一种混凝土梁转换钢柱的刚接节点
阅读说明：本技术 一种混凝土梁转换钢柱的刚接节点 (Rigid connection node of concrete beam conversion steel column ) 是由 应坚国 管际明 朱婷媛 包联进 李明 童骏 丁国 于 2021-06-25 设计创作，主要内容包括：本发明属于建筑工程技术领域的一种混凝土梁转换钢柱的刚接节点,技术方案为包括箱形钢柱或H形钢柱、水平短型钢和转换混凝土梁；箱形钢柱或H形钢柱插入十字正交的转换混凝土梁内,箱形钢柱或H形钢柱插入段下端的前后左右四侧面均连接有水平短型钢；水平短型钢预埋在转换混凝土梁内居中放置；在混凝土梁的内部设置有上部纵筋、下部纵筋、抗扭腰筋和箍筋。通过在钢柱的柱脚处周围侧面连接水平短型钢,并预埋在转换混凝土梁内,可有效地将钢柱内力传递给转换混凝土梁,实现钢结构柱脚强节点要求的精细化设计；水平短型钢仅预埋在转换混凝土梁中一小段长度范围内,避免了梁柱节点型钢、钢筋交错,降低施工难度,节约钢材用量,降低造价。(The invention belongs to a rigid connection node of a concrete beam conversion steel column in the technical field of constructional engineering, and adopts the technical scheme that the rigid connection node comprises a box-shaped steel column or an H-shaped steel column, horizontal short section steel and a conversion concrete beam; the box-shaped steel column or the H-shaped steel column is inserted into the cross orthogonal transformation concrete beam, and the front, the rear, the left and the right side surfaces of the lower end of the box-shaped steel column or the H-shaped steel column insertion section are connected with horizontal short section steel; the horizontal short section steel is pre-buried in the conversion concrete beam and placed in the middle; an upper longitudinal bar, a lower longitudinal bar, a torsion-resistant waist bar and a stirrup are arranged in the concrete beam. The horizontal short section steel is connected to the peripheral side face of the column base of the steel column and is embedded in the conversion concrete beam, so that the internal force of the steel column can be effectively transmitted to the conversion concrete beam, and the fine design of the strong joint requirement of the steel structure column base is realized; horizontal short section steel is only pre-buried in a small segment length range in the conversion concrete beam, has avoided beam column node shaped steel, reinforcing bar crisscross, reduces the construction degree of difficulty, practices thrift the steel quantity, reduces the cost.)
