复式钢管混凝土柱‑钢梁装配式框架节点的制作方法

本发明属于建筑结构程技工术领域，特别涉及一种复式钢管混凝土柱-钢梁装配式框架节点设计。

背景技术：

复式钢管混凝土柱是在普通钢管混凝土柱中增加内钢管形成的一种新型组合柱。现有的研究成果表明复式钢管混凝土柱一般具有如下优点：①由于外钢管与内钢管均能为核心混凝土提供约束作用，与普通钢管混凝土柱相比，复式钢管混凝土柱的抗压、抗剪、抗弯承载力大为提高；②可避免厚壁钢管的使用，减少钢管制作和加工上的困难；③当发生火灾时，内钢管被混凝土包裹，外层钢管屈服后，内层钢管基本不会屈服，可继续约束内部核心混凝土承担荷载，为人员逃生争取宝贵时间。因此，复式钢管混凝土柱可作为高层、超高层装配式框架结构及其混合结构中的重载柱。然而，现有的复式钢管混凝土-钢梁框架节点形式主要有：竖向肋板节点、外（肋）环板节点、钢梁（牛腿）穿心（半穿心）加腋节点。这几种节点虽可实现“强节点，弱构件”的抗震设防理念，但由于节点域焊接量大焊缝质量不易保证，实际工程应用中易造成焊缝的断裂破坏，不利于板件充分发挥材料强度。

技术实现要素：

本发明基于建筑结构生产工业化、制作装配化的发展趋势，提出一种复式钢管混凝土柱-钢梁装配式框架节点，并阐述了该节点的连接构造形式和制作方法。本发明施工简便、无现场焊接、工业化程度高并能可靠地传递梁柱之间的弯矩和剪力，梁端塑性铰的位置及节点的刚性程度可以通过调整开孔带肋连接件与钢梁翼缘的连接长度及传力构件中螺栓的数量来实现，可以满足不同设计条件下的抗震需求。

本发明复式钢管混凝土柱-钢梁装配式框架节点，由复式钢管混凝土柱、钢梁及传力构件组成。所述的复式钢管混凝土柱包括外钢管1、内钢管2及混凝土3，所述的钢梁4包括上下翼缘和腹板，所述的传力构件包括开孔带肋连接件5、高强抗剪螺栓6、高强长螺栓（或单边紧固螺栓）7、钢固定约束件8；其特征为：在节点连接处，外钢管1和内钢管2开孔、预埋高强长螺栓（或单边紧固螺栓）7，然后浇筑混凝土3；在钢梁4端部一定长度范围内上下翼缘处开孔，通过高强抗剪螺栓6与开孔带肋连接件5连接；同时，开孔带肋连接件5与高强长螺栓（或单边紧固螺栓）7、钢固定约束件8进行组装，形成所述的复式钢管混凝土柱-钢梁装配式框架节点。

所述的复式钢管混凝土柱类型为复式空心钢管混凝土柱或实复式钢管混凝土柱，内钢管和外钢管的截面组合形式为：内圆外圆、内方外方 、内圆外方、内方外圆或内矩形外矩形、内矩形外方形、内矩形外圆形。所述的混凝土为普通混凝土或高强混凝土或自密实混凝土。所述的内钢管与外钢管采用碳素钢或不锈钢或合金钢制成的薄壁钢管。所述的开孔带肋连接件由竖向板、水平板和竖肋组成，竖向截面形式为“ ”型，其中竖向板和水平板均预设孔洞，竖向板通过高强长螺栓（或单边紧固螺栓）与复式钢管混凝土柱连接，上下水平板净距为钢梁高以便与钢梁上下翼缘通过高强抗剪螺栓连接；竖向板和水平板之间设竖肋，可为单肋或多肋，当为单肋时，居中布置，当为多肋时，等间距布置且避开高强长螺栓（或单边紧固螺栓）位置；开孔带肋连接件的最小厚度不宜小于钢梁翼缘厚度与外钢管壁厚的最大值。当外钢管为矩形或正方形时，所述的开孔带肋连接件竖向板采用平板形式；当外钢管为圆形时，所述的开孔带肋连接件竖向板采用弧板形式，其曲率与圆钢管曲率相同。所述的高强长螺栓或单边紧固螺栓可根据需要进行选择：当复式钢管混凝土柱外钢管截面尺寸较大时，建议选择单边紧固螺栓实现单边半穿心装配式连接；当复式钢管混凝土柱外钢管截面尺寸较小时，可采用高强长螺栓实现双边穿心装配式连接，且当有两个方向的钢梁与复式钢管混凝土柱装配连接时，应错开两个方向的高强长螺栓位置。当外钢管为矩形或正方形时，所述的钢固定约束件为L形角钢；当外钢管为圆形时，所述的钢固定约束件采用弧形钢板，其曲率与圆钢管曲率相同。

