一种钢管混凝土异形柱与H型钢梁的装配式节点

一种钢管混凝土异形柱与h型钢梁的装配式节点
技术领域
1.本发明涉及建筑结构技术领域，具体涉及一种钢管混凝土异形柱与h型钢梁的装配式节点。


背景技术：

2.钢管混凝土异形柱结构可以避免柱楞外露，提高了建筑室内空间利用率，同时又具有良好的力学与施工性能。钢管混凝土异形柱的连接构造是决定异形柱框架结构体系抗震性能优劣的重要因素。钢管混凝土异形柱结构的连接包括梁-柱连接节点、柱-柱连接节点两大类。传统的钢管混凝土异形柱梁-柱节点连接形式主要有外环板、内隔板等形式。外环板节点作为一种传统的节点连接形式，其承载力高，刚度大，传力路径明确，但是下环板外露占用了较多的室外空间，与异形柱的设计理念相悖，不适用于学校、住宅等建筑。内隔板节点解决了连接件突出的问题，有着良好的建筑功能，但异形柱钢管空腔狭小，使用内隔板不利于节点区混凝土的浇筑和振捣。传统的外钢管主要采用施工现场焊接的方式进行连接，然后再浇筑柱内混凝土。由于外钢管焊接常在施工场地完成，现场焊接量大，安装效率低下。特别是在高层应用时，往往会在高空进行高危险性焊接作业，且施工质量难以保证。因此，为了推广和应用钢管混凝土异形柱结构，需要综合考虑建筑功能、力学性能和施工性能三个方面，提出一种新型装配式节点。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种钢管混凝土异形柱与h型钢梁的装配式节点，以解决现有技术中存在的问题。
4.为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种钢管混凝土异形柱与h型钢梁的装配式节点，包括l形角节点、t形边节点和十字形中节点。
5.所述十字形中节点包括上柱ⅰ、下柱ⅰ、可更换连接板和h型钢梁。
6.所述上柱ⅰ包括异形柱钢管ⅰ以及连接在异形柱钢管ⅰ下端的外环板ⅰ，下柱ⅰ包括异形柱钢管ⅱ以及连接在异形柱钢管ⅱ上端的外环板ⅱ，外环板ⅰ与外环板ⅱ相互贴合并连接。
7.所述异形柱钢管ⅰ和异形柱钢管ⅱ的横截面均呈十字形，四个h型钢牛腿分别焊接在异形柱钢管ⅱ的四根柱肢上，这四个h型钢牛腿的腹板和下翼缘均与柱肢连接，上翼缘与外环板ⅱ连接。
8.所述t形边节点包括上柱ⅱ、下柱ⅱ、可更换连接板和h型钢梁。
9.所述上柱ⅱ包括异形柱钢管ⅲ以及连接在异形柱钢管ⅲ下端的外环板ⅲ，下柱ⅱ包括异形柱钢管ⅳ以及连接在异形柱钢管ⅳ上端的外环板ⅳ，外环板ⅲ与外环板ⅳ相互贴合并连接。
10.所述异形柱钢管ⅲ和异形柱钢管ⅳ的横截面均呈t字形，三个h型钢牛腿分别焊接在异形柱钢管ⅳ的三根柱肢上，这三个h型钢牛腿的腹板和下翼缘均与柱肢连接，上翼缘与
外环板ⅳ连接。
11.所述l形角节点包括上柱ⅲ、下柱ⅲ、可更换连接板和h型钢梁。
12.所述上柱ⅲ包括异形柱钢管
ⅴ
以及连接在异形柱钢管
ⅴ
下端的外环板
ⅴ
，下柱ⅲ包括异形柱钢管ⅵ以及连接在异形柱钢管ⅵ上端的外环板ⅵ，外环板
