钢管柱与钢筋混凝土柱加梁的转换节点及含有其的建筑的制作方法

本发明涉及建筑结构工程技术领域，特别是涉及一种钢管柱与钢筋混凝土柱加梁的转换节点及含有其的建筑。

背景技术：

混合结构体系是近年来在国内迅速发展起来的一种新型结构体系,主要用于高部及超高部建筑结构。与混凝土结构相比,其在降低结构自重、减少结构断面尺寸、改善结构受力性能、加快施工进度等方面具有明显的优势；与纯钢结构相比,其又具有防火性能好、综合用钢量小、风荷载作用舒适度好的特点。混合结构由于其优越的性能广泛应用于高部建筑中。

节点是连接梁和柱的关键部位。梁和柱的内力通过节点传递，因此节点工作的安全可靠是保证结构正常工作的前提。目前，钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点形式主要是梁钢筋贯通节点、环梁节点、外加强环牛腿节点、双梁节点等。由于技术限制，每类节点都有相应的优势和缺点，梁钢筋贯通节点的缺点是钢管壁开孔对钢管承载力有削弱，所以钢管壁开孔处需设加劲板，施工较为复杂，穿过钢管的钢筋影响混凝土的浇筑，节点工艺性较差。环梁节点的缺点是由于仅依靠环梁分配弯矩，钢管混凝土柱在正常状态下参与弯矩分配的能力不强，节点的刚度较差，并且当比如环梁节点应用于边柱时，将造成环梁突出立面，影响建筑美观。外加强环牛腿节点的缺点是梁端梁纵筋需与加强环焊接时，现场焊接工作量较大，且工艺复杂，焊缝要求高，节点在实用中适应性和灵活性较差。双梁节点的缺点是造成梁系布置复杂化，另一方面又造成楼盖布置不雅观，影响建筑外观和使用。目前为止，钢管混凝土得到广泛的应用，但钢管混凝土梁柱节点的研究并不完善，钢管混凝土节点在实际应用中存在构造复杂、施工难度高、造价高、等问题限制了钢管混凝土发展。

在大跨屋盖网壳结构中，很多建筑采用部分钢管柱结构，即结构上部采用钢管柱作为大跨度屋盖的承重构件，以增加上部结构的塑性变形能力，下部采用钢筋混凝土柱以减小用钢量，节约经济，钢管柱与钢筋混凝土柱在某一部进行转换。但关于此类转换的方法和措施，现行的规范尚未涉及，工程领域的应用亦难以达到成熟、可靠、规范。

由此可见，上述钢管柱与钢筋混凝土柱加钢筋混凝土梁的转换节点在结构、方法、与使用上显然仍存在缺陷，亟待加以进一步改进。为了合理确定钢筋混凝土梁与钢管柱的连接形式，钢管柱与钢筋混凝土柱的转换形式，验证此类节点的安全性、可靠性、可实施性，创设一种技术先进，受力合理、安全可靠地钢管柱与钢筋混凝土柱加钢筋混凝土梁的转换节点，成为当前业界急需改进的目标。

技术实现要素：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种传力明确、构造简单、且延性好的钢管柱与钢筋混凝土柱加梁的转换节点，以提高节点的连接质量，增大钢管柱与钢筋混凝土柱加梁的工作协同性，从而克服钢管柱与钢筋混凝土柱加梁的转换节点的不足。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

钢管柱与钢筋混凝土柱加梁的转换节点，其中，位于上部的钢管柱部分下插至位于下部的钢筋混凝土柱，所述钢管柱外壁焊接有牛腿，钢筋混凝土梁的纵向受力钢筋通过焊接于牛腿上与钢管柱连接。

进一步地，所述位于下部的钢筋混凝土柱内的纵向受力钢筋焊接于所述钢管柱下插部分的内壁或外壁。

进一步地，所述牛腿包括牛腿上翼缘、牛腿下翼缘及连接上、下翼缘的牛腿腹板，所述钢筋混凝土梁的纵向受力钢筋包括上侧双排纵向受力钢筋、下侧双排纵向受力钢筋；所述牛腿上、下翼缘下侧分别焊接附加翼缘；所述上侧上排纵向受力钢筋/下侧上排纵向受力钢筋与上翼缘/下翼缘在翼缘上表面通过焊接连接，所述上侧下排纵向受力钢筋/下侧下排纵向受力钢筋与上翼缘/下翼缘的附加翼缘上表面通过焊接连接。

