一种混凝土组合柱的转换节点及施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，尤其是一种混凝土组合柱的转换节点及施工方法。

背景技术

在大型公共建筑中，常常出现钢结构与混凝土结构混合在一起使用的情况。这就涉及到了在不同结构形式交接点处的构造问题，也就是转换节点的构造问题。特别是在竖向混合结构中，在上层为钢管混凝土结构、下层为钢筋混凝土结构连接处的构造方法中相关研究仍然存在较大的空白。

现有的做法常常增加下层钢筋混凝土柱的截面尺寸，将上层钢管或钢管混凝土柱在不改变截面尺寸的情况下，完全下插进下层柱中，将其外包进钢筋混凝土柱中。该方法虽然安全，但是较为保守，也存在下柱截面尺寸过大而浪费建筑空间的缺点。另外，现有构造方式不但建筑材料用量大而且施工难度大、工期长，在工程中的经济效益也较差。所以，在保证正常使用的前提下，提出一种能够有效缩小下柱截面尺寸、施工难度低、能够充分发挥材料性能的转换节点构造形式，具有重要的工程应用意义。

发明内容

本发明的目的在于设计了一种混凝土组合柱的转换节点及施工方法，以解决背景技术中所提出的问题。转换节点的力学性能可满足工程实际需求，并且大大降低了施工难度，提升了施工效率，能创造更大的经济价值。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种混凝土组合柱的转换节点，所述转换节点为上层钢管混凝土柱部分与下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱和钢筋混凝土梁部分的连接节点，所述上层钢管混凝土部分中上层钢管穿过转换节点的核心区域，并部分伸入所述下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱中的上部区域；

所述节点核心区域内设置有牛腿，并焊接于所述上层钢管混凝土外侧的对应位置；

所述牛腿包括牛腿上部第一排翼缘板、牛腿上部第二排翼缘板和牛腿底部第一排翼缘板、牛腿底部第二排翼缘板、牛腿腹板，牛腿上部第一排翼缘板、牛腿上部第二排翼缘板和牛腿底部第一排翼缘板、牛腿底部第二排翼缘板分别焊接至牛腿腹板的上下边缘；

所述转换节点核心区范围内上层钢管的内部，分别焊接具有排气孔的节点核心区上部开孔加劲板和节点核心区下部开孔加劲板，并且其焊接位置与牛腿的上下翼缘表面处于同一个平面内；

所述下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱中带边框的变截面型钢为具有一定坡度的型钢，其顶面与所述上层钢管的底面焊接在一起；

所述带边框的变截面型钢的底面焊接有一个与带边框的变截面型钢底部截面形状相同的带边框的等截面型钢；

所述下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱中柱内纵向钢筋与上层钢管的底部外侧焊接在一起；

所述钢筋混凝土梁部分中梁内纵向筋与牛腿的上下翼缘焊接在一起；

所述下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱和钢筋混凝土梁部分中绑扎设置有一定数量的柱内箍筋和梁内箍筋。

作为本发明的一种优选实施方式，所述上层钢管内外侧、带边框的变截面型钢及带边框的等截面型钢上均焊接有若干栓钉。

作为本发明的一种优选实施方式，所述牛腿的横截面对称轴与上层钢管的外侧表面对称轴重合。

作为本发明的一种优选实施方式，所述牛腿的横截面形状呈对称状。

作为本发明的一种优选实施方式，所述带边框的变截面型钢和带边框的等截面型钢的横截面形状呈对称状。

作为本发明的一种优选实施方式，所述上层钢管、下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱和钢筋混凝土梁部分均为矩形截面。

作为本发明的一种优选实施方式，所述节点核心区上部开孔加劲板和节点核心区下部开孔加劲板的四角均设置有三角形排气孔，中部设置有灌浆孔，并且灌浆孔共轴线。

一种混凝土组合柱的转换节点的施工方法，具体包括以下步骤：

步骤1：首先将牛腿上部第一排翼缘板、牛腿上部第二排翼缘板、牛腿底部第一排翼缘板、牛腿底部第二排翼缘板与牛腿腹板相互垂直的焊接到一起，其中，焊接时保证对称且居中的焊接上述四块翼缘板，以便得到牛腿；

