CN116927330B - 一种装配式混凝土异形柱框架的梁柱节点连接结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装配式混凝土异形柱框架的梁柱节点连接结构，包括带有中心柱和侧柱的方钢管混凝土异形柱、H型钢梁、连接座和连接板，H型钢梁通过连接座与异形柱连接，异形柱的侧柱外端面开有安装口，连接座上有能通过安装口嵌入侧柱内部的方管，方管能与侧柱一同浇筑；连接板固定在侧柱的侧端面，并将相邻的两个侧柱连接；连接板、侧柱的侧端面、方管的侧端面均设置有一一对应的通孔，并通过高强螺栓套件固定连接在一起。本发明属于方钢管异形柱建筑设计技术领域，可以结合干湿连接方式，有效地解决方钢管混凝土异形柱与H型钢梁的受力性能差、安装复杂的问题，避免现场焊接和套装连接，同时实现全构件的工业化定制，提高施工效率。

Description

一种装配式混凝土异形柱框架的梁柱节点连接结构

技术领域

本发明涉及方钢管异形柱建筑设计技术领域，具体涉及一种装配式混凝土异形柱框架的梁柱节点连接结构。

背景技术

异形柱是指截面为L形、T形或者十字形的竖向承重构件。由于异形柱的柱肢可包裹在墙体内部，克服了传统框架柱在屋角“突角”的缺陷，不仅能够节省建筑空间，增大建筑使用面积，还能够使建筑美观便于灵活布局，因而被广泛应用于住宅结构中。

工业化建筑在国内外逐步替代大规模现场制作建筑，但目前异形柱混凝土框架结构的工业化建造还是较为空缺，将异形柱框架结构转化为装配式异形柱结构，对全面推广建筑工业化具有重要的作用。

但异形柱支柱较薄，存在抗震差、局限于层高的问题，梁柱节点形式如何能够保证结构整体受力和具有良好的抗震性能，成为装配式混凝土异形柱框架结构研究的一个关键内容。

钢管混凝土异形柱兼具钢管混凝土柱和异形柱的优势，还具备以下优点：钢材的强度高，在具有相同承载力时，可以减少柱截面尺寸，并且钢管对混凝土的约束作用可以限制混凝土的过早开裂，能够提高柱子的抗震性能与抗裂性能，另外截面形式灵活，非常适合装配式研究。

现有技术中如专利号为2009100683229的发明专利，提出了一种套装套筒的方式将各种钢管异形柱与H型钢梁进行完全干连接，增强了节点强度，实现了所有构件的工业化定制，现有技术中如专利号为2009100683229的发明专利，提出了一种异形钢管混凝土柱与H型钢梁连接组件，通过加厚方钢管节点处的壁厚来增加节点牢固度，进一步扩充了异形柱装配式干连接，但是上述现有技术将连接方向偏执地引向了外部干连接方式，皆为通过加固外部结构来增强节点性能，部分现有技术还需要现场焊接，或者大大增加螺栓数量来规避焊接问题，导致了安装复杂、自重大、外观效果差的问题，且连接的基点依旧为部分焊接或关键性的个别螺栓连接，牢固度不能保证,另外套装的安装方式并不方便，定制难度大，容易出现孔轴不配合的问题。

现有技术中如专利号为2016102507965的发明专利，提出了一种钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接，使用在钢管混凝土柱侧壁穿筋的方式加固节点连接，实现钢筋的锚固和传力，具有抗弯抗剪承载力强、焊接工作量小、安装工艺简单、施工便捷优点，证明了利用钢管混凝土预埋来增强内部牢固度的方式是可行的，干湿连接结合的方式或许会从根本上改善钢管混凝土柱与钢梁的节点受力性能，增强结构的牢固度，简化连接方式，提高施工效率。

基于此，研究一种装配式混凝土异形柱框架的梁柱节点连接结构是必要的。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种装配式混凝土异形柱框架的梁柱节点连接结构，可以结合干湿连接方式，有效地解决方钢管混凝土异形柱与H型钢梁的受力性能差、安装复杂的问题，避免现场焊接和套装连接，同时实现全构件的工业化定制，提高施工效率。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种装配式混凝土异形柱框架的梁柱节点连接结构,包括方钢管混凝土异形柱、带端板的H型钢梁、连接座和连接件，所述方钢管混凝土异形柱包括中心柱和多个侧柱，中心柱和侧柱均为空心柱，中心柱和侧柱通过侧板连接，H型钢梁通过连接座与侧柱固定连接，其特征在于：所述侧柱外端面开有矩形的安装口，安装口与侧柱内部连通；

