一种无箍筋的矩形钢管约束混凝土柱节点及其施工方法与流程

本发明涉及建筑结构构件，特别涉及一种钢-混凝土组合结构梁柱框架节点。

背景技术：

钢管约束混凝土柱是在钢管内浇筑混凝土形成的一种组合结构竖向承重构件，是在钢管混凝土柱基础上针对其框架节点构造复杂的问题而提出的新型组合结构构件。钢管约束混凝土柱的钢管仅在柱身布置，在梁柱节点处断开，与钢筋混凝土梁组合形成钢筋混凝土框架节点。目前在高层建筑、工业厂房和大跨空间结构中受力较大的承重柱已有钢管约束混凝土柱应用。

然而目前已应用的钢管约束混凝土柱框架节点形式由于钢管在节点区断开，使得节点减弱，不能满足强节点弱构件的抗震设计要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种施工便捷、传力明确、性能可靠的无箍筋的矩形钢管约束混凝土柱节点及其施工方法，以提高节点及整体结构的性能。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种无箍筋的矩形钢管约束混凝土柱节点，包括上柱钢管、下柱钢管和节点钢管，以及钢筋混凝土梁。

所述上柱钢管、下柱钢管和节点钢管均由两块扣合并焊接在一起的冷弯薄壁槽型钢组成。

所述上柱钢管的四个内拐角处均焊接有斜拉加劲肋ⅰ。

所述节点钢管上均匀开设有多组供钢筋混凝土梁穿过的孔。每一组孔均包括上下排列的两个孔洞。所述节点钢管内腔中焊接有若干块内隔板。所述内隔板为矩形板状结构，水平嵌入节点钢管内腔中。所述内隔板与节点钢管横截面尺寸相匹配，内隔板的外周与节点钢管的内壁相切套设。所述内隔板的四角处均开设有若干个纵筋贯穿孔。所述内隔板的中心处开设有灌浆大孔。所述节点钢管上下两端的内拐角处均焊接有斜拉加劲肋ⅱ。

所述下柱钢管的四个内拐角处均焊接有斜拉加劲肋ⅲ。

所述上柱钢管的下端位于节点钢管上端的上方。所述下柱钢管的上端位于节点钢管下端的下方。

若干柱纵筋穿入上柱钢管、节点钢管和下柱钢管的内腔。这些柱纵筋穿过纵筋贯穿孔。

若干交错的梁纵筋穿过孔洞。若干梁箍筋与梁纵筋绑扎在一起，形成钢筋混凝土梁筋笼。

所述钢筋混凝土梁筋笼中浇筑梁混凝土。所述上柱钢管、节点钢管和下柱钢管所形成的竖向空腔中浇筑柱混凝土。

进一步，所述斜拉加劲肋ⅰ、斜拉加劲肋ⅱ和斜拉加劲肋ⅲ为竖直布置的板状结构。各斜拉加劲肋与对应的钢管内拐角构成上下端均敞口的中空三棱柱。

进一步，所述孔洞的宽度与钢筋混凝土梁的梁宽一致。上下排列的两个孔洞的总高度大于钢筋混凝土梁梁高的一半。

进一步，所述斜拉加劲肋ⅰ上开设有若干个排气孔ⅰ。所述斜拉加劲肋ⅱ上开设有若干个排气孔ⅱ。所述斜拉加劲肋ⅲ上开设有若干个排气孔ⅲ。

进一步，所述内隔板的板面上还开设有若干个排气孔ⅵ。这些排气孔ⅵ贯穿内隔板的上下板面。

进一步，所述斜拉加劲肋ⅱ与节点钢管的内拐角构成三棱柱的横截面为直角三角形，三角形长边长为a，短边长为b。所述节点钢管的外周横截面的长为c,宽为d。所述灌浆大孔的为椭圆形，长轴为c/2，短轴为d/2。其中，a＝1/3c，b＝1/3d。

进一步，所述纵筋贯穿孔的孔径为e。所述柱纵筋的直径为f。其中，e-f≥5mm。

本发明还公开一种关于上述的无箍筋的矩形钢管约束混凝土柱节点的施工方法，包括以下步骤：

1)按设计要求加工上柱钢管、节点钢管和下柱钢管：

选取两块冷弯槽形钢，将四个斜拉加劲肋ⅰ通过角焊缝分别焊接在所述冷弯槽形钢的各个内拐角处。将所述两块冷弯槽型钢扣合并用熔透焊缝焊接在一起，形成上柱钢管。其中，上柱钢管与斜拉加劲肋ⅰ共同构成上柱钢管综合体。

