CN105369892B - 一种钢管混凝土叠合框架结构体系 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土木工程中的结构工程领域，公开了一种钢管混凝土叠合框架结构体系，其包括框架结构、框架‑剪力墙结构和悬挂结构在内的任意一种的梁柱体系，包括框架柱、框架梁、梁柱节点、叠合柱变截面节点和叠合柱变钢管混凝土柱节点，所述框架柱内部设有柱钢管，柱钢管内填有柱核心混凝土，柱钢管外包有柱外包混凝土，框架梁内部填有梁混凝土，梁柱节点设置在所述框架柱与框架梁的连接区域，框架柱包括叠合柱下柱，所述叠合柱下柱上设有叠合柱上柱或钢管混凝土上柱，所述叠合柱下柱与叠合柱上柱通过所述叠合柱变截面节点连接，所述叠合柱下柱与钢管混凝土上柱通过所述叠合柱变钢管混凝土柱节点连接。本发明自重小、抗震性能以及耐火性能好。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程中的结构工程技术领域，特别是涉及一种钢管混凝土叠合框架结构体系。
背景技术
随着我国经济实力的不断增强，建筑行业迅速发展，出现了各类大跨和高层结构，这对于结构形式和施工技术提出了更高的要求。目前，大跨和高层结构采用的类型主要包括，钢筋混凝土结构、钢结构和钢-混凝土组合结构。由于钢和混凝土这两种材料相互作用、协同工作，钢管混凝土、钢骨混凝土等组合结构具有承载力高、抗弯和抗扭刚度大、抗火性能好等优点，能满足日益增长的结构设计需求，可以取得良好的力学性能和经济效益，正在越来越广泛地应用于大跨和高层结构中。大跨和高层结构作为重要大型建筑，需要其在各类灾害中为人们生命财产安全提供保障。由于大跨和高层结构质量大，在地震中承受的作用力也相对较大，对抗震性能提出了更高的要求；同时，大跨和高层结构多为大跨、重载结构，该类结构消防难度大，对耐火性能提出了更高的要求。因此，大跨和高层结构的发展，对于结构抗震、抗火等防灾性能的需求不断增加，对于结构体系的传力路径、力学性能等各项功能的要求更高。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何改善大跨和重载结构自重大、抗震性能差以及耐火性能差的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种钢管混凝土叠合框架结构体系，其包括框架结构、框架-剪力墙结构和悬挂结构在内的任意一种结构形式中的梁柱体系，包括框架柱，框架梁，作为梁、柱连接节点的梁柱节点，叠合柱变截面节点和叠合柱变钢管混凝土柱节点和屋盖，其中：
所述框架柱竖向设置，其内部设有柱钢管，所述柱钢管内填有柱核心混凝土，所述柱钢管外包有柱外包混凝土，所述柱外包混凝土的每个角沿纵向至少布置一根柱纵筋，在所述柱外包混凝土内自上到下箍有多圈柱箍筋；
所述框架梁横向设置，其内部填有梁混凝土，在所述梁混凝土的每个角沿横向至少布置一根梁纵筋，在所述梁混凝土内从左到右箍有多圈梁箍筋；
所述梁柱节点设置在所述框架柱与框架梁的连接区域，所述框架柱内的柱钢管和框架梁内的梁纵筋的连接区域内设有外加强环板，所述柱纵筋上下贯通布置，所述柱箍筋在梁柱节点区的圈数加密；
所述框架柱包括叠合柱下柱，所述叠合柱下柱上设有叠合柱上柱或钢管混凝土上柱，所述叠合柱下柱与叠合柱上柱通过所述叠合柱变截面节点连接，所述叠合柱上柱的柱钢管与所述叠合柱下柱的柱钢管通过喇叭形连接件连接，所述叠合柱上柱的柱钢管与叠合柱下柱的柱钢管内统一浇筑柱核心混凝土；
所述叠合柱下柱与钢管混凝土上柱通过所述叠合柱变钢管混凝土柱节点连接，所述叠合柱下柱内的柱钢管直接伸入所述钢管混凝土上柱，所述柱钢管内统一浇筑柱核心混凝土；
所述屋盖设置在多个所述钢管混凝土上柱上。
其中，所述叠合柱下柱的横截面尺寸大于所述叠合柱上柱的横截面尺寸。