所述连接座包括连接侧柱的内嵌部、连接H型钢梁的外装部和连接内嵌部和外装部的立板，内嵌部包括方管，方管为中空管并能与侧柱一同浇筑，方管外侧面固定连接有立板，方管外轮廓与所述安装口匹配，当立板与所述侧柱外端面贴合时，方管通过安装口嵌入侧柱内部；

所述连接件包括连接板和高强螺栓套件，连接板固定在侧柱的侧端面，并将相邻的两个侧柱连接；所述连接板、侧柱的侧端面、方管的侧端面均设置有一一对应的通孔，并通过高强螺栓套件固定连接在一起。

进一步的，所述方钢管混凝土异形柱截面为L型、T型或十字形，所述连接板为对应的L型板或直板，所述连接板的内侧壁贴合所述侧柱和侧板的外侧壁，所述L型的连接板的外侧壁在转角处固定有筋板。

进一步的，所述外装部包括两个上下水平排布并向外延伸的横板，横板的端部固定在所述立板的外表面并通过加强筋加固，所述H型钢梁的上下端板分别与上下横板固定连接。

进一步的，所述外装部包括竖直分布并向外延伸的纵板，纵板的端部固定在所述立板的外表面，所述H型钢梁的腹板开有通孔，纵板的一侧面与H型钢梁的腹板螺栓连接，另一侧面固定有与立板加强连接加强筋。

进一步的，所述安装口和方管上下间隔设置有多组，所述H型钢梁分布在立板中部。

进一步的，所述立板与侧柱之间套装有环形的密封垫片，密封垫片的内圈为与方管适配的矩形。

进一步的，所述方钢管混凝土异形柱包括上层柱和下层柱，所述H型杆钢梁和连接座均布置在下层柱上，上层柱和下层柱的侧柱内套装连接有连接套，所述连接板向上延伸并形成外定位区，上层柱和下层柱分别通过高强螺栓套件与连接套和连接板固定在一起。

进一步的，所述连接套为贯通的方钢管结构，连接套滑动套装在所述上层柱和下层柱的侧柱之间并形成内定位区。

进一步的，所述高强螺栓套件包括高强螺栓、密封垫圈和法兰螺母，所述高强螺栓与连接板、连接板与侧柱、连接板与法兰螺母之间均布置有密封垫圈。

进一步的，所述连接连接板、侧柱和方管的高强螺栓套件至少设置有两组。

上述技术方案的有益效果是：

(1)本发明改进了方钢管混凝土异形柱与连接座之间的连接方式，通过将连接座上的方管内嵌入异形柱的侧柱中，并通过对穿的高强螺栓套件进行加固，再在侧柱外围安装连接板将各个固定座与各侧柱连接为一个整体，最后连接座通过内嵌的方钢与侧柱一同进行浇筑，干湿连接方式两用，大大增加了异形柱与连接座的连接牢固度，相对于传统的干连接，梁柱连接节点更像一个整体，在相同的牢固度和抗震性能上可以减少更多的螺栓连接，简化了安装工作量，相对于传统的湿连接，现场湿作业少，且现场施工工序少，部件均能实现工业化定制，安装周期短，具有良好的操作性。

(2)本发明连接板贴合侧柱的侧端面，并将相邻的两个侧柱连接起来，又与连接座和侧柱连接在一起，将各个连接座和各个侧柱包围成一个整体，优化了受力结构，相对于套装式固定卡套，安装更加便利，且各个部件高度对称，定制化更简便，简化了整体项目周期，规避了孔轴配合和焊点处理等问题，此外，L型连接板的拐角处还设置有筋板，为侧柱提供了良好的横向抗震性能；各连接板向上延伸会形成外定位区，能够为方钢管混凝土异形柱的柱与柱连接提供卡装定位的效果，解决了对中困难的问题，提高了柱与柱之间的安装精度。