进一步地，所述牛腿上、下翼缘下侧分别通过搭接板焊接所述附加翼缘。

进一步地，所述牛腿包括牛腿上翼缘、牛腿下翼缘及连接上、下翼缘的牛腿腹板，三者呈工字型；所述钢管柱内与牛腿上、下翼缘相对应位置分别设置内环板，所述内环板与钢管柱内壁焊接连接；所述钢管柱内与牛腿腹板对应位置设置有纵向加劲肋，所述纵向加劲肋与内环板、钢管柱内壁焊接连接。

进一步地，所述牛腿包括牛腿上翼缘、牛腿下翼缘及连接上、下翼缘的牛腿腹板，所述牛腿腹板两侧分别焊接腰筋立板；在所述钢筋混凝土梁内还布置有通长腰筋，所述通长腰筋与腰筋立板焊接连接。

进一步地，所述钢管柱包括上部圆柱形钢管，中间锥形钢管及下插段圆柱形钢管，三者焊接连接，所述钢管柱与钢筋混凝土梁的节点处为锥形钢管。

进一步地，所述钢管柱的外壁上、在钢筋混凝土梁上下范围内沿环向和纵向设置多个栓钉；所述钢管柱的内壁上、在钢筋混凝土梁的上边至钢管柱下插范围内沿环向和纵向设置多个栓钉。

进一步地，所述钢管柱内节点区及钢管柱下插范围内填充混凝土。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种安全、稳定、经济且采用钢管柱与钢筋混凝土柱加梁形式的建筑。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种建筑，包括位于上部的钢管柱及位于下部的钢筋混凝土柱、钢筋混凝土梁，三者的转换节点采用上述的转换节点。

通过采用上述的技术方案，本发明至少具有以下优点：

(1)本发明通过上部钢管柱小部分延伸至下部钢筋混凝土柱，在保证受力合理，结构安全的基础上，降低了钢材用量，节省了经济；通过将钢筋混凝土梁纵向受力钢筋焊接于牛腿上，增强梁柱锚固性能，使梁内弯矩可以有效传递到节点区。

(2)本发明通过上部钢管柱在下部钢筋混凝土柱下插段钢管与下部钢筋混凝土柱内的纵向受力钢筋焊接，增加了转换节点的连接可靠性，使内力可以在转换节点处有效传递。

(3)本发明通过改进牛腿的形式，钢筋混凝土梁上下两侧双排纵向受力钢筋可以分别焊接于牛腿翼缘及附加翼缘上侧，有效的解决了由于仰焊而产生的施工困难问题。

(4)本发明通过在钢管柱内、牛腿上下翼缘相对应位置分别设置内环板，增加了梁端弯矩向钢管柱内传递效率，减小了钢管壁应力集中；同时配合与纵向加劲肋，效果更加显著。

(5)本发明通过设置腰筋立板，使牛腿结构更加稳固，同时与通长腰筋配合，增加了钢筋混凝土梁与钢管柱的连接可靠性，传力效果更好。

(6)本发明通过在钢管柱内壁外壁设置栓钉，进一步增加了机械咬合力和摩擦力，有效解决钢管与混凝土协同性差的问题。

附图说明

上述是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是上部钢管柱与下部钢管混凝土柱加钢筋混凝土梁的转换节点立体示意图；

图2是图1的I-I剖面示意图；

图3是图1的II-II剖面示意图；

图4是图1的III-III剖面示意图；

图5是图1的IV-IV剖面示意图；

图6是图1的A-A剖面示意图；

图7是图1的B-B剖面示意图；

图8是图1中牛腿详图；

图中1-钢管柱，2-钢筋混凝土柱，3-内环板，4-牛腿翼缘，5-附加翼缘，6-搭接板，7-牛腿腹板，8-锥形钢管，9-梁纵向受力钢筋，10-栓钉，11-柱纵向受力钢筋，12-下插段钢管，13-腰筋立板，纵向加劲肋14，腰筋15。

