专利名称：方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接的节点及制作方法
技术领域：
本发明涉及结构工程中混凝土柱与混凝土梁连接节点，具体是涉及一种方钢管混 凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接的新型节点及其制作方法。
背景技术：
20世纪90年代以后，方钢管混凝土以其优良的力学性能和性价比在国内外得到 了日渐广泛地应用。由于方钢管与混凝土的相互作用，混凝土等抗压强度得到了显著的提 高，同时也提高了方钢管抵抗屈曲的能力；使用上在某些场合方钢管也更易实现建筑师的 意图。方钢管混凝土结构以其非常合理的材料组合，能充分发挥和利用钢和混凝土材料各 自的特点，在性能上达到优势互补，提高构件承载能力的同时又具有较好的塑性和韧性，为 高强混凝土和高强钢材的应用提供了新的途径。采用钢管混凝土结构可节省大量的建筑材 料并且施工方便，经济效益也是显而易见的。同时，由现阶段我国的国情，高层建筑在现在及未来相当长一段时间内主要采用 现浇钢筋混凝土梁板楼盖。如何解决方钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁板楼盖的连接一直困 扰着工程界。而作为方钢管混凝土梁柱节点，必须能可靠地传递梁板传来的剪力和弯矩，且 传力途径要直接明确，具有足够的延性，能满足“强柱弱梁，强节点、弱构件”的抗震设计原 则。所以方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖的连接是必须解决的关键技术之一。目前，在工程中应用的方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖的其它连接节点不同程 度地存在构造复杂，焊接工作量大，安装复杂，防碍管内混凝土的浇筑，钢管壁开洞影响钢 管混凝土柱承载力等缺点。提出传力合理、安全经济、施工方便的方钢管混凝土柱与钢筋混 凝土梁板楼盖的新型连接节点，成为充分发挥方钢管混凝土结构的优势、推广方钢管混凝 土结构的关键，是工程界迫切要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种传力明确、能充分保证节点的安全可靠、且方便施工、 省材经济的方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接的节点及其制作方法。本发明的目的通过下述技术方案实现—种方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接节点，包括环梁和抗剪环；环梁由环 梁内侧构造钢筋、环梁内环钢筋、环梁外环钢筋以及环梁箍筋通过绑扎形成钢筋笼后经混 凝土浇筑成外圆内方的环形结构；其中，环梁内侧构造钢筋为方形，环梁内环钢筋为圆形， 环梁外环钢筋为圆形，环梁箍筋为方形；从内到外，环梁内侧构造钢筋、环梁内环钢筋和环 梁外环钢筋依次设置在钢筋笼的上端和下端同一平面，环梁内环钢筋位于环梁内侧构造钢 筋外侧；多根环梁箍筋绑扎在环梁内侧构造钢筋、环梁内环钢筋和环梁外环钢筋上，沿径向 成放射状均勻布置；环梁箍筋所在平面与环梁内侧构造钢筋、环梁内环钢筋和环梁外环钢 筋所在平面垂直；方钢管穿过环梁内方形孔；至少一道抗剪环焊接在方钢管外周，抗剪环 设于距环梁底40-60mm钢管柱周；环梁的纵截面高度大于或等于楼面框架梁截面2高度或无梁楼盖板的厚度；环梁环向宽度不小于框架梁截面宽或无梁楼盖的厚度，楼面框架梁的 钢筋或无梁楼盖板的钢筋于环梁内锚固，用浇筑混凝土浇筑形成整体混凝土楼盖；方钢管 内浇筑混凝土。为进一步实现本发明的目的当环梁高度彡450mm时，在环梁的钢筋笼上、下两个 端面之间设置环向腰筋，环向腰筋包括内侧腰筋和外侧腰筋，内侧腰筋形状结构同内侧构 造钢筋，外侧腰筋形状结构同环梁外环钢筋，环向腰筋的直径不小于12mm，环向腰筋之间以 及环向腰筋与环梁的钢筋笼上、下两个端面之间的间距不大于200mm。