(3)本发明上下层柱的侧柱之间套装连接有连接套，在安装上层柱时，先将连接套套装固定在下层柱侧柱里，形成内定位区，此时再将上层柱通过内外定位区安装在下层柱上，可以保证上下层柱之间的有效对中，简化了对中流程，大大提高了安装精度和效率。

(4)本发明需要在安装完成后对方钢管内进行浇筑，考虑到密封性，在立板与侧柱之间套装有环形的密封垫片，可以有效提高浇筑时的密封性能，同时密封垫片可以用来保护侧柱和连接座的表面不受擦伤，并且高强螺栓套件也配套有密封垫圈和法兰螺母，保证在螺栓穿过侧柱时的密封性。

附图说明

图1为本发明的三维示意图；

图2为图1的正视示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为连接座的三维示意图；

图5为图4的剖视图；

图6为连接座的另一种实施方式；

图7为连接座的另一种实施方式；

图8为柱柱连接结构三维示意图；

图9为图8中下层柱与连接套安装示意图；

图10为图9的剖视图

附图标记：1为方钢管混凝土异形柱，2为H型钢梁，3为连接座，4为连接板，5为高强螺栓套件，6为连接套，101为中心柱，102为侧柱，103为侧板，104为安装口，105为下层柱，106为上层柱，201为端板，202为腹板，301为立板，302为方管，303为横板，304为纵板，305为加强筋，306为密封垫片，401为筋板，501为高强螺栓，502为密封垫圈，503为法兰螺母。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例1，本实施例旨在提供一种装配式混凝土异形柱框架的梁柱节点连接结构，其主要用于单板连接的十字形方钢管混凝土异形柱1与H型钢梁2的柱-梁节点连接，针对方钢管混凝土异形柱与H型钢梁的受力性能差、安装复杂的问题，避免现场焊接和套装连接，同时实现全构件的工业化定制，提高施工效率。

一种装配式混凝土异形柱框架的梁柱节点连接结构,如图1，包括方钢管混凝土异形柱1、带端板的H型钢梁2、连接座3和连接件，方钢管混凝土异形柱1包括中心柱101和四个侧柱102，呈十字形排布，可外接四根H型钢梁2，中心柱101和侧柱102均为空心柱，柱内均可浇筑混凝土，中心柱101和侧柱102通过侧板103连接，侧板103为平直的单板结构；每根侧柱102的外端面均开有矩形的安装口104，安装口104与侧柱102内部连通。

连接座3包括连接侧柱102的内嵌部、连接H型钢梁2的外装部和连接内嵌部和外装部的立板301，连接座3均为金属材质，内嵌部包括方管302，如图3和图4，方管302上下贯通为中空管并能与侧柱102一同浇筑，方管302外侧面固定连接有立板301，方管302外轮廓与安装口104的尺寸匹配，为间隙配合，当立板301与侧柱102外端面贴合时，方管302通过安装口104嵌入侧柱102内部，为方便方管302顺利嵌入侧柱102内，方管302的外侧壁设置有2度的倾斜角，考虑到浇筑时的密封性，立柱与侧柱102的外端面需要较好的贴合，立柱与方管302的连接方式选用一体化成型，可以有效避免焊接的焊疤对密封性产生影响，为了进一步保证密封性，立板301与侧柱102之间套装有环形的密封垫片306，密封垫片306的内圈为与方管302适配的矩形，密封垫片306为金属垫片，整体为矩形环状，有效提高浇筑时的密封性能的同时，密封垫片306还可以用来保护侧柱102和连接座3的表面不受擦伤。

连接座3的外装部包括两个上下水平排布并向外延伸的横板303，横板303的端部固定在立板301的外表面并通过加强筋305加固，H型钢梁2的上下端板201分别与上下横板303螺栓连接；横板303为与立板301相同的金属材质，可以直接将横板303、立板301、方管302和加强筋305一体化成型，但考虑到开模上的“倒扣”问题导致的开模成本较高，本实施例采用焊接的方式，将一体化成型后的立板301和方管302连接在一起，同时加强筋305也为焊接连接，但如果面对大批量定制和更高的强度要求，可以选用上述整体开模的方法。本实施例中上下横板303卡装H型钢梁2上下横板303的方式较为稳固，为刚性连接，此方案同时适用于钢筋混凝土梁，结构稳定可靠。

