專利名稱：型鋼混凝土框架－鋼支撐結(jié)構(gòu)型鋼柱頂約束節(jié)點(diǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)中的抗震節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
國(guó)家體育館是北京2008年奧運(yùn)會(huì)三大主場(chǎng)館之一，奧運(yùn)期間將主要進(jìn)行體操比賽、手球決賽，殘奧會(huì)進(jìn)行輪椅籃球比賽。其建筑由比賽館、熱身館組成，比賽館可容納觀眾約1.9萬人，總建筑面積80890m2，地下一層、地上四層。屋蓋平面投影縱向長(zhǎng)195.5m，橫向?qū)?14m。在這種復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)體系中，大跨度結(jié)構(gòu)與下部主體結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)及其相鄰區(qū)域的設(shè)計(jì)極其關(guān)鍵和重要，此節(jié)點(diǎn)是支承大跨度空間屋蓋結(jié)構(gòu)并傳遞地震作用力的一個(gè)重要部位。由于屋蓋體系超高、超寬、超大，下部結(jié)構(gòu)需要承受很大的地震作用力并需要滿足空中累計(jì)滑移的特殊工況的需要，因此若采用傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)體系就不能滿足需要。
型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)(Steel Reinforced Concrete Composite Structure，簡(jiǎn)稱SRC結(jié)構(gòu))是鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)的一種主要形式。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在混凝土中配置型鋼，并可配有一定的受力鋼筋和構(gòu)造鋼筋。
在傳統(tǒng)的型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)中，型鋼柱與型鋼梁頂部節(jié)點(diǎn)無約束錨固鋼板，對(duì)于型鋼混凝土框架-鋼支撐結(jié)構(gòu)體系，如按照常規(guī)的柱頂鋼筋錨固方式，由于型鋼梁和鋼支撐截面占據(jù)了節(jié)點(diǎn)處的大量空間，型鋼柱主筋不能象純混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)那樣具備彎折和錨固空間。型鋼柱主筋在柱頂彎折后錨固于柱頂型鋼梁中，型鋼柱鋼筋與梁中的型鋼和鋼筋在空間占用上矛盾突出，梁中型鋼、柱中型鋼、鋼支撐與柱主筋和梁主筋在已經(jīng)很擁擠的柱截面空間中相互穿插，使得型鋼柱主筋的施工十分困難，柱主筋得不到較好的錨固，型鋼柱頂節(jié)點(diǎn)的整體性不強(qiáng)，鋼筋受約束差，不僅影響了節(jié)點(diǎn)區(qū)的受力性能和使用安全性，而且浪費(fèi)了人力物力；另一方面，傳統(tǒng)的型鋼柱頂節(jié)點(diǎn)不適合與大跨度鋼屋蓋的支座連接，因?yàn)榇罂缍蠕撐萆w在地震作用下，產(chǎn)生很大的水平力，梁中型鋼、柱中型鋼、與鋼支撐的節(jié)點(diǎn)部位存在受力薄弱區(qū)域，型鋼柱頂與型鋼梁頂之間的區(qū)段內(nèi)形成細(xì)脖子，對(duì)大跨度鋼屋蓋的受力十分不利。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種型鋼混凝土框架鋼支撐結(jié)構(gòu)型鋼柱頂約束節(jié)點(diǎn)，解決大跨度空間屋蓋結(jié)構(gòu)的支座與型鋼柱頂之間可靠、安全連接的問題；同時(shí)解決柱頂節(jié)點(diǎn)處鋼筋密集、穿插過多、鋼筋與型鋼空間矛盾關(guān)系緊張、鋼筋錨固困難的問題。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的這種型鋼混凝土框架-鋼支撐結(jié)構(gòu)的型鋼柱頂約束節(jié)點(diǎn)，由梁中型鋼、柱中型鋼、柱主筋、鋼支撐、柱中混凝土、梁中混凝土交接并澆注成一體，其特征在于在柱中型鋼和柱主筋的頂部焊接一塊約束錨固鋼板，約束錨固鋼板7的中部開有振搗孔、與柱型鋼焊接形成焊接線孔，在約束錨固鋼板的邊部開有塞焊孔，柱主筋與約束錨固鋼板在塞焊縫處焊接，柱中型鋼與約束錨固鋼板在焊接線孔處焊接。