环梁的纵截面高度大于楼面框架梁截面高度或无梁楼盖板的厚度50mm。所述楼盖梁板钢筋锚入环梁的长度需大于等于相应的锚固长度La或Lae。所述抗剪环为圆形或方形截面的钢筋。所述抗剪环若为2道，第二道抗剪环设于环梁中部方钢管外周。一种方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接的节点的制作方法，包括下述步骤与 工艺条件(1)预先将至少一道抗剪环焊于方钢管混凝土柱钢管壁外侧，贴焊方钢管混凝土 柱钢管壁外侧的抗剪环，抗剪环设于距环梁底40-60mm钢管柱外周；(2)环梁的纵截面高度H大于或等于楼面框架梁最大截面高度或无梁楼盖板的厚 度；环梁环向截面宽度不小于与其相交的截面宽度最大的框架梁截面宽，且满足框架梁上 部纵筋和框架梁下部纵筋的锚固水平段长度；(3)在地面或其他工作面制作绕方钢管混凝土柱1的钢筋混凝土环梁3的钢筋 龙；(4)钢筋笼的吊装完后，框架梁及楼板钢筋伸入环梁锚固，待封好环梁侧模板后， 即可浇筑混凝土，形成整体混凝土楼盖；方钢管1内混凝土浇筑先于楼盖浇筑，否则应保留 支撑，避免空钢管受力。当环梁高度彡450mm时，所述步骤(3)还包括在环梁的钢筋笼上、下两个端面之间 设置环向腰筋，其中内侧腰筋为方形，腰筋直径不小于12mm，且其间距不大于200mm。本发明相对现有技术，具有如下优点与有益效果(1)本发明一种方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接的新型节点，绕方形钢管 混凝土柱设置一钢筋混凝土环梁用于传递框架梁端弯矩，在环梁中部或底部钢管外表面贴 焊圆形(或方形)截面钢筋，称为抗剪环，用于传递剪力。理论分析及实验均证明该节点形 式受力可靠合理，并且制作工艺简单，用钢量少，费用省。(2)节点承载力高，抗震性能良好。节点承载力高于与之连接的楼面框架梁承载 力；抗剪环的应用，安全储备高；本新型节点能很好地保证“强节点，弱构件”的结构设计原 则，满足“强柱弱梁”的抗震构造要求。(3)节点环梁无方向性，安装方便，便于与任意方向的框架梁连接。(4)施工方便，钢筋混凝土环梁钢筋笼绑扎要求与一般混凝土梁相同；抗剪环仅 通过角焊缝与钢管壁连接，焊接工作量小，且可在工厂制作完成；除钢管的接长外，现场没 有焊接工作量，施工便捷。(5)钢管内部没有穿心构件及加劲环板，钢管壁无须开洞，钢管截面不受削弱，可 确保钢管混凝土柱的截面承载力，同时也便于管内混凝土的浇筑。
图1是方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接节点的俯视图。图2是方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接节点的正视图。图3是图2的A-A向剖视图。图4是图1的B-B向剖视图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限 于此。如图1、2、3、4所示，方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接节点主要包括环梁3 和抗剪环8 ；环梁3由环梁内侧构造钢筋4、环梁内环钢筋5、环梁外环钢筋6以及环梁箍筋 7通过绑扎形成钢筋笼后经混凝土浇筑成外圆内方的环形结构；其中环梁内侧构造钢筋4 为方形，环梁内环钢筋5为圆形，环梁外环钢筋6为圆形，环梁箍筋7为方形；从内到外，环 梁内侧构造钢筋4、环梁内环钢筋5和环梁外环钢筋6依次设置在钢筋笼的上端和下端同一 平面；环梁内环钢筋5位于环梁内侧构造钢筋4外侧，多根环梁箍筋7绑扎在环梁内侧构造 钢筋4、环梁内环钢筋5和环梁外环钢筋6上，沿径向成放射状均勻布置；环梁箍筋7所在 平面与环梁内侧构造钢筋4、环梁内环钢筋5和环梁外环钢筋6所在平面垂直；方钢管1穿 过环梁3内方形孔，即环梁3位于方钢管1外周；抗剪环8为圆形(也可为方形)截面的钢 筋，焊接在方钢管1外周，采用角焊方式，第一道抗剪环8设于距环梁3底50mm钢管柱1外 周，第二道抗剪环8设于环梁3中部方钢管1外周。