钢管柱和钢梁的刚性连接节点.pdf

本发明公开了一种钢管柱和钢梁的刚性连接节点，其包括：钢管柱；钢梁，所述钢梁与所述钢管柱焊接相连且包括上翼缘、位于所述上翼缘下方的下翼缘和连接在所述上翼缘和所述下翼缘之间的腹板；上环形端板，所述上环形端板设在所述钢管柱内且与所述钢梁的上翼缘相连；下环形端板，所述下环形端板设在所述钢管柱内且与所述钢梁的下翼缘相连。根据本发明的钢管柱和钢梁的刚性连接节点具有性能可靠稳定、施工方便和成本低等优点。

1.  一种钢管柱和钢梁的刚性连接节点，其特征在于，包括：
钢管柱；
钢梁，所述钢梁与所述钢管柱焊接相连且包括上翼缘、位于所述上翼缘下方的下翼缘和连接在所述上翼缘和所述下翼缘之间的腹板；
上环形端板，所述上环形端板设在所述钢管柱内且与所述钢梁的上翼缘相连；
下环形端板，所述下环形端板设在所述钢管柱内且与所述钢梁的下翼缘相连。

2.  根据权利要求1所述的钢管柱和钢梁的刚性连接节点，其特征在于，所述钢梁伸入所述钢管柱内，且所述上环形端板和所述下环形端板分别在水平方向上与所述钢管柱间隔开。

3.  根据权利要求2所述的钢管柱和钢梁的刚性连接节点，其特征在于，所述上环形端板和所述下环形端板的水平截面均为圆形环。

4.  根据权利要求2所述的钢管柱和钢梁的刚性连接节点，其特征在于，所述上环形端板和所述下环形端板的水平截面均为多边形环。

5.  根据权利要求4所述的钢管柱和钢梁的刚性连接节点，其特征在于，所述钢梁的上翼缘连接在所述上环形端板的拐角处，所述下翼缘连接在所述下环形端板的拐角处。

6.  根据权利要求2所述的钢管柱和钢梁的刚性连接节点，其特征在于，所述上环形端板与所述钢梁的上翼缘焊接相连，所述下环形端板与所述钢梁的下翼缘焊接相连。

7.  根据权利要求6所述的钢管柱和钢梁的刚性连接节点，其特征在于，所述上环形端板和所述下环形端板进一步与所述钢梁的腹板焊接相连。

8.  根据权利要求1所述的钢管柱和钢梁的刚性连接节点，其特征在于，所述钢梁连接在所述钢管柱的外周面上，所述钢梁的上翼缘与所述钢管柱连接处的宽度大于所述上翼缘的其余部分的宽度，所述钢梁的下翼缘与所述钢管柱连接处的宽度大于所述下翼缘的其余部分的宽度。

9.  根据权利要求8所述的钢管柱和钢梁的刚性连接节点，其特征在于，所述上环形端板的外周沿和所述下环形端板的外周沿分别与所述钢管柱的内周面相连，且所述上环形端板在水平方向上的宽度和所述下环形端板在水平方向上的宽度均为所述钢管柱的内直径的1/10-1/20。