具体实施方式

参照图1至图8所示，位于上部的钢管柱1部分下插至位于下部的钢筋混凝土柱2，钢管柱1外壁焊接有钢牛腿，钢筋混凝土梁的梁纵向受力钢筋9通过焊接于钢牛腿(主要是牛腿翼缘4)上与钢管柱1连接。通过上述钢管柱1与钢筋混凝土柱2的插接、钢筋混凝土梁与钢管柱1通过梁纵向受力钢筋9与钢牛腿的连接，实现了三者节点的有效转换，具有受力合理、传力明确的优点。

上述钢管柱1包括上部圆柱形钢管，中间锥形钢管8及呈圆柱形的下插段钢管12，三者焊接连接，钢管柱1与钢筋混凝土梁的节点处为锥形钢管8。其中，上部钢管柱可增加上部结构延性、重量，下部转换为钢筋混凝土柱较为经济，因为钢管柱和钢筋混凝土柱的尺寸不一样，有的比钢筋混凝土柱大、有的比钢筋混凝土柱小，所以中间用锥形钢管连接较为合理。

在上部钢管柱1与下部钢筋混凝土柱2之间的连接上，优选地，将位于下部的钢筋混凝土柱2内的柱纵向受力钢筋11焊接于钢管柱下插部分(对应于下插段钢管12)的内壁或外壁，进一步增加了转换节点的连接可靠性，使钢管柱内力可以在转换节点处有效传递。

为了解决施工中遇到仰焊问题，在牛腿翼缘4(上翼缘、下翼缘)下侧通过搭接板6分别焊接附加翼缘5。钢筋混凝土梁的梁纵向受力钢筋9包括上侧双排纵向受力钢筋、下侧双排纵向受力钢筋；上侧上排纵向受力钢筋/下侧上排纵向受力钢筋与上翼缘/下翼缘在翼缘上表面通过焊接连接，上侧下排纵向受力钢筋/下侧下排纵向受力钢筋与上翼缘/下翼缘的附加翼缘5上表面通过焊接连接。

为了减小钢管壁内力，增加梁端弯矩传递效率，在钢管柱1内与牛腿上、下翼缘相对应位置分别设置内环板3，内环板3与钢管柱1内壁焊接连接；在钢管柱1内与牛腿腹板7(与牛腿上、下翼缘呈工字型)对应位置设置有纵向加劲肋14，纵向加劲肋14与内环板3、钢管柱1内壁焊接连接。

为了进一步增强牛腿结构、同时增加钢筋混凝土梁与钢管柱1的连接可靠性及传力性能，在牛腿腹板7两侧分别焊接腰筋立板13；在钢筋混凝土梁内还布置有通长的腰筋15，通长的腰筋15与腰筋立板13焊接连接。

为了增加了机械咬合力和摩擦力，有效解决钢管与混凝土协同性差的问题，在钢管柱1的外壁上、在钢筋混凝土梁上下范围内(尤其是牛腿上下翼缘范围内)沿环向和纵向设置多个栓钉10；在钢管柱1的内壁上、在钢筋混凝土梁的上边(尤其是内环板3)至钢管柱1下插范围内沿环向和纵向设置多个栓钉10。

本发明加工制作简单，安装焊接方便，具体实施过程为：

1、钢管柱1、内环板3、牛腿翼缘4、附加翼缘5、搭接板6、牛腿腹板7、栓钉10、腰筋立板13、纵向加劲肋14在钢结构工厂加工完成。

2、节点运至现场，进行定位。

3、梁纵向受力钢筋9与牛腿翼缘4及附加翼缘5进行焊接，柱纵向受力钢筋11与下插段钢管12进行焊接，腰筋15与腰筋立板13进行焊接。

4、绑扎梁柱箍筋。

5、浇筑节点混凝土；其中，钢管柱1内节点区(牛腿上翼缘对应的内环板3以下)及钢管柱1下插范围内填充混凝土。

本发明上部钢管柱与下部钢筋混凝土柱加钢筋混凝土梁转换节点可用于任何需要此节点的建筑结构体系，以提高该建筑结构的安全性、稳定性和经济性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。