專利名稱：矩管柱與h形鋼梁豎向外聯(lián)剛接節(jié)點的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種梁柱節(jié)點，特別涉及矩管柱具體包括焊接箱形柱，軋制矩管柱及矩管混凝土柱與H形鋼梁的連接的豎向外聯(lián)剛接節(jié)點。
背景技術(shù)：
近年來，尤其是在汶川地震以后，我國鋼結(jié)構(gòu)住宅的抗震性能及其工業(yè)化生產(chǎn)的研發(fā)已逐漸成為一個熱點問題，但是鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的研究與應(yīng)用在我國還處在起步階段。在鋼結(jié)構(gòu)住宅體系中，小截面箱形柱和矩管柱，以及矩管混凝土柱因其剛度大，兩個主軸方向剛度相同或相近，用鋼量更省等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。因此矩管柱(焊接箱形柱， 軋制矩管柱和矩管混凝土柱)和H形鋼梁連接而成的框架應(yīng)用于普通民用鋼結(jié)構(gòu)體系是一種良好的選擇。鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越發(fā)廣泛。與其他結(jié)構(gòu)形式相比，建筑鋼結(jié)構(gòu)具有卓越的抗震性能， 在歷次地震中震害較少，經(jīng)受住考驗，很少發(fā)生整體三十和倒塌現(xiàn)象。但是在地震中，鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)常會發(fā)生局部破壞，如1997年1月17日美國CaliforniaNorthridge地震和1995年 1月17日的日本阪神地震，其中，引起震害的主要原因之一便是梁柱節(jié)點處發(fā)生脆性破壞。 所以，鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的延性設(shè)計、耗能性能在整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計中的地位舉足輕重?？拐鹪O(shè)計的基本原則是“強剪弱彎，強柱弱梁，強節(jié)點弱構(gòu)件”。由此可以從一個側(cè)面看出，對于抗震結(jié)構(gòu)而言，節(jié)點設(shè)計構(gòu)造的合理性，直接關(guān)系到整個結(jié)構(gòu)的抗震性能。梁柱節(jié)點是整個結(jié)構(gòu)傳力的中心樞紐，是整個結(jié)構(gòu)得以發(fā)揮作用的“主關(guān)節(jié)”。因此，若是能研究設(shè)計出一種受力明確合理、構(gòu)造簡單、施工方便、抗震性能優(yōu)越、經(jīng)濟實用的梁柱節(jié)點，將使整個鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域達到一個新的高度。但是，目前梁柱節(jié)點還存在很多問題。各典形節(jié)點存在問題如下1、“內(nèi)隔板式節(jié)點”，此類節(jié)點只適用于焊接箱形柱，對軋制矩管柱并不適用，需要進行內(nèi)部施焊，焊接困難，焊縫質(zhì)量不易保證，而且隔板存在會影響混凝土澆筑，同時，由于節(jié)點焊縫較多，導(dǎo)致節(jié)點焊縫附近鋼材塑性下降，脆性增加，影響結(jié)構(gòu)塑性的進一步發(fā)展；2、“外聯(lián)板式節(jié)點”。外加強環(huán)的尺寸較大，尤其在鋼管混凝土住宅中由于鋼管混凝土柱截面較小，當(dāng)外加強式節(jié)點環(huán)板的尺寸較大，往往給建筑上的處理帶來不便，對住宅內(nèi)部裝飾有較大影響。

