冷弯多腔钢管混凝土异形柱与U型组合梁的刚性连接节点的制作方法

本实用新型属于建筑结构构件领域，特别涉及一种钢-混凝土组合结构梁柱节点。

背景技术：

异形柱目前在住宅、公寓、宿舍等建筑中应用较多，异形柱与相邻墙体齐平，使得建筑室内空间规整，有利于家具摆放，提高室内空间利用效率。但目前普遍应用的异形钢筋混凝土柱其抗震设计较为严格，最大使用高度和柱轴压比等设计指标远低于普通矩形钢筋混凝土柱。其节点往往是异形柱框架的薄弱环节，是决定异形柱框架结构体系力学性能优劣的重要因素。采用异形钢管混凝土柱及其框架节点能够显著改善异形柱框架结构体系的抗震性能。

但异形钢管混凝土柱及其框架节点相对较高的用钢量使其经济性能低于异形钢筋混凝土柱框架结构，同时柱及节点钢板的局部屈曲不仅降低其自身承载力，而且降低对柱及节点混凝土的约束效应，从而对异形钢管混凝土框架结构整体的承载力和延性产生不利影响。因此异形钢管混凝土柱的发展和应用，需要从控制用钢量和提高材料利用效率两方面入手，发挥其力学性能良好、施工方便、经济合理的优势。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决异形钢管混凝土柱及框架节点中钢板局部屈曲的不利影响，并降低用钢量以提高经济性能。

为实现本实用新型目的而采用的技术方案是这样的，冷弯多腔钢管混凝土异形柱与U型组合梁的刚性连接节点，包括一根核心柱钢管。所述核心柱钢管是一块矩形薄壁钢板采用冷弯的加工方式，弯折成的横截面为矩形的空心钢管。所述空心钢管侧壁的搭接处采用对接焊缝使空心钢管的侧壁闭合。

还包括若干个U形构件。所述U形构件是矩形薄壁钢板，采用冷弯的加工方式，分别将其弯折成U形。每个所述U形构件具有两块侧板和一块底板。两块所述侧板相互平行，且垂直于底板。两块侧板之间的距离等于核心柱钢管某一侧面的宽度。

核心柱钢管的一个或多个侧面上拼接有所述的U形构件，其拼接形成A～D任意一种形状：

A)当拼接成一字型冷弯多腔钢管时，将一个U形构件拼接到核心柱钢管的某一侧面上。采用单面坡口焊缝将这个U形构件的两块侧板分别与所拼接侧面的两条侧棱焊接，从而U形构件与该侧面结合成柱肢矩形钢管。

B)当拼接成L型冷弯多腔钢管时，核心柱钢管的两个相邻侧面分别拼接一个U形构件。每个U形构件的两块侧板分别与所拼接侧面的两条侧棱连接，其中连接在同一侧棱上的两块侧板采用熔透焊缝进行焊接，其他侧板采用单面坡口焊缝进行焊接。从而使得每个U形构件与所拼接侧面结合成柱肢矩形钢管。

C)当拼接成T型冷弯多腔钢管时，核心柱钢管的三个侧面分别拼接一个U形构件。每个U形构件的两块侧板分别与所拼接侧面的两条侧棱连接，其中连接在同一侧棱上的两块侧板采用熔透焊缝进行焊接，其他侧板采用单面坡口焊缝进行焊接。从而使得每个U形构件与所拼接侧面结合成柱肢矩形钢管。

D)当拼接成十字型冷弯多腔钢管时，核心柱钢管的四个侧面分别拼接一个U形构件。每个U形构件的两块侧板分别与所拼接侧面的两条侧棱连接，其中每条侧棱上的两块侧板采用熔透焊缝进行焊接，从而使得每个U形构件与所拼接侧面结合成柱肢矩形钢管。

所述柱肢矩形钢管背向核心柱钢管的侧面上拼接一个U形构件。采用单面坡口焊缝将这个U形构件的开口处的棱边与所拼接侧面的两条棱边焊接，从而使得这个U形构件与所拼接侧面结合成端柱钢管。

