CN2697175Y - 半穿心式内牛腿钢管混凝土柱单梁节点 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种半穿心式内牛腿钢管混凝土柱单梁节点，包括钢管和槽钢，其中在至少1个方向的钢管壁上设有可于水平向穿过槽钢的两个通孔，两条槽钢的一端穿过通孔并伸入钢管内且与钢管壁外侧固接后形成该方向梁的半穿心式连接牛腿：在钢管与槽钢的连接处外围设有钢筋混凝土环梁。本实用新型具有可同时承受弯剪力、安全可靠、经济合理的优点，可用于高层、超高层建筑。

Description

半穿心式内牛腿钢管混凝土柱单梁节点

技术领域

本实用新型涉及一种建筑中钢管混凝土柱节点结构，尤其是一种半穿心式内牛腿钢管混凝土柱单梁节点。

背景技术

我国的建筑正在向高层、超高层及大跨度结构发展，复杂的建筑体系不断出现。现代建筑结构要求单柱轴向力大，并满足结构抗震和抗风性能要求。如何更有效地减小柱的截面尺寸及提高结构的抗震性能，是结构设计迫切需要解决的问题。钢管混凝土柱具有承载能力高、构件截面尺寸小、抗震性能好、构件生产定型化及施工简单等优点，能够适应现代工程结构向大跨、高耸、重载发展的需要，符合现代化施工技术的工业化要求，因而正被越来越广泛地应用于工业厂房、高层和超高层建筑、特种结构等，并已取得良好的经济效益和建筑效果，是结构工程科学的一个重要的发展方向。但其结构的抗震性能，特别是节点的抗震性能，仍缺乏充分的理论研究、试验研究和验证。

钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土及螺旋配筋混凝土的基础上演变和发展起来的。在薄壁钢管内填充混凝土，将两种不同性质的材料进行组合，协同受力，很好地发挥了钢材和混凝土两种材料的特性和潜力。最早采用钢管混凝土的工程之一是1879年英国的赛文铁路桥桥墩，随后又被用做单层或多层工业厂房的结构柱。对钢管混凝土力学性能进行较为深入的研究，及这类结构被大范围推广应用主要是在20世纪60年代以后。

前苏联在20世纪五、六十年代对钢管混凝土结构进行了大量的研究，并在一些土建工程中应用。在欧洲，如英国、德国和法国等国家，主要研究方钢管混凝土、圆钢管混凝土和矩形钢管混凝土结构，核心混凝土为素混凝土，或在核心混凝土中配置钢筋或型钢，目前的设计规程主要有：EC4(1996)和NDI18800(1997)；在美国，以研究方钢管混凝土和圆钢管混凝土为主，核心混凝土为素混凝土，设计规程主要有：ACI319-89，SSLC(1979)和LRFD(1994)；在日本，1923年关东大地震后，发现钢管混凝土结构在该次地震中的破坏并不明显，故在以后的建筑中尤其是(多)高层建筑中，钢管混凝土得到大量应用，特别是1995年阪神地震后，钢管混凝土更显示了优越的抗震性能，钢管混凝土的研究成为热门课题之一。目前的设计规程主要有：AIJ(1980，1997)。澳大利亚和加拿大等国学者对薄壁钢管混凝土进行了系统深入的研究，目前正在编制自己的设计规程。

我国主要研究在钢管中灌素混凝土的内填型钢管混凝土结构，自20世纪60年代以来，特别是近十几年来，我国对钢管混凝土的研究日趋深入，这种结构在我国的发展进入一个新阶段，无论是科学研究，还是设计施工，都有了较大的进展。目前已先后由国家建材总局、建设部、国家经贸委和中国人民解放军总后勤部颁布了各自有关钢管混凝土结构的设计规程，主要有：JCJ1-89(1989)，CECS28：90(1992)，DL/T5085-1999(1999)和GJB(1999)。实际工程应用也迅速增加，从局部柱子采用钢管混凝土柱发展到大部分柱子采用，又进展到全部柱子采用，由在近百米高度的建筑中采用，发展到被近三百米高度的超高层建筑所采用，取得了令人瞩目的成就。如1996年建成的广州新中国大厦，地面以上结构总层数51层，总高度201.8米。1998年建成的深圳赛格广场，72层，292米。均为采用钢管混凝土结构的代表性建筑。可以预期，在我国经济迅速发展的21世纪，在高层和超高层建筑中，钢管混凝土柱必将取代劲性钢筋混凝土柱和钢柱，而居于优先采用的地位。

随着钢管混凝土结构理论的日益完善和在工程结构中的广泛应用，钢管混凝土柱与梁板的节点成为钢管混凝土结构研究和推广的关键技术问题之一。由于对钢管混凝土柱节点研究的不成熟，限制了这种结构的进一步发展。我国现有的钢管混凝土结构设计与施工规程(或标准)仅提供了几种典型的钢管混凝土柱节点形式及构造措施，远不能满足工程实际的需要。许多结构工程师根据实际情况和自己的工程经验创造并设计出多种新型节点，面临多样化的节点型式，试验和理论研究严重滞后，提出较为典型性的节点型式，并作好节点的试验与理论研究工作具有重大的研究意义和现实意义。

