專利名稱：矩管柱與h形鋼梁楔形箱形剛接節(jié)點(diǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑鋼結(jié)構(gòu)，特別涉及矩管柱具體包括焊接箱形柱，軋制矩管柱 及矩管混凝土柱與H形鋼梁的連接的楔形箱形剛接節(jié)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
近年來，尤其是在汶川地震以后，我國鋼結(jié)構(gòu)住宅的抗震性能及其工業(yè)化生產(chǎn)的 研發(fā)已逐漸成為一個熱點(diǎn)問題，但是鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的研究與應(yīng)用在我國還處在起步階 段。在鋼結(jié)構(gòu)住宅體系中，小截面箱形柱和矩管柱，以及矩管混凝土柱因其剛度大，兩 個主軸方向剛度相同或相近，用鋼量更省等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。因此矩管柱(焊接箱形柱， 軋制矩管柱和矩管混凝土柱)和H形鋼梁連接而成的框架應(yīng)用于普通民用鋼結(jié)構(gòu)體系是一 種良好的選擇。在矩管柱和H形鋼梁節(jié)點(diǎn)中，比較成熟的方案主要有內(nèi)隔板式和外聯(lián)板式 兩種，下面主要從這兩個角度對現(xiàn)行的節(jié)點(diǎn)模式進(jìn)行介紹。對于內(nèi)隔板式節(jié)點(diǎn)而言，需要進(jìn)行內(nèi)部的施焊，焊接困難，焊縫質(zhì)量不容易保證， 而且內(nèi)隔板的存在會影響混凝土的澆筑。并且，此種節(jié)點(diǎn)需要在現(xiàn)場進(jìn)行大量的焊接作業(yè)， 勞動的效率低，技術(shù)含量高，成本較高。對于外聯(lián)板式節(jié)點(diǎn)而言，由于外加強(qiáng)環(huán)的尺寸比較大，尤其是對于鋼管混凝土住 宅結(jié)構(gòu)，由于光管內(nèi)添加混凝土所以柱截面往往較小，這就給建筑上的處理帶來諸多不便， 并且對住宅內(nèi)部裝飾也有較大的影響。鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越發(fā)廣泛。與其他結(jié)構(gòu)形式相比，建筑鋼結(jié)構(gòu)具有卓越的抗震性能， 在歷次地震中震害較少，經(jīng)受住考驗(yàn)，很少發(fā)生整體三十和倒塌現(xiàn)象。但是在地震中，鋼結(jié) 構(gòu)經(jīng)常會發(fā)生局部破壞，如1997年1月17日美國CaliforniaNorthridge地震，其中，引起 震害的主要原因之一便是梁柱節(jié)點(diǎn)處發(fā)生脆性破壞。所以，鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的延性設(shè)計(jì)、耗能性 能在整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中的地位舉足輕重。抗震設(shè)計(jì)的基本原則是“強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”。由此可以從一個側(cè) 面看出，對于抗震結(jié)構(gòu)而言，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)構(gòu)造的合理性，直接關(guān)系到整個結(jié)構(gòu)的抗震性能。梁 柱節(jié)點(diǎn)是整個結(jié)構(gòu)傳力的中心樞紐，是整個結(jié)構(gòu)得以發(fā)揮作用的“主關(guān)節(jié)”。