专利名称：一种钢节点预制装配钢筋混凝土框架结构的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种用于土木建筑工程的钢节点预制装配钢筋混凝土框架结构，属 于土木工程建筑结构技术领域。
背景技术：
建筑结构的形式有很多，其中框架结构是一种应用广泛的建筑结构形式。随着社 会对环境保护理念的不断深入，装配结构因其构件可在工厂里实现有控制下的生产，已被 认为是一种低碳环保的建筑结构形式。预制装配框架结构目前有钢结构、预制装配钢骨框 架结构及预制装配钢筋混凝土框架结构。钢结构自重轻，延性好，但造价高，防火性差。预 制装配钢筋混凝土结构造价相对低，但其结构整体性受梁柱连接方式的制约，结构性能差 异较大。预制装配钢骨框架结构的性能则是在钢结构与预制装配钢筋混凝土框架结构之间 的一种折衷。对于预制装配的钢筋混凝土框架结构其技术难点在于如何进行柱梁等预制构件 的连接，并满足抗震结构的要求。目前国内外解决钢筋混凝土框架柱梁节点连接的方法主 要有现浇节点区节点连接及预应力预压节点连接等。现浇节点区的连接是在梁柱节点处预 留后浇混凝土部位，各构件现场拼装完成后再在后浇混凝土部位浇筑新混凝土，使各部件 间连成整体，它在结构性能上更接近整体现浇的框架结构性能，因而抗震性能易满足结构 要求，但由于现浇节点区需支模并浇筑混凝土而存在部分现场湿作业，并且现浇的框架梁 柱节点需要养护期才能使用，造成现场施工工序复杂，工期加长，现场的湿作业也在一定程 度上影响了施工的环境。为解决现浇节点的不足，目前采取预应力预压梁柱节点的钢筋混 凝土框架结构。这种框架结构的节点连接是利用后张预应力筋的方法，将钢筋混凝土预制 梁压紧于预制柱之上，柱梁之间依靠摩擦力或辅以非预应力筋的抗剪来实现框架节点的传 力，柱与柱间的连接则采用诸如插筋注胶法等的另外方法。这种结构的成型完全依赖于预 应力筋，构件拼装后还需再进行预应力筋安装、张拉及灌浆等后续工序，才能最终完成节点 连接，因而安装工艺并未能根本得到简化，柱梁的异位连接也使得构件间失去独立性，地震 后损坏的构件不易更换。
发明内容
技术问题针对目前预制装配钢筋混凝土框架结构抗震性能低，安装不便，灾后构件更换困 难等的不足，本发明提供一种钢节点预制装配钢筋混凝土框架结构，应用独立的钢节点部 件，将预制梁及预制柱通过高强螺栓连接于钢节点之上，实现梁、柱及节点的全预制装配， 简化了现场安装操作，增强了节点区及整体结构的抗震能力，并且灾后维修更换构件方便 灵活。技术方案—种钢节点预制装配钢筋混凝土框架结构，包括钢节点预制装配钢筋混凝土框架主体构成、预制梁构件、预制柱构件及钢节点，所述钢节点包括第一钢节点、第二钢节点及第三钢节点，第一钢节点包括钢板箱 体，在钢板箱体内设有环形水平增强肋板和竖向增强肋板，在钢板箱体的上、下表面上分别 设有上承力板及下承力板，在钢板箱体的外表面上设有第一肋板、第二肋板、第三肋板及第 四肋板，且所述第一肋板、第二肋板、第三肋板及第四肋板分别与上承力板及下承力板连 接，第一肋板、第二肋板、第三肋板及第四肋板中的相邻肋板之间的夹角大于0°且小于或 等于180°，在第一肋板、第二肋板、第三肋板及第四肋板分别连接有第一竖向承力板、第 二竖向承力板、第三竖向承力板及第四竖向承力板，且所述第一竖向承力板、第二竖向承力 