專利名稱：一種無梁樓蓋連接鋼筋混凝土柱的環(huán)式鋼牛腿節(jié)點的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無梁樓蓋與柱的連接節(jié)點，特別是涉及一種能有效提高節(jié)點的抗彎強度和抗剪能力的無梁樓蓋連接鋼筋混凝土柱的環(huán)式鋼牛腿節(jié)點。
背景技術(shù)：
無梁樓蓋的主要特點是樓蓋板直接支承在柱上，不設(shè)主梁和次梁，故具有(1)在維持同樣凈空高度時較有梁樓蓋有更小的建筑高度，可有效增加層高，更為經(jīng)濟；(2)平整的天棚，空間感很好，采光、通風及衛(wèi)生條件都比有梁樓蓋好；(3)模板簡單，可節(jié)省模板用量和簡化施工等優(yōu)點而常在建筑設(shè)計中被采用，特別是常被應用于承重大和樓層高度要求高的工程。但無梁樓蓋的結(jié)構(gòu)特點同時也造成了其結(jié)構(gòu)上的弱點，即無梁樓蓋完全依靠柱子支承及承重，受力均集中在樓蓋位于柱子及其周邊的區(qū)域，該區(qū)域稱為板柱節(jié)點區(qū)，類似于點支承，使得無梁樓蓋一是在板柱節(jié)點區(qū)受剪力較大，容易被柱沖切破壞，成為樓蓋板的薄弱環(huán)節(jié)；二是樓蓋板在各柱子之間的跨中區(qū)域受彎矩較大，因此樓蓋的撓度也會較大。
為了改善樓蓋板的受力條件，加強柱對樓蓋板的支承作用，一般在每層樓蓋與柱的連接的節(jié)點處，即每樓層柱子2a的上部設(shè)置柱帽2b(參見圖1)，又稱柱托，作為樓蓋板的支座，增大樓蓋板與柱的支承面，避免樓板被柱沖切破壞，同時它也能減少板跨度而減少板的彎矩，并可以增加房屋的剛度。還可以進一步在無梁樓蓋與柱子2a的節(jié)點處加設(shè)十字式或井字式鋼牛腿3(型鋼剪力鍵)(參見圖2)，以提高樓蓋在節(jié)點處的抗剪力。另外，配板筋時，將整個樓蓋板在縱橫兩個方向劃分柱上板帶A和跨中板帶B兩種區(qū)域(參見圖3)，柱上板帶按梁的配筋設(shè)置配筋，使其成為無梁樓蓋的暗梁。對于無梁樓蓋與鋼筋混凝土柱的節(jié)點而言，參見圖4、5所示，樓蓋1的板面筋11，穿插在鋼筋混凝土柱2的柱縱筋21和箍筋22的間隙中，兩者交織在一起，在板柱節(jié)點區(qū)的上下板面筋11中間，設(shè)置鋼牛腿3，鋼牛腿3可與其相接觸的柱縱筋21及板面筋11焊接構(gòu)成剛性節(jié)點架構(gòu)，再外包混凝土，因此，它仍存在以下不足之處(1)缺少明梁支承的無梁樓蓋板柱節(jié)點的抗剪性能仍然較有梁樓蓋的梁柱節(jié)點的抗剪性能弱；(2)無梁樓蓋的板柱節(jié)點抗彎能力也較有梁樓蓋的梁柱節(jié)點更弱，雖然設(shè)置了鋼牛腿(又稱型鋼剪力鍵)，會對其抗剪和抗沖切性能有所提高，但對樓蓋的抗彎性能的提高和跨中撓度的改善作用不大；(3)由于其抗彎剛度較有梁樓蓋小，導致無梁樓蓋的豎向撓度較有梁樓蓋大，撓度差，一般達20％；(4)由于上述缺陷，導致無梁樓蓋無法抗拒地震而產(chǎn)生的巨大的柱的沖切力以及彎矩，使無梁樓蓋與柱的節(jié)點連接結(jié)構(gòu)較有梁樓蓋板柱節(jié)點脆弱，安全性能較差；(5)由于上述無梁樓蓋的結(jié)構(gòu)缺陷，使無梁樓蓋的建筑受到較多的限制，如最高樓層的限制，一般無梁樓蓋的建筑最高不得超過18層。
