立柱与钢梁的连接节点结构及施工方法与流程

本发明属于建筑结构技术领域，涉及一种建筑工程和组合结构。

背景技术：

随着我国钢材产量的不断增加和钢结构技术的不断发展完善，钢结构得到了迅速的发展，在工业和民用建筑中的应用越来越多，在一些新建厂房和大跨度场馆，还有一些改造项目的扩建和加层施工中，出现越来越多的钢结构和混凝土结构的连接，例如混凝土柱和钢柱的连接、钢柱和混凝土梁的连接、钢梁和混凝土柱的连接，这些连接大多通过化学锚栓或膨胀螺栓连接。

其中，传统的钢梁与混凝土柱的连接方式为门式刚架(图1)或排架结构(图2)，但这两种方式，在施工速度、造价、保温防水效果以及抗压性能等方面不太理想；故近年来，长三角地区较多的单层工业厂房采用钢筋砼柱人字形钢梁的结构形式，由于这种结构既非门式刚架(图1)，又非传统的排架结构(图2)，一方面，现有的钢筋砼柱人字形钢梁的连接节点的处理方式是钢梁一端与砼柱铰接，另一端与柱滑动铰接，但该种方法比较麻烦，施工复杂；另一方面，虽然这种钢筋砼柱人字形钢梁的结构充分利用了混凝土柱的抗压性能和钢梁的抗弯性能，但是国家规范尚未对这种节点的计算和施工做出相应标准的规定，也没有现成的规范或图籍可以直接引用。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种立柱与钢梁的连接节点结构，本发明的立柱与钢梁连接节点的立柱的受力性能类似于排架，但钢梁的受力性能类似于拱，存在水平力，因而受力性能与排架稍有不同，本发明设计的连接节点受力明确，可操作性强，已在大量工程中应用，实践证明其安全可靠，类似项目可以借鉴,特别适用于单层工业厂房的立柱与钢梁的连接节点结构。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：

提供一种立柱与钢梁的连接节点结构，包括立柱和固定于所述立柱上方的钢梁，所述钢梁的末端的底面为平面，且钢梁的末端具有前侧面和后侧面，还包括锚栓、钢板、角钢和螺母，所述锚栓至少设有四个，螺母数量与锚栓数量相同，所述角钢至少设有两个；

所述锚栓的下端埋入所述立柱的上部；

所述钢板的下表面的中间部位具有一槽钢，所述钢板及其槽钢埋入所述立柱的上端；

所述钢板具有与所述锚栓对应的通孔，所述钢梁的末端的底面具有与所述锚栓对应的开孔，所述锚栓的上端穿过所述钢板的通孔和所述钢梁的开孔，并通过与锚栓对应的螺母拧于锚栓将所述钢板和所述钢梁连接固定；

每个所述角钢由相互垂直的侧板和底板构成，一个所述角钢的底板与所述钢板的上表面焊接且侧板与所述钢梁的前侧面焊接，另一个所述角钢的底板与所述钢板的上表面焊接且侧板与所述钢梁的后侧面焊接；

所述锚栓埋入所述立柱内的深度为所述锚栓直径的20-30倍；

所述锚栓的直径为24mm，所述钢板的厚度为16mm，所述槽钢的高度为100mm，所述槽钢的壁厚为10mm。

进一步地说，所述立柱的上端面的尺寸大于所述钢板的尺寸，所述钢板的前后距离大于所述钢梁的末端的前后距离。

进一步地说，所述钢梁为人字形钢梁，所述立柱为钢筋混凝土砼柱。

进一步地说，还包括檩条，所述檩条固定于所述钢梁与屋顶彩钢板之间。

进一步地说，所述钢梁的开孔为Φ25.5mm×50mm的长圆孔。

进一步地说，所述锚栓设有四个，所述角钢设有两个。

本发明还提供了一种所述的立柱与钢梁的连接节点结构的施工方法，按照下述步骤进行：

S1.浇筑钢筋混凝土砼柱，同时预埋四个锚栓，初凝2-8h；

S2.将钢板套于锚栓上，并将钢板及其槽钢压入钢筋混凝土砼柱内，之后对钢板和锚栓之间的空隙进行塞焊；

S3.凝结7天，使钢筋混凝土砼柱的强度达到设计强度的75％；

S4.将钢梁套于锚栓上，并拧螺母将钢梁固定于钢板上表面；

S5.在钢板的上表面和钢梁的前后侧面焊接角钢。

本发明的有益效果是：

第一、本发明的钢梁的底面开设有长圆孔，主要是安装方便，由于锚栓终拧前钢梁及钢板等在自重作用下会有水平拉伸变形，这一方面会使立柱顶端的水平推力减小，对立柱有利；另一方面会使钢梁跨中弯矩和挠度均增大；因这种水平力较小，所以这种影响也较小，设计钢梁时可通过起拱解决挠度问题，而强度余量满足要求；

第二、立柱与钢梁之间的水平力是通过钢梁与立柱间的摩擦力传递的，若该摩擦力不够，则须设抗剪键，因为锚栓是不能传递水平力的，又因为本发明的钢梁底部开设有长圆孔，会使立柱顶水平推力减小，即摩擦力减小，不需要设置抗剪键，就能满足设计要求，施工相对简单，工期相对较短，容易实现；