其中，所述屋盖包括屋面板、上弦杆、下弦杆、斜腹杆和竖杆，所述屋面板铺设在由上弦杆组成的平面上，所述下弦杆设置在所述上弦杆的正下方，所述竖杆设置在所述上弦杆与下弦杆的两端，用于分别连接所述上弦杆与下弦杆，所述斜腹杆顺次间隔设置在所述上弦杆与下弦杆之间。
其中，所述屋盖内的屋面板是混凝土楼板或压型钢板组合楼板。
其中，所述框架柱内的柱钢管的横截面是圆形或矩形。
其中，所述外加强环板的材料是普通钢材或高强钢材。
其中，所述梁柱节点内的外加强环板向框架柱内的柱钢管内径方向延伸，形成内加强环板。
其中，所述柱核心混凝土和柱外包混凝土及框架梁内的梁混凝土的材料是普通混凝土或高强混凝土。
其中，所述喇叭形连接件呈上小下大的柱体，所述喇叭形连接件的倾斜角度为15-75度。
其中，所述叠合柱下柱与叠合柱上柱的相对位置包括中心布置和偏心布置；所述叠合柱下柱与钢管混凝土上柱的相对位置包括中心布置和偏心布置。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的一种钢管混凝土叠合框架结构体系，采用在柱钢管内填有柱核心混凝土，由柱钢管对内部混凝土形成约束作用，在很大程度上扩大了构件的轴压比适用范围，提高了构件的延性；在柱钢管外包有柱外包混凝土，比热容大、升温慢的外包混凝土在火灾中可以对内部的钢管和钢筋提供较好的保护作用，大大改善了结构的耐火性能；同时，由于混凝土对钢管的保护，结构的耐久性能也相对较好；因此，此种钢管混凝土叠合框架结构体系力学性能好，抗震、耐火、耐久性能优越，对于大型大跨、重载、高层等结构有很好的适用性；
叠合柱变截面节点与叠合柱变钢管混凝土柱节点传力明确、构造简单、施工方便，叠合柱变截面节点中喇叭形连接件的构造能够很好的减小截面尺寸，适用于厂房中设有牛腿的变截面处，能够提供足够的吊车梁布置空间；叠合柱变钢管混凝土柱节点通过变上部为钢管混凝土柱，能提供较多的屋架布置空间，同时由于屋架以上部分荷载小，钢管混凝土构件能够承受上部荷载，因此，该体系具有较好的整体工作性能。
附图说明
图1为本发明实施例一种钢管混凝土叠合框架结构体系整体结构示意图；
图2为图1的A-A柱截面剖视图；
图3为图1的B-B梁截面剖视图；
图4为图1的4处的节点局部示意图；
图5为图1的5处的节点局部示意图；
图6为图1的6处的节点局部示意图；
图7为图1的7处的屋盖局部示意图。
图中：1：钢管混凝土叠合框架结构体系；2：框架柱；3：框架梁；4：梁柱节点；201：柱钢管；202：柱核心混凝土；203：柱外包混凝土；204：柱纵筋；205：柱箍筋；301：梁混凝土；302：梁纵筋；303：梁箍筋；401：外加强环板；5：叠合柱变截面节点；501：叠合柱下柱；502：叠合柱上柱；503：喇叭形连接件；6：叠合柱变钢管混凝土柱节点；601：钢管混凝土上柱；7：屋盖；701：上弦杆；702：下弦杆；703：斜腹杆；704：竖杆；705：屋面板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
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，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。
如图1所示，为本发明提供的一种钢管混凝土叠合框架结构体系1，其包括框架结构、框架-剪力墙结构和悬挂结构在内的任意一种结构形式中的梁柱体系，其包括框架柱2，框架梁3，作为梁、柱连接节点的梁柱节点4，叠合柱变截面节点5和叠合柱变钢管混凝土柱节点6和屋盖7其中：
所述框架柱2竖向设置，如图2所示，其内部设有柱钢管201，所述柱钢管201内填有柱核心混凝土202，所述柱钢管201外包有柱外包混凝土203，所述柱外包混凝土203的每个角沿纵向至少布置一根柱纵筋204，所述柱纵筋204应具有足够的锚固长度，在所述柱外包混凝土203内自上到下箍有多圈柱箍筋205；由柱钢管201对内部混凝土形成约束作用，在很大程度上扩大了构件的轴压比适用范围，提高了构件的延性；在柱钢管201外包有柱外包混凝土203，比热容大、升温慢的外包混凝土在火灾中可以对内部的钢管和钢筋提供较好的保护作用，大大改善了结构的耐火性能。