10.  根据权利要求1-9中任一项所述的钢管柱和钢梁的刚性连接节点，其特征在于，还包括混凝土，所述混凝土填充在所述钢管柱内。

钢管柱和钢梁的刚性连接节点
技术领域
本发明涉及建筑领域，具体而言，涉及一种钢管柱和钢梁的刚性连接节点。
背景技术
相关技术中，钢管柱与钢梁之间的连接节点一般采用外加强环连接、内加强环连接和穿心连接来提高连接节点的刚度，但这几种连接结构均存在施工难度大、成本高和节点性能不稳定等不足。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的上述技术问题之一。为此，本发明提出一种钢管柱和钢梁的刚性连接节点，该钢管柱和钢梁的刚性连接节点具有性能可靠稳定、施工方便和成本低等优点。
根据本发明实施例的钢管柱和钢梁的刚性连接节点，包括：钢管柱；钢梁，所述钢梁与所述钢管柱焊接相连且包括上翼缘、位于所述上翼缘下方的下翼缘和连接在所述上翼缘和所述下翼缘之间的腹板；上环形端板，所述上环形端板设在所述钢管柱内且与所述钢梁的上翼缘相连；下环形端板，所述下环形端板设在所述钢管柱内且与所述钢梁的下翼缘相连。
根据本发明实施例的钢管柱和钢梁的刚性连接节点，通过将钢梁与钢管柱焊接相连，将上环形端板和下环形端板设在钢管柱内，并将上环形端板与钢梁的上翼缘相连，将下环形端板与钢梁的下翼缘相连，从而不仅可以提高节点性能的稳定性，而且便于施工，成本低廉。
根据本发明的一些实施例，所述钢梁伸入所述钢管柱内，且所述上环形端板和所述下环形端板分别在水平方向上与所述钢管柱间隔开。
可选地，所述上环形端板和所述下环形端板的水平截面均为圆形环。
可选地，所述上环形端板和所述下环形端板的水平截面均为多边形环。
进一步地，所述钢梁的上翼缘连接在所述上环形端板的拐角处，所述下环形端板连接在所述下环形端板的拐角处。
根据本发明的一些实施例，所述上环形端板与所述钢梁的上翼缘焊接相连，所述下环 形端板与所述钢梁的下翼缘焊接相连。
可选地，所述上环形端板和所述下环形端板进一步与所述钢梁的腹板焊接相连。
根据本发明的一些实施例，所述钢梁连接在所述钢管柱的外周面上，所述钢梁的上翼缘与所述钢管柱连接处的宽度大于所述上翼缘的其余部分的宽度，所述钢梁的下翼缘与所述钢管柱连接处的宽度大于所述下翼缘的其余部分的宽度。
可选地，所述上环形端板的外周沿和所述下环形端板的外周沿分别与所述钢管柱的内周面相连，且所述上环形端板在水平方向上的宽度和所述下环形端板在水平方向上的宽度均为所述钢管柱的内直径的1/10-1/20。
根据本发明的一些实施例，所述钢管柱和钢梁的刚性连接节点还包括混凝土，所述混凝土填充在所述钢管柱内。
附图说明
图1是根据本发明实施例一的钢管柱和钢梁的刚性连接节点的示意图；
图2是沿图1中A-A线的剖视示意图；
图3是根据本发明实施例二的钢管柱和钢梁的刚性连接节点的示意图；
图4是沿图3中B-B线的剖视示意图；
图5是根据本发明实施例三的钢管柱和钢梁的刚性连接节点的示意图；
图6是沿图5中C-C线的剖视示意图；
图7是根据本发明实施例四的钢管柱和钢梁的刚性连接节点的示意图；
图8是沿图7中D-D线的剖视示意图；
附图标记：
100：钢管柱和钢梁的刚性连接节点；
1：钢管柱；
2：钢梁；
21：上翼缘；22：下翼缘；23：腹板；
3：上环形端板；
4：下环形端板。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描 述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合图1-图8详细描述根据本发明实施例的钢管柱和钢梁的刚性连接节点100。
如图1所示，根据本发明实施例的钢管柱和钢梁的刚性连接节点100可以包括：钢管柱1、钢梁2、上环形端板3和下环形端板4。其中，钢梁2为多个，多个钢梁2可与钢管柱1焊接相连且沿钢管柱1的周向间隔分布，每个钢梁2可以包括上翼缘21、位于上翼缘21下方的下翼缘22和连接在上翼缘21和下翼缘22之间的腹板23。
如图2所示，上环形端板3可设在钢管柱1内且与钢梁2的上翼缘21相连，下环形端板4可设在钢管柱1内且与钢梁2的下翼缘22相连。通过将上翼缘21与上环形端板3相连，并将下翼缘22和下环形端板4相连，可以提高连接节点的刚度。
可以理解的是，根据本发明实施例的钢管柱和钢梁的刚性连接节点100，通过将钢梁2与钢管柱1焊接相连，并在钢管柱1内设置上环形端板3和下环形端板4，从而可以增强钢梁2与钢管柱1之间的相互作用，进而提高连接节点的刚度，保证钢管柱和钢梁的刚性 连接节点100的性能(刚度、强度、延性)。
