專利名稱：一種矩形鋼管柱的鋼框架梁柱節(jié)點的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一般建筑物構(gòu)造，具體涉及用于條形建筑構(gòu)件的一般的建 筑結(jié)構(gòu)的連接，特別是涉及矩形鋼管柱的鋼框架梁柱節(jié)點。
技術(shù)背景梁柱節(jié)點連接是鋼結(jié)構(gòu)筑物設(shè)計中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。在鋼結(jié)構(gòu)筑物設(shè)計 中采用矩形截面鋼管柱居多，由于橫梁是直接焊接在鋼柱外側(cè)面的，因此鋼柱 的管壁要承受來自于橫梁的巨大拉力和剪力，勢必會造成鋼柱管壁變形甚至破 壞。為了解決這一技術(shù)問題，傳統(tǒng)的方法是在焊接處鋼柱內(nèi)設(shè)置橫內(nèi)隔板來提 高節(jié)點處鋼柱的剛性和機(jī)械強(qiáng)度，達(dá)到抗拉、抗剪的目的。所述傳統(tǒng)方案中， 鋼柱內(nèi)所設(shè)的橫內(nèi)隔板是根據(jù)建筑物的層高事先預(yù)置的，而現(xiàn)場施工中柱的標(biāo) 高出現(xiàn)誤差又是很難避免的，偶爾還會出現(xiàn)標(biāo)高弄錯的情況，這樣必然會出現(xiàn) 柱內(nèi)橫內(nèi)隔板與節(jié)點錯位，使鋼柱節(jié)點處的剛性和機(jī)械強(qiáng)度無法達(dá)到設(shè)計要求。現(xiàn)有技術(shù)中，解決上述問題的方案頗多。公告號為CN2602083Y的實用新型 專利公開了一種整體內(nèi)隔板式連接節(jié)點方案，該專利方案是將十字形內(nèi)隔板延 伸至柱外，并在伸出柱外的上下兩內(nèi)隔板之間焊一連接腹板，現(xiàn)場施工時將橫 梁直接與伸出柱外的內(nèi)隔板及連接腹板焊接即可。所述的專利方案既提高了鋼 柱節(jié)點處的剛性和機(jī)械強(qiáng)度，也很好地使橫梁傳遞過來的拉力和剪力直接作用 在伸出柱外的內(nèi)隔板與連接腹板所構(gòu)成的工字形結(jié)構(gòu)上，但是所述伸出柱外的 內(nèi)隔板的長寬尺寸均大于鋼柱截面尺寸，施工時必需要根據(jù)建筑物的層高把鋼柱截斷，否則十字形內(nèi)隔板無法置于鋼柱內(nèi)，顯然不僅破壞了鋼柱的整體性， 也增大了節(jié)點處的焊接面積，其節(jié)點處殘余應(yīng)力大、應(yīng)力集中嚴(yán)重是可以預(yù)見的。另有公開號為CN1752367A和CN1786362A的發(fā)明專利申請，均相當(dāng)于公知技術(shù) 中的加蓋板和加側(cè)板的節(jié)點外加固措施，由于增加了較多的鋼材其加強(qiáng)效果是 可預(yù)見的，但是增大現(xiàn)場施工量和難度以及建設(shè)投資也是顯然的。尤其所采用 的方案相當(dāng)于給鋼柱增加一鋼箍，材料的有效利用率低。再有公告號為CN2391933Y的實用新型專利，該專利方案是一種管內(nèi)灌有混 凝土的圓管柱的鋼框架梁柱節(jié)點外加固連接方案，該方案包括圓鋼管柱和2 4 根與之固定連接的工字鋼橫梁，其特征是工字鋼橫梁與圓鋼管柱連接處設(shè)有和 工字鋼橫梁截面相同的連接件，該連接件由上下抱柱板和腹板焊接成截面與工 字鋼橫梁截面相同的工字形，相鄰兩連接件之間平形設(shè)有兩弧形連接板，每一 連接板的三側(cè)邊分別焊接在兩抱柱板翼緣之間及畫鋼管柱的表面，上下抱柱板 翼緣的另一側(cè)與圓鋼管柱表面之間焊接有弧形加強(qiáng)板。