部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱及其钢梁节点连接构造

：本发明涉及建筑结构构件领域，具体为一种十字形部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱及其钢梁节点连接构造。

背景技术

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背景技术：

1、部分包覆钢-混凝土组合结构(简称pec结构)作为一种新型装配式组合结构在多高层结构住宅、学校、公寓以及办公楼等建筑中被广泛应用。pec结构是指在开口截面形式的钢构件(h型钢等)外包轮廓范围内根据结构性能要求选择布置纵筋、箍筋、连杆、栓钉等配件并填充混凝土的结构。pec结构中型钢和混凝土协同工作、相辅相成，填充混凝土增加了构件截面的抗弯和抗扭刚度，提高了纯钢构件的稳定性；而型钢包裹抑制了混凝土早期开裂，提高了构件的抗震性能。

2、为了满足建筑整体结构的承载力设计要求，pec柱在高层住宅中经常出现凸柱问题，而十字形、t形等异形柱的出现可以很好地解决该问题。同时冷弯型钢具有良好的截面特征，使十字形pec柱具有整体刚度大、受力性能好、承载力高等优点，并且将其应用于建筑中能大幅度降低结构自重。因此，通过利用冷弯型钢的截面自身稳定来代替连杆等配件，使其截面特性应用于冷弯型钢pec柱中。

3、目前pec柱与钢梁的连接的形式有：对拉螺栓端板连接，对拉螺栓角钢连接等。这些连接方式大都适用于普钢梁柱节点连接，但对十字形冷弯型钢pec柱与钢梁节点连接的设计研究较少。

4、因此，有必要对十字形冷弯型钢pec柱及其钢梁节点连接进行创新，提出一种方便施工、易于工业化生产和节省空间的新形式十字形部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱及其钢梁节点连接构造。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、本发明的目的是提供一种十字形部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱及其钢梁节点连接构造，具有抗震性能较好、整体性能较高、预制程度高、现场作业简单、构件预制时使用模板较少、节省室内使用空间等特点，其可应用于多震地区。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱，该组合柱包括前后并列设置四个冷弯型钢，四个冷弯型钢均为尺寸规格相同的内卷边角钢，每个冷弯型钢的角钢两个相互垂直腹板外侧，分别与相邻冷弯型钢的角钢两个相互垂直腹板外侧紧密贴合形成十字形结构，且四个冷弯型钢的腹板内侧沿竖向每隔一段设置四个直角形垫板，相邻直角形垫板的肢与肢相对形成十字形结构，且相邻直角形垫板的肢与肢之间夹持冷弯型钢；在四个冷弯型钢连接处的中部，四个冷弯型钢的腹板内侧设置四个三折垫板，相邻三折垫板的肢与肢相对形成十字形结构，且相邻三折垫板的肢与肢之间夹持冷弯型钢；在每个冷弯型钢形成的半封闭口中浇筑混凝土，形成十字形部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱。

4、所述的部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱，相对应的直角形垫板直角边与位于相邻两个直角形垫板之间的冷弯型钢采用高强螺栓连接。

5、所述的部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱，三折垫板为直角形垫板两端向内垂直弯折形成的一体结构。

6、所述的部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱，相对应的三折垫板直角边与位于相邻两个三折垫板之间的冷弯型钢采用高强螺栓连接。

7、所述的部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱，高强螺栓的数量和排列根据冷弯型钢pec柱承载力情况而定，直角形垫板根据高强螺栓布置情况而确定间隔设计。

8、所述的部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱，三折垫板和端板的厚度大于冷弯型钢的厚度。

9、所述的部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱，三折垫板与冷弯型钢腹板贴合的高度尺寸与端板的高度相同。

10、一种使用所述的部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱的钢梁节点连接构造，端板与工字型梁相连形成连接梁，十字形部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱中间处四面翼缘分别通过高强螺栓与连接梁的端板连接。

11、所述的部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱的钢梁节点连接构造，工字型梁焊接在端板上。

12、所述的部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱的钢梁节点连接构造，在十字形部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱与钢梁连接的节点处，高强螺栓的两端提前拧上螺帽，且增加高强螺栓的螺纹长度，高强螺栓一端预埋在混凝土中，高强螺栓另一端在翼缘外侧，且预制时无需增加预紧力；在梁柱装配时，先拧开在翼缘外侧高强螺栓的螺帽，再与端板拼装，拼装之后拧上螺帽，并加上预紧力。

13、本发明一种十字形部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱及其钢梁节点连接构造的优点及有益效果是：

