專利名稱：一種鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱空間相貫節(jié)點(diǎn)及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土木工程中的結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，具體是指一種鋼管混凝土斜交網(wǎng) 格柱空間相貫節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)及其制作方法。
背景技術(shù)：
從20世紀(jì)60年代中期鋼管混凝土開(kāi)始引入我國(guó)，以其優(yōu)越的力學(xué)性能廣 泛應(yīng)用于高層及超高層建筑、大跨度橋梁建設(shè)中。 一方面由于鋼管對(duì)填充混凝 土的約束作用，混凝土處于三向壓縮的應(yīng)力狀態(tài)，從而能充分發(fā)揮其抗壓強(qiáng)度； 另一方面由于混凝土的填充效果，提高了鋼管在軸向力作用下抵抗屈曲的能 力。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)以其非常合理的材料組合，能充分發(fā)揮和利用鋼和混凝土 材料的特點(diǎn)，在性能上達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高構(gòu)件承載能力的同時(shí)又具有較好的 塑性和韌性，為高強(qiáng)混凝土和高強(qiáng)鋼材的應(yīng)用提供了新的途徑。采用鋼管混凝 土結(jié)構(gòu)可節(jié)省大量的建筑材料并且施工方便，經(jīng)濟(jì)效益也是顯而易見(jiàn)的。19世紀(jì)后期，人們?cè)谠O(shè)計(jì)高層建筑的時(shí)候開(kāi)始認(rèn)識(shí)到斜撐構(gòu)件有利于結(jié) 構(gòu)抵抗水平荷載，斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系由此逐漸發(fā)展起來(lái)。斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系中 所有的豎向柱都由斜交成網(wǎng)格狀的斜柱代替。該體系從整體上看是無(wú)數(shù)三角幾 何不變體系的組合體，能夠同時(shí)承受豎向荷載和水平荷載，具有較大的側(cè)向剛 度和良好的抗震抗風(fēng)性能。上述斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系可由鋼筋混凝土柱、鋼結(jié)構(gòu)柱或者鋼-混凝土組合 結(jié)構(gòu)柱組成。但無(wú)論采用哪種材料，由于斜交網(wǎng)格由結(jié)構(gòu)柱相貫而成，其節(jié)點(diǎn) 處的橫截面面積僅相當(dāng)于一根結(jié)構(gòu)柱的截面積，因此節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的設(shè)計(jì)必然是整 個(gè)設(shè)計(jì)中最為重要的一環(huán)。相貫節(jié)點(diǎn)直接影響到結(jié)構(gòu)的整體剛度、受力性能和安全性，也影響到施工的難易和工程進(jìn)度。特別對(duì)于鋼管混凝土柱相貫節(jié)點(diǎn)而 言，其構(gòu)造復(fù)雜，傳力不甚明確，至今未有一套完善的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和計(jì)算理論， 有待進(jìn)一步的試驗(yàn)研究和理論分析。但在建筑及施工設(shè)計(jì)的要求下，迫切地需 要一種具有良好受力性能的相貫節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，因此本發(fā)明應(yīng)運(yùn)而生。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于突破現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)形式的空白，提供一種傳力明確、能有效 保證節(jié)點(diǎn)的可靠性、施工方便的鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱空間相貫節(jié)點(diǎn)及其制作 方法。