼在悬臂梁段的箍筋7加密，节点处形成箍筋加密区，增加节点强度，提高节点承载力和抗震能力。

又如图4所示，本发明圆钢管两侧和上部钢筋笼整体浇筑混凝土10，圆钢管9两侧混凝土10自上部混凝土板的底面倾斜延伸至圆钢管9的水平中心面边缘，从圆钢管9两侧包裹其上半部分。如此设置，组合梁段上混凝土包裹住圆钢管的上半部分，且混凝土从上部混凝土板下缘到圆钢管9横向边缘处是倾斜的，增加了组合梁的整体性，更有利于钢梁承托上部的混凝土板，也有利于荷载的竖向传递。

又如图5所示，本发明大跨度组合梁还设置有加劲肋11，加劲肋11按照一定间距布置在T型钢12的腹板两侧，增加了组合梁的抗扭刚度，提高T型钢12的整体稳定性。

本发明根据圆钢管9的具体形状，进一步将加劲肋11上端设计为弧形，与圆钢管9匹配，包裹圆钢管两侧的下半部分，与圆钢管贴合并焊接，结构布置更合理，加劲肋11在提高T型钢12的抗弯刚度和整体稳定性的同时，也能够更好地与圆钢管9形成一体，确保圆钢管9与T型钢12的连接强度，防止圆钢管9从T型钢12上倾斜失稳。

继续参见图2、图4，本发明T型钢12的腹板顶部与悬臂梁2、圆钢管9的三角交界处进行切角处理，加劲肋11的顶部与圆钢管9、T型钢12的腹板三角交界处进行切角处理，如此能够在焊接时避免焊缝交叉，减小焊接残余应力的影响，避免出现应力集中现象，提高焊接质量。

本发明进一步提供重载大跨度组合梁-柱结构的施工方法，包括如下步骤：

制作悬臂梁2，并在悬臂梁2一端裁切形成切口16；

将悬臂梁2另一端与立柱1进行焊接连接，并在切口16中焊接端板5；

将圆钢管9和T型钢12进行焊接，再将加劲肋11和栓钉8按一定间距焊接到指定位置；

对圆钢管9下半部分、T型钢12和加劲肋11进行防腐涂装；

将焊接后的组合梁钢骨吊装到指定位置，将组合梁与悬臂梁2进行栓焊组合连接，圆钢管9与端板5焊接连接，腹板和下翼缘用连接板3和高强螺栓4连接；吊装后校正位置并在适当位置设置支撑点，保证构件在施工过程中的稳定性；

对圆钢管9内部进行混凝土浇筑，将圆钢管内部密实充填混凝土10；浇筑时由圆钢管9中部的预留孔进行混凝土泵送浇筑，宜采用自密实混凝土，浇筑过程中注意观察排气孔13，确认浇筑密实后再封堵预留孔洞；

在圆钢管9上绑扎纵筋6和箍筋7形成钢筋笼，钢筋笼覆盖悬臂梁段；

安装上部混凝土的模板，进行整体浇筑，待混凝土达到设计强度后，拆除模板和支撑设施，施工完成。

至此，本领域技术人员应认识到，虽本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍然可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (9)

1.一种重载大跨度组合梁-柱结构，包括：

立柱，为钢柱或钢骨混凝土柱；

悬臂梁，采用H型钢，一端与立柱焊接，另一端上侧开切口；

端板，竖向设置在切口中，并与H型钢的腹板、上翼缘焊接连接；

大跨度组合梁，与悬臂梁采用栓焊组合连接，由纵筋、箍筋、栓钉、圆钢管、混凝土、T型钢构成，圆钢管布置于T型钢的腹板上方并与腹板焊接，纵筋和箍筋绑扎成钢筋笼布置于圆钢管上，钢筋笼覆盖悬臂梁段，栓钉按照一定间距焊接在圆钢管顶部，圆钢管顶部开设有混凝土浇筑孔和排气孔，圆钢管端面与端板外表面焊接连接，圆钢管内密实充填混凝土，T型钢的腹板、下翼缘采用连接板和高强螺栓与H型钢的腹板、下翼缘连接，圆钢管外部与悬臂梁上的混凝土整体浇筑。

2.根据权利要求1所述的重载大跨度组合梁-柱结构，其特征在于：

所述钢柱为方形钢管或H型钢柱，与悬臂梁焊接连接，H型钢柱对应悬臂梁的截面焊接相同厚度的加劲板；

所述钢骨混凝土柱内部钢骨与悬臂梁焊接连接，柱外部混凝土与大跨度组合梁上的混凝土一体浇筑。

3.根据权利要求1所述的重载大跨度组合梁-柱结构，其特征在于：

所述H型钢腹板两侧纵向焊接两条加劲板，加劲板在H型钢腹板上的高度位置正对圆钢管的中心。

4.根据权利要求1所述的重载大跨度组合梁-柱结构，其特征在于：

所述切口为H型钢上翼缘及腹板上部一定范围内裁切而成，切口深度与端板厚度一致，使得端板外表面与H型钢端面齐平，切口高度小于端板高度，使得端板伸出H型钢上翼缘一定高度。

5.根据权利要求1所述的重载大跨度组合梁-柱结构，其特征在于：

所述钢筋笼在悬臂梁段的箍筋加密。

6.根据权利要求1所述的重载大跨度组合梁-柱结构，其特征在于：

圆钢管两侧和上部钢筋笼混凝土整体浇筑，两侧混凝土自上部混凝土板的底面倾斜延伸至圆钢管的水平中心面边缘，包裹圆钢管两侧的上半部分。

7.根据权利要求1所述的重载大跨度组合梁-柱结构，其特征在于：

所述大跨度组合梁还设置有加劲肋，加劲肋按照一定间距布置在T型钢腹板两侧，且其上端为弧形，包裹圆钢管两侧的下半部分，与圆钢管贴合并焊接。

8.根据权利要求7所述的重载大跨度组合梁-柱结构，其特征在于：

所述T型钢腹板顶部与悬臂梁、圆钢管交界处进行切角处理；

和/或，所述加劲肋顶部与圆钢管、T型钢腹板交界处进行切角处理。

9.一种施工权利要求1-8任一项所述重载大跨度组合梁-柱结构的方法，包括如下步骤：

制作悬臂梁，并在悬臂梁一端裁切形成切口；

将悬臂梁另一端与立柱进行焊接连接，并在切口中焊接端板；

将圆钢管和T型钢进行焊接，再将加劲肋和栓钉按一定间距焊接到指定位置；

对圆钢管下半部分、T型钢和加劲肋进行防腐涂装；

将焊接后的组合梁钢骨吊装到指定位置，将组合梁与悬臂梁进行栓焊组合连接；

对圆钢管内部进行混凝土浇筑，将圆钢管内部密实充填混凝土；

在圆钢管上绑扎纵筋和箍筋形成钢筋笼，钢筋笼覆盖悬臂梁段；

安装上部混凝土的模板，进行整体浇筑，待混凝土达到设计强度后，拆除模板和支撑设施。

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