CN117071753B - 一种组合剪力墙边缘构件的连接节点及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种组合剪力墙边缘构件的连接节点及其施工方法。组合剪力墙边缘构件为方钢管混凝土柱，方钢管混凝土柱包括方钢管和设置在方钢管内部的边缘混凝土，方钢管的节点区域外侧焊接有加强板，连接节点分别连接有垂直设置的楼板钢梁和钢连梁，楼板钢梁和钢连梁均焊接到加强板上；方钢管的内部焊接连接有两个开孔隔板，两个开孔隔板水平间隔设置，两个开孔隔板的设置位置分别与楼板钢梁和钢连梁的上翼缘和下翼缘的位置对应，开孔隔板的周围与方钢管的内壁焊接连接。本申请能够使得结构的整体承载力更好，施工性能优异。

Description

一种组合剪力墙边缘构件的连接节点及其施工方法
技术领域
本申请涉及一种组合剪力墙边缘构件的连接节点及其施工方法。
背景技术
组合剪力墙是一种将混凝土浇筑在钢板之间形成的新型抗侧力结构构件，其能够充分发挥钢板与混凝土之间的协同效能，实现钢结构与混凝土结构的有效结合。除了性能优异以外，此种结构的剪力墙还具有施工快捷、施工质量高的技术优势，因此得到广泛的应用。组合剪力墙的边缘构件通常包括边缘暗柱、边缘端柱、边缘转角墙、边缘翼墙等，这些都是剪力墙结构中特有的，其作用基本相同，都是设置在剪力墙的边缘，起到改善受力性能的作用。
申请号为202010652603.5的中国专利公开了一种多腔体钢板组合剪力墙与钢梁连接节点及其制作方法，包括多腔体钢板组合剪力墙，多腔体钢板组合剪力墙一侧边设有一对呈垂直分布的钢梁，钢梁与多腔体钢板组合剪力墙间设有与多腔体钢板组合剪力墙相插嵌式焊接的内插板，内插板上设有若干呈矩形阵列分布且与钢梁相贯穿式套接的螺栓，钢梁上设有若干与螺栓相螺纹式套接固定的螺母。该专利中节点位置处的钢管内部只填充混凝土，刚度较弱；此外，由于条形孔的设置，也使得钢管的强度和刚度进一步削弱，使得条形孔位置成为节点区域的薄弱位置，容易发生断裂和损伤。
因此，现有技术中需要一种强度和刚度更高的组合剪力墙边缘构件的连接节点。
发明内容
本申请的目的是设计一种组合剪力墙边缘构件的连接节点及其施工方法，其能够使得结构的整体承载力更好，具有更好的节点强度和刚度，且施工性能优异。
本申请涉及一种组合剪力墙边缘构件的连接节点，所述组合剪力墙边缘构件为方钢管混凝土柱，所述方钢管混凝土柱包括方钢管和设置在所述方钢管内部的边缘混凝土，所述方钢管的节点区域外侧焊接有加强板，所述连接节点分别连接有垂直设置的楼板钢梁和钢连梁，所述楼板钢梁和所述钢连梁均焊接到所述加强板上；所述方钢管的内部焊接连接有两个开孔隔板，两个开孔隔板水平间隔设置，两个开孔隔板的设置位置分别与所述楼板钢梁和所述钢连梁的上翼缘和下翼缘的位置对应，所述开孔隔板的周围与所述方钢管的内壁焊接连接；在所述方钢管与所述楼板钢梁和所述钢连梁的连接位置内侧，沿着所述楼板钢梁和所述钢连梁的腹板位置间隔焊有多个栓钉。
其中，所述节点区域的上部外侧、在所述楼板钢梁和所述钢连梁的上翼缘上方可以焊接有外伸板，所述外伸板可以沿着所述加强板水平间隔设置有多个，所述外伸板与楼板混凝土中的楼板纵筋焊接连接。
其中，所述开孔隔板的厚度可以按照以下经验公式进行计算：
Tgb＝μ1*max(K1，K2，K3，K4，K5，K6，K7，K8)+μ2*K9
