专利名称：方钢管混凝土组合异形柱套筒式梁柱节点及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种组合结构梁柱节点及其制作方法，更具体地说，涉及一种 方钢管混凝土组合异形柱套筒式梁柱节点及其制作方法。
背景技术：
钢管混凝土组合结构融合了钢结构和混凝土结构的优势，以其优越的结构 性能和便捷的施工方法得到了极大的推广和应用。其中，方钢管混凝土组合异 形柱是一种新型钢管混凝土组合结构，该柱是由多个尺寸较小的方钢管通过焊
接缀板或缀条相互连接成L形、T形和十字形方钢管组合异形柱，再在各个方 钢管中浇注混凝土制成。结构的角柱采用L形异形柱，边柱采用T形异形柱， 中柱可采用十字形异形柱，该结构体系可以避免房间角部出现凸角，非常适合 用于住宅建筑中。随着异形柱研究的逐步深入，该种结构体系的构造形式需要 进一步完善，尤其是需要研发新型的梁柱节点形式，以推广该体系的应用，进 而推动钢结构住宅产业的发展。
目前用于方钢管混凝土组合结构的梁柱节点形式用于异形柱结构体系时， 存在焊接工作量大、施工复杂等问题，根据目前国内外住宅产业化的要求和方 钢管混凝土组合异形柱结构体系本身的构造、受力特点，发现该体系梁柱节点 应满足以下要求(1)保证梁和柱的可靠连接；(2)异形柱单肢柱间通过缀板 连接，节点应加强各钢管协同工作；(3)实现工厂制作，现场安装，以适应产 业化要求；(4)可以实现较高的安装精度和便捷的安装方法，在保证施工质量 的前提下加快施工速度。
发明内容
为满足上述对组合异形柱结构中梁柱节点的要求，本发明提供一种方钢管
混凝土组合异形柱套筒式梁柱节点，该节点是使用一种异形(L形、T形或十字 形)钢筒套于异形柱外侧，使用一种贯通的长螺栓贯穿整个套筒和钢管，以保
证套筒与柱的可靠连接；梁在工厂中焊接于带有螺栓孔的端板上，在现场与套 筒进行螺栓连接，实现全部工厂预制、现场组装，减小现场焯接工作量，保证
施工精度。
本发明的技术方案如下
一种方钢管混凝土组合异形柱套筒式梁柱节点，包括十字形、T形或L形 方钢管混凝土组合异形柱、带端板的H型钢梁、套筒、贯通长螺栓、螺栓；所 述方钢管混凝土组合异形柱由多根方钢管通过焊接缀板连接成十字形、T形或L 形的方钢管组合异形柱，在各个方钢管内浇注混凝土制成；所述带端板的H型 钢梁由端板、肋板和H型钢梁组成，H型钢梁焊接于端板，设置肋板；所述套 筒为铸钢的钢筒，根据轮廓形状分为十字形套筒、T形套筒或L形套筒，十字 形套筒套于十字形方钢管组合异形柱外圈，T形套筒套于T形方钢管组合异形 柱外圈，L形套筒套于L形方钢管组合异形柱外圈；在套筒和方钢管上设置相 对应的螺栓孔，贯通长螺栓穿入螺栓孔横穿套筒和方钢管，用于连接异形柱和 套筒；在套筒和端板上设置相对应的螺栓孔，使用螺栓把端板固定于套筒上， 完成套筒与梁的连接。
所述套筒是轮廓为十字形、T形或L形的钢筒，筒壁的侧边根据长度不同 分别称为套筒长边和套筒短边；套筒套于异形柱外侧后，套筒长边应紧贴在方 钢管的管壁两侧，套筒短边与方钢管的管壁离开一段距离，留出一定的空隙， 这段空隙在螺栓连接梁和套筒时使用，可将螺帽通过空隙伸入到套筒与柱壁之间，从套筒外侧将螺杆柠紧。
一种方钢管混凝土组合异形柱套筒式梁柱节点制作方法，以十字形方钢管
混凝土组合异形柱套筒式梁柱节点为例说明，T形、L形方钢管混凝土组合异形 柱套筒式梁柱节点特征与其类似，仅将十字形套筒替换为T形套筒或L形套筒， 对应的十字形方钢管组合异形柱替换为T形方钢管组合异形柱或L形方钢管组 合异形柱。其特征是
