H型钢梁与宽钢管混凝土柱短边连接的带状加强式节点的制作方法

本发明涉及一种用于h型钢梁与宽钢管混凝土柱短边连接的带状加强式节点，可广泛应用于多高层钢结构中h型钢梁与宽钢管混凝土柱短边的刚接连接。

背景技术：

多高层钢结构中，钢梁多为h型钢梁，钢柱多为矩形宽钢管混凝土柱。钢梁与钢柱的刚接连接是提供结构整体刚度和抗震性能的最基本的措施。目前常用的刚接节点是在钢柱对应梁翼缘的位置设置横隔板，钢梁翼缘的内力通过隔板传递给钢柱，从而形成刚接节点。隔板有内隔板与贯通横隔板两种，分别对应于箱型柱和冷弯成型高频焊接矩形钢管柱两种构件。

为了方便钢管柱内混凝土的浇灌，隔板上需要设置灌浆孔和透气孔，灌浆孔的直径不宜小于150mm。另外，为了节点域内力传递需要，灌浆孔对隔板的削弱不能过大，这就要求钢柱的截面宽度不能过小，一般不小于350～400mm。在钢结构住宅中，过大的钢柱截面会在住宅的各个功能房间四角出现凸柱现象，影响室内建筑使用功能，因此应尽量将结构构件隐藏在墙体厚度内，这就要求住宅内采用的钢构件截面宽度最好控制在150mm至300mm之间。

当前我国正在大力推广建筑工业化和住宅产业化，钢结构是较好的装配式建筑产品，抗震性能极其优越。怎样将钢结构用于住宅体系，充分发挥钢结构产业化的特性，并满足住宅建筑的功能需求，是一项非常重要且迫切的工作。因此为解决室内凸柱的问题，提出了采用宽钢管混凝土柱的形式，将钢箱形柱的短边尺寸尽量做小，和混凝土剪力墙厚度等同，钢箱形柱的长边尺寸则尽量做大，形成宽钢管混凝土柱，以满足住宅对钢结构体系提出的要求。但是宽钢管混凝土柱由于截面短边尺寸较小，为保证顺利浇灌内部混凝土，不能在节点区设置横隔板，因此与钢梁的连接无法采用横隔板的形式。

基于以上技术背景，目前在工程实践中存在隔板连接节点要求钢柱截面不能过小，而建筑功能要求钢柱截面不能过大的矛盾。

技术实现要素：

为了克服现有隔板式梁柱刚接节点与钢结构住宅需要较小钢柱截面的矛盾，配合宽钢管混凝土柱住宅结构体系的开发，本发明提出了一种用于h型钢梁与宽钢管混凝土柱短边连接的带状加强式节点，可广泛应用于多高层钢结构中h型钢梁与宽钢管混凝土柱的刚接连接，节点形式简单，加工方便快捷，传力路径明确，能满足梁柱刚接节点的传力需求，同时不会对管内混凝土的灌注形成阻隔。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括宽钢管混凝土柱和h型钢梁，h型钢梁翼缘通过具有带状加强板刚性连接到宽钢管混凝土柱的侧面，h型钢梁腹板通过连接板和高强螺栓的组合刚性连接到宽钢管混凝土柱的侧面。

所述的h型钢梁的腹板经高强螺栓和连接板一端连接，连接板另一端焊接到宽钢管混凝土柱短边所在侧面。

所述的h型钢梁翼缘的端面焊接到带状加强板，带状加强板贴紧固定在宽钢管混凝土柱短边或长边所在侧面。

当仅在宽钢管混凝土柱短边或长边刚性连接有h型钢梁时，在带状加强板水平的两端连接有贴板，贴板贴紧固定在宽钢管混凝土柱长边或短边所在侧面。

所述的带状加强板的厚度大于贴板厚度。具体实施中，带状加强板的厚度需要满足传力刚性的需求，需满足带状加强板不能出现塑性变形，将钢梁翼缘的内力传递到两侧的贴板上。带状加强板的厚度根据钢梁翼缘的宽度、宽钢管混凝土柱的短边尺寸进行计算确定，可为20-35mm，贴板厚度根据钢梁翼缘截面尺寸确定可为8-16mm。

若宽钢管混凝土柱位于建筑平面中部，则宽钢管混凝土柱的侧面要同时与多个方向的钢梁进行刚接连接。当在宽钢管混凝土柱的短边和长边均刚性连接有h型钢梁时，h型钢梁均经各自的带状加强板连接到宽钢管混凝土柱短边或长边所在侧面，宽钢管混凝土柱相邻侧面布置的两块带状加强板之间焊接；宽钢管混凝土柱相对侧面布置的两块带状加强板之间连接有穿设于宽钢管混凝土柱的插板，插板两端穿过宽钢管混凝土柱后分别与两块带状加强板焊接；宽钢管混凝土柱设有用于插板穿设的通槽，插板与通槽边沿焊接。