步骤2：加工上部钢管时，将节点核心区上部开孔加劲板和节点核心区下部开孔加劲板焊接就位，并焊接栓钉；

步骤3：将带边框的变截面型钢的顶部与上部钢管的底面焊接在一起；将带边框的等截面型钢的顶部与带边框的变截面型钢的底面焊接在一起，其中，在此步骤完成后可在型钢上焊接栓钉，其数量根据实际工程确定；

步骤4：将牛腿焊接到节点核心区处的上部钢管外表面，并将钢筋混凝土梁部分C中梁顶部纵筋和梁底部纵筋焊接到牛腿的翼缘板上，焊接完毕后绑扎梁内箍筋；

步骤5：将下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱B中柱内纵向钢筋焊接到上层钢管的底部外侧，其焊接长度伸入到节点核心区的顶部，焊接完毕后绑扎柱内箍筋。

步骤6：支模并浇筑转换节点的混凝土。

与现有技术相比，本发明提供了一种混凝土组合柱的转换节点，具备以下有益效果：

本发明的一种混凝土组合柱的转换节点，能够应用于实际工程中的嵌固端处，并且相对于现有技术可以明显的缩小下层柱的截面尺寸，不会占据过多的建筑空间，特别适用于对建筑空间要求十分严格的实际工程中。另外，本发明所述的转换节点在工程中能够提供足够的刚度和强度，并且构造简单、易于施工，能够有效缩短施工时间，提升施工效率，创造更大的社会经济效益。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是按照本发明的一种上层钢管混凝土与下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱的转换节点的一种优选实施例的结构示意图。

图2是图1中所示一种上层钢管混凝土与下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱的上层钢管、带边框的变截面型钢和带边框的等截面型钢的正视图。

图3是图1中所示一种上层钢管混凝土与下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱的转换节点的牛腿正视图。

图4是图1中所示一种上层钢管混凝土与下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱的转换节点的牛腿侧视图。

图5是图1中所示一种上层钢管混凝土与下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱的上层钢管剖面图。

图6是图1中所示一种上层钢管混凝土与下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱的转换节点的节点核心区剖面图。

图7是图1中所示一种上层钢管混凝土与下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱的转换节点的下层带边框的变截面型钢剖面图。

图8是图1中所示一种上层钢管混凝土与下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱的转换节点的下层带边框的等截面型钢剖面图。

图9是图1中所示一种上层钢管混凝土与下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱的转换节点的开孔加劲板示意图。

其中，各标号的含义如下：

A：上层钢管混凝土柱部分；B:下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱部分；C：钢筋混凝土梁部分。

1：上层钢管；2：混凝土；3：牛腿；4：牛腿上部第一排翼缘板；5：牛腿上部第二排翼缘板；6：牛腿底部第一排翼缘板；7：牛腿底部第二排翼缘板；8：牛腿腹板；9：节点核心区上部开孔加劲板；10：节点核心区下部开孔加劲板；11：栓钉；12：带边框的变截面型钢；13：带边框的等截面型钢；14：柱内纵向钢筋；15：梁内纵向筋；16：柱内箍筋；17：梁内箍筋。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种混凝土组合柱的转换节点做进一步详细的描述。

实施例一：

如图1-图9所示，本实施例提供的一种混凝土组合柱的转换节点，所述转换节点为上层钢管混凝土柱部分A与下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱B和钢筋混凝土梁部分C的连接节点，

所述上层钢管混凝土部分A中上层钢管1穿过转换节点的核心区域，并部分伸入所述下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱B中的上部区域；

所述节点核心区域内设置有牛腿3，并焊接于所述上层钢管混凝土1外侧的对应位置，浇筑混凝土后，混凝土能够完全包裹住牛腿3；

所述牛腿3包括牛腿上部第一排翼缘板4、牛腿上部第二排翼缘板5和牛腿底部第一排翼缘板6、牛腿底部第二排翼缘板7、牛腿腹板8，牛腿上部第一排翼缘板4、牛腿上部第二排翼缘板5和牛腿底部第一排翼缘板6、牛腿底部第二排翼缘板7分别焊接至牛腿腹板8的上下边缘；