所述端柱钢管的三个侧面上沿水平方向切割出了开口Ⅰ和开口Ⅱ，它们在水平面上的投影都呈U型。所述开口Ⅰ位于开口Ⅱ的上方。

所述开口Ⅰ和开口Ⅱ中分别插入了一块上翼缘连接隔板和下翼缘连接隔板。所述上翼缘连接隔板呈U型叉状。所述上翼缘连接隔板卡接在开口Ⅰ内。所述下翼缘连接隔板与上翼缘连接隔板为相同的平板。所述上翼缘连接隔板与下翼缘连接隔板相互平行。所述上翼缘连接隔板的板面垂直于端柱钢管。通过双面角焊缝在端柱钢管的三个侧面上围着开口Ⅰ和开口Ⅱ进行焊接。

端柱钢管自身的U型构件的两侧板上各焊接有一块腹板连接板。所述腹板连接板位于上翼缘连接隔板与下翼缘连接隔板之间。所述腹板连接板的部分板面与所在侧板贴合，另外部分板面伸出端柱钢管的端面。

所述上翼缘连接隔板的上板面焊接有若干钢筋套筒，这些钢筋套筒为一端敞口的圆筒型套筒。所述钢筋套筒的圆周侧面通过角焊缝与上翼缘连接隔板的板面连接。所述钢筋套筒的敞口端背向端柱钢管的端面。

每个所述钢筋套筒内对应插入了一根负弯矩纵筋。每根负弯矩纵筋为笔直的圆柱型钢筋。

所述上翼缘连接隔板、下翼缘连接隔板和腹板连接板背向端柱钢管的一端焊接了冷弯U型钢梁。所述冷弯U型钢梁的开口朝上，在其开口处具有向内呈90°弯折的翻边。所述冷弯U型钢梁的两侧为翼缘连接板，底部为下翼缘，翻边为上翼缘。所述冷弯U型钢梁的上翼缘与上翼缘连接隔板采用对接焊缝连接，它的下翼缘与下翼缘连接隔板采用对接焊缝连接。所述腹板连接板的部分板面与冷弯U型钢梁的翼缘连接板的外表面贴合，并在贴合部分的侧边进行围焊。

所述核心柱钢管、柱肢矩形钢管、端柱钢管和冷弯U型钢梁的空腔内浇筑了混凝土。

本实用新型包括一字型、L型、T型或十字型冷弯多腔钢管混凝土异形柱与U形钢梁的刚性连接节点。

进一步，所述U型构件的底板至开口的距离根据冷弯多腔钢管混凝土异形柱的大小设计相应的尺寸，而它们的两侧板之间的距离等于核心柱钢管侧面的宽度。

进一步，采用熔透焊缝焊接同一侧棱上的两块侧板时，这两块侧板的内壁均预先设置有一块垫板；所述垫板为长条形金属板，其板面与侧板贴合；通过施焊一条熔透焊缝使得垫板、侧板与核心柱钢管的侧棱焊接在一起。

进一步，所述混凝土为普通混凝土、轻骨料混凝土或高性能混凝土。

进一步，所述核心柱钢管、柱肢矩形钢管、端柱钢管、上翼缘连接隔板、下翼缘连接隔板、腹板连接板、钢筋套筒、负弯矩纵筋和冷弯U型钢梁的材料为碳素结构钢Q235级钢材、低合金高强度结构钢Q345级、Q390级、Q420级或Q460级钢材。

本实用新型提出的冷弯多腔钢管混凝土异形柱与U型组合梁的刚性连接节点具有如下优点：

1.本实用新型中的冷弯多腔钢管混凝土异形柱可应用于低层或多层框架结构、框架－剪力墙结构的别墅、住宅、公寓、宿舍、办公楼等形式建筑。改善普通方、矩形柱室内柱楞外露的缺陷，改善室内观瞻，利于家居摆放，提高室内空间的利用效率。

2.多腔钢管混凝土异形柱能够改善目前普遍应用的混凝土异形柱抗震设计的严格限制，扩大异形柱的应用范围。外包钢管与内置竖向隔板共同作用给内置混凝土良好的约束，提高了异形柱的承载力与延性，从而提高异形柱的抗震性能，使其能够应用在抗震设防烈度较高的地区，或者应用于高度更高的框架结构和框架－剪力墙结构中。