即形成：所述的h型钢梁翼缘的端面焊接到第一块带状加强板，第一块带状加强板贴紧固定在宽钢管混凝土柱短边所在侧面，第一块带状加强板水平的两端各再连接第二、第三块带状加强板一端，第二、第三块带状加强板贴紧固定在宽钢管混凝土柱长边所在侧面。插板穿设宽钢管混凝土柱后焊接到第二、第三块带状加强板另一端。

优选地，当结构所处地区抗震要求高，或者因为结构高度较大时，结构的抗震等级对强节点弱构件有较严格的要求。这种情况下，在h型钢梁的上、下翼缘均设置盖板，所述的盖板紧贴并焊接到h型钢梁翼缘表面，盖板端部焊接到带状加强板。

所述的带状加强板和贴板之间通过焊缝焊接，带状加强板和贴板各自的边沿与宽钢管混凝土柱短边所在侧面表面之间均通过焊缝焊接。

所述的带状加强板的边沿与宽钢管混凝土柱短边所在侧面表面之间均通过焊缝焊接。

所述的宽钢管混凝土柱是由矩形钢管内部浇筑混凝土而成，矩形钢管的长边与短边比值为1～4。

本发明的技术原理是：

1、钢梁端部的弯矩在节点区域表现为上下翼缘的拉压轴力，该轴力先通过翼缘和带状加强板之间的焊缝传递到带状加强板上，带状加强板的刚度很大，通过带状加强板可将轴力直接传递给宽钢管混凝土柱长边两侧的贴板，最终轴力通过贴板传递给宽钢管混凝土柱，节点传力路径非常明确。

2、针对宽钢管混凝土柱的端部同时与多个方向的钢梁进行刚接连接的情况，将柱子长边外侧的贴板改为带状加强板，同时增设插板，可起到对节点连接区域进行加强的作用。具体的，在柱端和钢梁的节点连接区域，插板和柱三面的壁板形成了箱形封闭区域，提高了柱端部节点区的整体性，柱节点区和节点域具有很好的刚度和强度，有效的改善了柱端复杂的应力状态；同时柱端三个面上的带状加强板又对箱形区域起到了连续的带状加强作用，使得多个方向上的钢梁翼缘拉压轴力能够可靠的传递给宽钢管混凝土柱。

3、在钢梁的上下翼缘设置盖板，可保证地震作用下塑性铰出现在远离节点区的钢梁上，节点区不会先发生破坏，从而提高了节点的抗震延性。

4、钢梁端部的剪力通过钢梁腹板与连接板之间的高强螺栓传递给连接板，然后通过连接板传递给柱。

本发明的有益效果是：

1、节点构造加工简单，与现有的矩形宽钢管混凝土柱—钢梁刚接节点相比，不用设置内隔板，不需要电渣焊，降低了加工制作难度。

2、本发明解决了宽钢管混凝土柱端部与多个方向的钢梁进行刚接连接的问题，主要体现在提供了宽钢管混凝土柱同时在强轴方向和弱轴方向与钢梁刚接的构造做法。

3、对本发明的节点形式已进行了试验研究，试验结果表明采用本发明提供的节点构造形式能够保证节点和节点域的刚度和强度，试验过程中观察到钢梁上出现了塑性铰，节点延性系数达到4以上，可实现强节点弱构件的设计目标。

4、由于宽钢管混凝土柱内没有隔板，混凝土的浇灌非常容易，不受任何影响，可保证管内混凝土具有良好的浇筑质量。

本发明可广泛应用于钢结构住宅、公寓等居住建筑中截面短边尺寸较小的宽钢管混凝土柱与钢梁的连接节点中。

本发明相比现有其他节点结构，同时具有便利性、建筑适应性和用料省的优势。

用料省体现在：现有其他节点通常需要牛腿等复杂部件，在单个钢梁和柱之间需要7～9个零件数量装配连接，而本发明中在单个钢梁和柱之间需要上下翼缘对应的两块带状加强板和一个连接板的三个零件数量装配连接即可。

便利性体现在：由于结构的标准化，所有宽钢管混凝土柱的短边尺寸相同，钢梁的高度、翼缘宽度相同，这样可以对节点进行标准化，带状加强板与两侧贴板的规格可以归并为有效的两到三种，对节点的标准化带来极大的便利。工厂可以批量的生产节点零部件，在每个节点处只需标准化装配，对构件的制作带来便利，同时提高了产品的质量。

适应性体现在：与之前的贴板式节点、插板式节点相比，由于带状加强板的设置，无需再设置牛腿，钢梁直接与钢柱的节点焊接，节点构造简单，没有相对于构件的较大外凸，对钢梁钢柱的装修包覆适应性很强。

附图说明

图1是实施例1的立面结构示意图。

图2是图1的a-a平面结构示意图。

图3是实施例2的立面结构示意图。

图4是图3的a-a平面结构示意图。

图5是实施例3的立面结构示意图。

图6是图5的a-a平面结构示意图。

图7是实施例4的立面结构示意图。

图8是图7的a-a平面结构示意图。

图中：宽钢管混凝土柱1、h型钢梁2、带状加强板3、贴板4、连接板5、高强螺栓6、焊缝7、插板8、盖板9。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例如下：