本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱空間相貫節(jié)點(diǎn)，包括4根用作鋼管混凝土相貫 柱的圓鋼管、橢圓形連接板、環(huán)向加強(qiáng)板、環(huán)板、加勁肋板、節(jié)點(diǎn)外伸牛腿； 4根圓鋼管在橢圓形連接板處相交，4根圓鋼管之間以及圓鋼管與橢圓形連接 板焊接連接；在4根圓鋼管相交的中心平面形成圓鋼管悍接焊縫，所述環(huán)向加 強(qiáng)板由至少兩塊環(huán)形鋼板組成，焊接在所述中心平面焊縫處的4根圓鋼管上， 與環(huán)向加強(qiáng)板平行的兩環(huán)板分別焊接在環(huán)向加強(qiáng)板上下方的圓鋼管上，加勁肋 板分布均勻地焊接于環(huán)向加強(qiáng)板與環(huán)板之間，節(jié)點(diǎn)外伸牛腿焊接在環(huán)板上。鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱空間相貫節(jié)點(diǎn)的制作方法，包括下述步驟 (1)將4根圓鋼管在橢圓形連接板處相交，并將4根圓鋼管以及圓鋼管 與橢圓形連接板焊接在一起，圓鋼管之間的角度分為平面內(nèi)角度a與平面外角 度P， a為10。 90。， (3為0° 10°，設(shè)圓鋼管外直徑為D，橢圓形連接板為兩 塊夾角為(180-2P)的半橢圓形相交而成，其長(zhǎng)度為(c。tl+o.05)D，寬度為1.05D,厚度為2倍鋼管壁厚；(2) 在4根圓鋼管相交的中心平面形成圓鋼管焊接焊縫處焊接環(huán)向加強(qiáng) 板，在環(huán)向加強(qiáng)板上、下方的圓鋼管上焊接環(huán)板，并將加勁肋板分布均勻地焊 接于環(huán)向加強(qiáng)板與環(huán)板之間；該環(huán)形鋼板內(nèi)徑為d (d=D)，寬度為(0.2 0.5) d，厚度為兩倍鋼管壁厚；設(shè)環(huán)板與環(huán)向加強(qiáng)板的距離為L(zhǎng)，則環(huán)板的內(nèi)徑為 d+LQan|，寬度為(0.2 0.5) d-Lctan|，厚度為1 2倍鋼管壁厚；加勁肋板為梯形鋼板，上寬同環(huán)板寬度，下寬同環(huán)向加強(qiáng)板寬度，厚度為0.5 1倍鋼 管壁厚；(3) 將節(jié)點(diǎn)外伸牛腿焊接在環(huán)板上；(4) 施工前，在非節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼管柱內(nèi)部焊接一內(nèi)襯管，'在圓鋼管內(nèi)部焊接 一墊板，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，將內(nèi)襯管與墊板焊接，并將節(jié)點(diǎn)外伸牛腿與結(jié)構(gòu)樓面梁 螺栓連接。上述步驟完成后，按照普通施工步驟綁扎相應(yīng)的板筋，質(zhì)量檢驗(yàn)后澆筑混 凝土即可。本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果(1) 本發(fā)明首次提出鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱空間相貫節(jié)點(diǎn)，利用橢圓形 連接板和環(huán)向加強(qiáng)板對(duì)鋼管相貫處進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，可同時(shí)承受軸力和彎矩作用，傳 力明確。(2) 承載力高，鋼管柱的壁厚與混凝土的等級(jí)均高于非節(jié)點(diǎn)區(qū)的斜交網(wǎng) 格柱，加之橢圓形連接板的承載能力較高，能很好地保證"強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件" 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，有效地連接節(jié)點(diǎn)上、下部的斜交網(wǎng)格柱。(3) 連接合理，節(jié)點(diǎn)通過(guò)內(nèi)襯管與上、下部斜交網(wǎng)格柱焊接連接，通過(guò) 節(jié)點(diǎn)外伸牛腿與結(jié)構(gòu)樓面梁螺栓連接，保證了節(jié)點(diǎn)與整體結(jié)構(gòu)的連接。(4) 施工方便，鋼管、橢圓形連接板、環(huán)向加強(qiáng)板、環(huán)板、加勁肋板等的焊接都可在工廠完成，現(xiàn)場(chǎng)只需完成與上下鋼管柱的連接和節(jié)點(diǎn)外伸牛腿和 結(jié)構(gòu)樓面梁的連接工作，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)的焊接工作量，能更好地保證焊縫質(zhì)


