小角度交叉钢管混凝土柱内加劲相贯节点及制作方法

摘要

本发明交叉钢管混凝土柱相贯节点，尤其涉及小角度交叉钢管混凝土柱节点。一种小角度交叉钢管混凝土柱内加劲相贯节点，二个半环形连接板与椭圆形连接板在椭圆形连接板中间部位焊接，形成十字板；四根圆钢管于十字板四个角与椭圆板以及环形连接板焊接；环形内加劲板与圆钢管内壁以及椭圆板焊接；竖向加劲板与环形加劲板、环形连接板以及圆钢管内壁焊接；外伸牛腿与钢管外壁相贯焊接。本发明外部不需要增加环形加劲肋，使节点外观简洁，对节点有外观要求的节点特别适用。

说明书

技术领域

本发明交叉钢管混凝土柱相贯节点，尤其涉及小角度交叉钢管混凝土柱节点。

背景技术

钢管混凝土结构能在不显著增加造价的情况下提高结构的抗震性能，减小构件的截面尺寸，目前已经逐步在高层建筑中得到推广和应用，有着较好的综合经济效益，高层建筑的发展使其具有广阔的前景。

钢管混凝土斜交网格结构体系最突出的特点是其外筒由双向交叉连续环绕建筑外表面的斜柱构成,替代了传统上的竖直柱加斜向支撑的形式,具有材料利用效率高、刚度大、抗侧性能好的优点。由于其独特的建筑效果,这种结构形式日趋受到建筑师们的青睐。

目前对斜交网格结构体系的理论研究不多，但在实际工程中的应用已经进行。例如广州电视塔、广州西塔、科威特中央银行大厦，对于交叉钢管混凝土柱节点设计制作加工还存在诸多难点。

中国规范《钢管混凝土设计与施工规程》（CECS28）给出了钢管混凝土截面承载力的计算，美标AISC360-05也给出了圆形钢管混凝土及矩形钢管混凝土截面承载力计算方法。但是对于这种X节点中间部位有劲板的截面形式没有计算依据。

尽管《钢结构设计规范》及《钢管结构技术规程》对钢管结构中管管相贯节点做了一些要求，主管与支管之间的夹角不宜小于30°，支管与主管之间多采用角焊缝，或者带坡口的角焊缝。然而交叉钢管混凝土柱内加劲相贯节点一般多为对称节点，两管截面直径大小相等，不分主次，连接节点也不是传统的钢管相贯节点。截面厚度较大，已经不能用薄壁钢管的角焊缝。要满足承载力的要求，需要采用坡口全熔透焊缝。

《钢管结构技术规程》中7.1.1第2条规定“主管与支管或两支管轴线之间的夹角不宜小于30°”，而实际当结构设计不可避免地使用小于三十度的小角度杆件时，对节点构造设计和施工造成较大的困难。

“广州西塔巨型斜交网格平面相贯节点试验研究”一文提出了一种小角度的管件交叉节点相贯节点，它利用竖向椭圆拉板和横向的环形加强板实现该相贯节点的制作，但这属于外加劲的方法，无法满足某些建筑设计中对外观的要求。

发明内容

本发明旨在克服背景技术的缺陷，提供一种小角度交叉钢管混凝土柱内加劲相贯节点及其制作方法。本发明外部不需要增加环形加劲肋，使节点外观简洁，对节点有外观要求的节点特别适用。

为了解决上述技术问题，本发明一种小角度交叉钢管混凝土柱内加劲相贯节点，它包括夹持在交叉的钢管混混凝土柱的交叉点之间，椭圆连接板及和椭圆连接板垂直焊接在一起的由两个半环形连接板形成的环形连接板，分别将交叉处的左侧和右侧，上半部和下半部连接在一起，所述钢管混凝土柱在连接位置的钢管壁和钢管本体均断开成为弧形板；所述环形连接板的上方和下方各自设有环绕椭圆连接板的环形加强板，两个环形加强板和环形连接板之间设有分布在环形上的竖向加劲肋，所述弧形板围绕环形连接板并和环形连接板、环形加强板及竖向加劲肋焊接连接，所述各处焊接连接主要采用坡口全熔透焊缝。

所述的一种小角度交叉钢管混凝土柱内加劲相关节点，所述弧形板外壁之间焊接连接一个牛腿。

所述的一种小角度交叉钢管混凝土柱内加劲相关节点，所述竖向加劲肋同环形连接板、环形加强板、弧形板之间采用角焊缝。

所述的一种小角度交叉钢管混凝土柱内加劲相关节点，所述弧形板和钢管本体之间采用对接焊缝。

所述任一小角度交叉钢管混凝土柱内加劲相贯节点的制作方法，包括:

步骤一，半环形连接板与椭圆形连接板焊接，设圆钢管外直径D，圆钢管壁厚t，两钢管柱交角α，则椭圆板厚度为2t，椭圆板长轴长度为D/sin(α/2)+t·cotα，椭圆板短轴长度为D；2个半环形连接板厚度（1.2?2）t，半环形连接板外径为D，内径为（0.2?0.5）D;半环形连接板与椭圆形焊接采用坡口全熔透焊缝;

步骤二，圆钢管柱与椭圆连接板及半环形连接板焊接；圆钢管与椭圆连接板及半环形连接板的焊接分为二个部分：先焊接靠近半环形连接板部分的圆钢管，假定外部牛腿高度H，则此部分圆钢管长度取H/cos(α/2)+Δ，Δ取0.1?0.2m，然后圆钢管与椭圆连接板及半环形连接板焊接采用坡口全熔透焊缝。