上述柱主筋圍繞在柱中型鋼的周圍。
上述柱中型鋼可以是王字形鋼、工字鋼、C形鋼、槽形鋼、H形鋼或鋼板。
上述柱中型鋼上可以連有栓釘。
上述梁中型鋼可以是王字形鋼、工字鋼、C形鋼、槽形鋼、H形鋼或鋼板。
上述梁中型鋼上可以連有栓釘。
上述梁中型鋼在節(jié)點(diǎn)區(qū)可以是等截面型鋼梁或變截面型鋼梁，變截面型鋼梁在節(jié)點(diǎn)區(qū)梁翼緣加寬，與等截面型鋼梁由連板連接。
上述鋼支撐可以是王字形鋼、工字鋼、C形鋼、槽形鋼、H形鋼或鋼板。
上述鋼支撐上可以連有栓釘。
上述鋼支撐可以在節(jié)點(diǎn)區(qū)連接八字形的正交轉(zhuǎn)換接頭，八字形正交轉(zhuǎn)換接頭的小頭連接鋼支撐，大頭一端連接梁中型鋼，另一端連接柱中型鋼。
本發(fā)明與現(xiàn)有傳統(tǒng)技術(shù)相比具有以下特點(diǎn)和有益效果(1)、本發(fā)明大部分柱主筋通過塞焊錨固連接于型鋼柱頂端的約束錨固鋼板。大大提高了型鋼柱頂節(jié)點(diǎn)的整體性，大跨度鋼屋蓋的支座與型鋼柱頂約束錨固鋼板連接可靠安全，鋼筋自動(dòng)成為錨板的錨筋，型鋼柱的型鋼及鋼筋嚴(yán)密結(jié)合為一個(gè)整體，能充分保證施工的質(zhì)量和精度。
(2)、利用柱主筋直接作為約束錨固鋼板的錨固鋼筋，一方面節(jié)省了錨固鋼筋的用量，另一方面便于施工，提高了施工效率，省工省時(shí)。
(3)、本發(fā)明簡(jiǎn)化了型鋼混凝土框架-鋼支撐體系中柱頂復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的鋼筋和型鋼之間的空間關(guān)系。通過設(shè)置柱頂約束錨固鋼板，型鋼柱主筋可以不用彎折直接錨固于柱頂錨固鋼板上。柱頂鋼板、型鋼混凝土柱主筋、型混凝土柱中混凝土之間的相互約束更加緊密，型鋼柱截面柱頂段的整體性和協(xié)同受力性更為合理。
(4)、柱頂約束錨固鋼板集多種功能于一身，對(duì)型鋼柱，它是約束錨固鋼板；對(duì)鋼屋蓋，它又是良好的埋件；對(duì)型鋼柱鋼筋及混凝土，它是整體的約束；當(dāng)鋼屋蓋在施工過程中，它又是滑移軌道的基礎(chǔ)。本發(fā)明對(duì)柱頂?shù)拇罂缍蠕撐萆w受力合理，可通過支座安全可靠地與大跨度鋼屋蓋連接。結(jié)構(gòu)中的型鋼、約束錨固鋼板、鋼筋、混凝土四為一體地工作，使型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)具備了承載力大、剛度大、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)際應(yīng)用效果國(guó)家體育館采用了型鋼混凝土框架-鋼支撐混合結(jié)構(gòu)體系，主要由型鋼混凝土框架和依據(jù)結(jié)構(gòu)空間受力需要而布置的鋼支撐組合而成。該體系不同于鋼框架-支撐體系，也不同于混凝土框架-鋼支撐體系。國(guó)家體育館型鋼混凝土框架鋼支撐體系與上部大跨度鋼屋蓋結(jié)構(gòu)體系是兩個(gè)主要的組成部分。鋼屋蓋通過78個(gè)支座與下部78根型鋼柱在柱頂連接，連接支座的受力和變形方式通過整體有限元模型的模擬確定。型鋼柱為單排柱，柱型鋼截面主要為王字型，梁型鋼截面為H型。大跨度鋼屋蓋結(jié)構(gòu)的支座依據(jù)下部型鋼混凝土柱的特點(diǎn)采用了在柱列方向固定在柱列平面外方向滑動(dòng)的形式，其中滑動(dòng)位移值最大約±120mm，最大剪力為2378(KN)。型鋼柱頂節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)依據(jù)了本工程的具體情況考慮了型鋼柱與鋼屋蓋的相互作用效應(yīng)及方向性。型鋼混凝土梁共437根。柱間支撐主要布置在場(chǎng)館的轉(zhuǎn)角部位和柱頂，共278組。其頂部節(jié)點(diǎn)是型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)與頂部大跨度鋼屋蓋結(jié)構(gòu)的聯(lián)系樞紐。