(1) 首先工厂预制或购买十字形方钢管组合异形柱、十字形套筒、带端板 的H型钢梁、贯通长螺栓、螺栓；运至现场后，将十字形方钢管组合异形柱定 位并固定，十字形套筒套于柱头，将套筒长边的螺栓孔与方钢管相应的螺栓孔 对齐，使用贯通长螺栓通过螺栓孔横穿十字形套筒和方钢管，拧紧贯通长螺栓， 将十字形套筒固定于十字形方钢管组合异形柱的柱头；
(2) 将端板的螺栓孔与套筒短边的螺栓孔对齐，将螺栓的螺帽伸入到十字 形套筒与方钢管之间的空隙，贴着套筒内壁，与套筒短边的螺栓孔对齐，将螺 栓的螺杆从外到内穿过端板的螺栓孔、套筒短边螺栓孔和螺帽，拧紧螺栓，完 成梁与套筒的连接；
(3) 将上段十字形方钢管组合异形柱吊装，下端柱头插入十字形套筒，十 字形方钢管组合异形柱下端柱头的螺栓孔与套筒长边相应的螺栓孔对齐，使用 贯通长螺栓穿过螺栓孔横穿十字形套筒和异形柱，拧紧贯通长螺栓；
(4) 在方钢管内浇注混凝土并养护，至此，完成整个节点的制作。 本发明的有益效果是(1)节点处套筒将各单肢柱紧固，增强了各单肢柱
抵抗外力的空间协同作用，保证了柱贯通，增强了节点刚度，使结构的受力更 为合理；(2)通过贯通长螺栓连接，实现了套筒与柱壁的可靠连接，施工方便 快捷，还可防止钢管壁受力时的鼓曲；(3)套筒的使用保证了上下段异形柱的可靠连接和安装精度，解决了柱在吊装时上下对中困难的问题；(4)套筒短边 11与柱壁间的空隙用于穿入螺栓，简化了梁柱连接工作；(5)实现了所有构件 工厂预制，现场全部螺栓连接，縮短了施工周期，降低施工成本。特别适合用 于方钢管混凝土组合异形柱结构。
图la， lb， lc为本发明的十字形、T形、L形方钢管混凝土组合异形柱套 筒式梁柱节点三维结构体系示意图； 图2a为十字形套筒构造示意图； 图2b为贯通长螺栓构造示意图； 图3为H型钢梁梁端构造示意图； 图4为十字形组合异形柱柱头构造示意图； 图5a为套筒与柱连接构造轴侧示意图； 图5b为套筒与柱连接构造俯视示意图； 图6a为梁与套筒连接构造轴侧示意图； 图6b为梁与套筒连接构造单肢俯视示意图7a为柱端连接构造轴侧示意图； 图7a为柱端连接构造俯视示意图。
图中，1:端板，2:肋板，3: H型钢梁，4:十字形套筒，5:方钢管，6: 缀板，7:贯通长螺栓，8:螺栓，9:混凝土， 10:套筒长边，11:套筒短边， 12: T形套筒，13: L形套筒。
具体实施方式
本发明是用于钢管混凝土组合异形柱结构体系的一种梁柱节点，由十字形、
T形或L形方钢管混凝土组合异形柱、带端板的H型钢梁、十字形套筒4或T 形套筒12、 L形套筒13、贯通长螺栓7、螺栓8等组成，图la， lb， lc分别为 十字形、T形、L形方钢管混凝土组合异形柱套筒式梁柱节点的构造形式示意图。
所述方钢管混凝土组合异形柱由多根方钢管5通过焊接缀板6连接成十字 形、T形或L形的方钢管组合异形柱，在各个方钢管内浇注混凝土制成；所述 带端板的H型钢梁由端板1、肋板2和H型钢梁3组成，H型钢梁3焊接于端 板1上，设置肋板2;所述套筒为铸钢的钢筒，根据轮廓形状分为十字形套筒4、 T形套筒12或L形套筒13，十字形套筒4套于十字形方钢管组合异形柱外圈， T形套筒12套于T形方钢管组合异形柱外圈，L形套筒13套于L形方钢管组 合异形柱外圈；在套筒和方钢管5上设置相对应的螺栓孔，贯通长螺栓7穿入 螺栓孔横穿套筒和方钢管，用于连接异形柱和套筒；在套筒和端板1上设置相 对应的螺栓孔，通过螺栓8把端板1固定于套筒上，完成套筒与梁的连接。