板、第三竖向承力板及第四竖向承力板分别与上承力板及下承力板连接，所述第一竖向承 力板、第二竖向承力板、第三竖向承力板及第四竖向承力板分别与与其相邻的梁连接，上承 力板及下承力板分别与与其相邻的柱连接；第二钢节点包括钢板箱体，在钢板箱体内设有 环形水平增强肋板和竖向增强肋板，在钢板箱体的上、下表面上分别设有上承力板及下承 力板，在钢板箱体的外表面上设有第一肋板、第二肋板及第三肋板，且所述第一肋板、第二 肋板及第三肋板分别与上承力板及下承力板连接，第一肋板、第二肋板及第三肋板中的相 邻肋板之间的夹角大于0°且小于或等于180°，在第一肋板、第二肋板及第三肋板分别连 接有第一竖向承力板、第二竖向承力板及第三竖向承力板，且所述第一竖向承力板、第二竖 向承力板及第三竖向承力板分别与上承力板及下承力板连接，所述第一竖向承力板、第二 竖向承力板及第三竖向承力板分别与与其相邻的梁连接，上承力板及下承力板分别与与其 相邻的柱连接；第三钢节点包括钢板箱体，在钢板箱体内设有环形水平增强肋板和竖向增 强肋板，在钢板箱体的上、下表面上分别设有上承力板及下承力板，在钢板箱体的外表面上 设有第一肋板及第二肋板，且所述第一肋板及第二肋板分别与上承力板及下承力板连接， 第一肋板与第二肋板之间的夹角大于0°且小于或等于180°，在第一肋板及第二肋板分 别连接有第一竖向承力板及第二竖向承力板，且所述第一竖向承力板及第二竖向承力板分 别与上承力板及下承力板连接，所述第一竖向承力板及第二竖向承力板分别与与其相邻的 梁连接，上承力板及下承力板分别与与其相邻的柱连接；所述预制梁构件包括预制钢筋混凝土梁体，在预制钢筋混凝土梁体的端部预埋梁 端预埋钢板，在梁端预埋钢板上连接有型钢梁，在型钢梁上连接有梁端承力板；所述预制柱构件包括预制钢筋混凝土柱体，在预制钢筋混凝土柱体的端部侧面设 有钢板围箱，钢板围箱内壁设有铨钉，柱端设有柱端钢承力板，钢承力板与钢板围箱相连；所述上承力板及下承力板分别与与其相邻柱的连接采用上承力板及下承力板与 柱端钢承力板连接；所述第一竖向承力板、第二竖向承力板、第三竖向承力板及第四竖向承 力板中的任一竖向承力板与其相邻梁的连接采用竖向承力板与梁端承力板连接。有益效果本发明通过在梁柱节点区设置独立的钢节点部件，并相应地在预制钢筋混凝土 梁、柱端部增加钢构件，再将预制梁、柱与钢节点通过高强螺栓连接，形成了钢节点预制装 配钢筋混凝土框架结构。该结构实现了梁、柱及节点的全预制化装配，各部件间的连接可一 次完成，简化了现场的安装操作，结构构件装拆具有相对的独立性便于更换维修，特别是当 地震灾害引起局部构件损坏后可方便地更换相应构件。本发明的独立钢节点采用内部充填混凝土的封闭钢结构，具有良好的延性与抗震耗能能力，钢筋混凝土框架梁端采用钢结构，更易控制并实现塑性铰出现在梁端区域，预制 钢筋混凝土柱端设钢板围箱及柱端钢承力板，钢板围箱内壁设铨钉，钢板围箱与柱端钢承 力板共同形成了对柱端的加强，因而钢节点预制装配框架结构对比传统的预制装配钢筋混 凝土框架结构不仅安装便捷，且具有更佳的结构抗震性能。 本发明通过在梁柱汇交部位设置钢节点，将预制柱梁构件在节点处通过高强螺栓 连接，形成了新型的钢节点预制装配钢筋混凝土框架结构。结构包括钢节点，以及与钢节点 相连接的预制梁、柱。