(6)為提高無梁樓蓋的強度往往需要加厚樓蓋板厚度，這導致一方面費料費工，使建筑成本明顯增加，而且，還會增大樓蓋的整體重量，加重地基的負荷，進一步增大建筑的建設(shè)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無梁樓蓋連接鋼筋混凝土柱的環(huán)式鋼牛腿節(jié)點，以提高無梁樓蓋與鋼筋混凝土柱的連接牢固度，同時提高節(jié)點的抗彎、抗剪能力和剛度，從而增強無梁樓蓋的板柱節(jié)點的承載力。
本發(fā)明的技術(shù)方案可以通過以下的技術(shù)措施來實現(xiàn)，一種用于無梁樓蓋與鋼筋混凝土柱連接的環(huán)式鋼牛腿節(jié)點，包括板柱節(jié)點處的鋼筋混凝土柱和無梁樓蓋，以及節(jié)點處設(shè)置的鋼牛腿，其特征在于在樓蓋板的厚度范圍內(nèi)，每兩個相鄰的鋼牛腿之間，設(shè)置至少一個鋼環(huán)件固定連接在兩邊的鋼牛腿上，與鋼牛腿相合形成至少一圈環(huán)繞鋼筋混凝土柱的鋼環(huán)，其中至少有一圈鋼環(huán)緊箍柱子。這樣的節(jié)點結(jié)構(gòu)由于帶有由鋼環(huán)飄出正交放射式的鋼牛腿，而內(nèi)圈鋼環(huán)套箍著節(jié)點處的鋼筋混凝土柱，并與鋼牛腿共同作用，形成一個圓形放射狀的懸臂結(jié)構(gòu)的隱形剛性柱帽，增加了板柱的可靠連接，提高了節(jié)點抗彎和抗剪能力；當不止一圈鋼環(huán)時，還能有效地減少跨中板帶的撓度。
本發(fā)明可以作如下改進，所述的鋼環(huán)件采用型鋼制成，即由豎向環(huán)板、上環(huán)板和下環(huán)板構(gòu)成，上、下環(huán)板的內(nèi)環(huán)緣分別固定在豎向環(huán)板的上下兩端，使上、下環(huán)板從豎向環(huán)板向外水平伸出，形成徑向截面為“[”形的鋼環(huán)件。經(jīng)過有限元分析可知，在節(jié)點中，所述的上環(huán)板受拉應力，所述的下環(huán)板受壓應力，即鋼環(huán)的上、下環(huán)板受彎應力很大，因此使鋼環(huán)成為節(jié)點區(qū)的主要抗彎構(gòu)件；另外，下環(huán)板還承受了柱的沖切力，由于鋼環(huán)壁緊箍柱子，所以下環(huán)板就相當于將板柱節(jié)點的底部支座向外擴大了，即環(huán)板徑向?qū)挾扔卸嗌伲?jié)點柱頭的橫截面積就增大了多少，從而比單獨使用鋼牛腿的板柱節(jié)點更進一步地增大了抗剪能力，可有效地減少樓蓋的豎向位移。
本發(fā)明所述的設(shè)置至少一個鋼環(huán)件固定連接在相鄰兩個鋼牛腿上，以便與鋼牛腿相合形成至少一圈環(huán)繞鋼筋混凝土柱的鋼環(huán)，可以根據(jù)建筑設(shè)計的需要設(shè)置一圈或者一圈以上的鋼環(huán)，一般采用1～3圈的鋼環(huán)，每相鄰兩圈鋼環(huán)之間的距離是樓蓋暗梁高度的1.5～2.5倍的范圍內(nèi)，以對應柱對板柱節(jié)點的沖切力，該沖切力一般在以板柱接點為原點45°角(參見附圖4、圖9中的α角)的范圍內(nèi)，鋼環(huán)的設(shè)置范圍大于或者等于該沖切力的范圍。由數(shù)圈鋼環(huán)所形成的圓形放射狀的懸臂結(jié)構(gòu)的隱形剛性柱帽越大，其抗撓度性能就越高。
本發(fā)明還可以作如下改進所述的同一鋼環(huán)上的上、下環(huán)板的徑向?qū)挾瓤梢允窍嗤?，也可以是不相同的。當同一鋼環(huán)上的上、下環(huán)板徑向?qū)挾炔煌瑫r，一般是下環(huán)板的寬度大于上環(huán)板的寬度，這是為了盡可能大地增大節(jié)點柱頭的橫截面積，提高節(jié)點抗剪和抗沖切的能力，因此，一般是位于內(nèi)環(huán)的鋼環(huán)采用下環(huán)板徑向?qū)挾却笥谏檄h(huán)板的徑向?qū)挾鹊慕Y(jié)構(gòu)。