选取两块冷弯槽形钢，将四个斜拉加劲肋ⅲ通过角焊缝分别焊接在两块冷弯槽形钢的各个内拐角处。将所述两块冷弯槽形钢扣合并用熔透焊缝焊接在一起，形成下柱钢管。其中，下柱钢管与斜拉加劲肋ⅰ共同构成上柱钢管综合体。

选取两块冷弯槽形钢，将八个斜拉加劲肋ⅱ分别焊接在所述冷弯槽形钢各个内拐角的上下两端。将若干个内隔板采用熔透焊连接在其中一块冷弯槽形钢的内腔中，将所述的两块冷弯槽形钢扣合后将所述内隔板与另一块冷弯槽形钢也焊接在一起。将这两块冷弯槽形采用熔透焊缝焊接在一起，形成节点钢管。在节点钢管的侧壁上开设多组供钢筋混凝土梁穿过的孔。每一组孔均包括上下排列的两个孔洞。其中，节点钢管、斜拉加劲肋ⅱ和内隔板共同构成节点钢管综合体。

2)将步骤1)所述上柱钢管综合体、节点钢管综合体和下柱综合体临时吊装定位并固定。其中，所述上柱钢管的下端位于节点钢管上端的上方，上柱钢管与节点钢管相距10～20mm。所述下柱钢管的上端位于节点钢管下端的下方，下柱钢管与节点钢管相距10～20mm。

3)将若干柱纵筋穿入上柱钢管、节点钢管和下柱钢管的内腔中。这些柱纵筋穿过纵筋贯穿孔。

4)将若干交错的梁纵筋穿过节点钢管上的孔洞。绑扎梁箍筋与梁纵筋形成钢筋混凝土梁筋笼。

5)在步骤4)所述钢筋混凝土梁筋笼中浇筑梁混凝土。在上柱钢管、节点钢管和下柱钢管所形成的竖向空腔中浇筑柱混凝土。

本发明还公开一种上述无箍筋的矩形钢管约束混凝土柱节点的施工方法，包括以下步骤：

1)按设计要求加工上柱钢管、节点钢管和下柱钢管：

选取两块冷弯槽形钢，将四个斜拉加劲肋ⅰ通过角焊缝分别焊接在所述冷弯槽形钢的各个内拐角处。将所述两块冷弯槽型钢扣合并用熔透焊缝焊接在一起，形成上柱钢管。其中，上柱钢管与斜拉加劲肋ⅰ共同构成上柱钢管综合体。

选取两块冷弯槽形钢，将四个斜拉加劲肋ⅲ通过角焊缝分别焊接在两块冷弯槽形钢的各个内拐角处。将所述两块冷弯槽形钢扣合并用熔透焊缝焊接在一起，形成下柱钢管。其中，下柱钢管与斜拉加劲肋ⅰ共同构成上柱钢管综合体。

选取两块冷弯槽形钢，在这两块冷弯槽形钢上开设多组孔。每一组孔均包括两个孔洞。将八个斜拉加劲肋ⅱ分别焊接在所述冷弯槽形钢各个内拐角的上下两端。将若干个内隔板采用熔透焊连接在其中一块冷弯槽形钢的内腔中，将所述的两块冷弯槽形钢扣合后将所述内隔板与另一块冷弯槽形钢也焊接在一起。将这两块冷弯槽形采用熔透焊缝焊接在一起，形成节点钢管。其中，节点钢管、斜拉加劲肋ⅱ和内隔板共同构成节点钢管综合体。

2)将步骤1)所述上柱钢管综合体、节点钢管综合体和下柱综合体临时吊装定位并固定。其中，所述上柱钢管的下端位于节点钢管上端的上方，上柱钢管与节点钢管相距10～20mm。所述下柱钢管的上端位于节点钢管下端的下方，下柱钢管与节点钢管相距10～20mm。

3)将若干柱纵筋穿入上柱钢管、节点钢管和下柱钢管的内腔中。这些柱纵筋穿过纵筋贯穿孔。

4)将若干交错的梁纵筋穿过节点钢管上的孔洞。绑扎梁箍筋与梁纵筋形成钢筋混凝土梁筋笼。

5)在步骤4)所述钢筋混凝土梁筋笼中浇筑梁混凝土。在上柱钢管、节点钢管和下柱钢管所形成的竖向空腔中浇筑柱混凝土。

本发明的技术效果是毋庸置疑的：

a.柱子全高设置的斜拉加劲肋提高了矩形钢管的约束效果，提升了矩形钢管约束混凝土柱的力学性能。无需设置箍筋即可防止柱纵筋失稳，大大简化了施工过程，节约了成本。且全高设置的斜拉加劲肋能够直接承载，充分发挥了其在正常使用状态下的力学性能；