连接件包括连接板4和高强螺栓套件5，连接板4固定在侧柱102的侧端面，并将相邻的两个侧柱102连接；由于本实施例针对十字形方钢管混凝土异形柱1，连接板4均为L型，连接板4的内侧壁贴合方钢管混凝土异形柱1的侧板103的外侧壁，L型的连接板4的外侧壁在转角处焊接有筋板401，如图2，连接板4填补了侧柱102和侧板103之间的壁厚差，为了均匀连接板4的壁厚，做有掏空处理，非常适合一体化成型。连接板4、侧柱102的侧端面、方管302的侧端面均设置有一一对应的通孔，并通过高强螺栓套件5连接在一起，螺栓连接套6件包括高强螺栓501、密封垫圈和法兰螺母503，由于高强螺栓501贯通需要浇筑的侧板103，如图5，为了提高密封性，高强螺栓501与连接板4、连接板4与侧柱102、连接板4与法兰螺母503之间均布置有密封垫圈502，密封垫圈502为金属垫圈，提高密封性的同时，还能减少侧壁的磨损，减少螺栓紧固带来的应力形变；此外，每组连接板4、侧柱102和方管302的高强螺栓套件5均设置有两组，可以限制转动的自由度。

本实施例的具体使用方法为：先将连接座3的方钢通过安装口104嵌入侧柱102内部，装好四个连接座3后再对位四个连接板4，通过高强螺栓套件5对插将连接座3、侧柱102和连接板4固定在一起，固定完成后对方钢管进行浇筑，使侧柱102与连接座3和连接板4成为一个整体，最后再在连接座3的外装部上螺栓固定H型钢梁2。

实施例2，本实施例与实施例1基本相同，其区别在于侧柱102上的安装口104和方钢对应设置有两组，本实施例进一步对结构进行说明。

本实施例中，如图6，方钢管混凝土异形柱1包括两个侧柱102，呈L型分布，连接座3的立板301上上下间隔排布有两个方管302，侧柱102上对应的安装口104也设置有两组，相较于仅有一组的情况，垂直抗弯性上有了较高的提升，对梁的承载性能更加优越，实际使用连接座3上方管302的数量越多、立板301的竖直方向长度越长均会提高梁柱节点的稳定性，并不仅局限于设置两组，但H型钢梁2应分布在立板301或者方钢整体排布的中部。

实施例3，本实施例与实施例1基本相同，其区别在于本实施例提供了另一种连接座3外装部的结构，本实施例进一步对结构进行说明。

本实施例中，如图7，方钢管混凝土异形柱1包括两个侧柱102，呈L型分布，连接座3的外装部包括竖直分布并向外延伸的纵板304，纵板304的端部固定在立板301的外表面，H型钢梁2的腹板202开有通孔，纵板304的一侧面与H型钢梁2的腹板202螺栓连接，另一侧面固定有与立板301加强连接加强筋305，该连接方式为弹性连接，当梁受载荷发生形变时会在连接点发生弹性形变，减少对异形柱的弯矩，提高梁柱结点的韧性和纵向的抗震效果。考虑到单板的连接方式和简单的结构，本实施例采用整个连接座3一体化成型的办法，并在纵板304与立板301拐角处设计倒角来进一步加强结构。

实施例4，本实施例与实施例1基本相同，其区别在于本实施例在实施例1的基础上提供了一种柱-柱连接的结构，本实施例进一步对结构进行说明。

本实施例中，如图8，方钢管混凝土异形柱1包括三个侧柱102，呈T型分布，连接板4除了L型板，还有直板，直板除了没有转角和筋板，与L型板结构基本一致；方钢管混凝土异形柱1包括上层柱106和下层柱105，H型杆钢梁和连接座3均布置在下层柱105上，上层柱106和下层柱105的侧柱102内套装连接有连接套6，连接板4向上延伸并形成外定位区，外定位区包裹了整个上下层柱105的接点部分，上层柱106和下层柱105分别通过高强螺栓套件5与连接套6和连接板4固定在一起，连接套6为贯通的方钢管结构，连接套6滑动套装在上层柱106和下层柱105的侧柱102之间并形成内定位区。内外定位区的设计可以保证上下层柱105之间的有效对中，解决了对中困难的问题，简化了对中流程，大大提高了安装精度和效率。