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，特别是涉及一种混凝土梁转换钢柱的刚接节点。
背景技术
预制装配式建筑以其工厂化加工、现场施工快、绿色环保等优势，已在公共建筑、住宅等建筑中广泛应用。钢结构作为主要结构形式之一，同时具有预制装配的特点，地上建筑采用钢结构已成为国内建筑结构发展的主流趋势之一。钢结构用于地上建筑具有显著的优势，但受地下潮湿腐蚀环境限制，地下室仍主要采用钢筋混凝土结构，因此地上结构采用钢结构、地下室采用钢筋混凝土结构将更加普遍。
受地上地下建筑功能差异及柱网差异的影响，地上部分钢柱往往会出现无法落至基础底板的情况，必不可少的需在地下室顶板通过钢筋混凝土梁进行转换。
地上钢结构建筑承受竖向重力荷载和水平风荷载、地震作用等荷载，并通过柱子传递给下部基础。柱脚节点的安全可靠是保证上部结构安全的前提，现行结构设计规范对钢结构柱脚要求满足中、大震下柱脚节点不应先于柱体破坏。
为应对钢结构柱脚强节点要求，对于地上转换钢柱，结构设计中，常规做法是采用型钢混凝土梁进行转换，即整根型钢梁贯通的形式。此做法除用钢量过大、设计不够精细之外，还存在梁柱节点型钢、钢筋交错，内埋型钢重量大、吊装难度大等施工问题，增加了工程造价和施工难度。
发明内容
针对上述现有技术缺点，本发明根据理论分析和足尺试验验证，提供了一种混凝土梁转换钢柱的刚接节点。其可减小用钢量、方便施工、节省工期、突破既有技术瓶颈且形式简单。
本发明的技术方案具体如下：
技术方案一：一种混凝土梁转换钢柱的刚接节点，包括箱形钢柱、水平短型钢和转换混凝土梁；箱形钢柱插入十字正交的转换混凝土梁内，箱形钢柱的插入段下端的前后左右四侧面均连接有水平短型钢；水平短型钢预埋在转换混凝土梁内；在箱形钢柱的内腔内，与水平短型钢上下翼缘、转换混凝土梁的上部纵筋对应位置处均设置有水平内隔板，水平内隔板中心开孔用于浇灌混凝土。
技术方案二：一种混凝土梁转换钢柱的刚接节点，包括H形钢柱、水平短型钢和转换混凝土梁；H形钢柱插入十字正交的转换混凝土梁内，H形钢柱的插入段下端的前后左右四侧面均连接有水平短型钢；水平短型钢预埋在转换混凝土梁内；在H形钢柱的柱翼缘之间，与水平短型钢上下翼缘、转换混凝土梁的上部纵筋对应位置处均设置有水平隔板。
基于上述技术特征：在转换混凝土梁的内部设置有上部纵筋、下部纵筋和抗扭腰筋，在上部纵筋和下部纵筋之间套有梁矩形箍筋和菱形箍筋。
基于上述技术特征：水平短型钢为H形截面；水平短型钢的上翼缘上表面、下翼缘下表面和腹板两侧均焊接有多个栓钉，栓钉在水平短型钢沿长度方向均匀布置。
基于上述技术特征：水平短型钢预埋在转换混凝土梁内居中放置，水平短型钢距离转换混凝土梁梁顶和梁底分别不小于250毫米，水平短型钢距离转换混凝土梁梁侧面分别不小于150毫米。
基于上述技术特征：水平短型钢伸出箱形钢柱侧边的长度不小于2倍箱形钢柱的同方向截面高度，水平短型钢的截面高度不小于箱形钢柱的同方向截面高度，水平短型钢的上下翼缘厚度不小于相连的箱形钢柱的壁板厚度。
基于上述技术特征：水平短型钢伸出H形钢柱侧边的长度不小于2倍H形钢柱的同方向截面高度，水平短型钢的截面高度不小于H形钢柱的同方向截面高度，水平短型钢的上下翼缘厚度不小于H形钢柱的翼缘厚度。
基于上述技术特征：上部纵筋通过套筒连接固定到箱形钢柱的壁板上。
基于上述技术特征：在H形钢柱的弱轴方向上，上部纵筋通过套筒连接固定到H形钢柱的柱翼缘上；在H形钢柱的强轴方向上，上部纵筋通过水平隔板连接固定到H形钢柱。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、技术先进性。通过在钢柱的柱脚处周围侧面连接水平短型钢，并预埋在转换混凝土梁内，可有效地将钢柱内力传递给转换混凝土梁，实现钢结构柱脚强节点要求的精细化设计，满足中、大震下柱脚节点不应先于柱体破坏。
2、施工便利性。所述水平短型钢仅预埋在转换混凝土梁中一小段长度范围内，避免了梁柱节点型钢、钢筋交错，降低施工难度，有利于工程质量的控制。同时，转换梁内预埋连接短型钢重量很小，对运输、吊装都相对有利。
3、工程经济性。本发明的混凝土梁转换钢柱的刚接节点取消转换混凝土梁内贯通型钢，可节约钢材用量，降低工程造价。
附图说明
图1为本发明实施例一的立面示意图。
图2为本发明实施例一的俯视示意图。
图3为本发明实施例一图1的I-I剖面示意图。
图4为本发明实施例一图1的II-II剖面示意图。
图5为本发明实施例二的俯视示意图。
图6为本发明实施例三的立面示意图。
图7为本发明实施例三的俯视示意图。
图8为本发明实施例三图6的III-III剖面示意图。
图9为本发明实施例三图6的IV-IV剖面示意图。
图10为本发明实施例四的俯视示意图。
部件编号说明
1 箱形钢柱
2 水平短型钢
3 栓钉
4 转换混凝土梁