b.内隔板可以约束核心区混凝土，使节点传力可靠；固定柱纵筋，提高了纵筋抗失稳的能力；

c.斜拉加劲肋和内隔板上均开设有排气孔，混凝土浇筑更为密实，节点性能更加可靠；

d.在角部放置大直径钢筋，解决了柱子钢筋多而密的问题，施工方便，且为装配式结构提供了便利，因灌浆接头及数量更少，成本更低。

附图说明

图1为梁柱节点结构示意图；

图2为梁柱节点钢结构部分立面图；

图3为a-a截面图；

图4为b-b截面图；

图5为c-c截面图；

图6为上柱钢管结构示意图；

图7为上柱钢管剖视图；

图8为节点钢管剖视图；

图9为下柱钢管剖视图；

图10为内隔板俯视图。

图中：柱纵筋1、上柱钢管2、柱混凝土3、斜拉加劲肋ⅰ4、排气孔ⅰ401、下柱钢管5、斜拉加劲肋ⅲ6、排气孔ⅲ601、节点钢管7、孔洞701、斜拉加劲肋ⅱ8、排气孔ⅱ801、内隔板9、纵筋贯穿孔901、灌浆大孔902、排气孔ⅵ903、梁纵筋10、梁箍筋11、梁混凝土12。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明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，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

本实施例公开一种无箍筋的矩形钢管约束混凝土柱-钢筋混凝土梁部分贯通节点，包括上柱钢管2、下柱钢管5和节点钢管7，以及钢筋混凝土梁。

参见图1、图3和图5，所述上柱钢管2、下柱钢管5和节点钢管7均由两块扣合并焊接在一起的冷弯薄壁槽型钢组成。

参见图3，所述上柱钢管2的四个内拐角处均焊接有斜拉加劲肋ⅰ4。所述斜拉加劲肋ⅰ4竖直穿入上柱钢管2内。每一个斜拉加劲肋ⅰ4通过角焊缝连接在上柱钢管2相邻的两条边之间。

参见图2和图4，所述节点钢管7上均匀开设有多组供钢筋混凝土梁穿过的孔洞701。每一组孔洞均包括上下排列的两个孔洞701。所述孔洞701的宽度与钢筋混凝土梁的梁宽一致。上下排列的两个孔洞701的总高度大于钢筋混凝土梁梁高的一半。所述节点钢管7内腔中焊接有两块内隔板9。所述两块内隔板9位于上下排列的两个矩形孔701之间。参见图10，所述内隔板9为矩形板状结构。所述内隔板9水平布置，嵌入节点钢管7内腔中。每块内隔板的四条边分别用熔透焊连接在节点钢管7的四侧内壁上。所述内隔板9的四角处均开设有若干个纵筋贯穿孔901。所述节点钢管7上下两端的内拐角处均焊接有斜拉加劲肋ⅱ8，即节点钢管7内壁上一共焊接有8个斜拉加劲肋ⅱ8。所述斜拉加劲肋ⅱ8竖直穿入节点钢管7内。每一个斜拉加劲肋ⅱ8通过角焊缝连接在节点钢管7相邻的两条边之间。每个内隔板9的板面上开设有4个排气孔ⅵ903。这些排气孔ⅵ903贯穿内隔板9的上下板面。

参见图5，所述下柱钢管5的四个内拐角处均焊接有斜拉加劲肋ⅲ6。所述斜拉加劲肋ⅲ6竖直穿入下柱钢管5内。每一个斜拉加劲肋ⅲ6通过角焊缝连接在下柱钢管5相邻的两条边之间。