由于所述方案采用的是 圓鋼管柱，且柱內(nèi)灌有混凝土，因此通過所述的連接板和加強(qiáng)板可將上下抱柱 板作用在柱上的拉力均勻地傳遞給柱內(nèi)的混凝土，同時也提高了橫梁與柱的連 接強(qiáng)度。但是，該專利方案用于矩形鋼管柱的純鋼框架的梁柱節(jié)點則不適宜， 因為矩形截面鋼管柱較圓形截面鋼管柱的剛性差，加之柱內(nèi)無混凝土支撐，橫 梁作用在柱上力所產(chǎn)生的應(yīng)力仍然集中在節(jié)點區(qū)域，嚴(yán)重時會使柱腹板產(chǎn)生外 凸屈曲變形，使節(jié)點承載力下降。 發(fā)明內(nèi)容鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在上述不足，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是 降低矩形鋼管柱的鋼框架梁柱節(jié)點區(qū)域的應(yīng)力，避免柱表面產(chǎn)生外凸屈曲 變形，提高節(jié)點承載力。本實用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)解決方案是
一種矩形鋼管柱的鋼框架梁柱節(jié)點，包括矩形鋼管柱與2 4根橫梁連接構(gòu) 成的鋼框架，其特征是矩形鋼管柱與橫梁的連接處，相鄰的兩橫梁的上下翼緣 之間分別設(shè)有傳力板，該傳力板兩頭達(dá)接在兩橫梁的翼緣上或?qū)佑趦蓹M梁的 翼緣之間。上述技術(shù)方案中，所述的傳力板可以是適用于等高梁柱節(jié)點的梯形鋼板， 也可以是適用于不等高梁柱節(jié)點的異型構(gòu)件，該異型構(gòu)件由左右錯位的上下蓋 板和設(shè)在上下蓋板之間的兩平行腹板連接構(gòu)成，其橫截面呈口字形，高度等于 梁的高度差。上述技術(shù)方案中，所述的傳力板的寬度和厚度較好是與橫梁翼緣的寬度 和厚度相等，過小(小于梁翼緣寬度和厚度的50%)外傳力效果不明顯，應(yīng)力 仍然基本集中在節(jié)點區(qū)域，負(fù)載增大時傳力板會發(fā)生翹曲破壞，過大(大于梁 翼緣寬度和厚度的50%)雖然節(jié)點的剛度、屈服應(yīng)力和極限承載力都有所提高， 但是材料的有效利用率低，浪費鋼材。上述技術(shù)方案中，所述的傳力板距矩形鋼管柱棱角的距離以不大于傳力 板的厚度為宜。大量實驗證明，所述的距離越小，節(jié)點的剛度、屈服應(yīng)力都越 大，但是梁的極限承載力卻越小，發(fā)生破壞的變形位移也越小，越容易發(fā)生脆 性破壞；所述的距離越大，節(jié)點幾乎不發(fā)生塑性變形， 一旦屈服就發(fā)生破壞。上述技術(shù)方案中，所述的橫梁可以是工字鋼，也可以是槽鋼，還 可以是截面為矩形的方管鋼。本實用新型所述技術(shù)方案在梁翼緣上增加了傳力板來傳遞梁之間的內(nèi) 力，使得梁之間的內(nèi)力傳力繞過柱子傳遞，實現(xiàn)柱外傳力，使應(yīng)力轉(zhuǎn)移到傳力 板與梁翼緣的連接處，從而使節(jié)點的屈服應(yīng)力和極限承載大大提高，變形也減 小，大大加強(qiáng)了節(jié)點的承載力。大量破壞性力學(xué)實驗證明，破壞處不是發(fā)生在 梁柱節(jié)點這個比較脆弱的地方，而是轉(zhuǎn)移到了傳力板與梁翼緣的連接處，在該處發(fā)生屈曲破壞。