圖la是本實(shí)用新型鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱空間相貫節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖lb是圖la的右視圖。圖2是圖1中A-A向剖視圖。圖3是圖1中B-B向剖視圖。圖4是圖1中C處放大圖。圖5是圖1中D處放大圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方 式不限于此。如圖la、圖lb所示，本鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱相貫節(jié)點(diǎn)包括圓鋼管l、 橢圓形連接板2、環(huán)向加強(qiáng)板3、環(huán)板4、加勁肋板5、節(jié)點(diǎn)外伸牛腿6。 4根 圓鋼管1在橢圓形連接板處相交，4根圓鋼管1之間以及圓鋼管1與橢圓形連 接板2焊接在一起；在4根圓鋼管1相交的中心平面形成圓鋼管焊接焊縫10， 環(huán)向加強(qiáng)板3由1對(duì)半環(huán)形鋼板組成(也可以是多塊環(huán)形鋼板組成)，焊接在 混凝土斜交網(wǎng)格柱相貫節(jié)點(diǎn)中心焊縫10處的4根圓鋼管上；與環(huán)向加強(qiáng)板3 平行的兩環(huán)板4分別焊接在環(huán)向加強(qiáng)板上下方的圓鋼管柱上，加勁肋板5分布 均勻地焊接于環(huán)向加強(qiáng)板與環(huán)板之間，節(jié)點(diǎn)外伸牛腿6焊接在環(huán)板4上。如圖la、圖lb所示，圓鋼管之間的角度分為平面內(nèi)角度a (上端或下端 兩圓鋼管之間的夾角)與平面外角度P(上端或下端兩圓鋼管與豎直方向的夾角)，a取值為10。 90。，卩取值為0。 10。。設(shè)圓鋼管外直徑為D，圓鋼管的 長(zhǎng)度約為4c。tf+o.5)D +。tf+i.5)D，橢圓形連接板為兩塊夾角為(180-2P)的 半橢圓形相交而成，其長(zhǎng)度為Mtf+o.05)D，寬度為1.05D，厚度為2倍鋼管壁 厚，按照鋼管相貫線對(duì)鋼管和橢圓形連接板進(jìn)行切割形成。環(huán)向加強(qiáng)板3和環(huán) 板4優(yōu)選由l對(duì)半環(huán)形鋼板焊接組成，該環(huán)形鋼板內(nèi)徑為d (d=D，即環(huán)形鋼 板內(nèi)徑d和圓鋼管外直徑D相同)，寬度為(0.2 0.5) d，厚度為兩倍鋼管壁 厚；設(shè)環(huán)板與環(huán)向加強(qiáng)板的距離為L(zhǎng)，則環(huán)板的內(nèi)徑為d+Lctanf ，寬度為(0.2 0.5) d-Loa |，厚度為1 2倍鋼管壁厚；加勁肋板為梯形鋼板，上寬同環(huán)板寬度，下寬同環(huán)向加強(qiáng)板寬度，厚度為0.5 1倍鋼管壁厚；圓鋼管為直徑優(yōu) 選為0.2 2.0米，環(huán)向加強(qiáng)板和環(huán)板的寬度優(yōu)選為50 500毫米。圖2為本鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱空間相貫節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中圓鋼管1與橢圓形連 接板2連接關(guān)系的剖視圖，在連接板同側(cè)的兩根圓鋼管1通過(guò)坡口焊縫9與橢 圓形連接板2焊接，也可采用其他形式的焊接代替坡口焊接，但必須保證焊縫 與母材等強(qiáng)。圖3為本鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱空間相貫節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中圓鋼管1、環(huán)向加強(qiáng) 板3、加勁肋板5、節(jié)點(diǎn)外伸牛腿6連接關(guān)系的剖視圖。如圖3所示，環(huán)向加 強(qiáng)板3與圓鋼管1通過(guò)坡口焊縫11焊接；環(huán)向加強(qiáng)板3、環(huán)板4的兩塊半環(huán) 形鋼板之間分別通過(guò)坡口焊縫11焊接；加勁肋板5采用角焊縫焊接在環(huán)向加 強(qiáng)板3與環(huán)板4之間；節(jié)點(diǎn)外伸牛腿6采用坡口焊縫11焊接在兩塊環(huán)板4上， 或者節(jié)點(diǎn)外伸牛腿與環(huán)板及加勁肋板焊接，也可采用其他形式的焊接代替坡口 焊接，但必須保證焊縫與母材等強(qiáng)。圖4為圓鋼管1與下部非節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼管柱8連接關(guān)系的放大圖。內(nèi)襯管7 通過(guò)角焊縫12焊接在圓鋼管1內(nèi)側(cè)，鋼管柱8通過(guò)角焊縫12與墊板連接定位后，與圓鋼管l坡口焊接，也可采用其他形式的焊接代替坡口焊接，但必須保 證焊縫與母材等強(qiáng)。