第三、本发明的立柱顶端的钢板与钢梁之间焊接有角钢，用于传递节点处的水平力和剪切力，增强节点的强度和钢梁的抗弯性能；

第四、本发明的立柱与钢梁之间的连接方式使得使用PKPM等软件建模时容易实现，能够预先计算各参数，保证设计的准确性以及工程的安全性和稳定性；

第五、本发明的钢筋砼柱与人字形钢梁连接节点的施工速度快，造价小，保温、防水效果较好，目前应用越来越广泛；

第六、本发明的连接节点的钢板的底部具有一槽钢，能够传递钢梁与立柱之间的剪力，增强钢梁的承重能力和钢梁的抗弯性能；

本发明的立柱与钢梁连接节点的立柱的受力性能类似于排架，但钢梁的受力性能类似于拱，存在水平力，因而受力性能与排架稍有不同，梁柱连接节点做法现在还没有现成的规范或图籍，本发明设计的连接节点受力明确，可操作性强，已在大量工程中应用，实践证明其安全可靠，类似项目可以借鉴。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是现有技术的结构示意图之一；

图2是现有技术的结构示意图之二；

图3是本发明的整体结构示意图；

图4是本发明的平面图；

图5是本发明的侧剖图；

附图中各部分标记如下：

立柱1、钢梁2、开孔21、锚栓3、钢板4、槽钢41、角钢5、螺母6、檩条7、墙体8和屋顶彩钢板9。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的具体实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点及功效。本发明也可以其它不同的方式予以实施，即，在不背离本发明所揭示的范畴下，能予不同的修饰与改变。

实施例：一种立柱与钢梁的连接节点结构，如图3-5所示，包括立柱1和固定于所述立柱1上方的钢梁2，所述钢梁2的末端的底面为平面，且钢梁的末端具有前侧面和后侧面，还包括锚栓3、钢板4、角钢5和螺母6，所述锚栓3至少设有四个，螺母数量与锚栓数量相同，所述角钢5至少设有两个；

所述锚栓3的下端埋入所述立柱1的上部；

所述钢板4的下表面的中间部位具有一槽钢41，所述钢板4及其槽钢41埋入所述立柱1上端；

所述钢板4具有与所述锚栓3对应的通孔，所述钢梁2的末端的底面具有与所述锚栓对应的开孔21，所述锚栓的上端穿过所述钢板的通孔和所述钢梁2的开孔21，并通过与锚栓3对应的螺母6拧于锚栓将所述钢板4和所述钢梁2连接固定；

每个所述角钢5由相互垂直的侧板和底板构成，一个所述角钢的底板与所述钢板4的上表面焊接且侧板与所述钢梁2的前侧面焊接，另一个所述角钢5的底板与所述钢板4的上表面焊接且侧板与所述钢梁2的后侧面焊接；

所述锚栓3埋入所述立柱内的深度为所述锚栓直径的20-30倍；

优选的，所述锚栓3的直径为24mm，所述钢板的厚度为16mm，所述槽钢的高度为100mm，所述槽钢的壁厚为10mm。

所述立柱1的上端面的尺寸大于所述钢板4的尺寸，所述钢板4的前后距离大于所述钢梁2的末端的前后距离。

所述钢梁2为人字形钢梁，所述立柱1为钢筋混凝土砼柱。

还包括檩条7，所述檩条7固定于所述钢梁2与屋顶彩钢板9之间。所述立柱的一侧与墙体8连接。

所述钢梁2的开孔21为Φ25.5mm×50mm的长圆孔。

所述锚栓3设有四个，所述角钢5设有两个。

一种所述的立柱与钢梁的连接节点结构的施工方法，按照下述步骤进行：

S1.浇筑钢筋混凝土砼柱，同时预埋四个锚栓，初凝2-8h；

S2.将钢板套于锚栓上，并将钢板及其槽钢压入钢筋混凝土砼柱内，之后对钢板和锚栓之间的空隙进行塞焊；

S3.凝结7天，使钢筋混凝土砼柱的强度达到设计强度的75％；

S4.将钢梁套于锚栓上，并拧螺母将钢梁固定于钢板上表面；

S5.在钢板的上表面和钢梁的前后侧面焊接角钢。

本发明的工作原理和工作过程如下：

钢梁底部开设有长圆孔，主要是安装方便，由于锚栓终拧前钢梁及钢板等在自重作用下会有水平拉伸变形，这一方面会使立柱顶端的水平推力减小，对立柱有利；另一方面会使钢梁跨中弯矩和挠度均增大；因这种水平力较小，所以这种影响也较小，设计钢梁时可通过起拱解决挠度问题，而强度余量满足要求；

立柱与钢梁之间的水平力是通过钢梁与立柱间的摩擦力传递的，若该摩擦力不够，则须设抗剪键，因为锚栓是不能传递水平力的，又因为本发明的钢梁底部开设有长圆孔，会使立柱顶水平推力减小，即摩擦力减小，不需要设置抗剪键，就能满足设计要求，施工相对简单，工期相对较短，容易实现；

本发明的立柱顶端的钢板与钢梁之间焊接有角钢，用于传递节点处的水平力和剪切力，增强节点的强度和钢梁的抗弯性能；

立柱与钢梁之间的连接方式使得使用PKPM等软件建模时容易实现，能够预先计算各参数，保证设计的准确性以及工程的安全性和稳定性；

钢筋砼柱与人字形钢梁连接节点的施工速度快，造价小，保温、防水效果较好，目前应用越来越广泛；

连接节点的钢板的底部具有一槽钢，能够传递钢梁与立柱之间的剪力，增强钢梁的承重能力和钢梁的抗弯性能。

本发明的立柱与钢梁连接节点的立柱的受力性能类似于排架，但钢梁的受力性能类似于拱，存在水平力，因而受力性能与排架稍有不同，梁柱连接节点做法现在还没有现成的规范或图籍，本发明设计的连接节点受力明确，可操作性强，已在大量工程中应用，实践证明其安全可靠，类似项目可以借鉴。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。