钢节点由钢板焊接而成，呈封闭箱体状，箱体上下设承力板以保证与 柱端的连接，封闭箱体内中部设环形水平增强肋及竖向增强肋用以加强箱体的整体刚度， 封闭箱体内充填混凝土，不仅由于钢箱体约束混凝土而使混凝土的极限抗压强度提高，而 且混凝土起到稳定钢结构、增加节点抗震耗能能力与耐火能力。钢节点的侧面设有竖向承 力板可与梁端部连接。梁构件包括钢筋混凝土梁体、梁端预埋钢板、型钢梁及梁端承力板， 梁端预埋钢板与梁内主筋塞焊或对焊连接，型钢梁与预埋钢板焊接连接，型钢梁末端设承 力板，上留有螺栓孔可与钢节点相对应的竖向承力板间进行高强螺栓连接。钢筋混凝土梁 端的型钢梁区是抗震耗能区，通过控制塑性铰出现于型钢梁上来达到抗震耗能的目的。柱 构件包括钢筋混凝土柱体及柱端部侧面的钢板围箱及柱端钢承力板，柱端侧面钢板围箱与 柱端钢承力板共同形成了对预制钢筋混凝土柱端的加强，钢板围箱内壁设有铨钉用以增强 与混凝土的连接，柱端钢承力板大出柱面，并与柱内钢筋塞焊或对焊连接，柱端钢承力板上 开有螺栓孔，可与独立钢节点的承力板进行高强螺栓连接。本发明利用钢材本身具有强度高、延性好的材料特性，通过设计独立钢节点将预 制钢筋混凝土柱、梁构件实现在节点区的全预制装配连接，工艺过程大为简化，构件连接一 次成型，维修更换部件更加灵活方便。独立钢节点的封闭钢箱体内填混凝土，使节点区刚度 及抗震耗能力得以增强，同时与钢节点连接的梁端采用钢结构可使抗震耗能的塑性铰区控 制并出现在钢结构部位处，加之钢材本身延性良好，这就提高了节点区的抗震能力，柱端的 靴式构造，即由钢板围箱与钢承力板构成的钢靴加强柱端，所有这些使得形成的钢节点预 制装配钢筋混凝土框架结构具有更强的结构抗震性能。
下面结合附图及实施例对本发明进一步详细说明图1是本发明整体三维示意图。图2是第一钢节点组装示意图，图2a是第一钢节点与梁柱连接三维示意图，图2b 是第一钢节点与梁柱连接分解三维示意图。图3是第二钢节点组装示意图，图3a是第二钢节点与梁柱连接三维示意图，图3b 是第二钢节点与梁柱连接分解三维示意图。图4是第三钢节点组装示意图，图4a是第三钢节点与梁柱连接三维示意图，图4b 是第三钢节点与梁柱连接分解三维示意图。图5是第一钢节点示意图，图5a是第一钢节点三维示意图，图5b是第一钢节点剖 切三维示意图。图6是第二钢节点示意图，图6a是第二钢节点三维示意图，图6b是第二钢节点剖 切三维示意图。
图7是第三钢节点示意图，图7a是第三钢节点三维示意图，图7b是第三钢节点剖 切三维示意图。图8是预制梁构件示意图，图8a是预制梁构件三维示意图，图8b是预制梁构件 A-A剖面图。图9是预制柱构件示意图。图9a是预制柱构件三维示意图，图9b是预制柱构件 端部钢柱靴三维示意图，图9c是预制柱构件端部钢柱靴平面图，图9d是预制柱构件端部钢 柱靴剖面图。图中有第一钢节点la、第二钢节点lb、第三钢节点lc、预制梁构件2、预制柱构 件3、高强螺栓4、钢板箱体5、环形水平增强肋板6、竖向增强肋板7、上承力板8、下承力板 9、第一竖向承力板10a、第二竖向承力板10b、第三竖向承力板10c、第四竖向承力板10d、第 一肋板11a、第二肋板lib、第三肋板11c、第四肋板lid、螺栓孔12、箱内充填混凝土 13、预 留混凝土浇筑口(后封闭)14、预制钢筋混凝土梁体15、梁端预埋钢板16、梁内主筋17、型 钢梁18、梁端承力板19、预制钢筋混凝土柱体20、柱内钢筋21、柱端钢承力板22、钢板围箱 23、铨钉24。