因此，若是能研 究設(shè)計(jì)出一種受力明確合理、構(gòu)造簡單、施工方便、抗震性能優(yōu)越、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的梁柱節(jié)點(diǎn)，將 使整個鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域達(dá)到一個新的高度。但是，目前梁柱節(jié)點(diǎn)還存在很多問題。各典型節(jié)點(diǎn)存在問題如下1、內(nèi)隔板式梁柱節(jié)點(diǎn)，此類節(jié)點(diǎn)只適用于焊接箱形柱，對軋制矩管柱并不適用，需 要進(jìn)行內(nèi)部施焊，焊接困難，焊縫質(zhì)量不易保證，而且隔板存在會影響混凝土澆筑，同時(shí)，由 于節(jié)點(diǎn)焊縫較多，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)焊縫附近鋼材塑性下降，脆性增加，影響結(jié)構(gòu)塑性的進(jìn)一步發(fā) 展，成本高；2、外聯(lián)板式梁柱節(jié)點(diǎn)，外加強(qiáng)環(huán)的尺寸較大，尤其在鋼管混凝土住宅中由于鋼管 混凝土柱截面較小，當(dāng)外加強(qiáng)式節(jié)點(diǎn)環(huán)板的尺寸較大，往往給建筑上的處理帶來不便，對住宅內(nèi)部裝飾有較大影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單、便于加工、可靠性較 高、快速安裝、施工工期短的矩管柱與H形鋼梁楔形箱形剛接節(jié)點(diǎn)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的矩管柱與H形鋼梁楔形箱形剛接節(jié)點(diǎn)，包括矩管柱 和與所述矩管柱的四個側(cè)面連接的H形鋼梁，所述的H形鋼梁呈縱橫交叉狀設(shè)置，所述矩管 柱與H形鋼梁之間設(shè)置有牛腿連接件，所述的牛腿連接件包括與 所述矩管柱中心線垂直設(shè) 置的上端板和下端板以及設(shè)置在所述上、下端板之間分別連接該上、下端板左右兩側(cè)的左、 右立板，所述梯形上、下端板的長邊均設(shè)置在所述矩管柱側(cè)面上，短邊分別連接所述H形鋼 梁上、下翼緣。所述矩管柱為焊接箱形柱、軋制矩管柱或矩管混凝土柱。其中，還包括設(shè)置在左、右立板之間中立板，所述中立板支撐設(shè)置在上下端板之 間，且其內(nèi)端設(shè)置在矩管柱側(cè)面，外端連接所述H形鋼梁腹板，進(jìn)一步地，所述上、下端板均呈梯形，所述梯形上、下端板的長底邊均設(shè)置在所述 矩管柱側(cè)面上，短底邊分別連接所述H形鋼梁上、下翼緣，所述左、右立板分別與所述梯形 上、下端板近兩側(cè)連接并與所述上、下端板垂直設(shè)置。進(jìn)一步地，所述的梯形上、下端板為等腰梯形，其側(cè)邊坡度在1 4-1 1之間。特別是，所述梯形長底邊的長度在125mm-500mm之間。其中，所述的梯形上、下端板長底邊長度與連接該長底邊的所述矩管柱側(cè)面寬度 一致，短底邊與連接該短底邊的所述H形鋼梁的上、下翼緣一致。進(jìn)一步地，所述的左、右立板呈矩形。特別是，所述牛腿連接件與所述矩管柱側(cè)面和H形鋼梁上下翼緣之間以及牛腿連 接件的上、下端板與左、右立板之間分別焊接，所述中立板外端與H形鋼梁腹板之間通過螺 栓連接或焊接。上述的結(jié)構(gòu)，相對于內(nèi)隔板式節(jié)點(diǎn)的多處內(nèi)部施焊和現(xiàn)場焊接作業(yè)，矩管柱與H 形鋼梁楔形箱形剛接節(jié)點(diǎn)無需內(nèi)部施焊，減小了焊接的難度。由于取消了內(nèi)隔板，從而可以 將焊接矩管柱轉(zhuǎn)換為矩管混凝土柱，減小了截面尺寸，增大可以利用的空間。此外，相對于 外聯(lián)式節(jié)點(diǎn)而言，即使采用截面比較小的矩管混凝土柱，也不存在外環(huán)加強(qiáng)板與柱之間尺 寸差過大的問題，便于建筑專業(yè)對于建筑物的處理和對建筑內(nèi)部的裝飾等。