為了進一步提高型鋼鋼環(huán)的剛性，在鋼環(huán)的徑向截面的“[”形槽內(nèi)設(shè)置加強肋板，所述加強肋板的三個邊分別焊接在鋼環(huán)的上下環(huán)板的內(nèi)表面和豎向環(huán)板的外表面上，使該肋板面分別垂直于所焊接的鋼環(huán)表面，從而加強鋼環(huán)的整體強度及剛性，進一步增加節(jié)點的抗彎、抗剪能力。
本發(fā)明所述的鋼牛腿可以是穿心鋼牛腿，也可以是不穿心鋼牛腿，以穿心鋼牛腿為佳。鋼牛腿可以是十字式結(jié)構(gòu)，也可以是井字式結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明可以作以下進一步的改進在所述的鋼牛腿位于鋼筋混凝土柱中部的十字或者井字相交處焊接豎向延伸的加強型鋼，該加強型鋼截面形狀為“L”形，長桿式加強型鋼沿軸向插入到鋼筋混凝土柱的中心部分，被混凝土包裹固定，使得無梁樓蓋板與柱的連接得到大大地加強。
本發(fā)明所述的鋼牛腿可以包括兩個或兩個以上的鋼牛腿，且以夾角相鄰的二個鋼牛腿間的夾角可以是大于0°的0～90°之間的任意角度，常見的夾角是90°；所述的鋼環(huán)的輪廓線包括豎向環(huán)板和上、下環(huán)板的內(nèi)環(huán)緣和外環(huán)緣，最好是以鋼筋混凝土柱的中心軸為圓點而形成的相應直徑的圓形。
為加強環(huán)式牛腿節(jié)點與外包混凝土的結(jié)合力，可以在所述的鋼牛腿的腹板側(cè)壁上以及鋼環(huán)的豎向環(huán)板表面上焊接外凸的粗鋼筋，粗鋼筋順柱的軸向設(shè)置，并均勻分布在鋼牛腿腹板和鋼環(huán)的豎向環(huán)板表面上。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是(1)本發(fā)明在樓蓋板的厚度范圍內(nèi)采用鋼環(huán)固定連接在鋼牛腿上，與鋼牛腿相合形成至少一圈環(huán)繞鋼筋混凝土柱的鋼環(huán)壁，內(nèi)圈的鋼環(huán)套箍著節(jié)點處的鋼筋混凝土柱，與鋼牛腿共同作用，形成一個圓形放射狀的懸臂結(jié)構(gòu)的隱形剛性柱帽，既增加了板柱的可靠連接，又提高了節(jié)點抗彎和抗剪能力，當不止一圈鋼環(huán)壁時，還能有效地減少跨中板帶的撓度。
(2)所述的鋼環(huán)采用型鋼制成時，由于內(nèi)圈的鋼環(huán)壁緊箍柱子，其下環(huán)板可有效地增大柱在節(jié)點處的橫截面積，就相當于將板柱節(jié)點的底部支座向外擴大了，其下環(huán)板成為承受柱的沖切力的主要構(gòu)件，因此，本發(fā)明比單獨使用鋼牛腿的無梁樓蓋板柱節(jié)點更進一步地增大了抗剪能力，并能有效地減少樓蓋的豎向位移。
(3)本發(fā)明在穿心鋼牛腿的十字或者井字相交處設(shè)置軸向加強型鋼插入到鋼筋混凝土柱的中心，使得無梁樓蓋板與柱的連接得到大大地加強。
(4)綜上所述，本發(fā)明使得無梁樓蓋與鋼筋混凝土柱的板柱節(jié)點具有與梁柱結(jié)構(gòu)類似的抗彎抗剪能力和整體剛度，具有極強的抗震性，節(jié)點的承載力大大加強了，從而有利于使無梁樓蓋得到更廣泛地的應用，甚至可以打破采用無梁樓蓋的高層建筑為了防御地震所造成的破壞，只能建至18層的限制。