實用新型內(nèi)容為了克服上述缺陷，本實用新型的目的在于提供一種工藝簡單、便于加工、可靠性較高、快速安裝、施工工期短的矩管柱與H形鋼梁豎向外聯(lián)剛接節(jié)點。為了達到上述目的，本實用新型的矩管柱與H形鋼梁豎向外聯(lián)剛接節(jié)點，包括矩管柱和與所述矩管柱的側(cè)面連接的H形鋼梁，所述矩管柱與H形鋼梁之間設(shè)置有箱形牛腿連接件，所述的箱形牛腿連接件包括與所述矩管柱中心線垂直設(shè)置的上端板和下端板以及設(shè)置在所述上、下端板之間的立板，所述上、下端板一邊設(shè)置在所述矩管柱側(cè)面上，與其相對的一邊及立板分別連接所述H形鋼梁上、下翼緣和腹板。此處的矩管柱為焊接箱形柱，軋制矩管柱或矩管混凝土柱。特別是，所述上、下端板均呈六邊形，該六邊形由梯形和一邊與該梯形長底邊一致的矩形組合構(gòu)成，所述六邊形上、下端板與所述梯形短底邊相對的邊均設(shè)置在所述矩管柱側(cè)面上，短底邊及立板分別連接所述H形鋼梁上、下翼緣和腹板；所述立板分別與所述六邊形上、下端板中部連接并與該六邊形上、下端板和與其連接的矩管柱的側(cè)面均垂直設(shè)置。其中，所述六邊形上、下端板與所述矩管柱連接的邊緣兩側(cè)的矩形邊分別上下對應(yīng)設(shè)置立置勁板連接。進一步地，所述的梯形上、下端板為等腰梯形，其側(cè)邊坡度在1 4-1 1之間。特別是，所述梯形長底邊的長度在125mm-500mm之間。進一步地，所述的梯形上、下端板長底邊長度與連接該長底邊的所述矩管柱側(cè)面寬度一致，短底邊與連接該短底邊的所述H形鋼梁的上、下翼緣一致。進一步地，所述的立板呈矩形。特別是，所述箱形牛腿連接件與所述矩管柱側(cè)面和H形鋼梁上、下翼緣之間以及箱形牛腿連接件的上、下端板與左、右立板之間分別焊接，所述立板與H形鋼梁腹板之間分別通過設(shè)置在其至少一側(cè)的側(cè)板通過螺栓連接或焊接。其中，所述的箱形牛腿連接件為一至四個，分別相鄰90度設(shè)置或相對180度設(shè)置； 相鄰設(shè)置的兩箱形牛腿的相鄰的兩立置勁板形成“L”形連接件，該“L”形連接件為角鋼或焊接鋼板。沒有設(shè)置箱形牛腿的矩管柱側(cè)面設(shè)置帖板，該帖板與所述立置勁板一體設(shè)置。上述的結(jié)構(gòu)，節(jié)點受力明確合理，避免了復(fù)雜受力狀態(tài)，梁端彎矩、剪力傳遞應(yīng)充分可靠；強柱弱梁概念明確，具有良好的延性與耗能性能，保護節(jié)點；能批量化生產(chǎn)，提高加工效率；節(jié)點板件加工應(yīng)為簡單工藝；現(xiàn)場避免出現(xiàn)仰、側(cè)焊縫，提高焊接質(zhì)量，降低施工困難；節(jié)點構(gòu)造應(yīng)簡單，這樣便于運輸和建筑空間布置；取消隔板，保證現(xiàn)場混凝土自由灌筑，這樣可有效提高柱的剛度和承載力；現(xiàn)場安裝速度快，梁柱現(xiàn)場焊接質(zhì)量有保證，達到工業(yè)化流水線生產(chǎn)與現(xiàn)場快速組裝拼接相結(jié)合，縮短建筑施工工期。


