钢-混凝土组合结构板柱结构体系的制作方法

本发明涉及一种钢-混凝土组合结构板柱结构。

背景技术：

板柱结构体系是一种以无梁楼板和柱作为承重构件的建筑结构体系，由于其净空高度高、平面布置灵活和施工支模等特点在建筑结构中得到广泛应用。目前，板柱结构中无梁楼板的结构类型主要有钢筋混凝土无梁楼板和预应力混凝土无梁楼板。钢筋混凝土无梁楼板厚度普遍较高，自重大不利于抗震，而且环境降温和混凝土收缩会使其产生裂缝，考虑到地下建筑对防水性的要求，相应的施工成本也明显提高。预应力混凝土无梁楼板可以有效解决混凝土开裂问题。然而，预应力混凝土结构施工成本较高，并且预应力损失问题也增加了预应力混凝土无梁楼板的施工难度。此外，由于采用高强钢材，预应力混凝土结构的延性和耗能能力比较低，地震反应大。2010年，美国西屋公司在第三代ap1000核电站安全壳的设计中，首次采用了双钢板-混凝土组合结构形式。双钢板-混凝土组合结构由两侧钢板、核芯混凝土和抗剪连接件组成。与预应力混凝土安全壳相比，双钢板-混凝土组合安全壳延性和耗能能力得到明显改善，抗震性能和抗冲击能力显著提高。同时，钢板既可以省去混凝土模板支护工序，降低施工周期，节省建设成本，也可以提供较好的密闭性，有效防止核废料泄露问题。

1985年墨西哥地震中91幢板柱结构建筑遭受不同程度的损伤，主要震害表现为结构整体侧移较大、柱剪切损伤严重和板柱节点冲切破坏。板柱节点是板柱结构的薄弱点，同样也是提高板柱结构体系抗震性能的关键点。为此，国内外研究学者提出采用钢管混凝土柱替代传统的钢筋混凝土柱的板柱节点形式。钢管混凝土结构由外围钢管和核芯混凝土组成。由于钢管对混凝土的约束与混凝土对钢管屈曲的限制，可以极大提高构件的承载力、延性和耗能能力。同时，外围钢管也可以作为浇筑混凝土的临时模板，有效节省施工成本。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决传统板柱节点处力学性能薄弱的问题，而提供一种钢-混凝土组合结构板柱结构体系。

本发明钢-混凝土组合结构板柱结构体系包括双钢板-混凝土无梁楼板和钢管混凝土柱，所述的双钢板-混凝土无梁楼板由两块钢板、混凝土层和抗剪连接件，两块钢板相对设置，两块钢板之间连接有多个抗剪连接件，在两块钢板之间浇筑有混凝土层形成双钢板-混凝土无梁楼板；

所述的钢管混凝土柱是在钢管内浇筑有混凝土柱；

在双钢板-混凝土无梁楼板与钢管混凝土柱的连接节点处，双钢板-混凝土无梁楼板上开有洞口，该洞口的周向上均匀设置有四个t型钢梁，t型钢梁沿洞口的厚度方向设置，在钢管混凝土柱的周向上均匀设置有四个倒t型钢梁，倒t型钢梁与t型钢梁相搭接并通过螺栓连接，在双钢板-混凝土无梁楼板的洞口内浇筑混凝土形成板柱连接节点。

本发明结合双钢板-混凝土组合结构与钢管混凝土组合结构抗震性能优越的特点，鉴于现有传统板柱节点抗震性能薄弱的现状，本发明以双钢板-混凝土无梁楼板与钢管混凝土柱作为承重构件的新型板柱结构体系。板柱节点的冲切破坏是板柱结构抗震性能薄弱的主要原因。将钢管混凝土柱代替钢筋混凝土柱，由于钢管对混凝土的约束作用可以有效提高板柱节点的抗侧移性能。采用双钢板-混凝土无梁楼板代替钢筋混凝土无梁楼板，考虑到钢板的连续性和密闭性，可以显著增强板柱节点的抗冲切性能。因此，本发明可以极大改善板柱结构体系的抗震性能。

本发明装配式钢-混凝土组合结构板柱结构体系包括双钢板-混凝土无梁楼板和钢管混凝土柱，无梁楼板与钢管混凝土柱进行板柱节点连接，无梁楼板之间进行板板拼接。本发明的优势在于既发挥了双钢板-混凝土组合结构与钢管混凝土组合结构力学性能的优越性，又能对板柱构件进行模块化施工，进行板柱节点和板板之间装配式连接。

附图说明

图1是双钢板-混凝土无梁楼板洞口处的结构示意图；

图2是钢管混凝土柱的结构示意图；

图3是钢-混凝土组合结构板柱结构体系中板柱节点连接的结构示意图；

图4是板柱节点连接的细部结构示意图；

图5是具体实施方式五中第一无梁楼板的结构示意图；

图6是具体实施方式五中第二无梁楼板的结构示意图；

图7是钢-混凝土组合结构板柱结构体系中板板拼接的结构示意图；

图8是板板拼接节点连接的细部结构示意图；

图9是钢-混凝土组合结构板柱结构体系的平面布置图；

图10是钢-混凝土组合结构板柱结构体系的立体结构图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式钢-混凝土组合结构板柱结构体系包括双钢板-混凝土无梁楼板1和钢管混凝土柱2，所述的双钢板-混凝土无梁楼板1由两块钢板1-1、混凝土层1-2和抗剪连接件1-3，两块钢板1-1相对设置，两块钢板1-1之间连接有多个抗剪连接件1-3，在两块钢板1-1之间浇筑有混凝土层1-2形成双钢板-混凝土无梁楼板1；