通過設(shè)置柱頂約束錨固鋼板，簡(jiǎn)化了型鋼混凝土框架-鋼支撐體系柱頂復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的鋼筋和型鋼之間的空間關(guān)系，型鋼柱主筋可以不用彎折直接錨固于柱頂?shù)募s束錨固鋼板上。柱頂約束錨固鋼板、型鋼混凝土柱主筋、型混凝土柱中混凝土之間的相互約束更加緊密，型鋼柱截面柱頂段的整體性和協(xié)同受力性更為合理，體系之間的變形協(xié)調(diào)問題、體系的邊界問題、體系之間的相互作用問題、體系之間的能量傳遞和消耗問題等均通過支座及其約束錨固鋼板或鋼筋來予以解決。通過本發(fā)明的設(shè)計(jì)，型鋼混凝土框架-鋼支撐結(jié)構(gòu)體系在含有大跨度空間結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用問題得到了較為理想的解決，可適用于與大跨度空間結(jié)構(gòu)組合的型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)體系。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例另一角度的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例部分澆注混凝土后的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-柱主筋、2-梁中型鋼、3-鋼支撐、4-振搗孔、5-塞焊孔、6-焊接線孔、7-約束錨固鋼板、8-節(jié)點(diǎn)區(qū)梁翼緣、9-栓釘、10-柱中型鋼、11-柱中混凝土、12-梁中混凝土、13-正交轉(zhuǎn)換接頭、14-連板。
(五)
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例參見圖1-3所示，這種型鋼混凝土框架鋼支撐結(jié)構(gòu)型鋼柱頂約束節(jié)點(diǎn)，由梁中型鋼2、柱中型鋼10、柱主筋1、鋼支撐3、柱中混凝土11、梁中混凝土12交接并澆注成一體，其特征在于在柱中型鋼10和柱主筋1的頂部焊接一塊約束錨固鋼板7，約束錨固鋼板7的中部開有振搗孔4和焊接線孔6，并和型鋼在工廠焊接形成焊接線，在約束錨固鋼板7的邊部開有塞焊孔5，柱主筋1與約束錨固鋼板7在塞焊縫5處焊接，柱中型鋼10與約束錨固鋼板7在焊接線孔處焊接。上述柱主筋1圍繞在柱中型鋼10的周圍。
柱中型鋼10可以根據(jù)工程需要選擇王字形鋼、工字鋼、C形鋼、槽形鋼、H形鋼或鋼板，為增加柱中型鋼2與柱中混凝土12的結(jié)合力，柱中型鋼10上可以連有栓釘9。
梁中型鋼2可以選擇王字形鋼、工字鋼、C形鋼、槽形鋼、H形鋼或鋼板，為增加梁中型鋼2與梁中混凝土12的結(jié)合力，梁中型鋼2上可連有栓釘9。
梁中型鋼2在節(jié)點(diǎn)區(qū)可以是等截面型鋼梁或變截面型鋼梁，變截面型鋼梁在節(jié)點(diǎn)區(qū)梁翼緣8加寬，與等截面型鋼梁由連板14連接。
鋼支撐3也可以選擇王字形鋼、工字鋼、C形鋼、槽形鋼、H形鋼或鋼板，鋼支撐3上也可連有栓釘9。
為增加該節(jié)點(diǎn)鋼支撐的強(qiáng)度，鋼支撐3在節(jié)點(diǎn)區(qū)連接八字形的正交轉(zhuǎn)換接頭13，八字形正交轉(zhuǎn)換接頭13的小頭連接鋼支撐3，大頭一端連接梁中型鋼2，另一端連接柱中型鋼10。
本發(fā)明的具體技術(shù)參數(shù)可依據(jù)大跨度鋼屋蓋結(jié)構(gòu)支座構(gòu)造、支座的受力和變形、及型鋼混凝土框架-鋼支撐體系截面內(nèi)在特點(diǎn)而確定。梁中型鋼2、柱中型鋼10、鋼支撐3可以根據(jù)構(gòu)件截面大小、受力特點(diǎn)，考慮到受力的合理性，靈活地選擇焊接型鋼各個(gè)板件的寬度與厚度。這些型鋼可以是軋制的也可以是焊接的。
權(quán)利要求
