专利名称：型钢混凝土框架－钢支撑结构型钢柱顶约束节点的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种型钢混凝土组合结构中的抗震节点结构。
背景技术：
国家体育馆是北京2008年奥运会三大主场馆之一，奥运期间将主要进行体操比赛、手球决赛，残奥会进行轮椅篮球比赛。其建筑由比赛馆、热身馆组成，比赛馆可容纳观众约1.9万人，总建筑面积80890m2，地下一层、地上四层。屋盖平面投影纵向长195.5m，横向宽114m。在这种复杂空间结构体系中，大跨度结构与下部主体结构的连接节点及其相邻区域的设计极其关键和重要，此节点是支承大跨度空间屋盖结构并传递地震作用力的一个重要部位。由于屋盖体系超高、超宽、超大，下部结构需要承受很大的地震作用力并需要满足空中累计滑移的特殊工况的需要，因此若采用传统的混凝土结构体系就不能满足需要。
型钢混凝土组合结构(Steel Reinforced Concrete Composite Structure，简称SRC结构)是钢与混凝土组合结构的一种主要形式。型钢混凝土结构的特点是在混凝土中配置型钢，并可配有一定的受力钢筋和构造钢筋。
在传统的型钢混凝土组合结构中，型钢柱与型钢梁顶部节点无约束锚固钢板，对于型钢混凝土框架-钢支撑结构体系，如按照常规的柱顶钢筋锚固方式，由于型钢梁和钢支撑截面占据了节点处的大量空间，型钢柱主筋不能象纯混凝土框架梁柱节点那样具备弯折和锚固空间。型钢柱主筋在柱顶弯折后锚固于柱顶型钢梁中，型钢柱钢筋与梁中的型钢和钢筋在空间占用上矛盾突出，梁中型钢、柱中型钢、钢支撑与柱主筋和梁主筋在已经很拥挤的柱截面空间中相互穿插，使得型钢柱主筋的施工十分困难，柱主筋得不到较好的锚固，型钢柱顶节点的整体性不强，钢筋受约束差，不仅影响了节点区的受力性能和使用安全性，而且浪费了人力物力；另一方面，传统的型钢柱顶节点不适合与大跨度钢屋盖的支座连接，因为大跨度钢屋盖在地震作用下，产生很大的水平力，梁中型钢、柱中型钢、与钢支撑的节点部位存在受力薄弱区域，型钢柱顶与型钢梁顶之间的区段内形成细脖子，对大跨度钢屋盖的受力十分不利。
发明内容本发明的目的是设计一种型钢混凝土框架钢支撑结构型钢柱顶约束节点，解决大跨度空间屋盖结构的支座与型钢柱顶之间可靠、安全连接的问题；同时解决柱顶节点处钢筋密集、穿插过多、钢筋与型钢空间矛盾关系紧张、钢筋锚固困难的问题。
本发明的目的是这样实现的这种型钢混凝土框架-钢支撑结构的型钢柱顶约束节点，由梁中型钢、柱中型钢、柱主筋、钢支撑、柱中混凝土、梁中混凝土交接并浇注成一体，其特征在于在柱中型钢和柱主筋的顶部焊接一块约束锚固钢板，约束锚固钢板7的中部开有振捣孔、与柱型钢焊接形成焊接线孔，在约束锚固钢板的边部开有塞焊孔，柱主筋与约束锚固钢板在塞焊缝处焊接，柱中型钢与约束锚固钢板在焊接线孔处焊接。
上述柱主筋围绕在柱中型钢的周围。
上述柱中型钢可以是王字形钢、工字钢、C形钢、槽形钢、H形钢或钢板。
上述柱中型钢上可以连有栓钉。
上述梁中型钢可以是王字形钢、工字钢、C形钢、槽形钢、H形钢或钢板。
上述梁中型钢上可以连有栓钉。
上述梁中型钢在节点区可以是等截面型钢梁或变截面型钢梁，变截面型钢梁在节点区梁翼缘加宽，与等截面型钢梁由连板连接。
上述钢支撑可以是王字形钢、工字钢、C形钢、槽形钢、H形钢或钢板。
上述钢支撑上可以连有栓钉。
上述钢支撑可以在节点区连接八字形的正交转换接头，八字形正交转换接头的小头连接钢支撑，大头一端连接梁中型钢，另一端连接柱中型钢。
本发明与现有传统技术相比具有以下特点和有益效果(1)、本发明大部分柱主筋通过塞焊锚固连接于型钢柱顶端的约束锚固钢板。大大提高了型钢柱顶节点的整体性，大跨度钢屋盖的支座与型钢柱顶约束锚固钢板连接可靠安全，钢筋自动成为锚板的锚筋，型钢柱的型钢及钢筋严密结合为一个整体，能充分保证施工的质量和精度。