所述框架梁3横向设置，如图3所示，其内部填有梁混凝土301，在所述梁混凝土301的每个角沿横向至少布置一根梁纵筋302，在所述梁混凝土301内从左到右箍有多圈梁箍筋303；梁混凝土301可以有效延缓内部钢筋腐蚀，因此，该结构体系具有良好的耐久性能。
如图4所示，所述梁柱节点4设置在所述框架柱2与框架梁3的连接区域，所述框架柱2内的柱钢管201和框架梁3内的梁纵筋302的连接区域内设有外加强环板401，所述外加强环板401焊接在柱钢管201上，必要时可布置加劲肋，所述柱纵筋204上下贯通布置，所述柱箍筋205在梁柱节点4区的圈数加密；节点区钢筋的布置除应保证梁端的应力可靠传递到柱端之外，还应便于混凝土的浇筑与密实性，最后，浇灌混凝土，形成梁柱节点4。
所述框架柱2包括叠合柱下柱501，所述叠合柱下柱501上设有叠合柱上柱502或钢管混凝土上柱601，如图5所示，所述叠合柱下柱501与叠合柱上柱502通过所述叠合柱变截面节点5连接，所述叠合柱上柱502的柱钢管201与所述叠合柱下柱501的柱钢管201通过喇叭形连接件503连接，所述喇叭形连接件503能够很好的减小截面尺寸，适用于厂房中设有牛腿的变截面处，能够提供足够的吊车梁布置空间，所述叠合柱上柱502的柱钢管201与叠合柱下柱501的柱钢管201内统一浇筑柱核心混凝土202，所述叠合柱下柱501内的柱纵筋204应具有足够的锚固长度。
如图6所示，所述叠合柱下柱501与钢管混凝土上柱601通过所述叠合柱变钢管混凝土柱节点6连接，所述叠合柱下柱501内的柱钢管201直接伸入所述钢管混凝土上柱601，所述柱钢管201内统一浇筑柱核心混凝土202，叠合柱变钢管混凝土柱节点6通过变上部为钢管混凝土柱，能提供较多的屋架布置空间，同时由于屋架以上部分荷载小，钢管混凝土构件能够承受上部荷载。因此，该体系具有较好的整体工作性能。叠合柱变截面节点5与叠合柱变钢管混凝土柱节点6传力明确、构造简单、施工方便。
该钢管混凝土叠合框架结构体系力学性能好，抗震、耐火、耐久性能优越，对于大型大跨、重载、高层等结构有很好的适用性。
其中，所述叠合柱下柱501的柱钢管201的横截面尺寸大于所述叠合柱上柱502的柱钢管201的横截面尺寸；所述叠合柱下柱501内的柱钢管201与所述钢管混凝土上柱601内的柱钢管201优选具有相同的外径和厚度，也可以是所述叠合柱下柱501内的柱钢管201通过所述喇叭形连接件503连接所述钢管混凝土上柱601内的柱钢管201。
如图7所示，所述屋盖7设置在多个所述钢管混凝土上柱601上，屋盖7一般为工厂中预制钢屋架，所述屋盖7包括屋面板705、上弦杆701、下弦杆702、斜腹杆703和竖杆704，通过支撑连接形成稳定的空间体系，所述屋面板705铺设在由上弦杆701组成的平面上，所述下弦杆702设置在所述上弦杆701的正下方，所述竖杆704设置在所述上弦杆701与下弦杆702的两端，用于分别连接所述上弦杆701与下弦杆702，所述斜腹杆703顺次间隔设置在所述上弦杆701与下弦杆702之间。吊装钢屋架完毕后，安装屋面板705，并且通过有效连接措施，如螺栓连接、焊接，与钢桁架可靠连接。屋盖7与钢管混凝土上柱601之间应具有可靠的连接方式，如栓焊混合连接，并且应具有合理的构造措施。
所述屋盖7内的上弦杆701、下弦杆702、斜腹杆703、竖杆704的横截面是单角钢、双角钢组成的十字形或T形截面。
其中，所述屋盖7内的屋面板705可以是混凝土楼板或压型钢板组合楼板。
其中，所述框架柱2内的柱钢管201的横截面可以是圆形或矩形。
其中，所述外加强环板401的材料可以是普通钢材或高强钢材。
其中，所述梁柱节点4内的外加强环板401向框架柱2内的柱钢管201内径方向延伸，形成内加强环板。