(5)由于前述的優(yōu)點，剛性和強度大大加強的無梁樓蓋的厚度也可以明顯減少，以往厚度須達1.2m的無梁樓蓋，可以減少到0.9m的厚度，不但省料省工，使建筑成本明顯降低，而且，還會能減少樓蓋的整體重量，減輕地基的負重，從而進一步降低建筑的建設(shè)成本。
(6)本發(fā)明的環(huán)式鋼牛腿節(jié)點結(jié)構(gòu)隱藏在樓蓋板內(nèi)，不需要設(shè)置柱帽，這使得建筑物的天棚更為美觀，空間感更好。


圖1是現(xiàn)有無梁樓蓋設(shè)置柱帽的示意簡圖；圖2是現(xiàn)有無梁樓蓋板柱節(jié)點處加鋼牛腿的結(jié)構(gòu)立體圖(省去樓蓋)；圖3是現(xiàn)有無梁樓蓋劃分柱上板帶A和跨中板帶B的示意圖；圖4是現(xiàn)有無梁樓蓋的結(jié)構(gòu)示意主視圖；圖5是圖2除去樓蓋而顯示的無梁樓蓋板柱節(jié)點結(jié)構(gòu)俯視圖；圖6是本發(fā)明的實施例1的結(jié)構(gòu)示意主視7是圖6除去樓蓋而顯示的無梁樓蓋板柱節(jié)點結(jié)構(gòu)俯視圖；圖8是本發(fā)明的實施例1局部剖開樓蓋的結(jié)構(gòu)立體圖；圖9是本發(fā)明的實施例2的結(jié)構(gòu)示意主視10是圖10除去樓蓋而顯示的無梁樓蓋板柱節(jié)點結(jié)構(gòu)俯視圖；圖11是本發(fā)明的實施例2局部剖開樓蓋的結(jié)構(gòu)立體圖；圖12是本發(fā)明的實施例2板柱節(jié)點環(huán)式鋼牛腿及配筋的結(jié)構(gòu)俯視圖；圖13是本發(fā)明的實施例3的結(jié)構(gòu)示意主視14是圖13除去樓蓋而顯示的無梁樓蓋板柱節(jié)點結(jié)構(gòu)俯視圖；圖15是本發(fā)明的實施例3局部剖開樓蓋的結(jié)構(gòu)立體圖。
具體實施例方式
實施例1圖6～8所示的一種用于無梁樓蓋與鋼筋混凝土柱連接的環(huán)式鋼牛腿節(jié)點是本發(fā)明的具體實施例之一，包括板柱節(jié)點處的鋼筋混凝土柱2和無梁樓蓋1，以及節(jié)點處設(shè)置的鋼牛腿3，鋼牛腿3有四個，以夾角相鄰的二個鋼牛腿3間的夾角為90°。四個鋼牛腿3為不穿心式，且相交后形成井字式結(jié)構(gòu)，即鋼牛腿3不穿過無梁樓蓋1，無梁樓蓋1的上、下部均設(shè)有縱橫交錯的板面筋11，鋼牛腿3內(nèi)設(shè)有柱縱筋21和柱箍筋22，由于是不穿心式，柱縱筋21在伸入無梁樓蓋1內(nèi)沿水平方向向外彎折，并固定在無梁樓蓋1上。鋼牛腿3位于鋼筋混凝土柱2中部的井字相交處焊接豎向延伸的加強型鋼6，該加強型鋼6的截面形狀為“L”形，長桿式加強型鋼6沿軸向插入到鋼筋混凝土柱2的中心部分，被混凝土包裹固定。在樓蓋板的厚度范圍內(nèi)，每兩個相鄰的鋼牛腿3之間，設(shè)置一個鋼環(huán)件4固定連接在兩邊的鋼牛腿3上，與鋼牛腿3相合形成一圈環(huán)繞鋼筋混凝土柱2的鋼環(huán)，該鋼環(huán)緊箍柱子。鋼環(huán)件4采用型鋼制成，由豎向環(huán)板43、上環(huán)板41和下環(huán)板42構(gòu)成，上、下環(huán)板41、42的內(nèi)環(huán)緣分別固定在豎向環(huán)板43的上下兩端，使上、下環(huán)板41、42從豎向環(huán)板43向外水平伸出，形成徑向截面為“[”形的鋼環(huán)件4。上述的鋼環(huán)上的下環(huán)板42的寬度大于上環(huán)板41的寬度。