参见图1和图2，所述上柱钢管2的下端位于节点钢管7上端的上方。所述下柱钢管5的上端位于节点钢管7下端的下方。

参见图1和图5，4根柱纵筋1穿入上柱钢管2、节点钢管7和下柱钢管5的内腔。这些柱纵筋1还穿过纵筋贯穿孔901。

参见图2，交错的梁纵筋10穿过孔洞701。梁箍筋11与梁纵筋10绑扎在一起，形成钢筋混凝土梁筋笼。

参见图1，所述钢筋混凝土梁筋笼中浇筑梁混凝土12。所述上柱钢管2、节点钢管7和下柱钢管5所形成的竖向空腔中浇筑柱混凝土3。

实施例2：

本实施例公开一种无箍筋的矩形钢管约束混凝土柱节点，包括上柱钢管2、下柱钢管5和节点钢管7，以及钢筋混凝土梁。

所述上柱钢管2、下柱钢管5和节点钢管7均由两块扣合并焊接在一起的冷弯薄壁槽型钢组成。

参见图6和图7，所述上柱钢管2的四个内拐角处均焊接有斜拉加劲肋ⅰ4。所述斜拉加劲肋ⅰ4竖直穿入上柱钢管2内。每个斜拉加劲肋ⅰ4上开设有5个排气孔ⅰ401。每一个斜拉加劲肋ⅰ4通过角焊缝连接在上柱钢管2相邻的两条边之间。所述斜拉加劲肋ⅰ4与上柱钢管2的内拐角构成上下端均敞口的中空三棱柱a。

所述节点钢管7上均匀开设有多组供钢筋混凝土梁穿过的孔洞701。每一组孔洞均包括上下排列的两个孔洞701。所述孔洞701的宽度与钢筋混凝土梁的梁宽一致。上下排列的两个孔洞701的总高度大于钢筋混凝土梁梁高的一半。所述节点钢管7内腔中焊接有两块内隔板9。所述两块内隔板9位于上下排列的两个矩形孔701之间。所述内隔板9为矩形板状结构。所述内隔板9水平布置，嵌入节点钢管7内腔中。每块内隔板的四条边分别用熔透焊连接在节点钢管7的四侧内壁上。所述内隔板9的四角处均开设有若干个纵筋贯穿孔901。所述内隔板9的中心处开设有灌浆大孔902。所述节点钢管7的内边长为c。所述灌浆大孔902为椭圆形，长轴为c/2，短轴为d/2。参见图9，所述节点钢管7上下两端的内拐角处均焊接有斜拉加劲肋ⅱ8，即节点钢管7内壁上一共焊接有8个斜拉加劲肋ⅱ8。所述斜拉加劲肋ⅱ8竖直穿入节点钢管7内。每一个斜拉加劲肋ⅱ8通过角焊缝连接在节点钢管7相邻的两条边之间。所述斜拉加劲肋ⅱ与节点钢管的内拐角构成三棱柱的横截面为直角三角形，三角形长边长为a，短边长为b。所述节点钢管的外周横截面的长为c,宽为d。所述灌浆大孔的为椭圆形，长轴为c/2，短轴为d/2。其中，a＝1/3c，b＝1/3d。每个斜拉加劲肋ⅱ8上开设有5个排气孔ⅱ801。

参见图8，所述下柱钢管5的四个内拐角处均焊接有斜拉加劲肋ⅲ6。所述斜拉加劲肋ⅲ6竖直穿入下柱钢管5内。每一个斜拉加劲肋ⅲ6通过角焊缝连接在下柱钢管5相邻的两条边之间。每个斜拉加劲肋ⅲ6上开设有1个排气孔ⅲ601。

所述上柱钢管2的下端位于节点钢管7上端的上方。所述下柱钢管5的上端位于节点钢管7下端的下方。所述下柱钢管5与节点钢管7的间距为20mm。所述上柱钢管2与节点钢管7的间距为10mm。

4根柱纵筋1穿入上柱钢管2、节点钢管7和下柱钢管5的内腔。这些柱纵筋1还穿过纵筋贯穿孔901。所述纵筋贯穿孔901的孔径为e。所述柱纵筋1的直径为f。其中，e-f＝5mm，纵筋贯穿孔901可有效固定柱纵筋1的位置。两块内隔板9的间距较小，提高柱纵筋1的失稳能力。

交错的梁纵筋10穿过孔洞701。梁箍筋11与梁纵筋10绑扎在一起，形成钢筋混凝土梁筋笼。

所述钢筋混凝土梁筋笼中浇筑梁混凝土12。所述上柱钢管2、节点钢管7和下柱钢管5所形成的竖向空腔中浇筑柱混凝土3。

实施例3：

本实施例公开一种关于实施例1所述无箍筋的矩形钢管约束混凝土柱节点施工方法，包括以下步骤：

1)按设计要求加工上柱钢管2、节点钢管7和下柱钢管5：

选取两块冷弯槽形钢，将四个斜拉加劲肋ⅰ4通过角焊缝分别焊接在所述冷弯槽形钢的各个内拐角处。将所述两块冷弯槽型钢扣合并用熔透焊缝焊接在一起，形成上柱钢管2。其中，上柱钢管2与斜拉加劲肋ⅰ4共同构成上柱钢管综合体。