并且，根据本发明实施例的钢管柱和钢梁的刚性连接节点100，降低了钢材用量，从而降低了成本。同时，由于上环形端板3和下环形端板4形成为环形，还可以方便地对多梁连接节点进行施工。
根据本发明实施例的钢管柱和钢梁的刚性连接节点100，通过将钢梁2与钢管柱1焊接相连，将上环形端板3和下环形端板4设在钢管柱1内，并将上环形端板3与钢梁2的上翼缘21相连，将下环形端板4与钢梁2的下环形端板4相连，从而不仅可以提高其刚度，而且便于施工，成本低廉。
根据本发明的一些实施例，如图1-图4所示，钢梁2可伸入钢管柱1内，且上环形端板3和下环形端板4可分别在水平方向上与钢管柱1间隔开，换言之，上环形端板3和下环形端板4可位于钢管柱1内且与钢管柱1不相连。由此，可增强钢梁2与钢管柱1的相互作用，在保证节点性能的情况下进一步减少上环形端板3和下环形端板4的材料用量，从而进一步降低成本。
可选地，如图1所示，上环形端板3和下环形端板4的水平截面均可为圆形环。由此，钢管柱和钢梁的刚性连接节点100可以不受钢梁2角度和数量的限制，从而方便多钢梁连接节点的施工。
或者，上环形端板3和下环形端板4的水平截面均可为多边形环。例如，上环形端板3和下环形端板4可形成为矩形环或正多边形环。在图3所示的实施例中，上环形端板3和下环形端板4形成为正方形环。由此可以方便特定数量钢梁2的连接施工。
进一步地，钢梁2的上翼缘21可连接在上环形端板3的拐角处，下翼缘22可连接在下环形端板4的拐角处。例如，如图2和图3所示，四个钢梁2的上翼缘21可分别连接在上环形端板3的四个拐角处，四个钢梁2的下翼缘22可分别连接在下环形端板4的四个拐角处，方便梁间隔90°左右布置的情况，施工更加方便。
在本发明的一些实施例中，上环形端板3与钢梁2的上翼缘21可焊接相连，下环形端板4与钢梁2的下翼缘22可焊接相连，从而可以进一步提高钢梁2的刚度和稳定性，提高其承载能力。
为了进一步提高钢管柱和钢梁的刚性连接节点100的节点性能，上环形端板3和下环形端板4进一步与钢梁2的腹板23焊接相连，由此，钢梁2的上翼缘21可与上环形端板3焊接相连，且钢梁2的下翼缘22可与下环形端板4焊接相连，同时，钢梁2的腹板23可同时与上环形端板3和下环形端板4焊接相连。
根据本发明的一些实施例，如图5-图8所示，钢梁2可连接在钢管柱1的外周面上，钢梁2的上翼缘21与钢管柱1连接处的宽度可大于上翼缘21的其余部分的宽度， 钢梁2的下翼缘22与钢管柱1的连接处的宽度可大于下翼缘22的其余部分的宽度，也就是说，钢梁2的上翼缘21和下翼缘22的与钢管柱1的连接处可采用局部加宽结构，从而可以避免发生钢梁2的上翼缘21和下翼缘22与钢管柱1焊接处发生撕裂的现象，提高连接节点的刚度。
作为可选的实施方式，上环形端板3的外周沿和下环形端板4的外周沿可分别与钢管柱1的内周面相连，且上环形端板3的水平方向上的宽度和下环形端板4在水平方向上的宽度均可为钢管柱1的内直径的1/10-1/20。由此，可以进一步提高连接节点的刚度，并减少钢材的用量，便于施工且成本较低。
根据本发明的一些实施例，还可以包括混凝土，混凝土可填充在钢管柱1内，通过将混凝土填充在钢管柱1内，可以进一步提高钢管柱和钢梁的刚性连接节点100的强度和刚度。
下面参照图1-图8对上述的钢管柱和钢梁的刚性连接节点100进行详细描述。但是需要说明的是，下述的说明只是示例的目的，而不是为了限制本发明的保护范围，普通技术人员在阅读了本发明的下述技术方案后，显然可以对其中的技术方案或者部分技术特征进行组合或者替换、修改，这也落入本发明作要求的保护范围之内。
实施例一
图1和图2显示了该实施例的钢管柱和钢梁的刚性连接节点100的结构。在该实施例中，钢管柱和钢梁的刚性连接节点100包括钢管柱1、钢梁2和上环形端板3和下环形端板4。钢梁2包括上翼缘21、下翼缘22和腹板23，其中上翼缘21和下翼缘22在上下方向上平行设置，腹板23连接在上翼缘21和下翼缘22之间。上环形端板3设在钢管柱1内并与钢梁2的上翼缘21焊接相连，下环形端板4设在钢管柱1内并与钢梁2的下翼缘22焊接相连。
在该实施例中，钢梁2伸入钢管柱1内，且上环形端板3和下环形端板4分别在水平方向上与钢管柱1间隔开。
例如，上环形端板3和下环形端板4的水平截面均可为圆形环，如图1和图2所示。