鋼環(huán)的徑向截面的“[”形槽內(nèi)設(shè)置加強肋板44，加強肋板44的三個邊分別焊接在鋼環(huán)的上、下環(huán)板41、42的內(nèi)表面和豎向環(huán)板43的外表面上。鋼環(huán)的輪廓線包括豎向環(huán)板43和上、下環(huán)板41、42的內(nèi)環(huán)緣和外環(huán)緣，是以鋼筋混凝土柱2的中心軸為圓點而形成的相應直徑的圓形。在鋼牛腿3的腹板側(cè)壁上以及鋼環(huán)的豎向環(huán)板43表面上焊接外凸的粗鋼筋5，粗鋼筋5順柱的軸向設(shè)置，并均勻分布在鋼牛腿3腹板和鋼環(huán)的豎向環(huán)板43表面上。
實施例2圖9～12所示的一種用于無梁樓蓋與鋼筋混凝土柱連接的環(huán)式鋼牛腿節(jié)點是本發(fā)明的具體實施例之二，與上一個實施例所不同的是，環(huán)繞鋼筋混凝土柱2的鋼環(huán)的數(shù)量為兩圈，分別為內(nèi)、外兩個鋼環(huán)，其中靠內(nèi)側(cè)的鋼環(huán)緊箍柱子，且該鋼環(huán)上的下環(huán)板42a的寬度大于上環(huán)板41a的寬度；而靠外側(cè)的鋼環(huán)上的上、下環(huán)板41b、42b的徑向?qū)挾认嗤?。相鄰兩圈鋼環(huán)之間的距離是樓蓋暗梁高度的1.5～2.5倍。
實施例3圖13、14所示的一種用于無梁樓蓋與鋼筋混凝土柱連接的環(huán)式鋼牛腿節(jié)點是本發(fā)明的具體實施例之三，與上一個實施例所不同的是，鋼牛腿3為穿心式，即鋼牛腿3穿過無梁樓蓋1。其它結(jié)構(gòu)與實施例2相同。
權(quán)利要求
1.一種無梁樓蓋連接鋼筋混凝土柱的環(huán)式鋼牛腿節(jié)點，包括板柱節(jié)點處的鋼筋混凝土柱(2)和無梁樓蓋(1)，以及節(jié)點處設(shè)置的鋼牛腿(3)，其特征在于在樓蓋板的厚度范圍內(nèi)，每兩個相鄰的鋼牛腿(3)之間，設(shè)置至少一個鋼環(huán)件(4)固定連接在兩邊的鋼牛腿(3)上，與鋼牛腿(3)相合形成至少一圈環(huán)繞鋼筋混凝土柱的鋼環(huán)，其中至少有一圈鋼環(huán)緊箍柱子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無梁樓蓋連接鋼筋混凝土柱的環(huán)式鋼牛腿節(jié)點，其特征在于所述鋼環(huán)件(4)采用型鋼制成，即由豎向環(huán)板(43)、上環(huán)板(41)和下環(huán)板(42)構(gòu)成，上、下環(huán)板(41)、(42)的內(nèi)環(huán)緣分別固定在豎向環(huán)板(43)的上下兩端，使上、下環(huán)板(41)、(42)從豎向環(huán)板(43)向外水平伸出，形成徑向截面為“[”形的鋼環(huán)件(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無梁樓蓋連接鋼筋混凝土柱的環(huán)式鋼牛腿節(jié)點，其特征在于設(shè)置至少一個鋼環(huán)件(4)固定連接在相鄰兩個鋼牛腿(3)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種無梁樓蓋連接鋼筋混凝土柱的環(huán)式鋼牛腿節(jié)點，其特征在于所述的環(huán)繞鋼筋混凝土柱(2)的鋼環(huán)(4)的數(shù)量為1～3圈，所述的每相鄰兩圈鋼環(huán)之間的距離是樓蓋暗梁高度的1.5～2.5倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種無梁樓蓋連接鋼筋混凝土柱的環(huán)式鋼牛腿節(jié)點，其特征在于所述的同一鋼環(huán)上的上、下環(huán)板(41)、(42)的徑向?qū)挾认嗤?