圖1為本實用新型的背景技術(shù)內(nèi)隔板式節(jié)點平面結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為圖1中沿1-1方向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本實用新型背景技術(shù)中外聯(lián)板式節(jié)點平面結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為圖3中沿1-1方向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5為本實用新型的第一具體實施例的節(jié)點平面圖。 圖6為圖5的主視結(jié)構(gòu)示意圖。 圖7為本實用新型的第二具體實施例的節(jié)點平面圖。 圖8為本實用新型的第二具體實施例的變形節(jié)點平面圖。 圖9為本實用新型的第三具體實施例的節(jié)點平面圖。 圖10為本實用新型的第四具體實施例的節(jié)點平面圖。 圖11為圖10的主視圖。[0031]圖 12VonMises 應(yīng)力云圖。圖13滯回曲線對比圖。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步詳細說明。如圖1-11所示，本實用新型的矩管柱與H形鋼梁豎向外聯(lián)剛接節(jié)點，包括與鋼結(jié)構(gòu)連接的矩管柱2和與所述矩管柱的側(cè)面連接的H形鋼梁3，作為本實用新型的第一具體實施例，所述矩管柱與H形鋼梁之間設(shè)置有一個箱形牛腿連接件1形成一肢節(jié)點，所述的箱形牛腿連接件包括與所述矩管柱中心線垂直設(shè)置的上端板11和下端板12以及設(shè)置在所述上、下端板之間的立板13，所述上、端板均呈六邊形，該六邊形由梯形和一邊ba與該梯形長底邊一致的矩形組合構(gòu)成，所述六邊形上、下端板與所述梯形短底邊bb相對的邊均設(shè)置在所述矩管柱側(cè)面上，短底邊及立板分別連接所述H形鋼梁上、下翼緣31、32和腹板33。所述立板分別與所述六邊形上、下端板中部連接并與該六邊形上、下端板和與其連接的矩管柱的側(cè)面均垂直設(shè)置。所述的立板13呈矩形。所述箱形牛腿連接件與所述矩管柱側(cè)面和 H形鋼梁上、下翼緣之間以及箱形牛腿連接件的上、下端板與左、右立板之間分別焊接，所述立板與H形鋼梁腹板之間分別通過設(shè)置在其連側(cè)的左、右側(cè)板15、16通過高強螺栓17連接。所述的梯形上、下端板為等腰梯形，其側(cè)邊坡度在1 4-1 1之間。所述梯形長底邊的長度滿足125mm ^ ba ^ 500mm ；其中，ba彡1. 5bbo進一步地，所述的梯形上、下端板長底邊長度與連接該長底邊的所述矩管柱側(cè)面寬度一致，短底邊與連接該短底邊的所述H形鋼梁的上、下翼緣一致。其中，所述六邊形上、下端板與所述矩管柱連接的邊緣兩側(cè)的矩形邊分別上下對應(yīng)設(shè)置立置勁板14連接。所述的立置勁板14設(shè)置在上下端板11、12兩側(cè)之間。圖5、圖6所示為一肢箱形牛腿節(jié)點結(jié)構(gòu)，可采用帖板5焊接在矩形管柱兩側(cè)，帖板5向外懸置的一端置于上下端板之間形成立置勁板14。加工工藝為制作上下翼緣板加寬加厚的箱形牛腿連接件，在工廠完成箱形牛腿連接件與箱形柱的焊接，現(xiàn)場安裝時再通過腹板的摩擦形高強螺栓的拼接與上下梁緣的焊接，形成與主梁(矩管柱)的剛性連接。這樣，在滿足強柱弱梁、節(jié)點加強抗震要求的同時， 不僅滿足了工業(yè)化生產(chǎn)的要求，保證了梁柱連接處的焊縫質(zhì)量，又因無須設(shè)置內(nèi)隔板，使現(xiàn)場安裝速度強快，短縮施工工期。