一种外加钢管混凝土结构的大跨度空间节点及施工方法技术

本发明专利技术公开了一种外加钢管混凝土结构的大跨度空间节点及施工方法，该节点包括：节点中心处的圆主管，所述圆主管外部两侧均连接侧向钢板和端板，所述端板和侧向钢板与圆主管形成一空腔，所述空腔内部填充混凝土，所述空腔顶部设置顶板，所述顶板内表面设置栓钉，外表面设置以放射状均匀分布的支管构件；所述圆主管一侧的侧向钢板通过多条横向加劲肋连接另一侧的侧向钢板，所述多条横向加劲肋之间通过纵向加劲肋连接。该结构结构的传力明确、直接，焊缝质量具有可控性，能充分满足结构受力的要求，同时减轻结构自重，工厂加工及现场施工方便简单，节点承载力、节点刚度及延性有显著提高，减少了节点成本，比较适用于空间网壳结构中。

A Long Span Spatial Joint and Construction Method of Concrete Filled Steel Tube Structure

The invention discloses a large-span space joint of an external concrete filled steel tubular structure and a construction method. The joint comprises a circular head at the center of the joint. The outer sides of the circular head are connected with lateral steel plates and end plates. The end plates and lateral steel plates form a cavity with the circular head. The cavity is filled with concrete, and the top of the cavity is provided with a roof, and the inner surface of the roof is provided with a cavity. The lateral steel plate on one side of the circular main pipe is connected with the lateral steel plate on the other side through a plurality of transverse stiffening ribs, and the longitudinal stiffening ribs are connected between the transverse stiffening ribs. The structure has clear and direct force transmission, controllable weld quality, can fully meet the structural stress requirements, while reducing the weight of the structure, convenient and simple factory processing and field construction, significantly improve the bearing capacity, joint stiffness and ductility, reduce joint costs, and is more suitable for space reticulated shell structures.

