一种钢与混凝土竖向混合结构刚性连接节点及使用方法技术

本发明专利技术提供一种钢与混凝土竖向混合结构刚性连接节点及使用方法，刚性连接节点包括混凝土结构、钢管柱结构、钢柱脚和钢管混凝土芯柱，所述钢管混凝土芯柱设置于钢管柱结构内部，所述钢柱脚设置于钢管柱结构底部，所述钢管柱结构通过钢柱脚、钢管混凝土芯柱与混凝土结构进行刚性连接，传递荷载。本发明专利技术提供的刚性连接节点，提高了梁柱节点核心区刚度和连接节点的弯矩传递效率及抗震性能，满足了刚性及抗震对节点性能的要求，解决了宽大柱脚对混凝土结构节点域削弱较大等问题。土结构节点域削弱较大等问题。土结构节点域削弱较大等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种钢与混凝土竖向混合结构刚性连接节点及使用方法


[0001]本专利技术涉及建筑工程领域，尤其涉及一种钢与混凝土竖向混合结构刚性连接节点及使用方法。

技术介绍

[0002]随着城市建设的发展和人民对空间品质的追求，城市轨道交通、公共与居住等建筑工程均出现大量底部混凝土结构、上部钢结构的竖向混合结构体系，例如深圳地铁布吉枢纽东广场地面一层采用混凝土框架结构，地面二层采用大跨度钢框架结构。这类结构体系具有可满足竖向不同功能分区的需求，钢结构重量轻、跨越能力强、加工制作工厂化、建设周期大幅度缩短等优点，同时存在上下刚度突变、上柔下刚，钢结构部分存在鞭梢效应，柱底弯矩较大等不足。为减轻钢与混凝土竖向混合结构体系的不足，钢结构与混凝土结构之间应采用刚性连接减小钢柱计算长度系数，提高钢结构的侧向刚度，实现“强节点、弱构件”的设计原则。
[0003]通常，钢结构采用规范规定的四种刚接柱脚：外露式柱脚、埋入式柱脚、插入式柱脚、外包式柱脚与混凝土基础进行连接。但是，钢与混凝土竖向混合结构体系需在过渡楼层实现钢柱与混凝土结构的连接，而过渡楼层混凝土构件尺寸、空间等均受限制，因此这四种传统连接方式均难以满足钢与混凝土竖向混合结构体系的要求：(1)外露式柱脚仅依靠锚栓及柱脚底板与混凝土之间的接触传递轴力及弯矩，刚度和承载力有限，需要增加靴梁和较多的地脚锚栓，影响混凝土构件的浇筑，有时甚至难以达到刚接及抗震性能要求；(2)埋入式(插入式)柱脚的构造要求钢柱在混凝土构件中具有一定的埋入(插入)深度，一般为圆钢管柱外径的1.5倍，同时要求钢柱边缘与混凝土构件边缘具有一定的距离。如果将上部钢柱直接埋入混凝土构件，则需要较大的混凝土梁、柱尺寸。过渡楼层混凝土构件一般难以满足；(3)外包式柱脚的外包混凝土厚度及高度均需满足规范规定的最小要求，一般为矩形管截面长边尺寸或圆管直径的2.5倍，突出的外包柱脚影响混合结构过渡楼层的美观及通行需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对上述现有技术中存在的不足，提供了一种钢与混凝土竖向混合结构刚性连接节点及使用方法，具有刚度大、承载力强、抗震性能好，对美观及通行无影响等优势。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种钢与混凝土竖向混合结构刚性连接节点，包括混凝土结构、钢管柱结构、钢柱脚和钢管混凝土芯柱，所述钢管混凝土芯柱设置于钢管柱结构内部，所述钢柱脚设置于钢管柱结构底部，所述钢管柱结构通过钢柱脚、钢管混凝土芯柱与混凝土结构进行刚性连接，传递荷载；
[0007]所述混凝土结构包括框架柱、框架梁和环梁，所述框架柱与框架梁现浇形成框架梁柱节点，在所述框架梁柱节点四周设置所述环梁，增加框架梁柱节点受荷面积及刚度；
[0008]所述钢管柱结构包括钢管柱上段和钢管柱下段，在所述钢管柱下段预留有槽口；
[0009]所述钢柱脚包括钢筋、底板和机械连接套筒，在所述底板的中心处预留钢管混凝土芯柱内部现浇混凝土的贯通孔，所述底板的底部与钢筋通过机械套筒连接；
[0010]所述钢管混凝土芯柱包括钢管芯柱上段、钢管芯柱下段、圆柱头焊钉、插板和加劲板，在所述加劲板上开设浇筑孔，所述加劲板与钢管芯柱上段顶部焊接，所述插板与钢管芯柱上段外壁、加劲板底部焊接，所述圆柱头焊钉与钢管芯柱下段外壁焊接，所述钢管柱下段的槽口嵌入钢管芯柱上段的插板，并焊接连接。
[0011]进一步的，通过加劲板上的浇筑孔和底板上的贯通孔向钢管芯柱上段、钢管芯柱下段内灌入自密实混凝土。
[0012]进一步的，将所述钢筋、带圆柱头焊钉的钢管芯柱下段埋入混凝土结构。
[0013]进一步的，所述底板顶面焊接有带插板和加劲板的钢管芯柱上段，所述底板底面焊接有带圆柱头焊钉的钢管芯柱下段。
[0014]进一步的，所述钢管柱上段和钢管柱下段采用等强坡口焊连接。
[0015]进一步的，加劲板上的浇筑孔和底板上的贯通孔同轴。
[0016]进一步的，所述钢管柱上段与钢管柱下段通过拼接缝进行等强焊接连接。
[0017]一种钢与混凝土竖向混合结构刚性连接节点的使用方法，包括如下步骤：