其中，μ1+μ2＝1，
其中，Tgb为开孔隔板厚度，单位为mm；Lts为方钢管长度，单位为mm；Wts为方钢管宽度，单位为mm；Tts为方钢管钢板厚度，单位为mm；fts为方钢管强度，单位为N/mm2；Ttj为加强板厚度，单位为mm；ftj为加强板强度，单位为N/mm2；Wfg为楼板钢梁翼缘宽度，单位为mm；Tfg为楼板钢梁翼缘厚度，单位为mm；ffg为楼板钢梁翼缘强度，单位为N/mm2；Wtg为钢连梁翼缘宽度，单位为mm；Ttg为钢连梁翼缘厚度，单位为mm；ftg为钢连梁翼缘强度，单位为N/mm2；Lh为开孔长度，单位为mm；Wh为开孔宽度，单位为mm；fgb为开孔隔板强度，单位为N/mm2；θts为方钢管侧板的塑性扩散角。
本申请还涉及一种建筑物，包括组合剪力墙边缘构件，所述组合剪力墙边缘构件的连接节点分别连接有楼板钢梁和钢连梁，所述连接节点是如上所述的连接节点。优选地，所述方钢管混凝土柱可以连接有剪力墙墙肢，所述剪力墙墙肢可以包括外包钢板和设置在所述外包钢板之间的墙肢混凝土。
本申请还涉及一种组合剪力墙边缘构件的连接节点的施工方法，所述连接节点是如上所述的连接节点，所述施工方法包括以下步骤：
(1)在方钢管内侧定位并焊接栓钉；
(2)在方钢管内侧定位并焊接开孔隔板；
(3)在方钢管外侧定位并焊接加强板；
(4)在加强板外侧焊接楼板钢梁和钢连梁。
优选地，还可以包括以下步骤：(5)在加强板位于所述楼板钢梁和所述钢连梁顶部的外侧间隔焊接多个外伸板，且外伸板与所述楼板钢梁以及所述钢连梁的顶面进行焊接；(6)布置楼板内的纵向钢筋和横向钢筋，并将上述纵向钢筋与所述外伸板进行焊接；(7)浇筑楼板内的混凝土。
根据本申请的一种组合剪力墙边缘构件的连接节点及其施工方法，有效提高了组合剪力墙边缘构件连接节点与钢梁连接的可靠性，同时也显著减少了连接节点处材料的变形和撕裂，提高了连接节点的强度和刚度。另外，本申请还提出了开孔隔板厚度等相关参数设计的经验公式，填补了结构设计领域的空白，不仅能够满足强度的基本要求，而且还可以满足顺利浇筑的需求，使得材料强度发挥充分，实现结构合理、成本更低、计算简便的有益效果。
附图说明
图1是本申请组合剪力墙边缘构件与钢梁和楼板连接的示意图。
图2是本申请组合剪力墙边缘构件的方钢管的连接节点示意图。
图3是图2所示方钢管的连接节点的俯视图。
图4是图2所示方钢管的连接节点的第一角度示意图。
图5是图2所示方钢管的连接节点的第二角度示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
如图1-4所示，显示了本申请的组合剪力墙边缘构件的连接节点，组合剪力墙边缘构件在本申请中为方钢管混凝土柱，方钢管混凝土柱包括方钢管2和设置在方钢管2内部的边缘混凝土1，方钢管混凝土柱连接有剪力墙墙肢，剪力墙墙肢包括外包钢板10和设置在外包钢板10之间的墙肢混凝土11。方钢管混凝土柱和剪力墙墙肢一起形成组合剪力墙结构。方钢管2在与楼板连接的节点区域外侧焊接有加强板3。优选地，如图3所示，除了与剪力墙墙肢连接的一面外，方钢管节点区域的其余三面均焊接有加强板3。连接节点分别连接有垂直设置的楼板钢梁5和钢连梁4，楼板钢梁5和钢连梁4均焊接到加强板3上，楼板钢梁5和钢连梁4的上下翼缘的位置相同设置。方钢管2的内部焊接连接有两个开孔隔板12，两个开孔隔板12水平间隔设置，两个开孔隔板12的设置位置分别与楼板钢梁5和钢连梁4的上翼缘和下翼缘的位置对应，其周围与方钢管的内壁焊接连接。在方钢管2与楼板钢梁5和钢连梁4的连接位置内侧，沿着楼板钢梁5和钢连梁4的腹板位置间隔焊有多个栓钉13。
