冷弯多腔钢管混凝土异形柱与钢筋混凝土楼板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-混凝土组合结构框架柱与钢筋混凝土楼板连接节点。

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。但目前普遍应用的钢筋混凝土异形柱，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。采用异形钢管混凝土柱能够显著改善异形柱框架结构体系的抗震性能，扩展异形柱框架结构体系的应用范围。但对于钢筋混凝土楼板，由于柱体外包钢管，楼板内钢筋不能有效与异性柱连接锚固。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决冷弯多腔钢管混凝土异形柱-钢筋混凝土楼板连接节点相对薄弱，施工不便的问题。

为实现本实用新型目的而采用的技术方案是这样的，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。

所述核心柱钢管、柱肢矩形钢管和端柱钢管共同构成冷弯多腔钢管。

所述冷弯多腔钢管的侧面焊接上层楼板连接板和下层楼板连接板。所述上层楼板连接板和下层楼板连接板在竖直方向上对应所连接的楼板的位置。所述上层楼板连接板垂直于冷弯多腔钢管的侧面。所述上层楼板连接板位于下层楼板连接板的上方，它们的板面相互平行。

上层楼板连接板和下层楼板连接板的上板面焊接有若干套筒。所述套筒用于连接楼板钢筋。所述套筒的轴线垂直于该上层楼板连接板所在的侧面。若干所述套筒的开口朝向为两个相互垂直的方向，定义为X和Y方向。其中开口朝X方向的套筒的圆周侧面与上层楼板连接板焊接。开口朝Y方向的套筒下方设置垫块，该垫块焊接在上层楼板连接板上。

所述下层楼板连接板上焊接的若干套筒与上层楼板连接板的布置相同。

混凝土楼板中的楼板钢筋的端头具有与套筒内螺纹配合的外螺纹，楼板钢筋的端头旋入对应的套筒中。冷弯多腔钢管空腔内浇筑有混凝土。

进一步，所述U形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、垫板、上层楼板连接板、下层楼板连接板和垫块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钢筋混凝土楼板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，故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。

4.由于采用中央核心柱钢管与外围U形钢管构成多腔钢管，故混凝土与钢管并不存在传统意义上的阴角，显著提高柱体的各项性能。多腔式结构使得内部核心柱柱壁直接代替加劲肋合理地布置钢管内，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。

5.本实用新型中的冷弯多腔钢管混凝土异形柱与钢筋混凝土楼板连接节点，采用传统的冷弯、焊接加工工艺即可完成加工。大部分加工工序皆可在工厂预制完成。而在施工现场进行施工时，钢筋与多腔钢管混凝土异形柱的连接皆为机械连接。这种新型节点加工快捷，施工方便，构造简单，传力路径明确。

6.本实用新型中楼板连接板，不仅为钢筋连接套筒提供设置平台，同时也起到加劲肋作用，可以有效防止钢管在楼板钢筋拉力作用下发生拉脱、失稳等现象。同时垫板的设置保证了同一层垂直两个方向的楼板钢筋可以顺利错开，方便施工。

附图说明

图1为(L型)冷弯多腔钢管混凝土异形柱与钢筋混凝土楼板连接节点示意图(工厂预制完成后)；

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中预制构件填充混凝土后的俯视图；

图7为图6的X向(截取部分)示意图；

图8为冷弯多腔钢管混凝土异形柱与钢筋混凝土楼板连接节点施工阶段的俯视图；

图9为图8的X向(截取部分)示意图；

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8、上层楼板连接板90、下层楼板连接板90、套筒10、楼板钢筋11、垫块12。

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。

一种冷弯多腔钢管混凝土异形柱与钢筋混凝土楼板连接节点，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形构件。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1侧面的宽度。其中所述U形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形构件，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形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形构件的两块侧板分别与面A的棱a、棱b焊接，从而使U形构件与面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形构件，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形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形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形构件分别与面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形构件，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形构件的两块侧板分别与棱a、棱b连接，一个U形构件的两块侧板分别与棱b、棱c连接，另外一个U形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形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形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形构件分别与面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形构件，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形构件的两块侧板分别与棱a、棱b连接，一个U形构件的两块侧板分别与棱b、棱c连接，一个U形构件的两块侧板分别与棱c、棱d连接，另外一个U形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形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形构件分别与面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形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预先贴靠一块垫板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形构件。拼接时，采用单面坡口焊缝7将这个U形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形构件与底板结合成端柱钢管3。

所述核心柱钢管1、柱肢矩形钢管2和端柱钢管3共同构成冷弯多腔钢管8。

根据冷弯多腔钢管8的形状大小设计上、下层楼板连接板，并预先加工成型；然后在冷弯多腔钢管8的侧面焊接上层楼板连接板9和下层楼板连接板10，其中上、下层楼板连接板与冷弯多腔钢管8侧面交接部分皆采用双面角焊缝进行连接。所述上层楼板连接板9和下层楼板连接板90在竖直方向上对应所连接的楼板的位置。所述上层楼板连接板9垂直于冷弯多腔钢管8的侧面。所述上层楼板连接板9位于下层楼板连接板90的上方，它们的板面相互平行。

在上层楼板连接板9和下层楼板连接板90的上板面焊接若干套筒10；所述套筒10用于连接楼板钢筋11。所述套筒10的轴线垂直于该上层楼板连接板9所在的侧面。若干所述套筒10的开口朝向为两个相互垂直的方向，分别为X和Y方向。其中开口朝X方向的套筒10的圆周底面与上层楼板连接板9焊接；开口朝Y方向的套筒10下方设置垫块12，该垫块12焊接在上层楼板连接板9上。这样布置是防止套筒9内插入楼板钢筋11时，垂直两个方向会相互干扰，所以增加垫块12以垫高Y方向上楼板钢筋11的高度。

所述下层楼板连接板90上焊接的若干套筒10与上层楼板连接板9的布置相同。

将上述制得的预制构件运至施工现场就位后，对楼板钢筋11的端头进行滚丝处理，然后将其与对应的套筒10进行机械连接，之后完成混凝土楼板的模板拼接，完成后向冷弯多腔钢管8空腔内与模板内浇筑混凝土，从而使得楼板钢筋11内部拉、压作用力顺利传递给成型之后的冷弯多腔钢管混凝土异形柱。

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、垫板6、上层楼板连接板9、下层楼板连接板90和垫块12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。