【技术实现步骤摘要】
一种外加钢管混凝土结构的大跨度空间节点及施工方法
本专利技术一种外加钢管混凝土结构的大跨度空间节点及施工方法，属于钢结构建筑物用构件

技术介绍
钢结构具有强度高、施工速度快、抗震性能好等优点因而被广泛应用。随着钢结构在实际工程中被越来越广泛地使用，空间网架结构作为钢结构中的一种，适用于体育馆、展览厅、工业厂房等建筑中。根据不同的结构形式，空间网架结构的节点设计也多种多样，目前应用比较广泛的有焊接空心球节点、螺栓球节点、相贯节点等节点形式，这些节点有其各自的优缺点。焊接空心空心球优点是节点加工简单；支杆件与球焊接自然对中，避免节点偏心；受力合理、安全可靠、造价低廉；但是焊接球节点处自重较大。螺栓球节点的螺栓球直径需要根据实际结构构造要求确定，杆件之间通过高强度螺栓连接交汇于球节点，拆装方便，受力合理，综合经济技术好，但是其杆件施工要求较高，螺栓球是实心球，自重也大；相贯节点是将各个支杆杆件直接交汇的节点，结构形式简单，节省材料，但是支杆杆端加工较为复杂，节点处受力也较为复杂。根据各种节点各自的优缺点，如何提升节点处的力学性能也越来越重要，各种节点的加固形式也越来越多，几种常见形式：在节点处增加加劲肋或者加劲板、在支杆件连接处灌注混凝土等。通过增加其他材料来增强空间节点处的力学性能的方法被越来越广泛的应用。
技术实现思路
为解决现有技术存在的不足，本专利技术公开了一种外加钢管混凝土结构的大跨度空间节点及施工方法，该结构结构的传力明确、直接，焊缝质量具有可控性，能充分满足结构受力的要求，同时减轻结构自重，工厂加工及现场施工方便简单，比较适用于空间网壳结构中。本专利技术通过以下技术方案实现：一种外加钢管混凝土结构的大跨度空间节点，包括：节点中心处的圆主管、端板、侧向钢板、顶板、支管构件、横向加劲肋、栓钉、纵向加劲肋和混凝土；所述圆主管外部两侧均通过焊缝连接侧向钢板和端板，所述侧向钢板两端焊缝连接端板，所述侧向钢板和端板顶部焊缝连接顶板，所述两端板、两侧向钢板、顶板与圆主管形成一空腔，所述空腔内部填充有混凝土，所述顶板设置于所述空腔顶部；所述顶板内表面设置有栓钉，所述顶板外表面设置以放射状均匀分布的支管构件；所述圆主管一侧的侧向钢板通过多条横向加劲肋连接所述圆主管另一侧的侧向钢板，所述多条横向加劲肋之间通过纵向加劲肋连接。所述支管构件截面为各种规则形状或异形。所述端板为与圆主管外表面弧度配套的月牙形。所述侧向钢板平行于所述圆主管的轴线垂直焊接于圆主管外部，所述端板垂直于侧向钢板垂直焊接于所述圆主管外部。所述多条横向加劲肋和纵向加劲肋焊缝连接于所述圆主管外表面，所述多条横向加劲肋相互平行设置。一种外加钢管混凝土结构的大跨度空间节点的施工方法，包括以下步骤：a)首先在顶板上焊接栓钉；b)其次将圆主管上焊接两块侧向钢板和所述两块侧向钢板一端的端板，并且通过焊缝将该端板和两块侧向钢板连接；将顶板带栓钉一侧面向圆主管，与圆主管上的端板和两侧向钢板通过焊缝连接；通过所述两块侧向钢板另一端未焊接端板留下的孔洞进行混凝土浇筑施工；混凝土浇筑完毕后，在所述两块侧向钢板的另一端孔洞处焊接端板，所述端板和两侧向钢板以及顶板、圆主管之间均通过焊缝连接；最后将支管构件连接在顶板上；c)对侧面钢管混凝土结构施工重复以上施工步骤b)；d）通过焊接将圆主管两侧的侧向钢板与圆主管的横向加劲肋连接成一个整体，将所述多条横向加劲肋用纵向加劲肋焊接连接，即得。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：（1）图纸深化、加工制作方便，本专利技术提出了一种空间结构外加钢管混凝土组合节点的新的传力形式，将线荷载的力通过封闭的钢管混凝土部分传到主管上，支管力线荷载力转变为面荷载作用到主管上，在钢管混凝土内配有栓钉，增强了本节点的抗剪性能。降低了现场焊接施工的难度，大大降低了对图纸的深化、机械设备以及制造工艺的要求，在节约成本的情况下大大提高了工程速度；（2）施工过程方便、简单、安全，安装精度高，本专利技术减轻了节点部分的自重，解决了因为节点区域构件数量多而导致的节点处焊缝密集、焊缝质量难以保证的问题，降低现场施工难度；节点承载力高，本节点由于在钢管混凝土内配有栓钉，节点的延性和整体刚度明显改善；通过钢管混凝土部分协同合作传力，增强了本节点的抗剪性能，传力明确、直接，焊缝质量具有可控性；节点承载力高，节点刚度及延性有显著提高，同时降低了现场施工的难度，减轻了节点处的自重，减少了节点成本。（3）可形成标准化生产。通过本专利技术改善节点处焊缝密集、焊缝质量参差不齐的弊病，使得节点形式准确、直接，使节点可以形成标准样式，批量生产。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。图1为本专利技术分解结构示意图。图2为顶板和栓钉结构示意图。图3为本专利技术结构右视图。图4为本专利技术结构俯视图。图中，1为圆主管、2为端板、3为侧向钢板、4为顶板、5为支管构件、6为横向加劲肋、7为栓钉、8为纵向加劲肋、9为混凝土。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明，但是本专利技术的保护范围并不限于这些实施例，凡是不背离本专利技术构思的改变或等同替代均包括在本专利技术的保护范围之内。实施例如图1-4所示，一种外加钢管混凝土结构的大跨度空间节点，包括：节点中心处的圆主管1、端板2、侧向钢板3、顶板4、支管构件5、横向加劲肋6、栓钉7、纵向加劲肋8和混凝土9；所述圆主管1外部两侧均通过焊缝连接侧向钢板3和端板2，所述侧向钢板3两端焊缝连接端板2；所述侧向钢板3沿着圆主管轴向纵向设置，圆主管1每侧焊接两块相互平行的所述侧向钢板3，圆主管两侧的侧向钢板处于同一水平面；所述端板2为与圆主管1外壁弧度配套的月牙形，所述端板2高度与所述侧向钢板3高度一致，所述端板2宽度等于所述两块相互平行的侧向钢板3外缘之间的距离；所述侧向钢板3和端板2顶部焊缝连接顶板4，所述两端板2、两侧向钢板3、顶板4与圆主管1形成一空腔，所述空腔内部填充有混凝土9，所述顶板4设置于所述空腔顶部；所述顶板4长度等于所述侧向钢板3长度，所述顶板宽度等于所述端板2的宽度；所述顶板4内表面设置有栓钉7，所述顶板4外表面设置以放射状均匀分布的支管构件5；所述圆主管1一侧的侧向钢板3通过多条横向加劲肋6连接所述圆主管另一侧的侧向钢板3，所述多条横向加劲肋6之间通过纵向加劲肋8连接。所述圆主管外表面均焊接设置有多条横向加劲肋6和一条纵向加劲肋8，多条横向加劲肋6之间互相平行，纵向加劲肋8垂直于横向加劲肋6；所述支管构件5截面为各种规则形状或异形。所述支管构件5数量为2-4个。所述端板2为与圆主管1外表面弧度配套的月牙形。所述侧向钢板平行于所述圆主管的轴线垂直焊接于圆主管外部，所述端板垂直于侧向钢板垂直焊接于所述圆主管外部。所述多条横向加劲肋6和纵向加劲肋8焊缝连接于所述圆主管外表面，所述多条横向加劲肋6相互平行设置。实际使用时，带空间结构的钢管混凝土组合节点的施工方法，包括以下步骤：a)首先在顶板4上焊接若干栓钉7；b)其次将圆主管1上焊接两块侧向钢板3和所述两块侧向钢板3一端的端板2，并且通过焊缝将该端板2和两块侧向钢板3连接，在所述侧向钢板3和端板2顶部边缘焊接顶板4，所述顶板4长度等于所述侧向钢板3长度，所述顶板宽度等于所述端板2的宽度，所述端板2、两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种外加钢管混凝土结构的大跨度空间节点，其特征在于，包括：节点中心处的圆主管（1）、端板（2）、侧向钢板（3）、顶板（4）、支管构件（5）、横向加劲肋（6）、栓钉（7）、纵向加劲肋（8）和混凝土（9）；所述圆主管（1）外部两侧均通过焊缝连接侧向钢板（3）和端板（2），所述侧向钢板（3）两端焊缝连接端板（2），所述侧向钢板（3）和端板（2）顶部焊缝连接顶板（4），所述两端板（2）、两侧向钢板（3）、顶板（4）与圆主管（1）形成一空腔，所述空腔内部填充有混凝土（9），所述顶板（4）设置于所述空腔顶部；所述顶板（4）内表面设置有栓钉（7），所述顶板（4）外表面设置以放射状均匀分布的支管构件（5）；所述圆主管一侧的侧向钢板（3）通过多条横向加劲肋（6）连接所述圆主管另一侧的侧向钢板（3），所述多条横向加劲肋（6）之间通过纵向加劲肋（8）连接。