ⅴ
与外环板ⅵ相互贴合并连接。
13.所述异形柱钢管
ⅴ
和异形柱钢管ⅵ的横截面均呈l字形，两个h型钢牛腿分别焊接在异形柱钢管ⅵ的两根柱肢上，这两个h型钢牛腿的腹板和下翼缘均与柱肢连接，上翼缘与外环板ⅵ连接。
14.每个所述h型钢牛腿均通过可更换连接板与h型钢梁连接。
15.进一步，所述异形柱钢管ⅰ和异形柱钢管ⅱ均包括一根矩形空心钢管和两根u形钢，两根u形钢分别焊接到矩形空心钢管相对的两侧形成截面呈十字形的异形钢管，u形钢ⅰ的开口朝向矩形空心钢管。
16.进一步，所述异形柱钢管ⅲ和异形柱钢管ⅳ均包括一根矩形空心钢管和两根u形钢，两根u形钢分别焊接到矩形空心钢管相对的两侧形成截面呈t字形的异形钢管，u形钢的开口朝向矩形空心钢管。
17.进一步，所述异形柱钢管
ⅴ
和异形柱钢管ⅵ均包括一根矩形空心钢管和一根u形钢，u形钢焊接到矩形空心钢管的一侧形成截面呈l形的异形钢管，u形钢的开口朝向矩形空心钢管。
18.进一步，所述异形柱钢管ⅱ、异形柱钢管ⅳ和异形柱钢管ⅵ的每根柱肢上均焊接有两块竖向肋板，两块竖向肋板分别与所在柱肢上的h型钢牛腿下翼缘的两侧边缘焊接。
19.进一步，所述可更换连接板包括两块犬骨型翼缘盖板和两块腹板连接板。
20.所述h型钢牛腿远离异形柱钢管的一端靠近h型钢梁的端部，h型钢牛腿的上下翼缘分别与h型钢梁的上下翼缘齐平，h型钢牛腿的腹板与h型钢梁的腹板对齐。
21.一块所述犬骨型翼缘盖板安装在h型钢牛腿的上翼缘和h型钢梁的上翼缘并采用若干高强螺栓连接，另一块犬骨型翼缘盖板安装在h型钢牛腿的下翼缘和h型钢梁的下翼缘并采用若干高强螺栓连接，两块腹板连接板分别位于h型钢牛腿腹板的两侧，两块腹板连接板均采用若干高强螺栓与h型钢牛腿腹板以及h型钢梁腹板连接。
22.进一步，所述外环板ⅰ与外环板ⅱ采用若干高强螺栓连接，外环板ⅲ与外环板ⅳ采用若干高强螺栓连接，外环板
ⅴ
与外环板ⅵ采用若干高强螺栓连接。
23.进一步，所述外环板ⅰ与外环板ⅱ的形状一致，外环板ⅱ朝着四根h型钢梁的方向延伸且截面尺寸逐渐减少，外环板ⅱ的四个延伸端的端面尺寸分别与四个h型钢牛腿上翼缘的端面尺寸一致且相互焊接。
24.所述外环板ⅲ与外环板ⅳ的形状一致，外环板ⅳ朝着三根h型钢梁的方向延伸且截面尺寸逐渐减少，外环板ⅳ的三个延伸端的端面尺寸分别与三个h型钢牛腿上翼缘的端面尺寸一致且相互焊接。
25.所述外环板
ⅴ
与外环板ⅵ的形状一致，外环板ⅵ朝着两根h型钢梁的方向延伸且截面尺寸逐渐减少，外环板ⅵ的两个延伸端的端面尺寸分别与两个h型钢牛腿上翼缘的端面尺寸一致且相互焊接。
26.进一步，所述异形柱钢管ⅰ、异形柱钢管ⅱ、异形柱钢管ⅲ、异形柱钢管ⅳ、异形柱
钢管
ⅴ
和异形柱钢管ⅵ内均设置有混凝土。
27.进一步，所述混凝土为普通混凝土、轻骨料混凝土、高性能混凝土或再生混凝土。
28.本发明的有益效果在于：