3.由于冷弯多腔钢管混凝土异形柱采用多腔式约束方式，薄钢管亦可发挥良好的约束效果。与传统钢管混凝土异形柱相比，多腔钢管混凝土异形柱可以在保证构件性能的前提下具有更低的含钢率，更佳的经济性。多腔式结构使得内部核心柱柱壁可以直接作为内置隔板代替加劲肋合理地布置在阴角处，大部分加工工序皆可在工厂预制完成，减少了现场施工阶段的工作量，非常适合现在建筑产业化的需求。

4.节点区柱钢管上预埋U形隔板，并和U型钢梁翼缘采用对接焊缝连接，同时在U形隔板上焊接套筒并拧上钢筋，共同传递梁端弯矩。柱钢管及U型钢梁两侧均焊接腹板连接板，以传递梁端剪力。以上工序大部分皆可在工厂预制完成，减少了现场施工时间，同时U型钢梁还可作为模板，组合梁混凝土的浇筑无需另行支模。因此，本实用新型的框架节点形式传力明确合理，构造简单，施工快捷方便，经济合理。

附图说明

图1为冷弯多腔钢管混凝土异形柱与U型钢梁的刚性连接节点示意图；

图2为L型的冷弯多腔钢管混凝土异形柱的俯视图；

图3为一字型的冷弯多腔钢管混凝土异形柱的俯视图；

图4为T型的冷弯多腔钢管混凝土异形柱的俯视图；

图5为十字型的冷弯多腔钢管混凝土异形柱的俯视图；

图6为图1的节点位置的侧视图；

图7为图6中Q-Q处的剖视图。

图中：核心柱钢管1、柱肢矩形钢管2、端柱钢管3、对接焊缝4、熔透焊缝5、垫板6、单面坡口焊缝7、冷弯多腔钢管混凝土异形柱8、上翼缘连接隔板9、下翼缘连接隔板90、腹板连接板10、钢筋套筒11、负弯矩纵筋12、冷弯U型钢梁13。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但不应该理解为本实用新型上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本实用新型上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本实用新型的保护范围内。

冷弯多腔钢管混凝土异形柱与U型组合梁的刚性连接节点，截取一块矩形薄壁钢板，采用冷弯的加工方式将其弯折成横截面为矩形的空心钢管。其中选取的横截面垂直于空心钢管的长度方向，本实施例中优选的横截面为正方形。

在上述空心钢管侧壁的搭接处采用对接焊缝4使空心钢管的侧壁闭合，从而得到核心柱钢管1。其中对接焊缝4为所在侧面的中轴线，其延伸方向与核心柱钢管1的长度方向相同。

所述核心柱钢管1为两端敞口的空心柱钢管，它的四个侧面都可作为柱肢的连接面。设这四个面分别为面A、面B、面C和面D，其上的四条侧棱为棱a、棱b、棱c和棱d。本实施例中所述的面A、面B、面C或面D以及棱a、棱b、棱c或棱d仅代表核心柱钢管1上任意的某个侧面或某条侧棱，并不代表固定位置的某个面或某个棱，但面A与面C是相对的，棱a与棱c是相对的。

再截取若干块矩形薄壁钢板，采用冷弯的加工方式分别将其弯折成若干个U型构件。每个所述U型构件具有两块侧板和一块底板。两块所述侧板相互平行，且垂直于底板。两块侧板之间的距离等于核心柱钢管1侧面的宽度。其中所述U型构件的底板至开口的距离可以根据工程的实际需要(冷弯多腔钢管混凝土异形柱8的大小)设计相应的尺寸，而它们的两侧板之间的距离需满足等于核心柱钢管1侧面的宽度。

在核心柱钢管1的一个或多个侧面上拼接U型构件，其拼接方式有四种：

A)参见图3，当拼接为一字型冷弯多腔钢管时，将一个U型构件拼接到核心柱钢管的面A上，面A上的两条侧棱为棱a和棱b；采用单面坡口焊缝7将这个U型构件的两块侧板分别与面A的棱a、棱b焊接，从而使U型构件与面A结合成柱肢矩形钢管2。

B)参见图2，当拼接成L型冷弯多腔钢管时，核心柱钢管1的两个相邻侧面(面A和面B)分别拼接一个U型构件，其中面A上的两条侧棱为棱a和棱b，面B上的两条侧棱为棱c和棱b；一个U型构件的两块侧板分别与面A的棱a和棱b连接，另一个U型构件的两块侧板分别与面B的棱b和棱c连接；其中连接在(公共棱)棱b上的两块侧板(两个U型构件各提供一块侧板)采用熔透焊缝5进行焊接，其他侧板(即连接在棱a、棱c上的侧板)采用单面坡口焊缝7进行焊接；从而使得这两个U型构件分别与面A、面B结合成两个柱肢矩形钢管2。