具体实施例方式本发明运用明确的节点概念构建以独立钢节点为中心的预制柱、梁连接，以具有 更高刚度与延性的钢节点作为节点承力构件，实现了柱梁的快速与抗震连接，震后的局部 损伤构件修复更加灵活方便，形成了新型钢节点预制装配钢筋混凝土框架结构。钢节点预制装配钢筋混凝土框架结构，包括预制梁构件2、预制柱构件3及钢节 点，钢节点包括第一钢节点la、第二钢节点Ib及第三钢节点lc。第一钢节点Ia包括钢板箱体5，在钢板箱体5内设有环形水平增强肋板6和竖向 增强肋板7，在钢板箱体5的上、下表面上分别设有上承力板8及下承力板9，在钢板箱体5 的外表面上设有第一肋板11a、第二肋板lib、第三肋板Ilc及第四肋板lld，且所述第一肋 板11a、第二肋板lib、第三肋板Ilc及第四肋板Ild分别与上承力板8及下承力板9连接， 第一肋板11a、第二肋板lib、第三肋板Ilc及第四肋板Ild中的相邻肋板之间的夹角大于 0°且小于或等于180°，在第一肋板11a、第二肋板lib、第三肋板Ilc及第四肋板Ild分别 连接有第一竖向承力板10a、第二竖向承力板10b、第三竖向承力板IOc及第四竖向承力板 10d，且所述第一竖向承力板10a、第二竖向承力板10b、第三竖向承力板IOc及第四竖向承 力板IOd分别与上承力板8及下承力板9连接，所述第一竖向承力板10a、第二竖向承力板 10b、第三竖向承力板IOc及第四竖向承力板IOd上设螺栓孔12，分别与与其相邻的梁用高 强螺栓连接，上承力板8及下承力板9上设螺栓孔12，分别与与其相邻的柱连接。第二钢节点Ib包括钢板箱体5，在钢板箱体5内设有环形水平增强肋板6和竖向 增强肋板7，在钢板箱体5的上、下表面上分别设有上承力板8及下承力板9，在钢板箱体5 的外表面上设有第一肋板11a、第二肋板lib及第三肋板11c，且所述第一肋板11a、第二肋 板lib及第三肋板Ilc分别与上承力板8及下承力板9连接，第一肋板11a、第二肋板lib 及第三肋板lie中的相邻肋板之间的夹角大于0°且小于或等于180°，在第一肋板11a、第 二肋板lib及第三肋板Ilc分别连接有第一竖向承力板10a、第二竖向承力板IOb及第三竖 向承力板10c，且所述第一竖向承力板10a、第二竖向承力板IOb及第三竖向承力板IOc分别与上承力板8及下承力板9连接，所述第一竖向承力板10a、第二竖向承力板IOb及第三 竖向承力板IOc上设螺栓孔12，分别与与其相邻的梁连接，上承力板8及下承力板9上设螺 栓孔12，分别与与其相邻的柱连接。第三钢节点Ic包括钢板箱体5，在钢板箱体5内设有环形水平增强肋板6和竖向 增强肋板7，在钢板箱体5的上、下表面上分别设有上承力板8及下承力板9，在钢板箱体5 的外表面上设有第一肋板Ila及第二肋板11b，且所述第一肋板Ila及第二肋板lib分别与 上承力板8及下承力板9连接，第一肋板1 Ia与第二肋板1 Ib之间的夹角大于0°且小于或 等于180°，在第一肋板Ila及第二肋板lib分别连接有第一竖向承力板IOa及第二竖向承 力板10b，且所述第一竖向承力板IOa及第二竖向承力板IOb分别与上承力板8及下承力板 9连接，所述第一竖向承力板IOa及第二竖向承力板IOb上设螺栓孔12，分别与与其相邻的 梁连接，上承力板8及下承力板9上设螺栓孔12，分别与与其相邻的柱连接。