本發(fā)明涉及一種方鋼管混凝土柱與工字形截面鋼梁的連接節(jié)點構(gòu)造及作法，屬于建筑工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來隨著我國鋼產(chǎn)量的提高和人們對環(huán)保節(jié)能、住宅產(chǎn)業(yè)化要求的日益提高，污染小、工期短、保溫節(jié)能效果良好的裝配式輕鋼結(jié)構(gòu)引起了政府和研究機構(gòu)的高度重視，越來越多的學者對這種結(jié)構(gòu)展開了深入的研究。在裝配式輕鋼結(jié)構(gòu)中，傳統(tǒng)的鋼框架多為工字形截面鋼柱，由于工字形截面兩個主軸方向的慣性矩相差較大，在強軸方向其抗側(cè)承載力及剛度較大，但在弱軸方向則較小，因此在長寬比較大的建筑中，把弱軸方向布置在建筑的長邊方向，可有效避免建筑物在弱軸方向的過大側(cè)移，這也是鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房、倉庫等結(jié)構(gòu)的習慣做法。

但是在多層裝配式輕鋼住宅中，長寬比接近1，如果采用工字形截面柱，柱在兩個主軸方向的慣性矩差異對抗震是十分不利的。方鋼管混凝土柱兩個主軸方向慣性矩相同，是適用于多層裝配式輕鋼住宅的理想型式。方鋼管混凝土柱代替了工字鋼柱后，梁柱連接節(jié)點也要針對正方形截面柱進行設(shè)計，目前針對正方形截面柱的梁柱節(jié)點主要有內(nèi)隔板式節(jié)點和外加強環(huán)式節(jié)點，主要適用于高層和大跨的鋼結(jié)構(gòu)中，而對于四層以下、荷載較小、跨度小、需要裝配化施工的輕鋼住宅結(jié)構(gòu)，沿用上述節(jié)點構(gòu)造型式的話會造成工期長、成本高的問題，而且不利于裝配化施工。基于此，本發(fā)明提出了一種可以裝配化施工的方鋼管混凝土柱和工字形截面鋼梁的連接節(jié)點構(gòu)造及作法，具有構(gòu)造簡單、受力明確、延性好、裝配工期短的特點，特別適用于多層輕鋼框架結(jié)構(gòu)住宅，可在保證建筑安全性的同時，提高輕鋼框架的經(jīng)濟性和施工安裝效率，為住宅產(chǎn)業(yè)化、建筑裝配化提供技術(shù)參考。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種方鋼管混凝土柱與工字形截面鋼梁的連接節(jié)點構(gòu)造及作法，以解決在多層輕鋼框架結(jié)構(gòu)住宅中正方形截面鋼柱與工字形截面鋼梁連接節(jié)點成本高、工期長、不利于裝配化施工等問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種方鋼管混凝土柱與工字形截面鋼梁的連接節(jié)點構(gòu)造，該節(jié)點構(gòu)造包括方鋼管混凝土柱(1)、工字形截面鋼梁(2)、直角連接板(3)、“T”形三角肋板(4)、高強螺栓(5)、鋼梁頂面的栓釘(6)；“T”形三角肋板(4)的豎直邊和水平邊都和直角連接板(3)用雙面直角角焊縫連接，因而具有較大剛度；直角連接板(3)通過上焊縫(8)、下焊縫(10)、左焊縫(7)、右焊縫(9)四條焊縫和方鋼管混凝土柱(1)的側(cè)面連接；上下兩個直角連接板(3)分別用高強螺栓和工字形截面鋼梁(2)的上、下翼緣連接，直角連接板(3)對工字形截面鋼梁(2)形成約束，鋼梁頂面的栓釘(6)均勻等間距設(shè)置在工字形截面鋼梁(2)上，整個節(jié)點構(gòu)造具有較高的受彎和受剪承載力。

所述的方鋼管混凝土柱(1)中的方鋼管是在工廠中一次性熱軋成型，截面為正方形，邊長為100～200mm，壁厚為4mm～10mm，內(nèi)灌普通混凝土或再生混凝土，粗骨料粒徑應(yīng)在5～20mm。所述的方鋼管混凝土柱(1)能充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)點，利用鋼管對混凝土的約束效應(yīng)，提高了混凝土的承載能力；而內(nèi)部混凝土的存在使鋼管不會產(chǎn)生局部屈曲。在工程實踐中，鋼管混凝土柱具有剛度大、承載力高、耐火性能好、保溫性能好等優(yōu)點。