环梁3用于传递弯矩，抗剪环8用于传 递剪力。当环梁高度彡450mm时，在环梁3的钢筋笼上、下两个端面之间设置环向腰筋，即 环向腰筋是沿环梁3的高度H配置环向腰筋；环向腰筋包括内侧腰筋和外侧腰筋，内侧腰 筋形状结构同内侧构造钢筋4，外侧腰筋形状结构同环梁外环钢筋6，环向腰筋的直径不小 于12mm，环向腰筋之间以及环向腰筋与环梁3的钢筋笼上、下两个端面之间的间距不大于 200mm ；环梁3的纵截面高度H大于或等于楼面框架梁截面2高度或无梁楼盖板的厚度，优 选大于50mm ；环梁3环向宽度B不小于框架梁截面宽或无梁楼盖的厚度，楼面框架梁2的 钢筋或无梁楼盖板的钢筋于环梁3内锚固，用浇筑混凝土浇筑形成整体混凝土楼盖；方钢 管内浇筑混凝土，管壁外侧的抗剪环水平贴焊。楼面框架梁2为钢筋混凝土梁，框架梁上部纵筋9、框架梁下部纵筋10和框架梁的 箍筋11构成楼面框架梁2的钢筋结构。楼面框架梁2的钢筋于环梁3内锚固是指框架梁 上部纵筋9和框架梁下部纵筋10伸入环梁3内，并满足抗震锚固长度Lae要求。无梁楼盖 板的钢筋于环梁3内锚固制作方法与楼面抗剪梁2锚固相同。本方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接节点的制备过程如下第一步预先将一或两道抗剪环焊于方钢管混凝土柱钢管壁外侧，贴焊方钢管混凝 土柱钢管壁外侧的抗剪环8，第一道抗剪环8设于距环梁3底50mm钢管柱1外周，第二道抗 剪环8设于环梁3中部钢管柱1外周。第二步环梁3的纵截面高度H大于或等于楼面框架梁2最大截面高度或无梁楼盖板的厚度，优选大于50mm ；环梁3环向截面宽度B不小于与其相交的截面宽度最大的框架 梁2截面宽，且满足框架梁上部纵筋9和框架梁下部纵筋10的锚固水平段长度；第三步在地面或其他工作面制作绕方钢管混凝土柱1的钢筋混凝土环梁3的钢筋 笼；当环梁高度> 450mm时，在环梁3的钢筋笼上、下两个端面之间设置环向腰筋。第四步钢筋笼的吊装完后，框架梁及楼板钢筋伸入环梁锚固，待封好环梁侧模板 后，即可浇筑混凝土，形成整体混凝土楼盖；方钢管1内混凝土浇筑先于楼盖浇筑，否则应 保留支撑，避免空钢管受力。本发明方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接节点中，方钢管1的材料采用 Q345B，混凝土强度与楼盖混凝土强度相同，环梁钢筋强度与楼面框架梁相同，均为III级 钢，焊条采用E50型，焊剂采用5014型焊剂，抗剪环与钢管壁的角焊缝达三级焊缝质量要 求。如上所述，即可较好地实现本发明。
权利要求
1.一种方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接节点，其特征在于包括环梁和抗剪环； 环梁由环梁内侧构造钢筋、环梁内环钢筋、环梁外环钢筋以及环梁箍筋通过绑扎形成钢筋 笼后经混凝土浇筑成外圆内方的环形结构；其中，环梁内侧构造钢筋为方形，环梁内环钢筋 为圆形，环梁外环钢筋为圆形，环梁箍筋为方形；从内到外，环梁内侧构造钢筋、环梁内环钢 筋和环梁外环钢筋依次设置在钢筋笼的上端和下端同一平面，环梁内环钢筋位于环梁内侧 构造钢筋外侧；多根环梁箍筋绑扎在环梁内侧构造钢筋、环梁内环钢筋和环梁外环钢筋上， 沿径向成放射状均勻布置；环梁箍筋所在平面与环梁内侧构造钢筋、环梁内环钢筋和环梁 外环钢筋所在平面垂直；方钢管穿过环梁内方形孔；至少一道抗剪环焊接在方钢管外周， 抗剪环设于距环梁底40-60mm钢管柱周；环梁的纵截面高度大于或等于楼面框架梁截面高 度或无梁楼盖板的厚度；环梁环向宽度不小于框架梁截面宽或无梁楼盖的厚度，楼面框架 梁的钢筋或无梁楼盖板的钢筋于环梁内锚固，用浇筑混凝土浇筑形成整体混凝土楼盖；方 钢管内浇筑混凝土。