圖1為本發(fā)明的背景技術(shù)內(nèi)隔板式節(jié)點(diǎn)平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中沿1-1方向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明背景技術(shù)中外聯(lián)板式節(jié)點(diǎn)平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖3中沿1-1方向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明的具體實(shí)施例的主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為圖5的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖7本發(fā)明的具體實(shí)施例的應(yīng)力云圖。圖8內(nèi)隔板式節(jié)點(diǎn)、外聯(lián)板式節(jié)點(diǎn)及矩管柱與H形鋼梁楔形箱形剛接節(jié)點(diǎn)的滯回曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖5-8所示，本發(fā)明的矩管柱與H形鋼梁楔形箱形剛接節(jié)點(diǎn)，包括矩管柱1和與 所述矩管柱的四個側(cè)面連接的H形鋼梁2，所述的H形鋼梁呈縱橫交叉狀設(shè)置，所述矩管柱 與H形鋼梁之間設(shè)置有牛腿連接件3，所述的牛腿連接件包括與所述矩管柱中心線垂直設(shè) 置的上端板31和下端板32以及設(shè)置在所述上、下端板之間分別連接該上、下端板左右兩側(cè) 的左、右立板33、34，進(jìn)一步地，所述的左、右立板呈矩形。所述上、端板31、32均呈梯形)，所 述梯形上、下端板的長底邊均設(shè)置在所述矩管柱側(cè)面上，短底邊分別連接所述H形鋼梁上、 下翼緣21、22。所述矩管柱為焊接箱形柱、軋制矩管柱或矩管混凝土柱。
其中，還包括設(shè)置在左、右立板之間中立板35，所述中立板支撐設(shè)置在上下端板之 間，且其內(nèi)端設(shè)置在矩管柱側(cè)面，外端連接所述H形鋼梁腹板，所述左、右立板分別與所述 梯形上、下端板近兩側(cè)連接并與所述上、下端板垂直設(shè)置。所述牛腿連接件與所述矩管柱側(cè) 面和H形鋼梁上下翼緣之間以及牛腿連接件的上、下端板與左、右立板之間分別焊接，所述 中立板外端與H形鋼梁腹板之間通過螺栓4連接或焊接。所述的梯形上、下端板為等腰梯形，其側(cè)邊坡度在1 4-1 1之間。所述梯形長 底邊的長度在125mm-500mm之間。其中，所述的梯形上、下端板長底邊長度與連接該長底邊的所述矩管柱側(cè)面寬度 一致，短底邊與連接該短底邊的所述H形鋼梁的上、下翼緣一致。加工工藝為制作上下翼緣板加寬加厚的牛腿連接件，在工廠完成牛腿連接件與 箱形柱的焊接，現(xiàn)場安裝時(shí)再通過腹板的摩擦形高強(qiáng)螺栓的拼接或焊接后與上下梁緣的焊 接，形成梁柱(矩管柱)的剛性連接。這樣，在滿足強(qiáng)柱弱梁、節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)抗震要求的同時(shí)，不 僅滿足了工業(yè)化生產(chǎn)的要求，保證了梁柱連接處的焊縫質(zhì)量，又因無須設(shè)置內(nèi)隔板，使現(xiàn)場 安裝速度強(qiáng)快，短縮施工工期。本節(jié)關(guān)于矩管柱與H形鋼梁楔形箱形剛接節(jié)點(diǎn)和傳統(tǒng)的內(nèi)隔、外聯(lián)式的節(jié)點(diǎn)采用 ANSYS進(jìn)行了有限元分析，通過結(jié)果來對三者的內(nèi)力分布、屈服點(diǎn)以及結(jié)構(gòu)的耗能性進(jìn)行對 比。