中空夹层钢管约束混凝土柱、混凝土梁节点及建筑结构

1.本发明涉及建筑结构技术领域，尤其涉及中空夹层钢管约束混凝土柱、混凝土梁节点及建筑结构。

背景技术：

2.钢管混凝土组合结构由于具有承载力高、塑性韧性好等一系列优点，使其在工程中被广泛应用，而为了减轻结构自重，截面开展，目前出现了中空夹层钢管混凝土柱的结构方案，但是这种结构仍存在一定的局限性，例如当中空夹层钢管混凝土柱在竖向荷载作用下，外部钢管也会发生局部屈曲，从而对夹层混凝土作用减弱，从而受力性能下降；另外，内管在竖向荷载和地震作用下可能发生鼓曲而破坏严重。
3.除此之外，中空夹层钢管混凝土柱用在建筑结构中，其和梁连接节点性能是关键问题，节点的连接性能直接影响结构安全。如果采用传统钢管混凝土的连接方式，钢管混凝土柱上下贯通，外环板会凸出柱，影响美观；当采用钢筋混凝土梁时，传统钢筋环绕式节点形式单一，需要额外设置牛腿，节点地方凸出，影响建筑空间和美观；如果不采用钢筋环绕式节点，钢筋混凝土梁的传力不可靠；如果采用梁贯通，容易形成强梁弱柱，结构不安全。同时，传统钢筋混凝土梁在工程中非常多，由于跨度的加大，混凝土梁自重大，满足不了大空间的要求，而且在地震作用下，节点核心区容易发生破坏。
4.为此，如何提高钢管混凝土组合结构的承载力、抗震性能和约束效果，以及防止钢管局部屈曲是非常具有现实意义的研究课题。
5.术语解释：
6.中空夹层钢管混凝土柱：采用同心放置的两个钢管(内钢管和外钢管)，然后在内外钢管之间填充混凝土形成的中空结构。
7.钢管约束混凝土柱：在原来钢筋混凝土柱的基础上，在柱外部设置钢管，钢管只是对混凝土形成约束作用，不承担竖向荷载的结构。