圖1是一種選用工字鋼橫梁的等高兩梁交叉節(jié)點結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是一種選用槽鋼橫梁的等高兩梁交叉節(jié)點結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是是一種選用矩形截面方管鋼橫梁的等高兩梁交叉節(jié)點結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是圖1所示節(jié)點中上下傳力板與橫梁翼緣采用達(dá)接的連接結(jié)構(gòu)示意(方 管鋼柱省略)；圖5是一種選用工字鋼橫梁的等高三梁交叉節(jié)點結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是一種選用工字鋼橫梁的等高四梁交叉節(jié)點結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是一種選用工字鋼橫梁的不等高四梁交叉節(jié)點結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8是圖7中異型結(jié)構(gòu)的下傳力板結(jié)構(gòu)示意圖(放大)。
具體實施方式
例1 (等高兩梁交叉節(jié)點)參見圖1 4，本例為位于結(jié)構(gòu)拐角部柱子的鋼框架節(jié)點，方管鋼柱l周圍 只有兩根橫梁2,兩橫梁2的上翼緣之間設(shè)有上傳力板3a，下翼緣之間設(shè)有下 傳力板3b。其中，圖1中的橫梁2采用工字鋼，傳力板3a和3b均為與橫梁2 翼緣等寬、等厚的梯形鋼板，兩頭均對接于兩橫梁2的翼緣之間；圖2中的橫 梁2采用槽鋼，傳力板3a和3b也為與所選用的槽鋼的翼緣等寬、等厚的梯形 鋼板，兩頭分別對接于兩槽鋼橫梁2的上翼緣之間和下翼緣之間；圖3中的橫 梁2采用矩形截面方管鋼，傳力板3a和3b同樣是與所選用方管鋼上下腹板(相 當(dāng)于工字鋼或槽鋼的翼緣)等寬、等厚的梯形鋼板，兩頭分別對接于兩方管鋼 橫梁2的上腹板之間和下腹板之間。參見圖1 3,傳力板3a和3b均靠近方管 鋼柱1的棱角，但不連接，施工中可控制其距離，以不大于傳力板3a、 3b的厚 度為宜。參見圖4，傳力板3a和3b的兩頭也可達(dá)接在兩工字鋼橫梁2的翼緣上。 參見圖l，為了進(jìn)一步減小節(jié)點處的應(yīng)力集中，橫梁2的工字鋼腹板與方管鋼柱 l之間可增設(shè)一連接板4，該連接板一頭與方管鋼柱1焊接，另一頭與橫梁2的 工字鋼腹板用蟝栓固定連接。 例2 (等高三梁交叉節(jié)點)參見圖5，本例為位于結(jié)構(gòu)周邊柱子的鋼框架節(jié)點，方管鋼柱l周圍有三根 橫梁2,相鄰的兩橫梁2的上翼緣之間設(shè)有上傳力板3a,下翼緣之間設(shè)有下傳 力板3b。本例中，橫梁2采用工字鋼，傳力板3a和3b均為與工字鋼翼緣等寬、 等厚的梯形鋼板，兩頭均對接于兩工字鋼橫梁2的翼緣之間。當(dāng)然，本例中的 橫梁2也可選用例1中所示的其它型鋼，傳力板3a和3b與橫梁2的翼緣也可 采用達(dá)接。例3(等高四梁交叉節(jié)點)參見圖6，本例為位于結(jié)構(gòu)中間柱子的鋼框架節(jié)點，方管鋼柱l周圍有四根 橫梁2，相鄰的兩橫梁2的上翼緣之間設(shè)有上傳力板3a，下翼緣之間設(shè)有下傳 力板3b。本例中，橫梁2采用工字鋼，傳力板3a和3b均為與工字鋼橫梁2翼 緣等寬、等厚的梯形鋼板，兩頭均對接于兩橫梁2的翼緣之間。同樣，本例中 的橫梁2可選用例1中所示的其它型鋼，傳力板3a和3b與橫梁2的翼緣可采 用達(dá)接。例4(不等高四梁交叉節(jié)點)參見圖7，本例也是位于結(jié)構(gòu)中間柱子的鋼框架節(jié)點，但是與例3不同的是 四根橫梁2中有一根髙度不足的矮梁2',該矮梁2'的上面與相4I5兩根橫梁2平 齊，下面有一個高度差。因此，該矮梁2'與相鄰橫梁2之間的上傳力板3a為一