本申请通过在连接节点的节点区域外侧焊接加强板，并将垂直设置的楼板钢梁和钢连梁分别连接到两个端面的加强板上，使得节点区域的强度和刚度更强，相对于现有技术中的插嵌式焊接来说，可以避免在节点区域的钢管上开孔，从而避免了结构强度和刚度受到损害。本申请通过在节点区域的方钢管内部水平间隔设有两个开孔隔板，而且开孔隔板的设置位置分别与楼板钢梁和钢连梁的上翼缘和下翼缘的位置对应，使得本申请连接节点的强度和刚度得到很大的提高。本申请通过在方钢管的内侧沿着楼板钢梁和钢连梁的腹板位置间隔焊有多个栓钉，使得楼板钢梁和钢连梁的腹板承受的拉应力转移到栓钉上，并进一步转移到方钢管内部与栓钉结合的混凝土上，从而使得结构的受力更加合理，避免了楼板钢梁和钢连梁的腹板位置处应力过大而出现的开裂和疲劳失效问题。
在优选实施方式中，节点区域的上部外侧、在楼板钢梁5的上翼缘上方还可以焊接有外伸板9，外伸板9沿着加强板3水平间隔设置有多个，外伸板9与楼板混凝土6中的楼板纵筋7焊接连接，楼板混凝土6中还设有楼板横筋8，楼板纵筋7与楼板横筋8垂直设置。该实施方式适用于存在楼板混凝土的情形，图1中为了清楚显示的需要，只显示了在楼板钢梁5的上翼缘上方设置楼板混凝土，本领域技术人员可以理解，钢连梁4的上翼缘上方也可以设置有外伸板、楼板纵筋和楼板横筋并浇筑有楼板混凝土。本实施方式中，通过在楼板钢梁和钢连梁的上翼缘上方设置间隔布置的多个外伸板，解决了楼板混凝土中纵向钢筋的端部连接问题，使得楼板混凝土中钢筋的受力通过外伸板依次转移到加强板、方钢管的钢板，并最终传递到组合剪力墙边缘构件中。
本申请还涉及一种建筑物，包括组合剪力墙边缘构件，组合剪力墙边缘构件的连接节点分别连接有楼板钢梁和钢连梁，其中的连接节点是如上所述的组合剪力墙边缘构件的连接节点。
根据本申请的一种组合剪力墙边缘构件的连接节点的施工方法，可以包括以下步骤：
(1)在方钢管内侧定位并焊接栓钉；
(2)在方钢管内侧定位并焊接开孔隔板；
(3)在方钢管外侧定位并焊接加强板；
(4)在加强板外侧焊接楼板钢梁和钢连梁；
(5)在加强板位于楼板钢梁和钢连梁顶部的外侧间隔焊接多个外伸板；
(6)布置楼板内纵向钢筋和横向钢筋，并将纵向钢筋与外伸板进行焊接；
(7)浇筑楼板内的混凝土。
本申请的连接节点中，开孔隔板是非常重要的部件，其承担着将楼板钢梁和钢连梁所受的作用力充分作用于边缘构件外钢板，并最终传递到边缘混凝土中的作用。开孔隔板不仅对于节点的强度，而且对于节点的刚度来说都能起到很大的增强作用。然而，本领域中并没有关于开孔隔板设计的相关规定，除了满足强度要求外，隔板开孔的尺寸还要满足方钢管内部混凝土浇筑速度和密实度的要求。因此，如何对开孔隔板的参数进行优化设计，可以使得该连接节点不仅能够满足强度要求，而且还可以节省材料并提升施工便捷性和精确性，对于工程设计来说至关重要。
本申请通过提出关于开孔隔板参数设计的以下经验公式，用于满足节点的设计要求。为了同时满足结构承载力和延性破坏的要求，考虑工程参数的取值及结构破坏形式，开孔隔板的厚度Tgb可以满足以下经验公式：