上述节点钢板间采用焊接连接，钢节点在工厂制作生产完成。预制梁构件2包括预制钢筋混凝土梁体15，在预制钢筋混凝土梁体15的端部预埋 梁端预埋钢板16，梁端预埋钢板与钢筋混凝土柱内的主筋通过塞焊或对焊连接，在梁端预 埋钢板16上连接有型钢梁18，在型钢梁18上连接有梁端承力板19，承力板上开有螺栓孔 12，钢板间连接采用焊接。梁构件在工厂制作生产完成。预制柱构件3包括预制钢筋混凝土柱体20，在预制钢筋混凝土柱体20的端部侧面 设有钢板围箱，钢板围箱内壁设有铨钉，铨钉与钢板围箱焊接，柱体端部设有柱端钢承力板 22，柱端钢承力板上开有螺栓孔12，柱端钢承力板与钢板围箱焊接，且与钢筋混凝土柱体内 主筋通过塞焊或对焊连接。柱构件在工厂制作生产完成。各预制件运抵安装现场，采用分层安装法安装，即先安装下层再安装上层框架结 构，同层内先安装柱，每两榀柱安装后即进行柱顶的钢节点安装，然后进行梁的安装，逐跨 进行完成框架整体结构的拼装，各现场连接均为高强螺栓连接。现场连接时，上承力板8及下承力板9分别与与其相邻柱的连接采用上承力板8 及下承力板9与柱端钢承力板22连接；所述第一竖向承力板10a、第二竖向承力板10b、第 三竖向承力板IOc及第四竖向承力板IOd中的任一竖向承力板与其相邻梁的连接采用竖向 承力板与梁端承力板19连接。
权利要求
一种钢节点预制装配钢筋混凝土框架结构，包括预制梁构件(2)、预制柱构件(3)及钢节点，其特征在于，所述钢节点包括第一钢节点(1a)、第二钢节点(1b)及第三钢节点(1c)，第一钢节点(1a)包括钢板箱体(5)，在钢板箱体(5)内设有环形水平增强肋板(6)和竖向增强肋板(7)，在钢板箱体(5)的上、下表面上分别设有上承力板(8)及下承力板(9)，在钢板箱体(5)的外表面上设有第一肋板(11a)、第二肋板(11b)、第三肋板(11c)及第四肋板(11d)，且所述第一肋板(11a)、第二肋板(11b)、第三肋板(11c)及第四肋板(11d)分别与上承力板(8)及下承力板(9)连接，第一肋板(11a)、第二肋板(11b)、第三肋板(11c)及第四肋板(11d)中的相邻肋板之间的夹角大于0°且小于或等于180°，在第一肋板(11a)、第二肋板(11b)、第三肋板(11c)及第四肋板(11d)分别连接有第一竖向承力板(10a)、第二竖向承力板(10b)、第三竖向承力板(10c)及第四竖向承力板(10d)，且所述第一竖向承力板(10a)、第二竖向承力板(10b)、第三竖向承力板(10c)及第四竖向承力板(10d)分别与上承力板(8)及下承力板(9)连接，所述第一竖向承力板(10a)、第二竖向承力板(10b)、第三竖向承力板(10c)及第四竖向承力板(10d)分别与与其相邻的梁连接，上承力板(8)及下承力板(9)分别与与其相邻的柱连接；第二钢节点(1b)包括钢板箱体(5)，在钢板箱体(5)内设有环形水平增强肋板(6)和竖向增强肋板(7)，在钢板箱体(5)的上、下表面上分别设有上承力板(8)及下承力板(9)，在钢板箱体(5)的外表面上设有第一肋板(11a)、第二肋板(11b)及第三肋板(11c)，且所述第一肋板(11a)、第二肋板(11b