以下以十字形方钢管混凝土组合异形柱套筒式梁柱节点为例，说明本发明 的构造形式以及制作方法。对于T形和L形方钢管混凝土组合异形柱套筒式梁 柱节点，仅需将十字形套4筒替换为T形套筒12或L形套筒13，相应的，十 字形方钢管组合异形柱替换为T形或L形方钢管组合异形柱。十字形方钢管混 凝土组合异形柱套筒式梁柱节点的构造形式以及制作方法如下
工厂预制构件为十字形方钢管组合异形柱、十字形套筒4、贯通长螺栓7、 带端板的H型钢梁等。
十字形方钢管组合异形柱是由五根尺寸较小的方钢管5通过焊接缀板6连 接而成，如图4所示，为实现柱与十字形套筒4的可靠连接，在柱头预留与套 筒长边10的螺栓孔相对应的螺栓孔，以便与十字形套筒4连接。十字形套筒4如图2a所示，为铸钢构件，筒壁的侧边根据长度不同分别称 为套筒长边10和套筒短边11;套筒套于异形柱外侧后，套筒长边10应紧贴在 方钢管5的管壁两侧，套筒短边11与方钢管5的管壁离开一段距离，留出一定 的空隙，套筒长边10预留螺栓孔用于与方钢管5连接，套筒短边'll预留螺栓 孔用于与梁端板1连接。
贯通长螺栓7如图2b所示，是一种螺杆较长的螺栓，螺杆长度大于套筒短 边11长度，使其可以贯穿十字形套筒4，用于连接十字形套筒4与十字形方钢 管组合异形柱。
带端板的H型钢梁如图3所示，先在端板1上预留螺栓孔(与套筒短边11 的螺栓孔对应)，再将H型钢梁3焊接在端板1上，为保证梁与端板的可靠连接， 分别在上下翼缘外侧沿梁腹板方向焊接肋板2。
现场的安装方法为
步骤l:构件运至现场后，将十字形方钢管组合异形柱定位并固定。 步骤2:十字形套筒4与十字形方钢管组合异形柱连接。将十字形套筒4套 于十字形方钢管组合异形柱柱头，将柱头的螺栓孔和十字形套筒4的套筒长边 10的螺栓孔对齐后，将贯通长螺栓7穿入螺栓孔横穿十字形套筒4和方钢管5， 拧紧贯通长螺栓7，将十字形套筒4固定于十字形方钢管异形柱的柱头，如图5 所示。
步骤3:带端板的H型钢梁与十字形套筒4连接。(l)将H型钢梁的端板 1与套筒短边11所在的套筒侧面相互接触，将端板1的螺栓孔和套筒短边11的 螺栓孔对准；(2)套筒在制作时套筒短边11与方钢管5的管壁之间留有空隙， 可以方便此时进行螺栓连接，通过套筒短边ll与管壁之间的空隙，将螺母伸入 十字形套筒短边11的内壁，与套筒短边11的螺栓孔对齐；(3)将螺栓的螺杆从外至内穿过端板l的螺栓孔、套筒短边ll的螺栓孔和螺帽，拧紧螺栓，注意 选用合适螺栓，使得螺栓拧紧后，螺杆底部正好顶到方钢管壁上，这样有利于
将梁翼缘的压力传递到柱壁上，带端板的H型钢梁与十字形套筒4连接如图6 所示。
步骤4:上段柱与下段柱连接。在两段柱的连接处，将下段十字形方钢管组
合异形柱按照前述3个步骤与十字形套筒4和带端板的H型钢梁连接好之后， 将上段十字形异形柱的下端柱头直接插于十字形套筒4内(图6a中的凹槽)， 上段柱的下端柱头的螺栓孔与套筒长边10相应的螺栓孔对齐，将贯通长螺栓7 穿入螺栓孔，横穿十字形套筒4和上段十字形方钢管组合异形柱，拧紧贯通长 螺栓7，至此，就完成了上下两段十字形方钢管组合异形柱的交接处的节点。
步骤5:按照上述步骤连接好之后，在方钢管内浇注混凝土，形成十字形方 钢管混凝土组合异形柱套筒式梁柱节点。如图7所示。
权利要求