所述转换节点核心区范围内上层钢管1的内部，分别焊接具有排气孔的节点核心区上部开孔加劲板9和节点核心区下部开孔加劲板10，并且其焊接位置与牛腿的上下翼缘表面处于同一个平面内，在抗震设计中，对节点核心区的性能要求为“能强节，点弱构件”，即要保证节点核心区始终处于正常工作状态。牛腿焊接在节点核心区的侧面，节点受力时，牛腿会将梁中的荷载传递给节点核心区，这是导致节点核心区域受力复杂的原因之一。为了保证节点核心区具有足够的刚度和强度储备，需要设置钢管内部的加劲板能以便起到抵抗变形、防止局部曲屈的作用，并增加稳定性，进一步提高节点核心区的刚度和强度。此外，在运输过程中，钢管内部的加劲板可以避免管口变形，有利于牛腿的定位和焊接。

所述下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱B中带边框的变截面型钢12为具有一定坡度的型钢，其顶面与所述上层钢管1的底面焊接在一起；

所述带边框的变截面型钢12的底面焊接有一个与带边框的变截面型钢12底部截面形状相同的带边框的等截面型钢13；

所述下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱B中柱内纵向钢筋14与上层钢管 1的底部外侧焊接在一起，且两者底部横截面尺寸一致；

所述钢筋混凝土梁部分C中梁内纵向筋15与牛腿3的上下翼缘焊接在一起，以便传递荷载；

所述下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱B和钢筋混凝土梁部分C中绑扎设置有一定数量的柱内箍筋16和梁内箍筋17。

上述实例中，优选地，所述上层钢管1内外侧、带边框的变截面型钢12及带边框的等截面型钢13上均焊接有若干栓钉11，可以保证混凝土与钢材之间能够更好的协同工作。

上述实例中，优选地，所述牛腿3的横截面对称轴与上层钢管1的外侧表面对称轴重合。

上述实例中，优选地，所述牛腿3的横截面形状呈对称状。

上述实例中，优选地，所述带边框的变截面型钢12和带边框的等截面型钢13的横截面形状呈对称状。

上述实例中，优选地，所述上层钢管混凝土柱部分(A)(即上层钢管1)、下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱B和钢筋混凝土梁部分C均为矩形截面。

上述实例中，优选地，所述节点核心区上部开孔加劲板9和节点核心区下部开孔加劲板10的四角均设置有三角形排气孔，中部设置有两个圆形的灌浆孔，并且两个灌浆孔共轴线。

上述实例中，优选地，带边框的变截面型钢12的顶部与钢筋混凝土梁的底面处于同一平面，即上层钢管1的底部平面与钢筋混凝土梁的底面齐平。

一种混凝土组合柱的转换节点的施工方法，应用于一种混凝土组合柱的转换节点，具体包括以下步骤：

步骤1：首先将牛腿上部第一排翼缘板4、牛腿上部第二排翼缘板5、牛腿底部第一排翼缘板6、牛腿底部第二排翼缘板7与牛腿腹板8相互垂直的焊接到一起，其中，焊接时保证对称且居中的焊接上述四块翼缘板，以便得到牛腿3，如图3和图4所示；

步骤2：加工上部钢管1时，将节点核心区上部开孔加劲板9和节点核心区下部开孔加劲板10焊接就位，并焊接栓钉12，如图5所示；

步骤3：将带边框的变截面型钢12的顶部与上部钢管1的底面焊接在一起，如图2所示；将带边框的等截面型钢13的顶部与带边框的变截面型钢12的底面焊接在一起，其中，在此步骤完成后可在型钢上焊接栓钉12，其数量根据实际工程确定；

步骤4：将牛腿3焊接到节点核心区处的上部钢管1外表面，并将钢筋混凝土梁部分C中梁顶部纵筋和梁底部纵筋焊接到牛腿的翼缘板上，焊接完毕后绑扎梁内箍筋，如图6 所示；

步骤5：将下层具有一定坡度的带边框型钢混凝土组合柱B中柱内纵向钢筋14焊接到上层钢管1的底部外侧，其焊接长度伸入到节点核心区的顶部，焊接完毕后绑扎柱内箍筋，此时，带边框的变截面型钢12和带边框的等截面型钢13的剖面图分别如图7和图8所示。

步骤6：支模并浇筑转换节点的混凝土2，如图1所示。

实施例二：

一种混凝土组合柱的转换节点及施工方法，与实施例一不同的是：在本实施例中，所述上层钢管混凝土柱部分(A)为钢管，内部不填充混凝土。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。