2.根据权利要求1所述的方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接的节点，其特征在 于当环梁高度> 450mm时，在环梁的钢筋笼上、下两个端面之间设置环向腰筋，环向腰筋 包括内侧腰筋和外侧腰筋，内侧腰筋形状结构同内侧构造钢筋，外侧腰筋形状结构同环梁 外环钢筋，环向腰筋的直径不小于12mm，环向腰筋之间以及环向腰筋与环梁的钢筋笼上、下 两个端面之间的间距不大于200mm。
3.根据权利要求1所述的方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接的节点，其特征在 于环梁的纵截面高度大于楼面框架梁截面高度或无梁楼盖板的厚度50mm。
4.根据权利要求1所述的方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接的节点，其特征在 于所述楼盖梁板钢筋锚入环梁的长度需大于等于相应的锚固长度La或Lae。
5.根据权利要求1所述的方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接的节点，其特征在 于所述抗剪环为圆形或方形截面的钢筋。
6.根据权利要求1所述的方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接的节点，其特征在 于所述抗剪环若为2道，第二道抗剪环设于环梁中部方钢管外周。
7.权利要求1所述方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接的节点的制作方法，其特征 在于包括下述步骤与工艺条件(1)预先将至少一道抗剪环焊于方钢管混凝土柱钢管壁外侧，贴焊方钢管混凝土柱钢 管壁外侧的抗剪环，抗剪环设于距环梁底40-60mm钢管柱外周；(2)环梁的纵截面高度H大于或等于楼面框架梁最大截面高度或无梁楼盖板的厚度； 环梁环向截面宽度不小于与其相交的截面宽度最大的框架梁截面宽，且满足框架梁上部纵 筋和框架梁下部纵筋的锚固水平段长度；(3)在地面或其他工作面制作绕方钢管混凝土柱1的钢筋混凝土环梁3的钢筋笼；(4)钢筋笼的吊装完后，框架梁及楼板钢筋伸入环梁锚固，待封好环梁侧模板后，即可 浇筑混凝土，形成整体混凝土楼盖；方钢管1内混凝土浇筑先于楼盖浇筑，否则应保留支 撑，避免空钢管受力。
8.根据权利要求6所述的方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接的节点的制作方法， 其特征在于当环梁高度> 450mm时，所述步骤(；3)还包括在环梁的钢筋笼上、下两个端面 之间设置环向腰筋，其中内侧腰筋为方形，腰筋直径不小于12mm，且其间距不大于200mm。
全文摘要
本发明提供一种方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接的节点及制作方法。该节点包括环梁和抗剪环；环梁由环梁内侧构造钢筋、环梁内环钢筋、环梁外环钢筋以及环梁箍筋通过绑扎形成钢筋笼后经混凝土浇筑成外圆内方的环形结构；多根环梁箍筋绑扎在环梁内侧构造钢筋、环梁内环钢筋和环梁外环钢筋上，沿径向成放射状均匀布置；方钢管穿过环梁内方形孔。制备时，施工现场或工厂加工预制环梁钢筋笼。钢筋笼吊装完后，绑扎楼盖框架梁，然后环梁与楼盖的混凝土同时浇筑，形成整体混凝土楼盖。本发明节点钢管内无穿心构件及加劲环板，钢管截面无削弱，不影响管内混凝土的浇筑，节点传力合理、受力明确、承载力高、抗震性能好、施工方便，造价较低。
文档编号E04G21/00GK102071747SQ201010594710
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者单南平, 方小丹, 江毅, 王帆, 赖洪涛, 陈添明, 陈福熙, 韦宏 申请人:华南理工大学建筑设计研究院