钢管混凝土框架的节点设计，应满足强度和刚度的要求，并保持传力明确，使钢管和内部核心混凝土能共同工作。节点设计应满足便于制作、安装和浇灌管内混凝土的要求。由于钢管混凝土柱本身是一个连续体，在各个楼层标高处不断开，使楼盖梁板只能从柱子侧面与其连接，造成了节点在设计、施工上均较为复杂和困难。目前节点研究的水平落后于钢管混凝土结构的应用，主要表现为：(1)节点型式多样化，缺乏典型性的更加先进合理的节点型式；(2)试验研究较零散，缺乏系统性。目前，虽然钢管混凝土柱节点的试验研究很多，但试验焦点集中在节点承载力上，试验缺乏连贯性和系统性，对受力机理和设计方法的研究还不够深入；(3)钢管混凝土柱结构整体抗震性能和节点的抗震性能研究较少，从现有的试验资料来看，钢管混凝土柱节点的静力试验做得较多，动力试验做得少，对节点抗震性能的研究较少，而整体结构的振动台抗震性能试验更是空白；(4)对节点的受力状况缺乏深入的分析研究，没有一套较完整的计算理论和设计方法。目前，大多数钢管混凝土柱节点还没有一套较为完整和成熟的计算理论和明确的设计方法，往往只能依靠经验进行截面和配筋设计，这不利于整个结构的可靠度控制，可能造成材料的浪费或安全上的隐患。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种同时承受弯剪力、安全可靠、经济合理的一种半穿心式内牛腿钢管混凝土柱单梁节点。

本实用新型的目的是这样实现的：一种半穿心式内牛腿钢管混凝土柱单梁节点，包括钢管和槽钢，其中：在至少1个方向的钢管壁上设有可于水平向穿过槽钢的两个通孔，两条槽钢的一端穿过通孔并伸入钢管内与钢管外侧固接后形成该方向梁的半穿心式连接牛腿；在钢管与槽钢的连接处外围设有钢筋混凝土环梁。

本实用新型的进一步改进方案是：槽钢伸入钢管内的长度以钢管直径的1/4为佳。

本实用新型也可以这样实现：梁的主筋与槽钢搭接并伸入环梁内，这样可免除焊接，既保证梁主筋的充分搭接锚固，又避免高空焊接作业带来的施工麻烦和焊接质量问题，确保节点的安全性和简化施工。

本实用新型与现有技术相比具有下述的主要特点：

(1)牛腿型钢构件同时承受弯剪作用，充分发挥节点中牛腿的功能，合理经济。在现有多种节点中的牛腿型钢部件多为抗剪支托(只承受剪力)，该节点的牛腿型钢同时承受弯剪作用，既承受弯曲应力(型钢翼缘)，又承受剪切应力(型钢腹板)，使节点受力合理，构造简单，造价经济。

(2)牛腿型钢插入钢管采用半穿心式，即只部分插入。保留全穿心式所具备的节点受力整体性，又避免全穿心式所带来的材料浪费和施工不便(不便于钢管中混凝土的浇注)，使节点更加安全而又施工简便。

(3)梁主筋与外伸型钢长牛腿采用搭接(梁主筋伸入环梁)，免除焊接，既保证梁主筋的充分搭接锚固，又避免高空焊接作业带来的施工麻烦和焊接质量问题，确保节点的安全性和简化施工。

(4)经过节点的静力试验、伪静力试验、结构模型模拟地震振动台试验、节点有限元计算和理论分析等一系列研究表明，该节点受力合理，安全可靠，有很高的抗震安全性。

(5)经实际工程应用表明，该节点施工方便，安全快捷，用料节省，造价较低，适合于在工程中推广应用。

附图说明

图1是本实用新型的平面示意图；

图2是本实用新型中钢管的立面图。

图中：钢管1、通孔11、环梁12、槽钢2、梁3、主筋31。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步地描述，但不构成对本实用新型的任何限制。

如图1、图2所示，本实用新型的半穿心式内牛腿钢管混凝土柱单梁节点，包括钢管1和槽钢2，在四个方向的钢管1壁上均设有可于水平向穿过槽钢2的两个通孔11，两条槽钢2的一端穿过通孔11并伸入钢管1内且与钢管1外壁固接后形成该方向梁3的半穿心式连接牛腿；槽钢2伸入钢管1内的长度约为钢管1直径的1/4。在钢管1与槽钢2的连接处外围设有钢筋混凝土环梁12，梁3的主筋31与槽钢2搭接并伸入环梁12内。

钢管混凝土柱的单梁节点，受(传)力合理可靠、整体性能好、构造简单、材料较省而又便于施工。槽钢2形成的牛腿在管壁内侧均不作焊接；节点区内的全部梁纵筋和箍筋均作妥善弯锚处理而尽量不作焊接，这对于节点数近千个、伸锚入节点区的钢筋较多和和较密集的情况，不但可减少大量的焊接工作，加快施工速度，同时避免了现场焊接操作难度大而影响质量的问题。钢管1外环的钢筋混凝土环梁12，可配置环形和方形的多道水平加强钢筋和加强箍，提高钢管1外混凝土对钢管1的紧箍力，使钢牛腿、钢管混凝土柱和钢筋混凝土三者组成一个协调良好的组合体，形成一个既抗剪又抗弯的刚节点。

Claims (3)

1.一种半穿心式内牛腿钢管混凝土柱单梁节点，包括钢管(1)和槽钢(2)，其特征是：在至少1个方向的钢管(1)壁上设有可于水平向穿过槽钢(2)的两个通孔(11)，两条槽钢(2)的一端穿过通孔(11)并伸入钢管(1)内后形成该方向梁(3)的半穿心式连接牛腿；在钢管(1)与槽钢(2)的连接处外围设有钢筋混凝土环梁(12)。

2.根据权利要求1所述的钢管混凝土柱单梁节点，其特征是：槽钢(2)伸入钢管(1)内的长度约为钢管(1)直径的1/4。

3.根据权利要求1或2所述的钢管混凝土柱单梁节点，其特征是：梁(3)的主筋(31)与槽钢(2)搭接并伸入环梁(12)内。

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