29.1.多腔钢管混凝土异形柱是将若干个热轧无缝方钢管在角部焊接，形成整体性较好的方钢管混凝土筒束，以延缓钢管局部屈曲和提高对混凝土的约束效应；
30.2.h型钢梁上翼缘与柱钢管通过外环板连接，且环板兼做柱-柱连接板，同时实现梁-柱与柱-柱连接，减少了材料用量；
31.3.h型钢梁下翼缘与柱钢管通过贴焊竖向肋板连接，与外环板连接相比，可以避免连接件突出室内建筑空间，改善建筑美观性，提高了室内空间利用率；与内隔板连接相比，不会影响柱钢管内混凝土的浇筑；
32.4.通过削弱翼缘盖板，人为控制梁端塑性铰的位置，避免节点承载力过大，确保梁柱无损坏或轻微损坏，震后只需更换连接装置即可实现结构的震后恢复功能；
33.5.该节点满足建筑装配化发展要求，所有焊接工作均可在预制场完成，施工现场钢构件组装基本以螺栓连接为主，避免了高空焊接作业，具有安装效率高效，施工质量易于保证的特点。
附图说明
34.图1为十字形中节点的示意图；
35.图2为t形边节点的示意图；
36.图3为l形角节点的示意图；
37.图4为异形柱钢管ⅰ与外环板ⅰ的连接示意图；
38.图5为异形柱钢管ⅱ与外环板ⅱ的连接示意图；
39.图6为犬骨型翼缘盖板示意图。
40.图中：上柱ⅰa1、异形柱钢管ⅰa101、外环板ⅰa102、上柱ⅱa2、上柱ⅲa3、下柱ⅰb1、异形柱钢管ⅱb101、正面柱肢钢板b1011、侧面柱肢钢板b1012、外环板ⅱb102、下柱ⅱb2、下柱ⅲb3、h型钢牛腿b03、竖向肋板b04、可更换连接板c、犬骨型翼缘盖板c01和h型钢梁d。
具体实施方式
41.下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
42.实施例1：
43.本实施例公开了一种钢管混凝土异形柱与h型钢梁的装配式节点，包括l形角节点、t形边节点和十字形中节点。
44.参见图1，所述十字形中节点包括上柱ⅰa1、下柱ⅰb1、可更换连接板c和h型钢梁d。
45.参见图4，所述上柱ⅰa1包括异形柱钢管ⅰa101以及连接在异形柱钢管ⅰa101下端的外环板ⅰa102.参见图5，所述下柱ⅰb1包括异形柱钢管ⅱb101以及连接在异形柱钢管ⅱb101上端的外环板ⅱb102，外环板ⅰa102与外环板ⅱb102相互贴合并采用若干高强螺栓连接。
46.所述异形柱钢管ⅰa101和异形柱钢管ⅱb101的横截面均呈十字形，四个h型钢牛腿
b03分别焊接在异形柱钢管ⅱb101的四根柱肢上，这四个h型钢牛腿b03的腹板和下翼缘均与柱肢连接，上翼缘与外环板ⅱb102连接。
47.所述异形柱钢管ⅰa101和异形柱钢管ⅱb101均包括一根矩形空心钢管和两根u形钢，两根u形钢分别焊接到矩形空心钢管相对的两侧形成截面呈十字形的异形钢管，u形钢ⅰ的开口朝向矩形空心钢管。
48.参见图2，所述t形边节点包括上柱ⅱa2、下柱ⅱb2、可更换连接板c和h型钢梁d。
49.所述上柱ⅱa2包括异形柱钢管ⅲ以及连接在异形柱钢管ⅲ下端的外环板ⅲ，下柱ⅱb2包括异形柱钢管ⅳ以及连接在异形柱钢管ⅳ上端的外环板ⅳ，外环板ⅲ与外环板ⅳ相互贴合并采用若干高强螺栓连接。