圖5為上部非節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼管柱8與圓鋼管1連接關(guān)系的放大圖。內(nèi)襯管7 通過(guò)角焊縫12焊接在鋼管柱8內(nèi)側(cè)，圓鋼管1通過(guò)角焊縫12與墊板連接定位 后，與鋼管柱8坡口焊接，也可采用其他形式的悍接代替坡口焊接，但必須保 證焊縫與母材等強(qiáng)。本鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱空間相貫節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的制備過(guò)程如下-第一步將4根圓鋼管1在橢圓形連接板處相交，并將4根圓鋼管1以及 圓鋼管1與橢圓形連接板2焊接在一起，圓鋼管之間的角度分為平面內(nèi)角度a 與平面外角度P， a為10。 90。，卩為0° 10°，鋼管相貫線的由實(shí)際角度計(jì)算得出，設(shè)圓鋼管外直徑為D，圓鋼管的長(zhǎng)度約為+crtf + 0.5)D (^c^ + L5)D，橢圓形連接板為兩塊夾角為(180-2(3)的半橢圓形相交而成，其長(zhǎng)度為 (c。t，+Q.()5)D，寬度為1.05D，厚度為2倍鋼管壁厚，按照鋼管相貫線對(duì)鋼管和橢圓形連接板進(jìn)行切割；第二步在4根圓鋼管1相交的中心平面形成圓鋼管焊接焊縫10處焊接 環(huán)向加強(qiáng)板3，在環(huán)向加強(qiáng)板上、下方的圓鋼管上焊接環(huán)板4，并將加勁肋板 5分布均勻地焊接于環(huán)向加強(qiáng)板與環(huán)板之間。環(huán)向加強(qiáng)板和環(huán)板分別由1對(duì)半 環(huán)形鋼板焊接組成，該環(huán)形鋼板內(nèi)徑為d，寬度為(0.2 0.5) d，厚度為兩倍 鋼管壁厚；設(shè)環(huán)板與環(huán)向加強(qiáng)板的距離為L(zhǎng)，則環(huán)板的內(nèi)徑為d+Latan，，寬度 為(0.2 0.5) d-LQan|，厚度為1 2倍鋼管壁厚；加勁肋板為梯形鋼板，上 寬同環(huán)板寬度，下寬同環(huán)向加強(qiáng)板寬度，厚度為0.5 1倍鋼管壁厚；第三步將節(jié)點(diǎn)外伸牛腿6焊接在環(huán)板4上；第四步施工前，在非節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼管柱8內(nèi)部焊接一內(nèi)襯管7，在圓鋼管內(nèi)部焊接一墊板，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，將內(nèi)襯管7與墊板焊接，并將節(jié)點(diǎn)外伸牛腿與結(jié) 構(gòu)樓面梁螺栓連接。第五步質(zhì)量檢驗(yàn)后澆筑混凝土即可。本鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱空間相貫節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中，鋼管釆用Q345GJ，混凝 土強(qiáng)度C90，焊條采用E50型，焊劑5014，焊縫達(dá)到一級(jí)焊縫質(zhì)量要求。 如此所述，即可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1. 一種鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱空間相貫節(jié)點(diǎn)，其特征在于包括4根用作鋼管混凝土相貫柱的圓鋼管、橢圓形連接板、環(huán)向加強(qiáng)板、環(huán)板、加勁肋板、節(jié)點(diǎn)外伸牛腿；4根圓鋼管在橢圓形連接板處相交，4根圓鋼管之間以及圓鋼管與橢圓形連接板焊接連接；在4根圓鋼管相交的中心平面形成圓鋼管焊接焊縫，所述環(huán)向加強(qiáng)板由至少兩塊環(huán)形鋼板組成，焊接在所述中心平面焊縫處的4根圓鋼管上，與環(huán)向加強(qiáng)板平行的兩環(huán)板分別焊接在環(huán)向加強(qiáng)板上下方的圓鋼管上，加勁肋板分布均勻地焊接于環(huán)向加強(qiáng)板與環(huán)板之間，節(jié)點(diǎn)外伸牛腿焊接在環(huán)板上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱空間相貫節(jié)點(diǎn)，其特征在 于所述4根圓鋼管之間以及圓鋼管與橢圓形連接板之間的焊接采用坡口焊縫 焊接。 .