1.一種型鋼混凝土框架鋼支撐結(jié)構(gòu)型鋼柱頂約束節(jié)點(diǎn)，由梁中型鋼、柱中型鋼、柱主筋、鋼支撐、柱中混凝土、梁中混凝土交接并澆注成一體，其特征在于在柱中型鋼和柱主筋的頂部焊接一塊約束錨固鋼板，約束錨固鋼板的中部開有振搗孔、與柱型鋼焊接形成焊接線孔，在約束錨固鋼板的邊部開有塞焊孔，柱主筋與約束錨固鋼板在塞焊縫處焊接，柱中型鋼與約束錨固鋼板在焊接線孔處焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的型鋼混凝土框架鋼支撐結(jié)構(gòu)型鋼柱頂約束節(jié)點(diǎn)，其特征在于上述柱主筋圍繞在柱中型鋼的周圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的型鋼混凝土框架鋼支撐結(jié)構(gòu)型鋼柱頂約束節(jié)點(diǎn)，其特征在于上述柱中型鋼是王字形鋼、工字鋼、C形鋼、槽形鋼、H形鋼或鋼板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的型鋼混凝土框架鋼支撐結(jié)構(gòu)型鋼柱頂約束節(jié)點(diǎn)，其特征在于上述柱中型鋼上連有栓釘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的型鋼混凝土框架鋼支撐結(jié)構(gòu)型鋼柱頂約束節(jié)點(diǎn)，其特征在于上述梁中型鋼是王字形鋼、工字鋼、C形鋼、槽形鋼、H形鋼或鋼板。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的型鋼混凝土框架鋼支撐結(jié)構(gòu)型鋼柱頂約束節(jié)點(diǎn)，其特征在于上述梁中型鋼上連有栓釘。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的型鋼混凝土框架鋼支撐結(jié)構(gòu)型鋼柱頂約束節(jié)點(diǎn)，其特征在于上述梁中型鋼在節(jié)點(diǎn)區(qū)是等截面型鋼梁或變截面型鋼梁，變截面型鋼梁在節(jié)點(diǎn)區(qū)梁翼緣加寬，與等截面型鋼梁由連板連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的型鋼混凝土框架鋼支撐結(jié)構(gòu)型鋼柱頂約束節(jié)點(diǎn)，其特征在于上述鋼支撐是王字形鋼、工字鋼、C形鋼、槽形鋼、H形鋼或鋼板。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的型鋼混凝土框架鋼支撐結(jié)構(gòu)型鋼柱頂約束節(jié)點(diǎn)，其特征在于上述鋼支撐上連有栓釘。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的型鋼混凝土框架-鋼支撐結(jié)構(gòu)型鋼柱頂約束節(jié)點(diǎn)，其特征在于上述鋼支撐在節(jié)點(diǎn)區(qū)連接八字形的正交轉(zhuǎn)換接頭，八字形正交轉(zhuǎn)換接頭的小頭連接鋼支撐，大頭一端連接梁中型鋼，另一端連接柱中型鋼。
全文摘要
一種型鋼混凝土框架鋼支撐結(jié)構(gòu)型鋼柱頂約束節(jié)點(diǎn)，由梁中型鋼、柱中型鋼、柱主筋、鋼支撐、柱中混凝土、梁中混凝土交接并澆注成一體，在柱中型鋼和柱主筋的頂部焊接一塊約束錨固鋼板，約束錨固鋼板的中部開有振搗孔和焊接線孔，在約束錨固鋼板的邊部開有塞焊孔，柱主筋與約束錨固鋼板在塞焊縫處焊接，柱中型鋼與約束錨固鋼板在焊接線孔處焊接。解決了大跨度鋼屋蓋的支座與型鋼柱頂可靠安全連接的問題，提高了型鋼柱頂節(jié)點(diǎn)的整體性，一方面節(jié)省了錨固鋼筋的用量，另一方面便于施工，提高了施工效率，省工省時(shí)。
文檔編號(hào)E04B1/58GK101024974SQ200710200288
公開日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2007年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月16日
發(fā)明者陳金科, 覃陽(yáng), 馮陽(yáng), 楊錚, 許碩, 陳奕, 曾莉榮 申請(qǐng)人:北京城建設(shè)計(jì)研究總院有限責(zé)任公司, 北京市建筑設(shè)計(jì)研究院