在该实施例中，上环形端板3和下环形端板4在上下方向上的宽度大于在水平方向上的厚度，即上环形端板3和下环形端板4分别竖直设置，且上环形端板3和下环形端板4还与钢梁2的腹板23焊接相连。
并且，钢管柱1内填充有混凝土，即钢管柱1为钢管混凝土柱，以提高钢管柱1的强度和刚度。
该实施例通过将钢梁2的上翼缘21与钢管柱1内的上环形端板3焊接相连，在钢管柱1内填充混凝土，将钢梁2的下翼缘22与钢管柱1内的下环形端板4焊接相连，将钢梁2 的腹板23与上环形端板3和下环形端板4焊接相连，并将上环形端板3和下环形端板4的水平截面形成为圆形环，可以使多钢梁2连接节点的施工更加方便，且不受钢梁2角度和数量的限制，从而不仅可以提高连接节点的刚度，而且较现有技术中的内外加强环结构，节约了钢材，降低了成本。
实施例二
图3和图4显示了该实施例的钢管柱和钢梁的刚性连接节点100的结构。上环形端板3和下环形端板4的水平截面设为多边形环。例如，上环形短板和下环形端板4的水平截面可为正方形环。
在该实施例中，钢梁2的上翼缘21可焊接连接在上环形端板3的拐角处，下翼缘22可焊接连接在下环形端板4的拐角处，钢梁2的腹板23可与上环形端板3和下环形端板4焊接相连，以进一步提高强度和刚度。
需要说明的是，在该实施例中，钢梁2伸入钢管柱1内，钢管柱1内填充有混凝土，且上环形端板3和下环形端板4分别在水平方向上与钢管柱1间隔开，对于这些可与上述实施例一采用相同或相近设置方式的部分，这里不再赘述。
实施例三
图5和图6显示了该实施例的钢管柱和钢梁的刚性连接节点100的结构，上环形端板3的外周沿与钢管柱1的内周面相连，下环形端板4的外周沿与钢管柱1的内周面相连，且上环形端板3在水平方向上的宽度和下环形端板4在水平方向上的宽度均为钢管柱1的内直径的1/10-1/20。
在该实施例中，上环形端板3和下环形端板4在水平方向上的宽度可大于在上下方向上的厚度，即上环形端板3和下环形端板4分别水平设置。
并且，钢梁2焊接连接在钢管柱1的外周面上，钢管柱1内填充有混凝土，且钢梁2的上翼缘21与钢管柱1连接处的宽度大于上翼缘21的其余部分的宽度，钢梁2的下翼缘22与钢管柱1的连接处的宽度大于下翼缘22的其余部分的宽度。
该实施例通过将钢梁2焊接在钢管柱1的外周面上，将上环形端板3的外周沿与钢管柱1的内周面相连，下环形端板4的外周沿与钢管柱1的内周面相连，并将上环形端板3在水平宽度和下环形端板4在水平方向上的宽度设为钢管柱1的内直径的1/10-1/20，从而不仅可以节约钢材，降低成本，而且可以提高连接节点的强度和刚度，同时，还可以方便施工。
实施例四
图7和图8显示了该实施例的钢管柱和钢梁的刚性连接节点100的结构。在该实施例中，钢梁2焊接连接在钢管柱1的外周面上，钢管柱1内填充有混凝土，钢梁2的上翼缘 21与钢管柱1连接处的宽度大于上翼缘21的其余部分的宽度，钢梁2的下翼缘22与钢管柱1的连接处的宽度大于下翼缘22的其余部分的宽度。
该实施例通过将钢梁2直接焊接在钢管柱1的外周面上，在钢管柱1内填充混凝土，使钢梁2的上翼缘21与钢管柱1接触处的宽度大于上翼缘21的其余部分的宽度，并将钢梁2的下翼缘22与钢管柱1接触处的宽度大于下翼缘22的其余部分的宽度，从而可以提高连接节点的刚度。
下面通过分析结果，对比现有钢管柱和钢梁的刚性连接节点和根据本发明实施例的钢管柱和钢梁的刚性连接节点100的实际性能和实际耗材。其中，两个对比对象的钢管柱均为钢管混凝土柱，现有钢管柱和钢梁的刚性连接节点以下述结构为例：钢管混凝土柱内设有上下两个内加强环板，两个内加强环板之间连接有加劲肋，钢梁伸入钢管混凝土柱且端部连接有端板。
对比条件如下：
钢管柱：高度H＝6000mm，直径D＝2500mm，钢管壁厚t＝40mm；
钢梁：H×B×t_w×t_f＝1080×500×20×40mm，净跨＝10m；
钢管柱位置：角柱(两梁)，边柱(三梁)，中柱(四梁)；
经实验后，对比结果如下表所示：

其中，EC3为欧洲钢结构规范。
从上表中的对比结果可以得出如下结论：
根据本发明各实施例中的钢管柱和钢梁的刚性连接节点100均满足EC3规范中关于刚性连接节点的判定标准，可作为刚性连接节点使用，节点的性能可以得到保证。
根据本发明各实施例中的钢管柱和钢梁的刚性连接节点100在用钢量上可以节省一半以上，从而可以显著降低连接节点的成本。
因此，本发明实施例的钢管柱和钢梁的刚性连接节点100较现有钢管柱和钢梁的刚性连接节点具有明显的优势。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。