实施例1

如图1和图2所示，实施例包括：宽钢管混凝土柱1、h型钢梁2、带状加强板3、贴板4、连接板5和高强螺栓6。

宽钢管混凝土柱1是由矩形钢管内部浇筑混凝土而成，矩形钢管的长边与短边比值为1～4。

仅一钢梁与宽钢管混凝土柱短边进行刚接连接，在宽钢管混凝土柱1短边所在侧面紧贴固定有两块带状加强板3，两块带状加强板3分别对应于h型钢梁2上下翼缘，h型钢梁2上下翼缘的端面焊接到各自的带状加强板3，在带状加强板3水平的两端连接有贴板4，贴板4贴紧固定在宽钢管混凝土柱1长边所在侧面。带状加强板3水平两端分别和贴板4之间通过焊缝7焊接，带状加强板3和贴板4各自的边沿与宽钢管混凝土柱1短边所在侧面表面之间均通过三面围焊的方式焊接形成焊缝7。

并且，h型钢梁2的腹板经高强螺栓6和连接板5一端连接，连接板5另一端焊接到宽钢管混凝土柱1短边所在侧面。

本实施例的预制和现场装配过程是：

1)在工厂内，贴板4、带状加强板3和连接板5定位并焊接在宽钢管柱1上，形成一个柱构件。

2)h型钢梁2在工厂内制作好，并在钢梁腹板制孔。

3)h型钢梁2和钢柱构件分别运输到现场，并吊装就位后，将h型钢梁2的腹板和连接板5通过高强度螺栓6连接固定。再通过现场焊缝，将h型钢梁2的翼缘与带状加强板焊接。

实施例2

如图3和图4所示，本实施例是在实施例1基础上，在h型钢梁2的上、下翼缘均设置盖板9，两块盖板9分别紧贴并焊接到h型钢梁2上、下翼缘表面，两块盖板9端部焊接到各自对应的带状加强板3。

实施例3

如图5和图6所示，实施例包括：宽钢管混凝土柱1、h型钢梁2、带状加强板3、贴板4、连接板5、插板8和高强螺栓6。

宽钢管混凝土柱1是由矩形钢管内部浇筑混凝土而成，矩形钢管的长边与短边比值为1～4。

仅一钢梁与宽钢管混凝土柱短边进行刚接连接，在宽钢管混凝土柱1短边所在侧面紧贴固定有两块带状加强板3，两块带状加强板3分别对应于h型钢梁2上下翼缘，h型钢梁2上下翼缘的端面焊接到各自的带状加强板3，在带状加强板3水平的两端连接有贴板4，贴板4贴紧固定在宽钢管混凝土柱1长边所在侧面。带状加强板3水平两端分别和贴板4之间通过焊缝7焊接，带状加强板3和贴板4各自的边沿与宽钢管混凝土柱1短边所在侧面表面之间均通过三面围焊的方式焊接形成焊缝7。

在宽钢管混凝土柱1的一短边和两长边均刚性连接有h型钢梁2，h型钢梁2均经各自的带状加强板3连接到宽钢管混凝土柱1一短边和两长边所在侧面，短边所在侧面的一块带状加强板3水平两端分别与长边所在侧面的两块带状加强板3的一端焊接。

并且，长边所在侧面的两块带状加强板3的另一端之间连接有穿设于宽钢管混凝土柱1的插板8，插板8两端穿过宽钢管混凝土柱1后分别与长边所在侧面的两块带状加强板3焊接；宽钢管混凝土柱1设有用于插板8穿设的通槽，插板8与通槽边沿焊接。插板和宽钢管混凝土柱1三面的壁板形成了箱形封闭区域，提高了柱端部节点区的整体性。

三块带状加强板3的边沿与宽钢管混凝土柱1一短边和两长边所在侧面表面之间均通过三面围焊的方式焊接形成焊缝7。

另外，h型钢梁2的腹板经高强螺栓6和连接板5一端连接，连接板5另一端焊接到宽钢管混凝土柱1短边所在侧面。

本实施例的预制和现场装配过程是：

1)在工厂内，贴板4、带状加强板3、插板8和连接板5定位并焊接在宽钢管柱1上，形成一个柱构件。

2)h型钢梁2在工厂内制作好，盖板9在工厂内焊接在钢梁的翼缘上，并在钢梁腹板制孔。

3)h型钢梁2和钢柱构件分别运输到现场，并吊装就位后，将h型钢梁2的腹板和连接板5通过高强度螺栓6连接固定。再通过现场焊缝，将h型钢梁2的翼缘和盖板9一起与带状加强板焊接。

实施例4

如图7和图8所示，实施例是在实施例3基础上，在每个h型钢梁2的上、下翼缘均设置盖板9，两块盖板9分别紧贴并焊接到h型钢梁2上、下翼缘表面，两块盖板9端部焊接到各自对应的带状加强板3。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。