5 水平内隔板
6 混凝土
7 H形钢柱
8 水平隔板
9 套筒
10 上部纵筋
11 下部纵筋
12 抗扭腰筋
13 矩形箍筋
14 菱形箍筋
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例一
如图1至图4所示，一种混凝土梁转换钢柱的刚接节点，包括箱形钢柱1、水平短型钢2和转换混凝土梁4；箱形钢柱1插入十字正交的转换混凝土梁4内，箱形钢柱1的插入段下端的前后左右四侧面均连接有水平短型钢2；水平短型钢2预埋在转换混凝土梁4内；在混凝土梁4内部的上侧设置有上部纵筋10，在混凝土梁4内部的下侧设置有下部纵筋11，在混凝土梁4内部的侧边设置有抗扭腰筋12，在上部纵筋10和下部纵筋11之间套有梁矩形箍筋13和菱形箍筋14；在箱形钢柱1的内腔内，与水平短型钢2上下翼缘、上部纵筋10对应位置处均设置有水平内隔板5，水平内隔板5中心开孔用于浇灌混凝土6。
水平短型钢2为H形截面，其上翼缘上表面、下翼缘下表面和腹板两侧均焊接有多个栓钉3，栓钉3在水平短型钢2沿长度方向均匀布置。
水平短型钢2预埋在转换混凝土梁4内居中放置，水平短型钢2距离转换混凝土梁4梁顶和梁底分别不小于250毫米，水平短型钢2距离转换混凝土梁4梁侧面分别不小于150毫米，可避免转换混凝土梁4不会在水平短型钢2的上下翼缘位置处受型钢挤压和冲切而发生破坏，并满足施工构造要求。
水平短型钢2伸出箱形钢柱1侧边的长度不小于2倍箱形钢柱1的同方向截面高度，水平短型钢2的截面高度不小于箱形钢柱1的同方向截面高度，水平短型钢2的上下翼缘厚度不小于相连的箱形钢柱1的壁板厚度。本发明根据理论分析和足尺试验验证，上述水平短型钢2的长度和截面参数可满足对上部箱形钢柱1可靠的柱脚嵌固刚度和承载力要求，并能将箱形钢柱1的内力有效地传递给转换混凝土梁4。根据试验成果资料显示，水平短型钢2角部与菱形箍筋14平行的理论冲切面，裂缝发展显著；水平短型钢2角部与菱形箍筋14相交的理论冲切面，未出现明显裂缝，表明菱形箍筋14抗裂作用明显。
上部纵筋10通过套筒9连接固定到箱形钢柱1的壁板上。
实施例二
本实施例的结构形式与实施例一基本相同，与实施例一的区别在于：
如图5所示，在转换混凝土梁4满足承载条件下，通过对水平短型钢2预埋段进行梁宽度方向上的局部加腋，来满足水平短型钢2距离转换混凝土梁4边缘的距离要求。
实施例三
如图6至图9所示，一种新型混凝土梁转换钢柱的刚接节点，包括H形钢柱7、水平短型钢2和转换混凝土梁4；其特征在于：H形钢柱7插入十字正交的转换混凝土梁4内，H形钢柱7的插入段下端的前后左右四侧面均连接有水平短型钢2；水平短型钢2预埋在转换混凝土梁4内；在混凝土梁4内部的上侧设置有上部纵筋10，在混凝土梁4内部的下侧设置有下部纵筋11，在混凝土梁4内部的侧边设置有抗扭腰筋12，在上部纵筋10和下部纵筋11之间套有梁矩形箍筋13和菱形箍筋14；在H形钢柱7的柱翼缘之间，与水平短型钢2上下翼缘、上部纵筋10对应位置处设置有水平隔板8。
水平短型钢2为H形截面，其上翼缘上表面、下翼缘下表面和腹板两侧均焊接有多个栓钉3，栓钉3在水平短型钢2沿长度方向均匀布置。
水平短型钢2预埋在转换混凝土梁4内居中放置，水平短型钢2距离转换混凝土梁4梁顶和梁底分别不小于250毫米，水平短型钢2距离转换混凝土梁4梁侧面分别不小于150毫米，可避免转换混凝土梁4不会在水平短型钢2的上下翼缘位置处受型钢挤压和冲切而发生破坏，并满足施工构造要求。
水平短型钢2伸出H形钢柱7侧边的长度不小于2倍H形钢柱7的同方向截面高度，水平短型钢2的截面高度不小于H形钢柱7的同方向截面高度，水平短型钢2的上下翼缘厚度不小于H形钢柱7的翼缘厚度。本发明根据理论分析和足尺试验验证，上述水平短型钢2的长度和截面参数可满足对上部H形钢柱7可靠的柱脚嵌固刚度和承载力要求，并能将H形钢柱7的内力有效地传递给转换混凝土梁4。根据试验成果资料显示，水平短型钢2角部与菱形箍筋14平行的理论冲切面，裂缝发展显著；水平短型钢2角部与菱形箍筋14相交的理论冲切面，未出现明显裂缝，表明菱形箍筋14抗裂作用明显。
在H形钢柱7的弱轴方向上，上部纵筋10通过套筒9连接固定到H形钢柱7的柱翼缘上；在H形钢柱7的强轴方向上，纵筋10通过水平隔板8连接固定到H形钢柱7。
实施例四
本实施例的结构形式与实施例三基本相同，与实施例三的区别在于：
如图10所示，在转换混凝土梁4满足承载条件下，通过对水平短型钢2预埋段进行梁宽度方向上的局部加腋，来满足水平短型钢2距离转换混凝土梁4边缘的距离要求。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
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