與橫梁2翼緣等寬、等厚的梯形鋼板，下傳力板3b則是一異型結(jié)構(gòu)件。該異型 結(jié)構(gòu)件由左右錯位的上蓋板3b-l、下蓋板3b-2和設(shè)在上下蓋板之間的兩平行腹 板3b-3、 3b-4構(gòu)成，其橫截面呈口字形，高度等于橫梁2與矮梁2'的高度差(參 見圖8)。所述異型結(jié)構(gòu)件一頭的上蓋板3b-l與矮梁2'的下翼緣對接，下蓋板 3b-2與橫梁2的下翼緣對接。
權(quán)利要求1、一種矩形鋼管柱的鋼框架梁柱節(jié)點，包括矩形鋼管柱(1)與2～4根橫梁(2)連接構(gòu)成的鋼框架，其特征是矩形鋼管柱(1)與橫梁(2)的連接處，相鄰的兩橫梁(2)的上下翼緣之間分別設(shè)有傳力板(3a、3b)，該傳力板(3a、3b)兩頭達(dá)接在兩橫梁(2)的翼緣上或?qū)佑趦蓹M梁(2)的翼緣之間。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種矩形鋼管柱的鋼框架梁柱節(jié)點，其特征是所 述的傳力板(3a、 3b)是適用于等高梁柱節(jié)點的梯形鋼板。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種矩形鋼管柱的鋼框架梁柱節(jié)點，其特征是所 述的傳力板(3a、 3b)是適用于不等高梁柱節(jié)點的異型構(gòu)件，該異型構(gòu)件由左 右錯位的上下蓋板(3b-1、 3b-2)和設(shè)在上下蓋板(3b-1、 3b-2)之間的兩平 行腹板(3b-3、 3b-4)連接構(gòu)成，其橫截面呈口字形，高度等于梁(2與2')的 高度差。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的一種矩形鋼管柱的鋼框架梁柱節(jié)點，其 特征是所述的傳力板(3a、 3b)的寬度和厚度與橫梁(2)翼緣的寬度和厚度相等。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的一種矩形鋼管柱的鋼框架梁柱節(jié)點，其 特征是所述的傳力板(3a、 3b)距矩形鋼管柱(1)棱角的距離不大于傳力板(3a、 3b)的厚度。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的一種矩形鋼管柱的鋼框架梁柱節(jié)點，其 特征是所述的橫梁(2)是工字鋼，或者是槽鋼，或者是截面為矩形的 方管鋼。
專利摘要本實用新型公開一種矩形鋼管柱的鋼框架梁柱節(jié)點，節(jié)點連接結(jié)構(gòu)包括矩形鋼管柱(1)與2～4根橫梁(2)連接構(gòu)成的鋼框架，其特征是矩形鋼管柱(1)與橫梁(2)的連接處，相鄰的兩橫梁(2)的上下翼緣之間分別設(shè)有傳力板(3a、3b)，該傳力板(3a、3b)兩頭達(dá)接在兩橫梁(2)的翼緣上或?qū)佑趦蓹M梁(2)的翼緣之間。本實用新型具有降低梁柱節(jié)點區(qū)域的應(yīng)力，避免柱表面產(chǎn)生外凸屈曲變形，提高節(jié)點承載力的顯著技術(shù)效果。
文檔編號E04C5/01GK201050139SQ20072005241
公開日2008年4月23日 申請日期2007年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月6日
發(fā)明者徐忠根, 王喜堂 申請人:廣州大學(xué)