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種無梁樓蓋連接鋼筋混凝土柱的環(huán)式鋼牛腿節(jié)點，其特征在于所述的同一鋼環(huán)上的下環(huán)板(42)的寬度大于上環(huán)板(41)的寬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種無梁樓蓋連接鋼筋混凝土柱的環(huán)式鋼牛腿節(jié)點，其特征在于所述的鋼環(huán)的徑向截面的“[”形槽內(nèi)設(shè)置加強肋板(44)，所述加強肋板(44)的三個邊分別焊接在鋼環(huán)的上、下環(huán)板(41)、(42)的內(nèi)表面和豎向環(huán)板(43)的外表面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種無梁樓蓋連接鋼筋混凝土柱的環(huán)式鋼牛腿節(jié)點，其特征在于所述的鋼牛腿(3)是穿心鋼牛腿。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種無梁樓蓋連接鋼筋混凝土柱的環(huán)式鋼牛腿節(jié)點，其特征在于所述的鋼牛腿(3)位于鋼筋混凝土柱(2)中部的十字或者井字相交處焊接豎向延伸的加強型鋼(6)，該加強型鋼(6)的截面形狀為“L”形，長桿式加強型鋼(6)沿軸向插入到鋼筋混凝土柱(2)的中心部分，被混凝土包裹固定。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種無梁樓蓋連接鋼筋混凝土柱的環(huán)式鋼牛腿節(jié)點，其特征在于所述的鋼牛腿(3)包括兩個或兩個以上的鋼牛腿，且以夾角相鄰的二個鋼牛腿(3)間的夾角范圍是大于0°的0～90°之間。
全文摘要
一種無梁樓蓋連接鋼筋混凝土柱的環(huán)式鋼牛腿節(jié)點，包括板柱節(jié)點處的鋼筋混凝土柱和無梁樓蓋，以及節(jié)點處設(shè)置的鋼牛腿，在樓蓋板的厚度范圍內(nèi)，每兩個相鄰的鋼牛腿之間，設(shè)置至少一個鋼環(huán)件固定連接在兩邊的鋼牛腿上，與鋼牛腿相合形成至少一圈環(huán)繞鋼筋混凝土柱的鋼環(huán)，其中至少有一圈鋼環(huán)緊箍柱子。這樣的節(jié)點結(jié)構(gòu)由于帶有由鋼環(huán)飄出正交放射式的鋼牛腿，而內(nèi)圈鋼環(huán)套箍著節(jié)點處的鋼筋混凝土柱，并與鋼牛腿共同作用，形成一個圓形放射狀的懸臂結(jié)構(gòu)的隱形剛性柱帽，增加了板柱的可靠連接，提高了節(jié)點抗彎和抗剪能力；當不止一圈鋼環(huán)時，還能有效地減少跨中板帶的撓度。
文檔編號E04B1/38GK101058997SQ20071002806
公開日2007年10月24日 申請日期2007年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月18日
發(fā)明者陳星 , 鄧漢榮, 林景華, 李欣, 賴鴻立, 向前, 許振剛, 何錦超, 蔣運林, 徐靜, 郭偉杰, 王金鋒, 蔡鳳維, 張帆, 葉國認 申請人:廣東省建筑設(shè)計研究院