50.所述异形柱钢管ⅲ和异形柱钢管ⅳ的横截面均呈t字形，三个h型钢牛腿b03分别焊接在异形柱钢管ⅳ的三根柱肢上，这三个h型钢牛腿b03的腹板和下翼缘均与柱肢连接，上翼缘与外环板ⅳ连接。
51.所述异形柱钢管ⅲ和异形柱钢管ⅳ均包括一根矩形空心钢管和两根u形钢，两根u形钢分别焊接到矩形空心钢管相对的两侧形成截面呈t字形的异形钢管，u形钢的开口朝向矩形空心钢管。
52.参见图3，所述l形角节点包括上柱ⅲa3、下柱ⅲb3、可更换连接板c和h型钢梁d。
53.所述上柱ⅲa3包括异形柱钢管
ⅴ
以及连接在异形柱钢管
ⅴ
下端的外环板
ⅴ
，下柱ⅲb3包括异形柱钢管ⅵ以及连接在异形柱钢管ⅵ上端的外环板ⅵ，外环板
ⅴ
与外环板ⅵ相互贴合并采用若干高强螺栓连接。
54.所述异形柱钢管
ⅴ
和异形柱钢管ⅵ的横截面均呈l字形，两个h型钢牛腿b03分别焊接在异形柱钢管ⅵ的两根柱肢上，这两个h型钢牛腿b03的腹板和下翼缘均与柱肢连接，上翼缘与外环板ⅵ连接。
55.所述异形柱钢管
ⅴ
和异形柱钢管ⅵ均包括一根矩形空心钢管和一根u形钢，u形钢焊接到矩形空心钢管的一侧形成截面呈l形的异形钢管，u形钢的开口朝向矩形空心钢管。
56.每个所述h型钢牛腿b03均通过可更换连接板c与h型钢梁d连接。
57.所述异形柱钢管ⅱb101、异形柱钢管ⅳ和异形柱钢管ⅵ的每根柱肢上均焊接有两块竖向肋板b04，两块竖向肋板b04分别与所在柱肢上的h型钢牛腿b03下翼缘的两侧边缘焊接。如图5所示，所述异形柱钢管ⅱb101的柱肢包括正面柱肢钢板b1011和两块侧面柱肢钢板b1012，两块侧面柱肢钢板b1012上均焊接有竖向肋板b04，h型钢牛腿b03的腹板和下翼缘的端部均焊接到正面柱肢钢板b1011上，上翼缘与外环板ⅱb102连接，h型钢牛腿b03的宽度与正面柱肢钢板b1011的宽度一致且相互对齐。
58.所述可更换连接板c包括两块犬骨型翼缘盖板c01和两块腹板连接板。图6为所述犬骨型翼缘盖板c01的示意图。
59.所述h型钢牛腿b03远离异形柱钢管的一端靠近h型钢梁d的端部，h型钢牛腿b03的上下翼缘分别与h型钢梁d的上下翼缘齐平，h型钢牛腿b03的腹板与h型钢梁d的腹板对齐。
60.一块所述犬骨型翼缘盖板c01安装在h型钢牛腿b03的上翼缘和h型钢梁d的上翼缘并采用若干高强螺栓连接，另一块犬骨型翼缘盖板c01安装在h型钢牛腿b03的下翼缘和h型钢梁d的下翼缘并采用若干高强螺栓连接，两块腹板连接板分别位于h型钢牛腿b03腹板的两侧，两块腹板连接板均采用若干高强螺栓与h型钢牛腿b03腹板以及h型钢梁d腹板连接。
b101、异形柱钢管ⅲ、异形柱钢管ⅳ、异形柱钢管
ⅴ
和异形柱钢管ⅵ内均设置有混凝土。
97.实施例11：
98.本实施例主要结构同实施例10，进一步，所述混凝土为普通混凝土、轻骨料混凝土、高性能混凝土或再生混凝土。