從上述的應(yīng)力云圖可以得出如下結(jié)論三種節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)均可將塑性鉸移出節(jié)點(diǎn)區(qū)， 均具有較好的抗震性能；在節(jié)點(diǎn)域的受剪區(qū)域應(yīng)力較大，內(nèi)隔板式節(jié)點(diǎn)由于隔板的作用，應(yīng) 力分布比較均勻，但隔板受力較大，而矩管柱與H形鋼梁楔形箱形剛接節(jié)點(diǎn)和外聯(lián)式節(jié)點(diǎn) 一致，呈“蘋果”形分布。通過對地震作用的模擬，得到結(jié)構(gòu)的滯回曲線如圖8所示，可以看出三種形式節(jié)點(diǎn)的極限彎矩都十分接近。綜上得出如下結(jié)論，矩管柱與H形鋼梁楔形箱形剛接節(jié)點(diǎn)應(yīng)力分布合理，滿足“強(qiáng) 梁弱柱”的要求，并且在屈服極限沒有明顯下降的情況下，結(jié)構(gòu)更簡單易焊，變形能力也在 容許的范圍內(nèi)有所提升，有利于結(jié)構(gòu)的抗震。上述的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，從力學(xué)性能方面分析，節(jié)點(diǎn)受力應(yīng)明確合理，避免復(fù)雜受力狀態(tài) 的出現(xiàn)；梁端彎矩、剪力傳遞應(yīng)充分可靠；強(qiáng)柱弱梁概念明確，在強(qiáng)震的作用下迫使塑性鉸在偏離節(jié)點(diǎn)根部的位置形成，具有良好的延性與耗能性能，從而達(dá)到保護(hù)節(jié)點(diǎn)的目的；在 加工工藝方面；節(jié)點(diǎn)主要部件能在工廠線性化批量生產(chǎn)，提高加工效率；節(jié)點(diǎn)板件加工應(yīng) 為簡單工藝，既可采用熱彎、焊接等工藝完成；節(jié)點(diǎn)主焊縫避開冷彎角，以避免焊縫影響區(qū) 的脆性破壞；考慮材料與彎角的工藝配合關(guān)系，以方便加工；非標(biāo)緊固件廠家能生產(chǎn)；節(jié)點(diǎn) 區(qū)域取消隔板，保證柱子通長，在加工時(shí)無需截?cái)?；在施工工藝方面，現(xiàn)場避免出現(xiàn)仰、側(cè)焊 縫，提高焊接質(zhì)量，降低施工困難； 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造應(yīng)簡單，這樣便于運(yùn)輸和建筑空間布置；取消 隔板，保證現(xiàn)場混凝土自由灌筑，這樣可有效提高柱子的剛度和承載力；現(xiàn)場安裝速度快， 梁柱現(xiàn)場焊接質(zhì)量有保證，達(dá)到工業(yè)化流水線生產(chǎn)與現(xiàn)場快速組裝拼接相結(jié)合，縮短建筑 施工工期。鑒于矩管柱與H形鋼梁楔形箱形剛接節(jié)點(diǎn)上述的便于內(nèi)飾、擴(kuò)大可用空間的優(yōu) 勢，該節(jié)點(diǎn)可以廣泛的應(yīng)用于各類矩管柱H形鋼梁建筑結(jié)構(gòu)中，尤其適用于多層框架住宅 結(jié)構(gòu)和對空間要求較高的公共建筑。本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，不論在其形狀或結(jié)構(gòu)上做任何變化，凡是利用上 述的矩管柱與H形鋼梁楔形箱形剛接節(jié)點(diǎn)都是本發(fā)明的一種變形，均應(yīng)認(rèn)為落在本發(fā)明保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種矩管柱與H形鋼梁楔形箱形剛接節(jié)點(diǎn)，包括矩管柱和與所述矩管柱的四個側(cè)面連接的H形鋼梁，所述的H形鋼梁呈縱橫交叉狀設(shè)置，其特征在于，所述矩管柱與H形鋼梁之間設(shè)置有牛腿連接件，所述的牛腿連接件包括與所述矩管柱中心線垂直設(shè)置的上端板和下端板以及設(shè)置在所述上、下端板之間分別連接該上、下端板左右兩側(cè)的左、右立板，所述梯形上、下端板的長邊均設(shè)置在所述矩管柱側(cè)面上，短邊分別連接所述H形鋼梁上、下翼緣。