本实施例中柱-柱连接的具体使用方法为：连接板4选用上下方向更长的结构，当完成下层柱105上的定位座的安装时，由于连接板4紧贴下层柱105的侧壁，连接板4向上超出下层柱105的部分会形成外定位区，方便同尺寸的上层柱106的定位对中和固定；然后在下层柱105的侧柱102浇筑时预留一部分，浇筑后在侧柱102的预留部分将连接套6套装在侧柱102内，并用高强螺栓套件5将连接套6、连接板4和侧柱102固定在一起，连接套6高出下层柱105上端面的部分会形成内定位区，最后将上层柱106吊起安装在下层柱105上，并将上层柱106的侧柱102套装在连接套6上，再用高强螺栓套件5将上层柱106的侧柱102与连接套6、连接板4固定连在一起。

Claims (9)

1.一种装配式混凝土异形柱框架的梁柱节点连接结构,包括方钢管混凝土异形柱、带端板的H型钢梁、连接座和连接件，所述方钢管混凝土异形柱包括中心柱和多个侧柱，中心柱和侧柱均为空心柱，中心柱和侧柱通过侧板连接，H型钢梁通过连接座与侧柱固定连接，其特征在于：所述侧柱外端面开有矩形的安装口，安装口与侧柱内部连通；

所述连接座包括连接侧柱的内嵌部、连接H型钢梁的外装部和连接内嵌部和外装部的立板，内嵌部包括方管，方管为中空管并能与侧柱一同浇筑，方管外侧面固定连接有立板，方管外轮廓与所述安装口匹配，当立板与所述侧柱外端面贴合时，方管通过安装口嵌入侧柱内部；

所述连接件包括连接板和高强螺栓套件，连接板固定在侧柱的侧端面，并将相邻的两个侧柱连接；所述连接板、侧柱的侧端面、方管的侧端面均设置有一一对应的通孔，并通过高强螺栓套件固定连接在一起；

所述方钢管混凝土异形柱包括上层柱和下层柱，所述H型钢梁和连接座均布置在下层柱上，上层柱和下层柱的侧柱内套装连接有连接套，所述连接板向上延伸并形成外定位区，上层柱和下层柱分别通过高强螺栓套件与连接套和连接板固定在一起。

2.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土异形柱框架的梁柱节点连接结构，其特征在于：所述方钢管混凝土异形柱截面为L型、T型或十字形，所述连接板为对应的L型板或直板，所述连接板的内侧壁贴合所述侧柱和侧板的外侧壁，所述L型的连接板的外侧壁在转角处固定有筋板。

3.根据权利要求2所述的一种装配式混凝土异形柱框架的梁柱节点连接结构，其特征在于：所述外装部包括两个上下水平排布并向外延伸的横板，横板的端部固定在所述立板的外表面并通过加强筋加固，所述H型钢梁的上下端板分别与上下横板固定连接。

4.根据权利要求2所述的一种装配式混凝土异形柱框架的梁柱节点连接结构，其特征在于：所述外装部包括竖直分布并向外延伸的纵板，纵板的端部固定在所述立板的外表面，所述H型钢梁的腹板开有通孔，纵板的一侧面与H型钢梁的腹板螺栓连接，另一侧面固定有与立板加强连接的加强筋。

5.根据权利要求2所述的一种装配式混凝土异形柱框架的梁柱节点连接结构，其特征在于：所述安装口和方管上下间隔设置有多组，所述H型钢梁分布在立板中部。

6.根据权利要求2所述的一种装配式混凝土异形柱框架的梁柱节点连接结构，其特征在于：所述立板与侧柱之间套装有环形的密封垫片，密封垫片的内圈为与方管适配的矩形。

7.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土异形柱框架的梁柱节点连接结构，其特征在于：所述连接套为贯通的方钢管结构，连接套滑动套装在所述上层柱和下层柱的侧柱之间并形成内定位区。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种装配式混凝土异形柱框架的梁柱节点连接结构，其特征在于：所述高强螺栓套件包括高强螺栓、密封垫圈和法兰螺母，所述高强螺栓与连接板、连接板与侧柱、连接板与法兰螺母之间均布置有密封垫圈。

9.根据权利要求8所述的一种装配式混凝土异形柱框架的梁柱节点连接结构，其特征在于：所述连接板、侧柱和方管的高强螺栓套件至少设置有两组。