所述的工字形截面鋼梁(2)是將樓板、填充墻等荷載傳給柱子的構(gòu)件，一般為熱軋型鋼，為增強其在端部的剛度，需要在端部設(shè)置兩道加勁肋，加勁肋厚度應(yīng)不小于工字形截面鋼梁(2)的腹板厚度。第一道加勁肋設(shè)置在梁端，第二道設(shè)置在直角連接板(3)之外。由于直角連接板(3)的上連接板下邊緣和下連接板上邊緣需要與方鋼管混凝土柱(1)焊接，焊縫處會有凸起，在裝配施工前需要將工字形截面鋼梁(2)的端部上下各打磨掉5～8mm三角形缺口。然后在工字形截面鋼梁(2)的梁頂面均勻設(shè)置栓釘。

所述的直角連接板(3)是梁柱連接節(jié)點的關(guān)鍵部件，其鋼板厚度應(yīng)等于或稍大于工字形截面鋼梁(2)的上下翼緣，水平外伸長度可為工字形截面鋼梁(2)梁高的0.6～1倍；豎向高度可為工字形截面鋼梁(2)梁高的0.4～0.8倍；其寬度一般與工字形截面鋼梁(2)的翼緣寬度相同。直角連接板(3)應(yīng)在工廠里和方鋼管混凝土柱(1)預先焊好，每個節(jié)點由上下兩片直角連接板(3)組成，而每片直角連接板與方鋼管混凝土柱(1)由四條直角角焊縫連接，如圖3所示，焊接時其焊縫質(zhì)量控制等級應(yīng)為一級或二級。

“T”形三角肋板(4)整體呈三角形，斷面呈“T”形，斜邊焊接有一道與三角形平面垂直的鋼板條，三角形鋼板與垂直鋼板條的厚度和直角連接板(3)相同。其水平直角邊與直角連接板(3)的水平面焊接，焊縫為雙面直角角焊縫；其豎直直角邊與直角連接板(3)的豎直面焊接，焊縫也為雙面直角角焊縫?！癟”形三角肋板(4)由于截面為“T”形，剛度遠大于普通加勁肋，和直角連接板(3)焊接在一起，形成剛度較大的剛體，再通過高強螺栓(5)與工字形截面鋼梁(2)連接，可對工字形截面鋼梁(2)形成較強的約束，經(jīng)試驗證明，該梁柱鏈接節(jié)點型式的抗彎承載力、抗剪承載力都較普通連接節(jié)點有大幅提高。

高強螺栓(5)是整個梁柱連接節(jié)點的重要環(huán)節(jié)，其材料應(yīng)為45#鋼、合金鋼(如20MnTiB、35VB)或其它優(yōu)質(zhì)鋼材，制成后應(yīng)進行熱處理，其直徑應(yīng)通過計算和參考構(gòu)造要求來確定，其螺栓級別應(yīng)為8.8級或更高。其長度一般以在螺母外露出10～30mm為宜。為方便裝配施工，裝配上翼緣時螺母應(yīng)安裝在直角連接板(3)的頂面，裝配下翼緣時螺母應(yīng)安裝在直角連接板(3)的底面。裝配時為避免不同螺栓的松緊程度不同，應(yīng)采用扭矩扳手進行裝配，每個螺栓的設(shè)定扭矩應(yīng)相同。

鋼梁頂面的栓釘(6)是加強工字形截面鋼梁(2)與混凝土樓板連接的重要構(gòu)造，其長約40mm，直徑5～8mm，沿梁頂中線設(shè)一道，水平間距可為80～150mm，施工樓板時與混凝土樓板整體澆注。

本發(fā)明涉及一種方鋼管混凝土柱與工字形截面鋼梁的連接節(jié)點構(gòu)造及作法，其具體作法如下(如圖1到圖4所示)：

第一步：在鋼構(gòu)件車間加工直角連接板，需要切割、冷彎、焊接、打磨等工序，具體順序為先焊接三角形肋板和鋼板條形成“T”形三角肋板，再把“T”形三角肋板和直角連接板焊接。如圖1所示。