1、一种方钢管混凝土组合异形柱套筒式梁柱节点，包括十字形、T形或L形方钢管混凝土组合异形柱、带端板的H型钢梁、套筒、贯通长螺栓、螺栓；所述方钢管混凝土组合异形柱由多根方钢管(5)通过焊接缀板(6)连接成十字形、T形或L形的方钢管组合异形柱，在各个方钢管内浇注混凝土制成；所述带端板的H型钢梁由端板(1)、肋板(2)和H型钢梁(3)组成，H型钢梁(3)焊接于端板(1)，设置肋板(2)；所述套筒为铸钢的钢筒，根据轮廓形状分为十字形套筒(4)、T形套筒(12)和L形套筒(13)，十字形套筒(4)套于十字形方钢管组合异形柱外圈，T形套筒(12)套于T形方钢管组合异形柱外圈，L形套筒(13)套于L形方钢管组合异形柱外圈；在套筒和方钢管(5)上设置相对应的螺栓孔，贯通长螺栓(7)穿入螺栓孔横穿套筒和方钢管(5)，用于连接异形柱和套筒；在套筒和端板(1)上设置相对应的螺栓孔，使用螺栓(8)把端板(1)固定于套筒上，完成套筒与梁的连接。
2、 根据权利要求1所述的套筒，其特征是轮廓为十字形、T形或L形的 钢筒，筒壁的侧边根据长度不同分别称为套筒长边(10)和套筒短边(11);套 筒套于异形柱外侧后，套筒长边(10)应紧贴在方钢管(5)的管壁两侧，套筒 短边(11)与方钢管(5)的管壁离开一段距离，留出一定的空隙，这段空隙在 螺栓连接梁和套筒时使用，可将螺帽通过空隙伸入到套筒与柱壁之间，从套筒 外侧将螺杆柠紧。
3、 一种方钢管混凝土组合异形柱套筒式梁柱节点制作方法，以十字形方钢 管混凝土组合异形柱套筒式梁柱节点为例说明，对于T形、L形方钢管混凝土组 合异形柱套筒式梁柱节点特征，仅将十字形套筒(4)替换为T形套筒(12)或 L形套筒(13)，对应的十字形方钢管组合异形柱替换为T形方钢管组合异形柱 或L形方钢管组合异形柱。其特征是(1) 首先工厂预制或购买十字形方钢管组合异形柱、十字形套筒(4)、带 端板的H型钢梁、贯通长螺栓(7)、螺栓(8);运至现场后，将十字形方钢管 组合异形柱定位并固定，十字形套筒(4)套于柱头，将套筒长边(10)的螺栓 孔与方钢管(5)相应的螺栓孔对齐，使用贯通长螺栓(7)通过螺栓孔横穿十 字形套筒(4)和方钢管(5)，拧紧贯通长螺栓(7)，将十字形套筒(4)固定 于十字形方钢管组合异形柱的柱头；(2) 将端板(1)的螺栓孔与套筒短边(11)的螺栓孔对齐，将螺栓(8) 的螺帽伸入到十字形套筒(4)与方钢管(5)之间的空隙，贴着套筒内壁，与 套筒短边(11)的螺栓孔对齐，将螺栓(8)的螺杆从外到内穿过端板(1)的 螺栓孔、套筒短边(11)螺栓孔和螺帽，拧紧螺栓(8)，完成梁与套筒的连接；(3) 将上段十字形方钢管组合异形柱吊装，下端柱头插入十字形套筒(4)， 十字形方钢管组合异形柱下端柱头的螺栓孔与套筒长边(10)相应的螺栓孔对 齐，使用贯通长螺栓(7)穿过螺栓孔横穿十字形套筒(4)和异形柱，拧紧贯 通长螺栓(7);(4) 在方钢管内浇注混凝土 (9)并养护，至此，完成整个节点的制作。
全文摘要
本发明涉及一种方钢管混凝土组合异形柱套筒式梁柱节点及其制作方法。该节点包括方钢管混凝土组合异形柱、带端板的H型钢梁、套筒、贯通长螺栓等；钢管混凝土组合异形柱由钢管通过焊接缀板相互连接成L形、T形或十字形；套筒为L形、T形或十字形轮廓的钢筒，套于异形柱外圈；贯通长螺栓横穿套筒和钢管，连接异形柱和套筒；H型钢梁焊接于端板上，与套筒通过螺栓连接。本发明的有益效果是使用套筒连接上下两段异形柱，保证了柱贯通，增强了节点刚度和单肢柱的空间协同作用，改善了结构受力性能，解决了柱在吊装时上下对中困难的问题，提高了安装精度；现场全部螺栓连接，保证了施工质量，加快了施工速度。本发明适用于矩形钢管混凝土结构。
文档编号E04B1/16GK101525904SQ20091006832
公开日2009年9月9日 申请日期2009年4月1日 优先权日2009年4月1日
发明者刘红波, 婷 周, 王小盾, 陈志华 申请人:天津大学