C)参见图4，当拼接成T型冷弯多腔钢管时，核心柱钢管1的面A、面B、面C分别拼接一个U型构件，其中面A上的两条侧棱为棱a和棱b，面B上的两条侧棱为棱b和棱c，面C上的两条侧棱为棱c和棱d；

其中一个U型构件的两块侧板分别与棱a、棱b连接，一个U型构件的两块侧板分别与棱b、棱c连接，另外一个U型构件的两块侧板分别与棱c、棱d连接；连接在同一侧棱上的两块侧板采用熔透焊缝5进行焊接，其他侧板采用单面坡口焊缝7进行焊接；即连接在棱b上的两块侧板(相邻两个U型构件各提供一块侧板)采用熔透焊缝5进行焊接，连接在棱c上的两块侧板(相邻两个U型构件各提供一块侧板)也采用熔透焊缝5进行焊接；连接在棱a、棱c上的侧板则采用单面坡口焊缝7进行焊接；从而使得这三个U型构件分别与面A、面B、面C结合成三个柱肢矩形钢管2。

D)参见图5，当拼接成十字型冷弯多腔钢管时，核心柱钢管1的面A、面B、面C、面D分别拼接一个U型构件，其中面A上的两条侧棱为棱a和棱b，面B上的两条侧棱为棱b和棱c，面C上的两条侧棱为棱c和棱d，面D上的两条侧棱为棱d和棱a；其中一个U型构件的两块侧板分别与棱a、棱b连接，一个U型构件的两块侧板分别与棱b、棱c连接，一个U型构件的两块侧板分别与棱c、棱d连接，另外一个U型构件的两块侧板分别与棱d、棱a连接；其中每条侧棱(棱a、棱b、棱c、棱d)上的两块侧板(相邻两个U型构件各提供一块侧板)均采用熔透焊缝5进行焊接，从而使得这四个U型构件分别与面A、面B、面C、面D结合成四个柱肢矩形钢管2。

需要说明的是，L型、T型和十字形冷弯多腔钢管均存在核心柱钢管1相邻两个侧面都有柱肢矩形钢管2的情况，即在上述过程中L型冷弯多腔钢管的棱b处焊接了两块侧板(相邻U型构件各提供一块侧板，下同)；T型冷弯多腔钢管的棱b和棱c处都焊接了两块侧板；十字形冷弯多腔钢管的每条侧棱(棱a、棱b、棱c、棱d)都焊接了两块侧板。

本实施例中，核心柱钢管1的一条侧棱上若要焊接两块侧板时，则需要在这两块侧板的内壁分别贴靠一块垫板6。所述垫板6为长条形金属板，其板面与侧板贴合；所述垫板6的长度方向与所贴靠的侧板的长度方向相同。然后施焊一条熔透焊缝5将此处的两块侧板以及垫板6与核心柱钢管1焊接在一起。其中垫板6可以保证焊缝成形平整光滑，不产生焊缝缺陷。若核心柱钢管1的一条侧棱上仅焊接一块侧板时，则直接采用单面坡口焊缝7进行焊接。

在柱肢矩形钢管2的底板上还拼接一个U型构件。拼接时，采用单面坡口焊缝7将这个U型构件的开口处的棱边与柱肢矩形钢管2的底板焊接在一起，从而使得这个U型构件与底板结合成端柱钢管3。

在端柱钢管3的三个侧面(即自身U型构件的两个侧板的外表面以及底板的外表面，底板的外表面则表示端柱钢管3的端面)上沿水平方向切割出开口Ⅰ和开口Ⅱ，它们在水平面上的投影都呈U型；其中切割的开口是将底板完全切断，两侧板部分切断。所述开口Ⅰ位于开口Ⅱ的上方；

在开口Ⅰ和开口Ⅱ中分别插入一块上翼缘连接隔板9和下翼缘连接隔板90；所述上翼缘连接隔板9呈U型叉状；所述上翼缘连接隔板9卡接在开口Ⅰ内；即上翼缘连接隔板9的部分板面已插入开口Ⅰ内，同时在端柱钢管3的外侧也具有部分板面；