第二步：在鋼構(gòu)件車間把直角連接板和方鋼管柱在設(shè)計位置焊接連接。注意每個節(jié)點有上下兩個直角連接板，每個直角連接板和柱側(cè)面有上、下、左、右四條焊縫，分別如圖2和圖3所示。加工出方鋼管柱的柱腳底板和柱腳加勁肋。

第三步：首先在工字形截面鋼梁的端部焊接加勁肋板，加勁肋厚度應(yīng)不小于工字形截面鋼梁的腹板厚度，加勁肋板在腹板兩側(cè)各有兩道，第一道加勁肋設(shè)置在梁端，第二道設(shè)置在直角連接板外邊緣處。然后按設(shè)計位置加工工字形截面鋼梁的上下翼緣的螺栓孔。最后在鋼構(gòu)件車間焊接工字形截面鋼梁頂面的栓釘。

第四步：在施工現(xiàn)場用螺栓安裝帶直角連接板的方鋼管柱，澆筑普通混凝土或者再生粗骨料混凝土。在工字形截面鋼梁的端部上下各切割出長和高均為6～8mm的三角型缺口，打磨光滑。然后把工字形截面鋼梁水平滑入兩側(cè)方鋼管柱的上下直角連接板之間。待滑到設(shè)計位置，用高強螺栓擰緊固定。如圖4和圖5所示。

第五步：待結(jié)構(gòu)所有梁柱施工完成以后，在栓釘所在位置扎筋、支模，澆筑樓板。待樓板達到設(shè)計強度，就形成了裝配式輕鋼框架的梁板柱結(jié)構(gòu)體系。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明涉及的方鋼管混凝土柱與工字形截面鋼梁的連接節(jié)點構(gòu)造及作法，具有以下優(yōu)勢：

(1)節(jié)點構(gòu)造簡單，布置靈活。在鋼框架結(jié)構(gòu)中，中柱需要和四根梁連接，邊柱連接三根梁，角柱連接兩根梁?，F(xiàn)有的內(nèi)隔板式節(jié)點和外加強環(huán)式節(jié)點不管連接幾根梁都需要整體設(shè)置，而本發(fā)明涉及的節(jié)點連接構(gòu)造只需要在有梁的位置設(shè)置上下直角連接板，例如角柱可以只在柱的兩側(cè)設(shè)置直角連接板，邊柱只在三邊設(shè)置，而且每個柱的各個直角連接板用鋼量之和明顯小于現(xiàn)有連接技術(shù)，因而成本大大降低。

(2)受力明確，便于針對不同荷載進行設(shè)計，提高連接節(jié)點的可靠度。本發(fā)明涉及的節(jié)點連接構(gòu)造中，每個節(jié)點把梁端的彎矩、剪力傳遞給上下8條焊縫，這8條焊縫布置規(guī)則均勻，可針對不同荷載調(diào)整其連接板鋼板厚度和焊縫長度，以明確連接節(jié)點的受力和可靠性。而現(xiàn)有的內(nèi)隔板式節(jié)點和外加強環(huán)式節(jié)點是整體式節(jié)點，難以根據(jù)單根梁的荷載變化作出調(diào)整，只能整體變厚變長，局部受力和可靠性難以明確，成本較高。

(3)工業(yè)化水平高。本發(fā)明涉及的節(jié)點連接構(gòu)造包含的方鋼管混凝土柱、直角連接板、“T”字形三角肋板等均為工廠規(guī)?；a(chǎn)，生產(chǎn)精度高、質(zhì)量容易控制、節(jié)省資源、方便運輸，可針對不同梁柱截面生產(chǎn)出統(tǒng)一標準、不同規(guī)格的標準件進行裝配，有利于實現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)化。

(4)運輸、安裝方便。本發(fā)明涉及的預制連接件重量輕，體積小，運輸安裝方便?？娠@著減少施工現(xiàn)場工作量，加快施工進度，而且基本實現(xiàn)無廢料。采用本發(fā)明提出的方鋼管混凝土柱與工字形截面鋼梁的連接節(jié)點構(gòu)造可把焊接鋼板、切割鋼板等有嚴重噪音、光等污染的工序布置在構(gòu)件工廠進行，節(jié)約資源、節(jié)省人工、減少管理費用，減少施工帶來的建筑垃圾、噪音等環(huán)境污染，而且確保工程質(zhì)量。