Tgb＝μ1*max(K1，K2，K3，K4，K5，K6，K7，K8)+μ2*K9
其中，μ1+μ2＝1，
其中，Lts为方钢管长度，单位为mm；Wts为方钢管宽度，单位为mm；Tts为方钢管钢板厚度，单位为mm；fts为方钢管强度，单位为N/mm2；Ttj为加强板厚度，单位为mm；ftj为加强板强度，单位为N/mm2；Wfg为楼板钢梁翼缘宽度，单位为mm；Tfg为楼板钢梁翼缘厚度，单位为mm；ffg为楼板钢梁翼缘强度，单位为N/mm2；Wtg为钢连梁翼缘宽度，单位为mm；Ttg为钢连梁翼缘厚度，单位为mm；ftg为钢连梁翼缘强度，单位为N/mm2；Lh为开孔长度，单位为mm；Wh为开孔宽度，单位为mm；Tgb为开孔隔板厚度，单位为mm；fgb为开孔隔板强度，单位为N/mm2；θts为方钢管侧板的塑性扩散角，单位为°，需要结合试验加以确定，通常范围为20°～40°。本申请中，μ2的取值越大，则计算结果的安全系数越高。
以下将通过不同的算例展示开孔隔板厚度的计算结果，如下表所示。其中，偏于安全，μ1统一取为0.3，μ2取为0.7。
参数 单位 算例1 算例2 算例3 算例4
开孔隔板厚度(Tgb) mm 39.11 43.18 43.43 26.12
方钢管长度(Lts) mm 1000 1000 1000 1000
方钢管宽度(Wts) mm 1000 1000 1000 1000
方钢管钢板厚度(Tts) mm 20 20 20 12
方钢管强度(fts) N/mm2 345 345 345 345
加强板厚度(Ttj) mm 20 20 20 12
加强板强度(ftj) N/mm2 345 345 345 345
楼板钢梁翼缘宽度(Wfg) mm 800 800 800 800
楼板钢梁翼缘厚度(Tfg) mm 16 24 16 16
楼板钢梁翼缘强度(ffg) N/mm2 345 345 345 345
钢连梁翼缘宽度(Wtg) mm 800 800 800 800
钢连梁翼缘厚度(Ttg) mm 16 24 16 16
钢连梁翼缘强度(ftg) N/mm2 345 345 345 345
开孔长度(Lh) mm 500 500 600 500
开孔宽度(Wh) mm 500 500 600 500
开孔隔板强度(fgb) N/mm2 460 460 460 460
塑性扩散角(θts) ° 30 30 30 30
在上述算例中，算例2和算例1相比，楼板钢梁翼缘和钢连梁翼缘厚度由16mm变为24mm，此时对应的情况是楼板的设计承载力由小变大，故而隔板厚度计算值会变大。算例3和算例1相比，开孔尺寸由500mm×500mm变为600mm×600mm，此时开孔增大，对应于对混凝土浇筑速度和密实度要求更高的工程，此时由于开孔削弱了隔板的有效面积，因此隔板厚度计算值也会增大。算例4和算例1相比，方钢管和加强板的钢板厚度由20mm变为12mm，此时对应于剪力墙设计承载力变小的情况，对隔板厚度的需求降低，隔板厚度计算值减小。算例4和算例2相比，也能体现出相同的规律。根据上述公式可以合理选择横隔板的厚度，实现结构合理、成本更低、计算快捷的技术效果。