所述下翼缘连接隔板90与上翼缘连接隔板9为相同的平板；所述上翼缘连接隔板9与下翼缘连接隔板90相互平行；所述上翼缘连接隔板9的板面垂直于端柱钢管3；

然后通过双面角焊缝在端柱钢管3的三个侧面上围着开口Ⅰ和开口Ⅱ进行焊接；

在端柱钢管3自身的U型构件的两侧板上各焊接一块腹板连接板10；所述腹板连接板10位于上翼缘连接隔板9与下翼缘连接隔板90之间；所述腹板连接板10的部分板面与所在侧板贴合，并在贴合处的侧边进行围焊，另外部分板面伸出端柱钢管3的端面；即从俯视的角度看，两侧的腹板连接板10伸出的部分与端柱钢管3的端面呈U型，U型开口背向端柱钢管3；

在上翼缘连接隔板9的上板面焊接若干钢筋套筒11，这些钢筋套筒11为一端敞口的圆筒型套筒；所述钢筋套筒11的圆周侧面通过角焊缝与上翼缘连接隔板9的板面连接；所述钢筋套筒11的轴线垂直于端柱钢管3的端面，它的敞口端背向端柱钢管3的端面；本实施例中，在上翼缘连接隔板9的上板面焊接三个钢筋套筒11，且其敞口端伸出了板面；

本实用新型均可在工厂内预制完成，然后将整体运至施工现场；

施工时，在每个所述钢筋套筒11内对应插入一根负弯矩纵筋12；每根所述负弯矩纵筋12为笔直的圆柱型钢筋；所述负弯矩纵筋12拧入钢筋套筒11的一端与之连接牢固；所述负弯矩纵筋12可有效传递梁端弯矩，进而改善异形柱框架节点的抗震能力；

在上翼缘连接隔板9、下翼缘连接隔板90和腹板连接板10背向端柱钢管3的一端焊接冷弯U型钢梁13；所述冷弯U型钢梁13的连接端的形状与其水平方向上的截面形状相同；所述冷弯U型钢梁13的开口朝上，在其开口处具有向内呈90°弯折的翻边；所述冷弯U型钢梁13的两侧为翼缘连接板，底部为下翼缘，翻边为上翼缘；所述冷弯U型钢梁13的上翼缘与上翼缘连接隔板9采用对接焊缝连接，它的下翼缘与下翼缘连接隔板90采用对接焊缝连接；所述腹板连接板10的部分板面与冷弯U型钢梁13的翼缘连接板的外表面贴合，并在贴合部分的侧边进行围焊；即最终腹板连接板10的一部分板面与端柱钢管3的侧面贴合并焊接，另一部分板面与冷弯U型钢梁13的翼缘连接板的外表面贴合并焊接；

其中上翼缘连接隔板9的宽度尺寸从靠近端柱钢管3的部分至连接冷弯U型钢梁13的端部逐渐过渡，使上翼缘连接隔板9与冷弯U型钢梁13连接处的宽度与冷弯U型钢梁13的宽度趋于一致，保证其刚度不发生突变。

焊接完成后，本实施例中的三根负弯矩纵筋12分别位于冷弯U型钢梁13之上，其中两侧的负弯矩纵筋12分别位于上翼缘(翻边)的上面，中间的负弯矩纵筋12处于冷弯U型钢梁13的中轴面上；

向核心柱钢管1、柱肢矩形钢管2、端柱钢管3和冷弯U型钢梁13的空腔内浇筑混凝土即可得到一字型、L型、T型或十字型冷弯多腔钢管混凝土异形柱与U形钢梁的刚性连接节点；其中冷弯U型钢梁13内的混凝土和楼板混凝土整浇在一起，并且楼板混凝土将负弯矩纵筋12包裹在其中。

本实施例中，所述混凝土可选用普通混凝土、轻骨料混凝土或高性能混凝土。所述核心柱钢管1、柱肢矩形钢管2、端柱钢管3、上翼缘连接隔板9、下翼缘连接隔板90、腹板连接板10、钢筋套筒11、负弯矩纵筋12和冷弯U型钢梁13的材料为碳素结构钢Q235级钢材、低合金高强度结构钢Q345级、Q390级、Q420级或Q460级钢材。