14、冷弯型钢、垫板和高强螺栓形成的十字形pec柱与垫板和工字型焊接成的连接梁均可在工厂预制生产，成品化精度高且节省施工工期。十字形pec柱与连接梁采用pec柱翼缘预留的高强螺栓连接，现场拼装简单，施工操作简单，对人员施工技能要求不高，且节省施工现场时间，降低造价。节点处采用三折垫板连接，减少了焊接对冷弯型钢的强度影响，同时三折垫板充当了加劲肋的存在，无需对节点域再进行构造设计。冷弯型钢采用高强螺栓连接时需要考虑设置垫板，同时三折的垫板也对pec柱翼缘进行了加强，提高了节点处的冷弯型钢板材的局部屈曲承载力。十字形pec柱通过减小翼缘的宽厚比和增加弯折次数，提高了冷弯型钢的自身的稳定性，减少了连接杆等连接件设置。复杂卷边嵌入在混凝土中，增加了钢材与混凝土的协同工作。填充混凝土增加了构件截面的抗弯和抗扭刚度，提高了纯钢构件的稳定性。型钢包裹抑制了混凝土早期开裂，提高了构件的抗震性能。十字形pec柱采用承载力较高和施工方便的端板螺栓连接，解决了焊接对薄钢的危害和薄钢与端板连接易发生屈曲的问题，同时巧妙运用了内折垫板，既充当了薄钢连接时的垫板，又增加了薄钢的局部屈曲承载力。冷弯型钢组合成的十字形pec柱，在连接时不焊接，节省室内使用空间，自重轻，现场施工效率高等方面更具优势。采用十字形pec柱能节省室内使用空间，减少柱凸，更加美观。

技术特征：

1.一种部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱，其特征在于，该组合柱包括前后并列设置四个冷弯型钢，四个冷弯型钢均为尺寸规格相同的内卷边角钢，每个冷弯型钢的角钢两个相互垂直腹板外侧，分别与相邻冷弯型钢的角钢两个相互垂直腹板外侧紧密贴合形成十字形结构，且四个冷弯型钢的腹板内侧沿竖向每隔一段设置四个直角形垫板，相邻直角形垫板的肢与肢相对形成十字形结构，且相邻直角形垫板的肢与肢之间夹持冷弯型钢；在四个冷弯型钢连接处的中部，四个冷弯型钢的腹板内侧设置四个三折垫板，相邻三折垫板的肢与肢相对形成十字形结构，且相邻三折垫板的肢与肢之间夹持冷弯型钢；在每个冷弯型钢形成的半封闭口中浇筑混凝土，形成十字形部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱。

2.按照权利要求1所述的部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱，其特征在于，相对应的直角形垫板直角边与位于相邻两个直角形垫板之间的冷弯型钢采用高强螺栓连接。

3.按照权利要求1所述的部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱，其特征在于，三折垫板为直角形垫板两端向内垂直弯折形成的一体结构。

4.按照权利要求1所述的部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱，其特征在于，相对应的三折垫板直角边与位于相邻两个三折垫板之间的冷弯型钢采用高强螺栓连接。

5.按照权利要求1所述的部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱，其特征在于，高强螺栓的数量和排列根据冷弯型钢pec柱承载力情况而定，直角形垫板根据高强螺栓布置情况而确定间隔设计。

6.按照权利要求1所述的部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱，其特征在于，三折垫板和端板的厚度大于冷弯型钢的厚度。

7.按照权利要求1所述的部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱，其特征在于，三折垫板与冷弯型钢腹板贴合的高度尺寸与端板的高度相同。

8.一种使用权利要求1至7之一所述的部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱的钢梁节点连接构造，其特征在于，端板与工字型梁相连形成连接梁，十字形部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱中间处四面翼缘分别通过高强螺栓与连接梁的端板连接。

9.按照权利要求8所述的部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱的钢梁节点连接构造，其特征在于，工字型梁焊接在端板上。

10.按照权利要求8所述的部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱的钢梁节点连接构造，其特征在于，在十字形部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱与钢梁连接的节点处，高强螺栓的两端提前拧上螺帽，且增加高强螺栓的螺纹长度，高强螺栓一端预埋在混凝土中，高强螺栓另一端在翼缘外侧，且预制时无需增加预紧力；在梁柱装配时，先拧开在翼缘外侧高强螺栓的螺帽，再与端板拼装，拼装之后拧上螺帽，并加上预紧力。

技术总结
本发明涉及建筑结构构件领域，具体为一种部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱及其钢梁节点连接构造。该组合柱包括前后并列设置四个冷弯型钢，且四个冷弯型钢的腹板内侧沿竖向每隔一段设置四个直角形垫板，相邻直角形垫板的肢与肢相对形成十字形结构，且相邻直角形垫板的肢与肢之间夹持冷弯型钢；在四个冷弯型钢连接处的中部，四个冷弯型钢的腹板内侧设置四个三折垫板，相邻三折垫板的肢与肢相对形成十字形结构，且相邻三折垫板的肢与肢之间夹持冷弯型钢；在每个冷弯型钢形成的半封闭口中浇筑混凝土，形成十字形部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱。十字形部分包覆冷弯型钢混凝土组合柱中间处四面翼缘分别通过高强螺栓与连接梁的端板连接。

技术研发人员：王春刚,李姗珊,张壮南,郭庆霖
受保护的技术使用者：沈阳建筑大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/23