附圖說明

圖1是一種初步加工的方鋼管柱、帶“T”字形三角肋的上下直角連接板、工字形截面鋼梁的立體示意圖；

圖2和圖3是把方鋼管柱和上下直角連接板焊接的立體示意圖；

圖4和圖5是把帶直角連接板的方鋼管柱和工字形截面鋼梁對齊、用高強螺栓裝配的流程示意圖。

圖中：1、方鋼管混凝土柱，2、工字形截面鋼梁，3、直角連接板，4、“T”字形三角肋板，5、高強螺栓，6、鋼梁頂面的栓釘。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。

如圖1所示，一種方鋼管混凝土柱與工字形截面鋼梁的連接節(jié)點構(gòu)造，該連接節(jié)點包括方鋼管混凝土柱(1)、工字形截面鋼梁(2)、直角連接板(3)、“T”形三角肋板(4)、高強螺栓(5)、鋼梁頂面的栓釘(6)。

方鋼管混凝土柱可以根據(jù)所需要的承載力進行截面設(shè)計，包括改變截面邊長、方鋼管壁厚、內(nèi)灌混凝土強度等級等。直角連接板和“T”形三角肋板也可以根據(jù)工字形截面鋼梁梁端的彎矩和剪力進行設(shè)計，包括改變直角連接板的長度、高度、板厚以及三角肋板的板厚和數(shù)量。本發(fā)明涉及梁柱連接節(jié)點可由上述設(shè)計參數(shù)的變化而設(shè)計為剛性節(jié)點或半剛性節(jié)點。連接直角連接板和工字形截面鋼梁的高強螺栓同時承受剪力和拉力，要按照剪拉同時作用的工況驗算其承載力，來確定合適的螺栓直徑和間距。

從整個梁柱連接節(jié)點構(gòu)造來說，要設(shè)計為“強節(jié)點弱構(gòu)件”，使構(gòu)件破壞先于節(jié)點破壞。具體到本發(fā)明所涉及梁柱連接節(jié)點，直角連接板和鋼管混凝土柱之間為焊接連接，因為焊縫破壞脆性特征較明顯，所以基于延性破壞的目標，該焊縫應(yīng)具有較高的安全儲備；因為螺栓的剪斷或拉斷也是脆性破壞，故高強螺栓的設(shè)計也應(yīng)具有較大的安全系數(shù)；鋼梁在螺栓孔處的受拉變形、屈服直至最后拉斷是一個緩慢的、有明顯變形的過程，屬于延性破壞，所以整個節(jié)點的破壞應(yīng)該設(shè)計為梁端變形破壞。地震發(fā)生時在混凝土樓板的作用下，梁端螺栓孔處的梁翼緣和直角連接板會因為凈面積較小而發(fā)生受拉變形，導致鋼梁梁端出現(xiàn)轉(zhuǎn)角，從而引起該區(qū)域的樓板相互擠壓，耗散地震能量；隨著水平地震作用的加大，梁端翼緣處的拉伸變形加大，梁端樓板和墻之間的裂縫會變寬甚至完全裂開，這個過程持續(xù)時間較長，可有利于人員疏散；梁柱節(jié)點最后的破壞源于鋼梁梁端螺栓孔處被拉斷，由于每個梁端螺栓孔共有12個，這種破壞最后一般不會導致梁段完全脫落，可以保證人民生命財產(chǎn)安全。這種破壞模式也符合“強柱弱梁”的抗震思想。而且不同梁柱節(jié)點之間沒有關(guān)聯(lián)，即使個別鋼梁由于豎向荷載過大而提前脫落，也不會導致整個結(jié)構(gòu)體系倒塌。采用本發(fā)明所述的方鋼管混凝土柱與工字形截面鋼梁的連接節(jié)點構(gòu)造，鋼梁與鋼管混凝土柱連接牢固、整體性好，裝配簡單而且工期短，裝配施工時實現(xiàn)“零排放”而且不產(chǎn)生新的建筑垃圾，符合住宅產(chǎn)業(yè)化、綠色環(huán)保的要求，是適用于當前低層、多層輕鋼框架住宅建筑梁柱連接的一種新型節(jié)點連接型式。

以上是本發(fā)明的一個典型實施例，本發(fā)明的實施不限于此。