2.如權(quán)利要求1所述的矩管柱與H形鋼梁楔形箱形剛接節(jié)點(diǎn)，其特征在于，還包括設(shè)置 在左、右立板之間中立板，所述中立板支撐設(shè)置在上下端板之間，且其內(nèi)端設(shè)置在矩管柱側(cè) 面，外端連接所述H形鋼梁腹板，
3.如權(quán)利要求2所述的矩管柱與H形鋼梁楔形箱形剛接節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述上、下 端板均呈梯形，所述梯形上、下端板的長底邊均設(shè)置在所述矩管柱側(cè)面上，短底邊分別連接 所述H形鋼梁上、下翼緣，所述左、右立板分別與所述梯形上、下端板近兩側(cè)連接并與所述 上、下端板垂直設(shè)置。
4.如權(quán)利要求3所述的矩管柱與H形鋼梁楔形箱形剛接節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述的梯形 上、下端板為等腰梯形，其側(cè)邊坡度在1 4-1 1之間。
5.如權(quán)利要求4所述的矩管柱與H形鋼梁楔形箱形剛接節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述梯形長 底邊的長度在125mm-500mm之間。
6.如權(quán)利要求5所述的矩管柱與H形鋼梁楔形箱形剛接節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述的梯形 上、下端板長底邊長度與連接該長底邊的所述矩管柱側(cè)面寬度一致，短底邊與連接該短底 邊的所述H形鋼梁的上、下翼緣一致。
7.如權(quán)利要求6所述的矩管柱與H形鋼梁楔形箱形剛接節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述的左、 右立板呈矩形。
8.如權(quán)利要求7所述的矩管柱與H形鋼梁楔形箱形剛接節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述牛腿連 接件與所述矩管柱側(cè)面和H形鋼梁上下翼緣之間以及牛腿連接件的上、下端板與左、右立 板之間分別焊接，所述中立板外端與H形鋼梁腹板之間通過螺栓連接或焊接。
9.如權(quán)利要求1-8任一所述擴(kuò)板式梁柱節(jié)點(diǎn)，其特征在于，矩管柱為焊接箱形柱、軋制 矩管柱或矩管混凝土柱。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種矩管柱與H形鋼梁楔形箱形剛接節(jié)點(diǎn)，為解決現(xiàn)有技術(shù)中加工不便、占用空間較大等問題而發(fā)明。包括矩管柱、H形鋼梁、牛腿連接件，牛腿連接件包括與矩管柱中心線垂直設(shè)置的上、下端板及左、右立板，上、下端板的長邊均設(shè)在矩管柱側(cè)面上，短邊分別連接H形鋼梁上、下翼緣。上述的結(jié)構(gòu)，解決了焊接箱形柱加內(nèi)隔板的不便及矩管或矩管混凝土柱不能加內(nèi)隔板的缺陷，避免了占用柱外過多空間，具有內(nèi)飾方便、擴(kuò)大使用空間等優(yōu)點(diǎn)。通過放大H形鋼梁端部翼緣板，并加豎向肋板形成局部箱形結(jié)構(gòu)，承載力、抗震性能均較好。廣泛用于各類矩管柱和矩管柱與H形鋼梁相連接的建筑結(jié)構(gòu)中，適用于多層框架住宅結(jié)構(gòu)和對空間要求較高的公共建筑。
文檔編號E04B1/58GK101967855SQ20101029898
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者卞曉芳, 吳昌棟, 吳明超, 周建鋒, 李偉男, 李曉潤, 王頻, 羅佑新, 陳衛(wèi)海, 陳水榮 申請人:中冶建筑研究總院有限公司;中國京冶工程技術(shù)有限公司