上述的節(jié)點結(jié)構(gòu)，從力學(xué)性能方面分析，節(jié)點受力應(yīng)明確合理，避免復(fù)雜受力狀態(tài)的出現(xiàn)；梁端彎矩、剪力傳遞應(yīng)充分可靠；強柱弱梁概念明確，在強震的作用下迫使塑性鉸在偏離節(jié)點根部的位置形成，具有良好的延性與耗能性能，從而達到保護節(jié)點的目的；在加工工藝方面；節(jié)點主要部件能在工廠線性化批量生產(chǎn)，提高加工效率；節(jié)點板件加工應(yīng)為簡單工藝，既可采用熱彎、焊接等工藝完成；節(jié)點主焊縫避開冷彎角，以避免焊縫影響區(qū)的脆性破壞；考慮材料與彎角的工藝配合關(guān)系，以方便加工；非標(biāo)緊固件廠家能生產(chǎn)；節(jié)點區(qū)域取消隔板，保證柱子通長，在加工時無需截斷；在施工工藝方面，現(xiàn)場避免出現(xiàn)仰、側(cè)焊縫，提高焊接質(zhì)量，降低施工困難；節(jié)點構(gòu)造應(yīng)簡單，這樣便于運輸和建筑空間布置；取消隔板，保證現(xiàn)場混凝土自由灌筑，這樣可有效提高柱子的剛度和承載力；現(xiàn)場安裝速度快， 梁柱現(xiàn)場焊接質(zhì)量有保證，達到工業(yè)化流水線生產(chǎn)與現(xiàn)場快速組裝拼接相結(jié)合，縮短建筑施工工期。作為本實用新型的第二具體實施例，所述的箱形牛腿連接件為兩個形成兩肢節(jié)點，相對180度設(shè)置，如圖7所示，作為本實用新型的一種變形，所述兩箱形牛腿連接件相鄰90度設(shè)置，所述適宜于角柱節(jié)點，如圖8所示。沒有設(shè)置箱形牛腿的矩管柱側(cè)面用帖板5焊接，帖板5向外懸置的一端置于上下端板之間形成立置勁板14。作為本實用新型的第三具體實施例，所述的箱形牛腿連接件為三個形成三肢節(jié)點，如圖9所示。沒有設(shè)置箱形牛腿的矩管柱側(cè)面用帖板5焊接，立置勁板與帖板一體設(shè)置。作為本實用新型的第四具體實施例，所述箱形牛腿連接件為四個，如圖10、11所示。[0040]分別相鄰90度設(shè)置或相對180度設(shè)置；相鄰設(shè)置的兩箱形牛腿的相鄰的兩立置勁板形成“L”形連接件17，該“L”形連接件為角鋼或焊接鋼板。地震時，變形發(fā)生在翼緣寬度變窄部位，避開了變形集中在梁端的狀況。而且，變形發(fā)生部位可用側(cè)板長寬尺寸的變化自由控制。這樣，梁端塑性變形能力增強，從而使鋼結(jié)構(gòu)抗震能力大幅度提高。參數(shù)取值范圍為a彡IOOmm (此處a不宜小于100mm)b彡IOOmm (此處b不宜小于100mm)c = (bc-bb) /2if f = tf+(0 4)mm采用有限元分析時模型中梁柱型號尺寸如下表所示表1梁柱型號尺寸
權(quán)利要求1.一種矩管柱與H形鋼梁豎向外聯(lián)剛接節(jié)點，包括矩管柱和與所述矩管柱的側(cè)面連接的H形鋼梁，其特征在于，所述矩管柱與H形鋼梁之間設(shè)置有牛腿箱形牛腿連接件，所述的牛腿箱形牛腿連接件包括與所述矩管柱中心線垂直設(shè)置的上端板和下端板以及設(shè)置在所述上、下端板之間的立板，所述上、下端板一邊設(shè)置在所述矩管柱側(cè)面上，與其相對的一邊及立板分別連接所述H形鋼梁上、下翼緣和腹板。