(2)、利用柱主筋直接作为约束锚固钢板的锚固钢筋，一方面节省了锚固钢筋的用量，另一方面便于施工，提高了施工效率，省工省时。
(3)、本发明简化了型钢混凝土框架-钢支撑体系中柱顶复杂节点的钢筋和型钢之间的空间关系。通过设置柱顶约束锚固钢板，型钢柱主筋可以不用弯折直接锚固于柱顶锚固钢板上。柱顶钢板、型钢混凝土柱主筋、型混凝土柱中混凝土之间的相互约束更加紧密，型钢柱截面柱顶段的整体性和协同受力性更为合理。
(4)、柱顶约束锚固钢板集多种功能于一身，对型钢柱，它是约束锚固钢板；对钢屋盖，它又是良好的埋件；对型钢柱钢筋及混凝土，它是整体的约束；当钢屋盖在施工过程中，它又是滑移轨道的基础。本发明对柱顶的大跨度钢屋盖受力合理，可通过支座安全可靠地与大跨度钢屋盖连接。结构中的型钢、约束锚固钢板、钢筋、混凝土四为一体地工作，使型钢混凝土组合结构具备了承载力大、刚度大、抗震性能好等优点。
实际应用效果国家体育馆采用了型钢混凝土框架-钢支撑混合结构体系，主要由型钢混凝土框架和依据结构空间受力需要而布置的钢支撑组合而成。该体系不同于钢框架-支撑体系，也不同于混凝土框架-钢支撑体系。国家体育馆型钢混凝土框架钢支撑体系与上部大跨度钢屋盖结构体系是两个主要的组成部分。钢屋盖通过78个支座与下部78根型钢柱在柱顶连接，连接支座的受力和变形方式通过整体有限元模型的模拟确定。型钢柱为单排柱，柱型钢截面主要为王字型，梁型钢截面为H型。大跨度钢屋盖结构的支座依据下部型钢混凝土柱的特点采用了在柱列方向固定在柱列平面外方向滑动的形式，其中滑动位移值最大约±120mm，最大剪力为2378(KN)。型钢柱顶节点设计依据了本工程的具体情况考虑了型钢柱与钢屋盖的相互作用效应及方向性。型钢混凝土梁共437根。柱间支撑主要布置在场馆的转角部位和柱顶，共278组。其顶部节点是型钢混凝土框架结构与顶部大跨度钢屋盖结构的联系枢纽。
通过设置柱顶约束锚固钢板，简化了型钢混凝土框架-钢支撑体系柱顶复杂节点的钢筋和型钢之间的空间关系，型钢柱主筋可以不用弯折直接锚固于柱顶的约束锚固钢板上。柱顶约束锚固钢板、型钢混凝土柱主筋、型混凝土柱中混凝土之间的相互约束更加紧密，型钢柱截面柱顶段的整体性和协同受力性更为合理，体系之间的变形协调问题、体系的边界问题、体系之间的相互作用问题、体系之间的能量传递和消耗问题等均通过支座及其约束锚固钢板或钢筋来予以解决。通过本发明的设计，型钢混凝土框架-钢支撑结构体系在含有大跨度空间结构中的应用问题得到了较为理想的解决，可适用于与大跨度空间结构组合的型钢混凝土框架结构体系。
图1是本发明实施例的结构示意图；图2是本发明实施例另一角度的结构示意图；图3是本发明实施例部分浇注混凝土后的结构示意图。
图中1-柱主筋、2-梁中型钢、3-钢支撑、4-振捣孔、5-塞焊孔、6-焊接线孔、7-约束锚固钢板、8-节点区梁翼缘、9-栓钉、10-柱中型钢、11-柱中混凝土、12-梁中混凝土、13-正交转换接头、14-连板。
(五)
具体实施例方式
实施例参见图1-3所示，这种型钢混凝土框架钢支撑结构型钢柱顶约束节点，由梁中型钢2、柱中型钢10、柱主筋1、钢支撑3、柱中混凝土11、梁中混凝土12交接并浇注成一体，其特征在于在柱中型钢10和柱主筋1的顶部焊接一块约束锚固钢板7，约束锚固钢板7的中部开有振捣孔4和焊接线孔6，并和型钢在工厂焊接形成焊接线，在约束锚固钢板7的边部开有塞焊孔5，柱主筋1与约束锚固钢板7在塞焊缝5处焊接，柱中型钢10与约束锚固钢板7在焊接线孔处焊接。上述柱主筋1围绕在柱中型钢10的周围。
柱中型钢10可以根据工程需要选择王字形钢、工字钢、C形钢、槽形钢、H形钢或钢板，为增加柱中型钢2与柱中混凝土12的结合力，柱中型钢10上可以连有栓钉9。