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱空間相貫節(jié)點(diǎn)，其特征在 于所述環(huán)向加強(qiáng)板由1對(duì)半環(huán)形鋼板組成，半環(huán)形鋼板相交處的焊接采用坡口 焊縫焊接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱空間相貫節(jié)點(diǎn)，其特征在 于所述環(huán)板由焊接在鋼管外側(cè)的1對(duì)半環(huán)形鋼板組成，半環(huán)形鋼板在相交處坡 口焊縫焊接，環(huán)板到環(huán)向加強(qiáng)板的距離為0.1 0.5倍鋼管直徑。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱空間相貫節(jié)點(diǎn)，其特征在 于所述加勁肋板與環(huán)向加強(qiáng)板平面垂直，分別與環(huán)向加強(qiáng)板和環(huán)板焊接，每隔 20。 40。布置一個(gè)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱空間相貫節(jié)點(diǎn)，其特征在 于所述節(jié)點(diǎn)外伸牛腿與環(huán)板坡口焊接，與樓面梁螺栓連接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱空間相貫節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述節(jié)點(diǎn)還包括內(nèi)襯管，內(nèi)襯管通過(guò)角焊縫焊接在圓鋼管內(nèi)側(cè)，圓鋼管內(nèi)襯 管還與鋼管柱焊接。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱空間相貫節(jié)點(diǎn)，其特征在 于所述圓鋼管為直徑0.2 2.0米，環(huán)向加強(qiáng)板和環(huán)板的寬度為50 500毫米。
9、 權(quán)利要求1所述鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱空間相貫節(jié)點(diǎn)的制作方法，其 特征包括下述步驟與工藝條件(1) 將4根圓鋼管在橢圓形連接板處相交，并將4根圓鋼管以及圓鋼管 與橢圓形連接板焊接在一起，圓鋼管之間的角度分為平面內(nèi)角度a與平面外角 度卩，a為10。 90。，卩為0° 10°，設(shè)圓鋼管外直徑為D，橢圓形連接板為兩 塊夾角為(180-2(3)的半橢圓形相交而成，其長(zhǎng)度為(c。tf+o.05)D，寬度為1.05D,厚度為2倍鋼管壁厚；(2) 在4根圓鋼管相交的中心平面形成圓鋼管焊接焊縫處焊接環(huán)向加強(qiáng) 板，在環(huán)向加強(qiáng)板上、下方的圓鋼管上焊接環(huán)板，并將加勁肋板分布均勻地焊 接于環(huán)向加強(qiáng)板與環(huán)板之間；該環(huán)形鋼板內(nèi)徑為d，寬度為(0.2 0.5) d，厚 度為兩倍鋼管壁厚；設(shè)環(huán)板與環(huán)向加強(qiáng)板的距離為L(zhǎng)，則環(huán)板的內(nèi)徑為d+Ltlanf,寬度為(0.2 0.5) d-L0tan，，厚度為1 2倍鋼管壁厚；加勁肋板為梯形鋼板，上寬同環(huán)板寬度，下寬同環(huán)向加強(qiáng)板寬度，厚度為0.5 1倍鋼管 壁厚；(3) 將節(jié)點(diǎn)外伸牛腿悍接在環(huán)板上；(4) 施工前，在非節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼管柱內(nèi)部焊接一內(nèi)襯管，在圓鋼管內(nèi)部焊接 一墊板，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，將內(nèi)襯管與墊板焊接，并將節(jié)點(diǎn)外伸牛腿與結(jié)構(gòu)樓面梁 螺栓連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱空間相貫節(jié)點(diǎn)及其制作方法，該節(jié)點(diǎn)的4根圓鋼管在橢圓形連接板處相交，4根圓鋼管之間以及圓鋼管與橢圓形連接板焊接連接；環(huán)向加強(qiáng)板由至少兩塊環(huán)形鋼板組成，焊接在所述中心平面焊縫處的4根圓鋼管上，與環(huán)向加強(qiáng)板平行的兩環(huán)板分別焊接在環(huán)向加強(qiáng)板上下方的圓鋼管上，加勁肋板分布均勻地焊接于環(huán)向加強(qiáng)板與環(huán)板之間，節(jié)點(diǎn)外伸牛腿焊接在環(huán)板上。本節(jié)點(diǎn)的制作方法包括圓鋼管與連接板的焊接，環(huán)向加強(qiáng)板、環(huán)板、加勁肋板的焊接。該節(jié)點(diǎn)傳力明確、承載力高、質(zhì)量輕、性能好、施工方便，能有效地連接上下部斜交網(wǎng)格柱，實(shí)現(xiàn)鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)空間相貫，有很好的工程應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)E04B1/30GK101260689SQ200810027590
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者劉付鈞, 唐嘉敏, 靜 季, 方小丹, 曾憲武, 毅 江, 陳福熙, 宏 韋, 韓小雷, 超 黃 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)