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但内容只是为了便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属技术领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种组合剪力墙边缘构件的连接节点，所述组合剪力墙边缘构件为方钢管混凝土柱，所述方钢管混凝土柱包括方钢管和设置在所述方钢管内部的边缘混凝土，其特征在于，所述方钢管的节点区域外侧焊接有加强板，所述连接节点分别连接有垂直设置的楼板钢梁和钢连梁，所述楼板钢梁和所述钢连梁均焊接到所述加强板上；所述方钢管的内部焊接连接有两个开孔隔板，两个开孔隔板水平间隔设置，两个开孔隔板的设置位置分别与所述楼板钢梁和所述钢连梁的上翼缘和下翼缘的位置对应，所述开孔隔板的周围与所述方钢管的内壁焊接连接；在所述方钢管与所述楼板钢梁和所述钢连梁的连接位置内侧，沿着所述楼板钢梁和所述钢连梁的腹板位置间隔焊有多个栓钉；
其中，所述开孔隔板的厚度按照以下经验公式进行计算：
Tgb＝μ1*max(K1，K2，K3，K4，K5，K6，K7，K8)+μ2*K9
其中，μ1+μ2＝1，
其中，Tgb为开孔隔板厚度，单位为mm；Lts为方钢管长度，单位为mm；Wts为方钢管宽度，单位为mm；Tts为方钢管钢板厚度，单位为mm；fts为方钢管强度，单位为N/mm2；Ttj为加强板厚度，单位为mm；ftj为加强板强度，单位为N/mm2；Wfg为楼板钢梁翼缘宽度，单位为mm；Tfg为楼板钢梁翼缘厚度，单位为mm；ffg为楼板钢梁翼缘强度，单位为N/mm2；Wtg为钢连梁翼缘宽度，单位为mm；Ttg为钢连梁翼缘厚度，单位为mm；ftg为钢连梁翼缘强度，单位为N/mm2；Lh为开孔长度，单位为mm；Wh为开孔宽度，单位为mm；fgb为开孔隔板强度，单位为N/mm2；θts为方钢管侧板的塑性扩散角。
2.根据权利要求1所述的连接节点，其特征在于，所述节点区域的上部外侧、在所述楼板钢梁和所述钢连梁的上翼缘上方焊接有外伸板，所述外伸板沿着所述加强板水平间隔设置有多个，所述外伸板与楼板混凝土中的楼板纵筋焊接连接。
3.一种建筑物，包括组合剪力墙边缘构件，所述组合剪力墙边缘构件的连接节点分别连接有楼板钢梁和钢连梁，其特征在于，所述连接节点是根据权利要求1或2所述的连接节点。
4.根据权利要求3所述的建筑物，其特征在于，所述方钢管混凝土柱连接有剪力墙墙肢，所述剪力墙墙肢包括外包钢板和设置在所述外包钢板之间的墙肢混凝土。
5.一种组合剪力墙边缘构件的连接节点的施工方法，所述连接节点是根据权利要求1或2所述的连接节点，所述施工方法包括以下步骤：
(1)在方钢管内侧定位并焊接栓钉；
(2)在方钢管内侧定位并焊接开孔隔板；
(3)在方钢管外侧定位并焊接加强板；
(4)在加强板外侧焊接楼板钢梁和钢连梁。
6.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于，所述施工方法还包括以下步骤：
(5)在加强板位于所述楼板钢梁和所述钢连梁顶部的外侧间隔焊接多个外伸板；
(6)布置楼板内的纵向钢筋和横向钢筋，并将上述纵向钢筋与所述外伸板进行焊接；
(7)浇筑楼板内的混凝土。
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