梁中型钢2可以选择王字形钢、工字钢、C形钢、槽形钢、H形钢或钢板，为增加梁中型钢2与梁中混凝土12的结合力，梁中型钢2上可连有栓钉9。
梁中型钢2在节点区可以是等截面型钢梁或变截面型钢梁，变截面型钢梁在节点区梁翼缘8加宽，与等截面型钢梁由连板14连接。
钢支撑3也可以选择王字形钢、工字钢、C形钢、槽形钢、H形钢或钢板，钢支撑3上也可连有栓钉9。
为增加该节点钢支撑的强度，钢支撑3在节点区连接八字形的正交转换接头13，八字形正交转换接头13的小头连接钢支撑3，大头一端连接梁中型钢2，另一端连接柱中型钢10。
本发明的具体技术参数可依据大跨度钢屋盖结构支座构造、支座的受力和变形、及型钢混凝土框架-钢支撑体系截面内在特点而确定。梁中型钢2、柱中型钢10、钢支撑3可以根据构件截面大小、受力特点，考虑到受力的合理性，灵活地选择焊接型钢各个板件的宽度与厚度。这些型钢可以是轧制的也可以是焊接的。
权利要求
1.一种型钢混凝土框架钢支撑结构型钢柱顶约束节点，由梁中型钢、柱中型钢、柱主筋、钢支撑、柱中混凝土、梁中混凝土交接并浇注成一体，其特征在于在柱中型钢和柱主筋的顶部焊接一块约束锚固钢板，约束锚固钢板的中部开有振捣孔、与柱型钢焊接形成焊接线孔，在约束锚固钢板的边部开有塞焊孔，柱主筋与约束锚固钢板在塞焊缝处焊接，柱中型钢与约束锚固钢板在焊接线孔处焊接。
2.根据权利要求1所述的型钢混凝土框架钢支撑结构型钢柱顶约束节点，其特征在于上述柱主筋围绕在柱中型钢的周围。
3.根据权利要求1或2所述的型钢混凝土框架钢支撑结构型钢柱顶约束节点，其特征在于上述柱中型钢是王字形钢、工字钢、C形钢、槽形钢、H形钢或钢板。
4.根据权利要求3所述的型钢混凝土框架钢支撑结构型钢柱顶约束节点，其特征在于上述柱中型钢上连有栓钉。
5.根据权利要求1或2所述的型钢混凝土框架钢支撑结构型钢柱顶约束节点，其特征在于上述梁中型钢是王字形钢、工字钢、C形钢、槽形钢、H形钢或钢板。
6.根据权利要求5所述的型钢混凝土框架钢支撑结构型钢柱顶约束节点，其特征在于上述梁中型钢上连有栓钉。
7.根据权利要求6所述的型钢混凝土框架钢支撑结构型钢柱顶约束节点，其特征在于上述梁中型钢在节点区是等截面型钢梁或变截面型钢梁，变截面型钢梁在节点区梁翼缘加宽，与等截面型钢梁由连板连接。
8.根据权利要求1所述的型钢混凝土框架钢支撑结构型钢柱顶约束节点，其特征在于上述钢支撑是王字形钢、工字钢、C形钢、槽形钢、H形钢或钢板。
9.根据权利要求1或2所述的型钢混凝土框架钢支撑结构型钢柱顶约束节点，其特征在于上述钢支撑上连有栓钉。
10.根据权利要求9所述的型钢混凝土框架-钢支撑结构型钢柱顶约束节点，其特征在于上述钢支撑在节点区连接八字形的正交转换接头，八字形正交转换接头的小头连接钢支撑，大头一端连接梁中型钢，另一端连接柱中型钢。
全文摘要
一种型钢混凝土框架钢支撑结构型钢柱顶约束节点，由梁中型钢、柱中型钢、柱主筋、钢支撑、柱中混凝土、梁中混凝土交接并浇注成一体，在柱中型钢和柱主筋的顶部焊接一块约束锚固钢板，约束锚固钢板的中部开有振捣孔和焊接线孔，在约束锚固钢板的边部开有塞焊孔，柱主筋与约束锚固钢板在塞焊缝处焊接，柱中型钢与约束锚固钢板在焊接线孔处焊接。解决了大跨度钢屋盖的支座与型钢柱顶可靠安全连接的问题，提高了型钢柱顶节点的整体性，一方面节省了锚固钢筋的用量，另一方面便于施工，提高了施工效率，省工省时。
文档编号E04B1/58GK101024974SQ200710200288
公开日2007年8月29日 申请日期2007年3月16日 优先权日2007年3月16日
发明者陈金科, 覃阳, 冯阳, 杨铮, 许硕, 陈奕, 曾莉荣 申请人:北京城建设计研究总院有限责任公司, 北京市建筑设计研究院