【技术特征摘要】
1.一种外加钢管混凝土结构的大跨度空间节点，其特征在于，包括：节点中心处的圆主管（1）、端板（2）、侧向钢板（3）、顶板（4）、支管构件（5）、横向加劲肋（6）、栓钉（7）、纵向加劲肋（8）和混凝土（9）；所述圆主管（1）外部两侧均通过焊缝连接侧向钢板（3）和端板（2），所述侧向钢板（3）两端焊缝连接端板（2），所述侧向钢板（3）和端板（2）顶部焊缝连接顶板（4），所述两端板（2）、两侧向钢板（3）、顶板（4）与圆主管（1）形成一空腔，所述空腔内部填充有混凝土（9），所述顶板（4）设置于所述空腔顶部；所述顶板（4）内表面设置有栓钉（7），所述顶板（4）外表面设置以放射状均匀分布的支管构件（5）；所述圆主管一侧的侧向钢板（3）通过多条横向加劲肋（6）连接所述圆主管另一侧的侧向钢板（3），所述多条横向加劲肋（6）之间通过纵向加劲肋（8）连接。2.根据权利要求1所述的一种外加钢管混凝土结构的大跨度空间节点，其特征在于，所述支管构件（5）截面为各种规则形状或异形。3.根据权利要求1所述的一种外加钢管混凝土结构的大跨度空间节点，其特征在于，所述端板（2）为与圆主管（1）外表面弧度配套的月牙形。4.根据权利要求1所述的一种外加钢管混凝土结构的大跨度空间节点，其特征在于，所述侧向钢板（3）平行于所述圆主...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑亮，周明潭，秦成，郭宏，高营，张大鹏，靳小俊，董彦莉，刘亚玲，王万月，韩云山，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14