有益效果：

本发明复式钢管混凝土柱-钢梁装配式框架节点，采用开孔带肋连接件、高强抗剪螺栓、高强长螺栓（或单边紧固螺栓）以及钢固定约束件实现了钢梁与复式钢管混凝土柱的装配式连接，具有如下有益效果：

①所采用的开孔带肋连接件克服了现有端板式连接件需要与钢梁端部焊接以及T形连接件平面外刚度较小的缺点，并采用钢固定约束件将开孔带肋连接件固定约束到复式钢管混凝土柱上，可进一步延缓了开孔带肋连接件的平面外屈曲，有助于节点区域各板件发挥自身材料强度，节点整体性增强。②在装配高强长螺栓（或单边紧固螺栓）过程中能最大限度地保证钢管的完整性且避免在钢管内部进行复杂的操作以及焊接带来的施工弊端。开孔带肋连接件可在工厂预制运输到现场进行组装，加工安装方便，现场施工完全无焊接，从而适应工业化生产的需求。③梁端塑性铰的位置及节点的刚性程度可以通过调整开孔带肋连接件与钢梁翼缘连接长度及传力构件中螺栓的数量来实现，可以满足不同设计条件下的抗震需求。④节点域传力路线简单明确。梁端荷载依次通过高强抗剪螺栓、开孔肋连接件、钢固定约束件以及高强长螺栓（或单边紧固螺栓）传递到柱身。总之，本发明复式钢管混凝土柱与钢梁的框架节点设计简单、工业化程度高且具有良好的抗震性能和施工简便等优势，可广泛地应用到高层、超高层框架结构及其混合结构中 。

构造及具体实施方式

下面以内圆外圆实复式钢管混凝土柱以及内圆外方实复式钢管混凝土柱为例参照附图对发明构造及制作步骤进行详细说明。

图1a、1b分别为上述两种实复式钢管混凝土柱截面形式图；

图2a、2b分别为图1中两种实复式钢管混凝土柱-钢梁的装配式框架节点平剖面示意图；

图3a、3b分别为图2a、2b中A-A剖面及B-B剖面示意图。

本发明复式钢管混凝土柱-钢梁装配式框架节点由复式钢管混凝土柱、钢梁及传力构件组成。复式钢管混凝土柱包括外钢管1、内钢管2及混凝土3，如图1所示；钢梁4包括上下翼缘和腹板；传力构件包括开孔带肋连接件5、高强抗剪螺栓6、高强长螺栓（或单边紧固螺栓）7、钢固定约束件8。如图2、图3所示，具体实施如下：步骤一：首先根据设计要求，在节点连接处，外钢管1和内钢管2开设一定数量孔洞，预埋一定数量高强长螺栓（或单边紧固螺栓），并完成柱内混凝土浇筑。步骤二：钢梁4端部一定长度范围内上下翼缘处开设一定数量孔洞，通过高强抗剪螺栓6与预制的开孔带肋连接件5连接。步骤三：将开孔带肋连接件5与高强长螺栓（或单边紧固螺栓）7、钢固定约束件8进行组装，最后采用扭矩扳手将高强抗剪螺栓6和高强长螺栓（或单边紧固螺栓）7进行机械拧紧，最终完成复式钢管混凝土柱与钢梁的装配式框架节点。

本发明复式钢管混凝土柱-钢梁装配式框架节点，所涉及的开孔带肋连接件由竖向板、水平板和竖肋组成，竖向截面形式为“ ”型，开孔带肋连接件可在工厂预制运输到现场进行组装。竖向板和水平板均预设孔洞，其中竖向板通过高强长螺栓（或单边紧固螺栓）与复式钢管混凝土柱连接，上下水平板净距为钢梁高以便与钢梁上下翼缘通过高强抗剪螺栓连接；竖向板和水平板之间设竖肋，可为单肋或多肋，当为单肋时，居中布置，当为多肋时，等间距布置且避开高强长螺栓（或单边紧固螺栓）位置。开孔带肋连接件的最小厚度不宜小于钢梁翼缘厚度与外钢管壁厚的最大值。当外钢管为矩形或正方形时，所述的开孔带肋连接件竖向板采用平板形式；当外钢管为圆形时，所述的开孔带肋连接件竖向板采用弧板形式，其曲率与圆钢管曲率相同。所涉及的传力构件高强长螺栓或单边紧固螺栓可根据需要选取一种形式，当复式钢管混凝土柱外钢管截面尺寸较大时，建议选择单边紧固螺栓实现单边半穿心装配式连接；当复式钢管混凝土柱外钢管截面尺寸较小时，可采用高强长螺栓实现双边穿心装配式连接，且当有两个方向的钢梁与复式钢管混凝土柱装配时，应错开两个方向的高强长螺栓位置。所涉及的钢固定约束件当复式钢管混凝土的外钢管为矩形或正方形时为L形角钢；当外钢管为圆形时采用弧形钢板，其曲率与圆钢管曲率相同。