选取两块冷弯槽形钢，将四个斜拉加劲肋ⅲ6通过角焊缝分别焊接在两块冷弯槽形钢的各个内拐角处。将所述两块冷弯槽形钢扣合并用熔透焊缝焊接在一起，形成下柱钢管5。其中，下柱钢管5与斜拉加劲肋ⅰ4共同构成上柱钢管综合体。

选取两块冷弯槽形钢，将八个斜拉加劲肋ⅱ8分别焊接在所述冷弯槽形钢各个内拐角的上下两端。将若干个内隔板9采用熔透焊连接在其中一块冷弯槽形钢的内腔中，将所述的两块冷弯槽形钢扣合后将所述内隔板9与另一块冷弯槽形钢也焊接在一起。将这两块冷弯槽形采用熔透焊缝焊接在一起，形成节点钢管7。在节点钢管7的侧壁上开设多组供钢筋混凝土梁穿过的孔。每一组孔均包括上下排列的两个孔洞701。其中，节点钢管7、斜拉加劲肋ⅱ8和内隔板9共同构成节点钢管综合体。

2)将步骤1)所述上柱钢管综合体、节点钢管综合体和下柱综合体临时吊装定位并固定。其中，所述上柱钢管2的下端位于节点钢管7上端的上方，上柱钢管2与节点钢管7相距10～20mm。所述下柱钢管5的上端位于节点钢管7下端的下方，下柱钢管5与节点钢管7相距10～20mm。

3)将若干柱纵筋1穿入上柱钢管2、节点钢管7和下柱钢管5的内腔中。这些柱纵筋1穿过纵筋贯穿孔901。

4)将若干交错的梁纵筋10穿过节点钢管7上的孔洞701。绑扎梁箍筋11与梁纵筋10形成钢筋混凝土梁筋笼。

5)在步骤4)所述钢筋混凝土梁筋笼中浇筑梁混凝土12。在上柱钢管2、节点钢管7和下柱钢管5所形成的竖向空腔中浇筑柱混凝土3。

实施例4：

本实施例公开一种关于实施例1所述无箍筋的矩形钢管约束混凝土柱节点施工方法，包括以下步骤：

1)按设计要求加工上柱钢管2、节点钢管7和下柱钢管5：

选取两块冷弯槽形钢，将四个斜拉加劲肋ⅰ4通过角焊缝分别焊接在所述冷弯槽形钢的各个内拐角处。将所述两块冷弯槽型钢扣合并用熔透焊缝焊接在一起，形成上柱钢管2。其中，上柱钢管2与斜拉加劲肋ⅰ4共同构成上柱钢管综合体。

选取两块冷弯槽形钢，将四个斜拉加劲肋ⅲ6通过角焊缝分别焊接在两块冷弯槽形钢的各个内拐角处。将所述两块冷弯槽形钢扣合并用熔透焊缝焊接在一起，形成下柱钢管5。其中，下柱钢管5与斜拉加劲肋ⅰ4共同构成上柱钢管综合体。

选取两块冷弯槽形钢，在这两块冷弯槽形钢上开设多组孔。每一组孔均包括两个孔洞701。将八个斜拉加劲肋ⅱ8分别焊接在所述冷弯槽形钢各个内拐角的上下两端。将若干个内隔板9采用熔透焊连接在其中一块冷弯槽形钢的内腔中，将所述的两块冷弯槽形钢扣合后将所述内隔板9与另一块冷弯槽形钢也焊接在一起。将这两块冷弯槽形采用熔透焊缝焊接在一起，形成节点钢管7。其中，节点钢管7、斜拉加劲肋ⅱ8和内隔板9共同构成节点钢管综合体。

2)将步骤1)所述上柱钢管综合体、节点钢管综合体和下柱综合体临时吊装定位并固定。其中，所述上柱钢管2的下端位于节点钢管7上端的上方，上柱钢管2与节点钢管7相距10～20mm。所述下柱钢管5的上端位于节点钢管7下端的下方，下柱钢管5与节点钢管7相距10～20mm。

3)将若干柱纵筋1穿入上柱钢管2、节点钢管7和下柱钢管5的内腔中。这些柱纵筋1穿过纵筋贯穿孔901。

4)将若干交错的梁纵筋10穿过节点钢管7上的孔洞701。绑扎梁箍筋11与梁纵筋10形成钢筋混凝土梁筋笼。

5)在步骤4)所述钢筋混凝土梁筋笼中浇筑梁混凝土12。在上柱钢管2、节点钢管7和下柱钢管5所形成的竖向空腔中浇筑柱混凝土3。