2.如權(quán)利要求1所述的矩管柱與H形鋼梁豎向外聯(lián)剛接節(jié)點，其特征在于，所述上、下端板均呈六邊形，該六邊形由梯形和一邊與該梯形長底邊一致的矩形組合構(gòu)成，所述六邊形上、下端板與所述梯形短底邊相對的邊均設(shè)置在所述矩管柱側(cè)面上，短底邊及立板分別連接所述H形鋼梁上、下翼緣和腹板；所述立板分別與所述六邊形上、下端板中部連接并與該六邊形上、下端板和與其連接的矩管柱的側(cè)面均垂直設(shè)置。
3.如權(quán)利要求2所述的矩管柱與H形鋼梁豎向外聯(lián)剛接節(jié)點，其特征在于，所述六邊形上、下端板與所述矩管柱連接的邊緣兩側(cè)的矩形邊分別上下對應(yīng)設(shè)置立置勁板連接。
4.如權(quán)利要求3所述的矩管柱與H形鋼梁豎向外聯(lián)剛接節(jié)點，其特征在于，所述的梯形上、下端板為等腰梯形，其側(cè)邊坡度在1 4-1 1之間。
5.如權(quán)利要求4所述的矩管柱與H形鋼梁豎向外聯(lián)剛接節(jié)點，其特征在于，所述梯形長底邊的長度在125mm-500mm之間。
6.如權(quán)利要求5所述的矩管柱與H形鋼梁豎向外聯(lián)剛接節(jié)點，其特征在于，所述的梯形上、下端板長底邊長度與連接該長底邊的所述矩管柱側(cè)面寬度一致，短底邊與連接該短底邊的所述H形鋼梁的上、下翼緣一致。
7.如權(quán)利要求6所述的矩管柱與H形鋼梁豎向外聯(lián)剛接節(jié)點，其特征在于，所述的立板呈矩形。
8.如權(quán)利要求7所述的矩管柱與H形鋼梁豎向外聯(lián)剛接節(jié)點，其特征在于，所述牛腿箱形牛腿連接件與所述矩管柱側(cè)面和H形鋼梁上、下翼緣之間以及牛腿箱形牛腿連接件的上、下端板與左、右立板之間分別焊接，所述立板與H形鋼梁腹板之間分別通過設(shè)置在其至少一側(cè)的側(cè)板通過螺栓連接或焊接。
9.如權(quán)利要求8所述的矩管柱與H形鋼梁豎向外聯(lián)剛接節(jié)點，其特征在于，所述的箱形牛腿連接件為一至四個，分別相鄰90度設(shè)置或相對180度設(shè)置；相鄰設(shè)置的兩箱形牛腿的相鄰的兩立置勁板形成“L”形連接件，該“L”形連接件為角鋼或焊接鋼板。
10.如權(quán)利要求1-9任一所述矩管柱與H形鋼梁豎向外聯(lián)剛接節(jié)點，其特征在于，矩管柱為焊接箱形柱、軋制矩管柱或矩管混凝土柱。
專利摘要本實用新型公開了一種矩管柱與H形鋼梁豎向外聯(lián)剛接節(jié)點，為解決現(xiàn)有技術(shù)中制作工藝復(fù)雜、施工工期長等問題而發(fā)明。包括矩管柱和H形鋼梁，矩管柱與H形鋼梁之間設(shè)牛腿箱形牛腿連接件，箱形牛腿連接件包括上、下端板及設(shè)在上、下端板之間的立板，上、下端板一邊設(shè)在矩管柱側(cè)面上，與其相對的一邊及立板分別連接H形鋼梁上、下翼緣和腹板。通過箱形牛腿連接件的設(shè)置完成節(jié)點內(nèi)力傳遞，避免焊縫受力集中，增強節(jié)點抗震性和抗彎性，批量化生產(chǎn)，提高加工效率；工藝簡單；提高焊接質(zhì)量，降低施工困難；便于運輸和建筑空間布置；解決了隔板在矩管柱中焊接困難的難題；達到工業(yè)化流水線生產(chǎn)與現(xiàn)場快速組裝拼接相結(jié)合，縮短建筑施工工期。
文檔編號E04B1/58GK202139692SQ20102055137
公開日2012年2月8日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者卞曉芳, 吳昌棟, 吳耀華, 季小蓮, 李偉男, 李曉潤, 楊春峰, 程榮, 羅佑新, 陳水榮 申請人:中冶建筑研究總院有限公司, 中國京冶工程技術(shù)有限公司