其中，所述柱核心混凝土202和柱外包混凝土203及框架梁3内的梁混凝土301的材料可以是普通混凝土或高强混凝土。
其中，所述喇叭形连接件503呈上小下大的柱体，所述喇叭形连接件503的倾斜角度为15-75度。
其中，所述叠合柱下柱501与叠合柱上柱502的相对位置包括中心布置和偏心布置；所述叠合柱下柱501与钢管混凝土上柱601的相对位置包括中心布置和偏心布置。
由以上实施例可以看出，本发明结构体系截面积小、刚度大、自重轻、抗震优越、耐火和耐腐蚀性能好，同时可以减少混凝土用量，加快施工速度，具有较好的经济效益；适用于大型大跨、重载、高层等结构的主体结构体系。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钢管混凝土叠合框架结构体系，其包括框架结构、框架-剪力墙结构和悬挂结构在内的任意一种结构形式中的梁柱体系，其特征在于，包括框架柱，框架梁，作为梁、柱连接节点的梁柱节点，叠合柱变截面节点、叠合柱变钢管混凝土柱节点和屋盖，其中：
所述框架柱竖向设置，其内部设有柱钢管，所述柱钢管内填有柱核心混凝土，所述柱钢管外包有柱外包混凝土，所述柱外包混凝土的每个角沿纵向至少布置一根柱纵筋，在所述柱外包混凝土内自上到下箍有多圈柱箍筋；
所述框架梁横向设置，其内部填有梁混凝土，在所述梁混凝土的每个角沿横向至少布置一根梁纵筋，在所述梁混凝土内从左到右箍有多圈梁箍筋；
所述梁柱节点设置在所述框架柱与框架梁的连接区域，所述框架柱内的柱钢管和框架梁内的梁纵筋的连接区域内设有外加强环板，所述柱纵筋上下贯通布置，所述柱箍筋在梁柱节点区的圈数加密；
所述框架柱包括叠合柱下柱，所述叠合柱下柱上设有叠合柱上柱或钢管混凝土上柱，所述叠合柱下柱与叠合柱上柱通过所述叠合柱变截面节点连接，所述叠合柱上柱的柱钢管与所述叠合柱下柱的柱钢管通过喇叭形连接件连接，所述叠合柱上柱的柱钢管与叠合柱下柱的柱钢管内统一浇筑柱核心混凝土；
所述叠合柱下柱与钢管混凝土上柱通过所述叠合柱变钢管混凝土柱节点连接，所述叠合柱下柱内的柱钢管直接伸入所述钢管混凝土上柱，所述柱钢管内统一浇筑柱核心混凝土；
所述屋盖设置在多个所述钢管混凝土上柱上。
2.如权利要求1所述的钢管混凝土叠合框架结构体系，其特征在于，所述叠合柱下柱的横截面尺寸大于所述叠合柱上柱的横截面尺寸。
3.如权利要求1所述的钢管混凝土叠合框架结构体系，其特征在于，所述屋盖包括屋面板、上弦杆、下弦杆、斜腹杆和竖杆，所述屋面板铺设在由上弦杆组成的平面上，所述下弦杆设置在所述上弦杆的正下方，所述竖杆设置在所述上弦杆与下弦杆的两端，用于分别连接所述上弦杆与下弦杆，所述斜腹杆顺次间隔设置在所述上弦杆与下弦杆之间。
4.如权利要求3所述的钢管混凝土叠合框架结构体系，其特征在于，所述屋盖内的屋面板是混凝土楼板或压型钢板组合楼板。
5.如权利要求1所述的钢管混凝土叠合框架结构体系，其特征在于，所述框架柱内的柱钢管的横截面是圆形或矩形。
6.如权利要求1所述的钢管混凝土叠合框架结构体系，其特征在于，所述外加强环板的材料是普通钢材或高强钢材。
7.如权利要求1所述的钢管混凝土叠合框架结构体系，其特征在于，所述梁柱节点内的外加强环板向框架柱内的柱钢管内径方向延伸，形成内加强环板。
8.如权利要求1所述的钢管混凝土叠合框架结构体系，其特征在于，所述柱核心混凝土和柱外包混凝土及框架梁内的梁混凝土的材料是普通混凝土或高强混凝土。
9.如权利要求1所述的钢管混凝土叠合框架结构体系，其特征在于，所述喇叭形连接件呈上小下大的柱体，所述喇叭形连接件的倾斜角度为15-75度。
10.如权利要求1所述的钢管混凝土叠合框架结构体系，其特征在于，所述叠合柱下柱与叠合柱上柱的相对位置包括中心布置和偏心布置；所述叠合柱下柱与钢管混凝土上柱的相对位置包括中心布置和偏心布置。
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