步骤三，环形内加劲板与椭圆形连接板的焊接及圆钢管内壁的焊接；环形内加劲板直径为D-2t，内径为（0.2?0.5）D；环形内加劲板与外部牛腿翼缘位置对应；焊缝采用坡口全熔透焊缝；

步骤四，环形内加劲板与半环形连接板之间的竖向加劲肋焊接，环形内加劲板与半环形连接板直径均匀布置2?3块竖向加劲肋，竖向加劲肋的宽度等同环形内加劲板的环板宽度；竖向加劲肋与环形内加劲板，半环形连接板以及圆钢管内壁采用角焊缝焊接；

步骤五，圆钢管柱剩余部分与椭圆连接板的焊接以及圆钢管柱的拼接焊接；

步骤六，牛腿与圆钢管柱的焊接，焊接采用坡口全熔透焊缝；

按照上述步骤，节点即加工完成；

到现场只需要相应位置进行圆钢管柱拼接及牛腿与梁的拼接即可。

本发明利用椭圆形连接板及半环形连接板将圆钢管连到一起，利用内部环形加劲对节点进行加强，可承受轴力及弯矩；节点处钢管壁厚大于非节点处钢管壁厚，椭圆连接板的厚度为2倍钢管壁厚，节点区域混凝土强度比非节点区混凝土强度高。可以实现“强节点、弱构件“的设计原则。所述节点采用钢管内部加劲肋，梁柱连接只需通过牛腿拼接，节点连接合理，同时节点外表面没有加劲肋，对于外露式交叉式钢管混凝土柱，可以实现较好的建筑外观效果。节点加工在工厂进行，所有的部件都采用焊接。现场只需要牛腿的以及钢管柱的拼接，减小了现场焊接工作量，保证了焊接质量。本发明适用于交叉钢管混凝土夹角较小的情况，夹角在5°?30°都可以采用。本发明节点采用内加劲，在节点域内通过设置多道内加劲，保证节点受力安全可靠，外部不需要增加环形加劲肋，使节点外观简洁，对节点有外观要求的节点特别适用。本发明的节点可在工厂制作，效率高，有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的外观示意图；

图2为本发明的分解示意图；

图3为环形加强板和竖向加强肋示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种小角度交叉钢管混凝土柱内加劲相贯节点，它包括夹持在交叉的钢管混凝土柱6的交叉点之间，椭圆连接板1及和椭圆连接板垂直焊接在一起的由两个半环形连接板形成的环形连接板2，分别将交叉处钢管的左侧和右侧，上半部和下半部连接在一起，所述钢管混凝土柱在连接位置的钢管壁和钢管本体均断开成为弧形板5；所述环形连接板的上方和下方各自设有环绕椭圆连接板的环形加强板3，两个环形加强板和环形连接板之间设有分布在环形上的竖向加劲肋4，所述弧形板围绕环形连接板并和环形连接板、环形加强板及竖向加劲肋焊接连接，所述各处焊接连接主要采用坡口全熔透焊缝。

所述的一种小角度交叉钢管混凝土柱内加劲相关节点，所述弧形板外壁之间焊接连接一个牛腿。

所述的一种小角度交叉钢管混凝土柱内加劲相关节点，所述竖向加劲肋同环形连接板、环形加强板、弧形板之间采用采用角焊缝。

所述的一种小角度交叉钢管混凝土柱内加劲相关节点，所述弧形板和钢管本体之间采用对接焊缝。

所述小角度交叉钢管混凝土柱内加劲相关节点的制作方法，包括：

步骤一，半环形连接板与椭圆形连接板焊接，设圆钢管外直径D，圆钢管壁厚t，两钢管柱交角α，则椭圆板厚度为2t，椭圆板长轴长度为D/sin(α/2)+t·cotα，椭圆板短轴长度为D；2个半环形连接板厚度（1.2?2）t，半环形连接板外径为D，内径为（0.2?0.5）D;半环形连接板与椭圆形焊接采用坡口全熔透焊缝；

步骤二，圆钢管柱与椭圆连接板及半环形连接板焊接；圆钢管与椭圆连接板及半环形连接板的焊接分为二个部分：先焊接靠近半环形连接板部分的圆钢管，假定外部牛腿高度H，则此部分圆钢管长度取H/cos(α/2)+Δ，Δ取0.1?0.2m，然后圆钢管与椭圆连接板及半环形连接板焊接采用坡口全熔透焊缝。

步骤三，环形内加劲板与椭圆形连接板的焊接及圆钢管内壁的焊接；环形内加劲板直径为D-2t，内径为（0.2?0.5）D；环形内加劲板与外部牛腿翼缘位置对应；焊缝采用坡口全熔透焊缝；

步骤四，环形内加劲板与半环形连接板之间的竖向加劲肋焊接，环形内加劲板与半环形连接板直径均匀布置2?3块竖向加劲肋，竖向加劲肋的宽度等同环形内加劲板的环板宽度；竖向加劲肋与环形内加劲板，半环形连接板以及圆钢管内壁采用角焊缝焊接；

步骤五，圆钢管柱剩余部分与椭圆连接板的焊接以及圆钢管柱的拼接焊接；

步骤六，牛腿与圆钢管柱的焊接，焊接采用坡口全熔透焊缝；

按照上述步骤，节点即加工完成；

到现场只需要相应位置进行圆钢管柱拼接及牛腿与梁的拼接即可。