所述的钢管混凝土柱2是在钢管2-1内浇筑有混凝土柱2-2；

在双钢板-混凝土无梁楼板1与钢管混凝土柱2的连接节点处，双钢板-混凝土无梁楼板1上开有洞口，该洞口的周向上均匀设置有四个t型钢梁3，t型钢梁3沿洞口的厚度方向设置，在钢管混凝土柱2的周向上均匀设置有四个倒t型钢梁4，倒t型钢梁4与t型钢梁3相搭接并通过螺栓连接，在双钢板-混凝土无梁楼板1的洞口内浇筑混凝土形成板柱连接节点。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是钢管混凝土柱2的钢管2-1为方管，方管的外表面均匀设置有四个倒t型钢梁4。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是在双钢板-混凝土无梁楼板1与钢管混凝土柱2的连接节点处，双钢板-混凝土无梁楼板1上开有矩形洞口，在矩形洞口的下表面的直角处设置有l形模板5，相邻l形模板5之间形成的缺口与倒t型钢梁4的水平钢板相配合形成混凝土浇筑模板。

本实施方式钢管混凝土柱插入双钢板-混凝土无梁楼板的矩形洞口中，洞口内的l形模板与钢管混凝土柱上的倒t型钢梁配合形成混凝土浇筑模板。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是倒t型钢梁4与t型钢梁3相通过多个螺栓连接，多个螺栓呈矩形阵列排布。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是在相邻的第一双钢板-混凝土无梁楼板和第二双钢板-混凝土无梁楼板的连接节点处，第一双钢板-混凝土无梁楼板连接端面的下钢板1-1延伸出外沿1-4，在外沿1-4上间隔设置有多个倒t型钢梁4，第二双钢板-混凝土无梁楼板的连接端面间隔设置有多个t型钢梁3，第二双钢板-混凝土无梁楼板的t型钢梁3与第一双钢板-混凝土无梁楼板的倒t型钢梁4搭接并通过多个螺栓连接。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是t型钢梁3与倒t型钢梁4连接的多个螺栓呈矩形阵列排布。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五不同的是在第一双钢板-混凝土无梁楼板和第二双钢板-混凝土无梁楼板的连接节点处浇筑有混凝土。

实施例：本实施例钢-混凝土组合结构板柱结构体系包括双钢板-混凝土无梁楼板1和钢管混凝土柱2，所述的双钢板-混凝土无梁楼板1由两块钢板1-1、混凝土层1-2和抗剪连接件1-3，两块钢板1-1相对设置，两块钢板1-1之间连接有多个抗剪连接件1-3，在两块钢板1-1之间浇筑有混凝土层1-2形成双钢板-混凝土无梁楼板1；

所述的钢管混凝土柱2是在钢管2-1内浇筑有混凝土柱2-2；

在双钢板-混凝土无梁楼板1与钢管混凝土柱2的连接节点处，双钢板-混凝土无梁楼板1上开有洞口，该洞口的周向上均匀焊接有四个t型钢梁3，t型钢梁3沿洞口的厚度方向设置，在钢管混凝土柱2的周向上均匀焊接有四个倒t型钢梁4，倒t型钢梁4与t型钢梁3相搭接并通过螺栓连接，在双钢板-混凝土无梁楼板1的洞口内浇筑混凝土形成板柱连接节点；

在相邻的第一双钢板-混凝土无梁楼板和第二双钢板-混凝土无梁楼板的连接节点处，第一双钢板-混凝土无梁楼板连接端面的下钢板1-1延伸出外沿1-4，在外沿1-4上间隔焊接有多个倒t型钢梁4，第二双钢板-混凝土无梁楼板的连接端面间隔焊接有多个t型钢梁3，第二双钢板-混凝土无梁楼板的t型钢梁3与第一双钢板-混凝土无梁楼板的倒t型钢梁4搭接并通过多个螺栓连接，多个螺栓呈矩形阵列排布。

本实施例所述的双钢板-混凝土无梁楼板由两侧钢板、核芯混凝土和抗剪连接件组成。钢管混凝土柱由外侧钢管和核芯混凝土组成。钢管混凝土柱的连接方式按照《钢管混凝土结构技术规范》(gb50936-2014)中要求，设置环形隔板和内衬钢管段。

本实施例板柱节点采用装配式连接方式，其中，钢管混凝土柱外焊接倒t型钢梁，钢管混凝土无梁楼板开洞，洞口内壁焊接t型钢梁。安装时，倒t型钢梁与t型钢梁腹板采用螺栓连接，临时固定钢管混凝土柱和双钢板-混凝土无梁楼板，然后，焊接钢板钢管混凝土柱与双钢板-混凝土无梁楼板下部钢板(包括l形模板和无梁楼板上的钢板)，最后，浇筑完混凝土，并通过拼接钢板连接钢管混凝土柱与双钢板-混凝土无梁楼板上部钢板。新型板柱结构体系板柱节点装配式连接方式示意图如图3所示。新型板柱结构体系板柱节点细部详图如图4所示。

本实施例板板之间采用装配式拼接方式，其中板外沿焊接倒t型钢梁，采用螺栓临时固定相邻的双钢板-混凝土无梁楼板。板柱结构体系板板拼接方式示意图如图7所示。板柱结构体系板板拼接节点细部详图如图8所示。

本实施例板柱结构体系中板板拼接节点的平面布置方式如图9所示。在板边中心和板角需要布置两个拼接节点，以提高板板连接的可靠性。在板边中心与板角之间需要等距布置拼接节点。钢-混凝土组合结构板柱结构体系的立体结构图如图10所示。