)及第三肋板(11c)分别与上承力板(8)及下承力板(9)连接，第一肋板(11a)、第二肋板(11b)及第三肋板(11c)中的相邻肋板之间的夹角大于0°且小于或等于180°，在第一肋板(11a)、第二肋板(11b)及第三肋板(11c)分别连接有第一竖向承力板(10a)、第二竖向承力板(10b)及第三竖向承力板(10c)，且所述第一竖向承力板(10a)、第二竖向承力板(10b)及第三竖向承力板(10c)分别与上承力板(8)及下承力板(9)连接，所述第一竖向承力板(10a)、第二竖向承力板(10b)及第三竖向承力板(10c)分别与与其相邻的梁连接，上承力板(8)及下承力板(9)分别与与其相邻的柱连接；第三钢节点(1c)包括钢板箱体(5)，在钢板箱体(5)内设有环形水平增强肋板(6)和竖向增强肋板(7)，在钢板箱体(5)的上、下表面上分别设有上承力板(8)及下承力板(9)，在钢板箱体(5)的外表面上设有第一肋板(11a)及第二肋板(11b)，且所述第一肋板(11a)及第二肋板(11b)分别与上承力板(8)及下承力板(9)连接，第一肋板(11a)与第二肋板(11b)之间的夹角大于0°且小于或等于180°，在第一肋板(11a)及第二肋板(11b)分别连接有第一竖向承力板(10a)及第二竖向承力板(10b)，且所述第一竖向承力板(10a)及第二竖向承力板(10b)分别与上承力板(8)及下承力板(9)连接，所述第一竖向承力板(10a)及第二竖向承力板(10b)分别与与其相邻的梁连接，上承力板(8)及下承力板(9)分别与与其相邻的柱连接；所述预制梁构件(2)包括预制钢筋混凝土梁体(15)，在预制钢筋混凝土梁体(15)的端部预埋梁端预埋钢板(16)，在梁端预埋钢板(16)上连接有型钢梁(18)，在型钢梁(18)上连接有梁端承力板(19)；所述预制柱构件(3)包括预制钢筋混凝土柱体(20)，在预制钢筋混凝土柱体(20)的端部侧面设有钢板围箱(23)，钢板围箱内壁设有铨钉(24)，钢板围箱端部设有柱端钢承力板(22)；所述上承力板(8)及下承力板(9)分别与与其相邻的柱连接采用上承力板(8)及下承力板(9)与柱端钢承力板(22)连接；所述第一竖向承力板(10a)、第二竖向承力板(10b)、第三竖向承力板(10c)及第四竖向承力板(10d)中的任一竖向承力板与其相邻梁的连接采用竖向承力板与梁端承力板(19)连接。
全文摘要
一种钢节点预制装配钢筋混凝土框架结构，包括预制梁构件、预制柱构件及节点，节点包括钢板箱体，其内设有环形水平增强肋板和竖向增强肋板，其上、下表面上分别设有上承力板及下承力板，其外表面上设有肋板且肋板分别与上承力板及下承力板连接，在肋板上连接有竖向承力板，且分别与上承力板及下承力板连接；预制梁构件包括预制钢筋混凝土梁体，其端部预埋梁端预埋钢板，在梁端预埋钢板上连接有型钢梁，在型钢梁上连接有梁端承力板；预制柱构件包括预制钢筋混凝土柱体，其端部侧面设有钢板围箱，围箱内侧面设有铨钉，钢板围箱端部设有柱端钢承力板；节点的上承力板及下承力板分别与与其相邻的柱连接；竖向承力板与相邻梁的连接。
文档编号E04B1/19GK101818521SQ20101015096
公开日2010年9月1日 申请日期2010年4月20日 优先权日2010年4月20日
发明者武雷 申请人:东南大学