[0018]步骤一，钢管芯柱上段、钢管芯柱下段、底板、加劲板、插板在工厂加工形成整体；
[0019]钢柱脚与钢管混凝土柱芯在工厂加工形成整体：底板顶面与带插板和加劲板的钢管芯柱上段进行焊接，底板底面与带圆柱头焊钉的钢管芯柱下段进行焊接，底板的底部与钢筋通过机械套筒连接；
[0020]步骤二，混凝土结构浇筑时，钢筋和钢管芯柱下段定位埋入混凝土结构；通过加劲板浇筑孔浇筑钢管内部自密实混凝土；
[0021]步骤三，待上部钢结构安装时，将钢管柱下段的槽口嵌入钢管芯柱上段的插板，并焊接连接；钢管柱上段与钢管柱下段焊接连接形成整体。
[0022]进一步的，在步骤一前，假设钢管柱柱底弯矩为M，剪力为V，轴力为N。根据《组合结构设计规范》中型钢混凝土框架柱的设计规定，在不改变混凝土结构构件尺寸的前提下，确定内插钢管的尺寸，从而确定其所能承担的弯矩M1，并验算其抗剪承载力V。
[0023]进一步的，钢柱脚承担剩余柱底弯矩M2＝M
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M1及轴力N，从而确定底板尺寸及钢筋的布置。
[0024]相对于现有技术，本专利技术所述的一种钢与混凝土竖向混合结构刚性连接节点及使用方法具有以下优势：
[0025](1)本专利技术提供的刚性连接节点，提高了梁柱节点核心区刚度和连接节点的弯矩传递效率及抗震性能，满足了刚性及抗震对节点性能的要求，解决了宽大柱脚对混凝土结构节点域削弱较大等问题。
[0026](2)与传统外露式刚接柱脚相比，可以较大程度降低锚栓数量和底板厚度，取消加劲肋的设置，实现刚接及抗震性能要求。
[0027](3)与传统埋入式(插入式)柱脚相比，不会因柱脚构造需求增加混凝土构件尺寸。
[0028](4)与传统外包式柱脚相比，钢管混凝土芯柱置于钢管内部，不会对混合结构过渡楼层的美观及通行造成影响。
附图说明
[0029]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0030]图1是本专利技术的一种钢与混凝土竖向混合结构刚性连接节点构造纵向剖面图；
[0031]图2是图1中A
‑
A剖视图；
[0032]图3是本专利技术的一种钢与混凝土竖向混合结构刚性连接节点构造轴侧图；
[0033]图4是本专利技术钢管柱结构图，其中4
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1为主视图，4
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2为剖面示意图；
[0034]图5是本专利技术钢管混凝土芯柱结构图，其中5
‑
1为主视图，5
‑
2为剖面示意图；
[0035]图6是本专利技术钢柱脚与钢管混凝土芯柱组合示意图；
[0036]图7是本专利技术加劲板轴侧示意图；
[0037]图8是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢与混凝土竖向混合结构刚性连接节点，其特征在于：包括混凝土结构、钢管柱结构、钢柱脚和钢管混凝土芯柱，所述钢管混凝土芯柱设置于钢管柱结构内部，所述钢柱脚设置于钢管柱结构底部，所述钢管柱结构通过钢柱脚、钢管混凝土芯柱与混凝土结构连接；所述混凝土结构包括框架柱、框架梁和环梁，所述框架柱与框架梁现浇形成框架梁柱节点，在所述框架梁柱节点四周设置所述环梁；所述钢管柱结构包括钢管柱上段和钢管柱下段，在所述钢管柱下段预留有槽口；所述钢柱脚包括钢筋、底板和机械连接套筒，在所述底板的中心处预留钢管混凝土芯柱内部现浇混凝土的贯通孔，所述底板的底部与钢筋通过机械套筒连接；所述钢管混凝土芯柱包括钢管芯柱上段、钢管芯柱下段、圆柱头焊钉、插板和加劲板，在所述加劲板上开设浇筑孔，所述加劲板与钢管芯柱上段顶部焊接，所述插板与钢管芯柱上段外壁、加劲板底部焊接，所述圆柱头焊钉与钢管芯柱下段外壁焊接，所述钢管柱下段的槽口嵌入钢管芯柱上段的插板，并焊接连接。2.根据权利要求1所述的一种钢与混凝土竖向混合结构刚性连接节点，其特征在于：通过加劲板上的浇筑孔和底板上的贯通孔向钢管芯柱上段、钢管芯柱下段内灌入自密实混凝土。3.根据权利要求1所述的一种钢与混凝土竖向混合结构刚性连接节点，其特征在于：将所述钢筋、带圆柱头焊钉的钢管芯柱下段埋入混凝土结构。4.根据权利要求1或2所述的一种钢与混凝土竖向混合结构刚性连接节点，其特征在于：所述底板顶面焊接有带插板和加劲板的钢管芯柱上段，所述底板底面焊接有带圆柱头焊钉的钢管芯柱下段。5.根据权利要求1所述的一种钢与混凝土竖向混合结构刚性连接节点，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐旭东，井司南，张春雷，李爱东，宋智勇，王一甍，林敏博，尹书昊，赵男，武继虎，刘传名，王凯杰，韩倩，刘文锐，
申请(专利权)人：中国铁路设计集团有限公司，
类型：发明
国别省市：