技术实现要素：

8.有鉴于此，本发明的目的在于提出一种承载力高、约束效果好、传力可靠且结构稳定的中空夹层钢管约束混凝土柱、混凝土梁节点及建筑结构。
9.为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：
10.一种中空夹层钢管约束混凝土柱，其包括：
11.外钢管；
12.内钢管，同轴穿置在外钢管内，所述内钢管的外壁与所述外钢管的内壁之间具有间隙；
13.柱纵筋，为多根且呈环形阵列布设在所述内钢管与所述外钢管之间的间隙中，所述柱纵筋的两端分别沿外钢管的长度方向延伸；
14.柱箍筋，为环形结构且数量多根，多根所述柱箍筋沿外钢管长度方向间隔布设在
所述内钢管与所述外钢管之间的间隙中，且所述柱箍筋与多根所述柱纵筋固定连接；
15.夹层混凝土，填充于所述内钢管与外钢管之间的间隙中且将所述柱纵筋和所述柱箍筋包裹其中。
16.作为一种可能的实施方式，进一步，本方案还包括：
17.柱端竖向加劲肋，为多个且分别呈环形阵列设置在所述内钢管两端的外侧壁上，所述柱端竖向加劲肋一侧与所述内钢管外壁固定连接，所述柱端竖向加劲肋另一侧沿接近所述外钢管的内壁方向延伸。
18.作为一种较优的实施结构，优选的，本方案所述柱端竖向加劲肋在所述外钢管长度方向的投影位于所述柱箍筋在所述外钢管长度方向的投影范围内。
19.基于上述，本方案还提供一种混凝土梁节点，其包括上述所述的中空夹层钢管约束混凝土柱，其还包括与所述中空夹层钢管约束混凝土柱相交的钢筋混凝土梁，所述中空夹层钢管约束混凝土柱与所述钢筋混凝土梁相交的区域形成节点核心区。
20.其中，所述外钢管对应所述钢筋混凝土梁设有断开部，所述钢筋混凝土梁穿过断开部与所述夹层混凝土连接。
21.作为一种较优的实施结构，优选的，本方案所述钢筋混凝土梁包括：
22.梁纵筋，为多根且平行相对布设，所述梁纵筋的两端沿所述钢筋混凝土梁的预设长度方向延伸；
23.梁箍筋，为环形结构且数量多根，多根所述梁箍筋沿所述钢筋混凝土梁的预设长度方向间隔布设，且所述梁箍筋与多根所述梁纵筋固定连接；
24.混凝土梁，为柱状结构且将所述梁纵筋和所述梁箍筋包覆其中。
25.其中，所述梁纵筋对应所述中空夹层钢管约束混凝土柱的内钢管设有断开结构。
26.作为一种较优的实施结构，优选的，本方案所述内钢管位于节点核心区的管段外壁上设有多个呈环形阵列的节点区竖向加劲肋，所述节点区竖向加劲肋的一侧与所述内钢管外壁固定连接，所述节点区竖向加劲肋的另一侧沿远离所述内钢管的方向延伸。
27.作为一种较优的实施结构，优选的，本方案所述内钢管位于节点核心区的管段上设有一对沿所述内钢管长度方向间隔的环板，所述环板的内壁与所述内钢管的外壁固定连接。
28.作为一种较优的实施结构，优选的，本方案所述钢筋混凝土梁的梁纵筋穿过所述中空夹层钢管约束混凝土柱，且一对所述环板位于所述钢筋混凝土梁的多根梁纵筋之间。
29.其中，多个所述节点区竖向加劲肋位于一对所述环板之间，多个所述节点区竖向加劲肋的两端分别与一对所述环板固定连接。
30.作为一种较优的实施结构，优选的，本方案所述混凝土梁包括实心混凝土梁和空心混凝土梁。
31.其中，所述混凝土梁位于所述节点核心区的部分为实心混凝土梁。
32.另外，所述环板的截面形状为圆形或多边形或非规则异形截面；
33.所述空心混凝土梁的空心部分截面轮廓为圆形或多边形或非规则异形截面；
34.所述内钢管和所述外钢管的截面轮廓为圆形或多边形或非规则异形截面。
35.基于上述，本方案还提供一种建筑结构，其包括上述所述的混凝土梁节点。
36.采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：本方案提供
了一种建筑结构，该建筑结构在混凝土梁节点结构中采用中空夹层钢管约束混凝土柱和钢筋混凝土梁交叉的形式，通过令所述外钢管沿着柱高进行布设且令其没有贯通，同时，中空夹层钢管约束混凝土柱的外钢管在其与所述钢筋混凝土梁交叉形成的节点核心区附近断开形成断开部，能够有效避免了外钢管受到较大竖向荷载作用而发生屈曲现象，使得外钢管只是对混凝土起约束作用，令中空夹层钢管约束混凝土柱的承载力和延性大大提高。而中空夹层钢管约束混凝土柱的端部受力加大部位采用了柱端竖向加劲肋进行加强，并在节点核心区设置了节点区竖向加劲肋和环板，通过节点区竖向加劲肋和环板的配合加强能够有效避免内钢管在较大荷载作用下的局部屈曲，同时起到强节点弱构件的作用。
37.本方案中，尽管中空夹层钢管约束混凝土柱的外钢管不贯通，但是中空夹层钢管约束混凝土柱的内钢管、柱纵筋为沿着柱高贯通设置，在夹层混凝土的连接下，使得中空夹层钢管约束混凝土柱的整体受力上，能够保证受力可靠和有效传力。由于中空夹层钢管约束混凝土柱的内钢管内部没有填充混凝土，其形成空心结构，钢筋混凝土梁的部分结构也采用空心结构(即，空心混凝土梁)，因此本方案的建筑结构具有自重轻的优点，其可实现大跨度的施工。
38.本方案的中空夹层钢管约束混凝土柱在节点核心区采用了环板进行增强，使得钢筋混凝土梁的梁纵筋能够在布设后，通过焊接形式与环板进行固定，该方式可以使得梁纵筋避开内钢管进行穿置，解决了中空夹层钢管约束混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点连接干涉问题，达到弯矩和剪力传力可靠的效果，同时，环板不像传统钢管混凝土外环板外露，本方案的环板被夹层混凝土包裹，因此，不会外露，而且夹层混凝土保护了环板和内钢管，其不仅结构可靠，而且耐火性能好；而在节点核心区之外的区域，本方案的钢筋混凝土梁在梁端部有伸出一部分长度的实心混凝土，使得塑性铰外移，提高了混凝土梁节点结构的可靠性。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
40.图1是本方案建筑结构的简要实施结构示意图，该结构示意图示出了中空夹层钢管约束混凝土柱与钢筋混凝土梁交叉形成节点核心区；
41.图2是图1中a-a的剖面示意图；
42.图3是图1中b-b的剖面示意图；
43.图4是图1中c-c的剖面示意图；
44.图5是图1中d-d的剖面示意图；
45.图6是图1中e-e的剖面示意图。
具体实施方式
46.下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部
分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
47.如图1至图6之一所示，本实施例方案一种建筑结构，其为混凝土梁节点结构，其包括中空夹层钢管约束混凝土柱1和钢筋混凝土梁2，所述中空夹层钢管约束混凝土柱1与所述钢筋混凝土梁2交叉形成节点核心区3。
48.其中，所述中空夹层钢管约束混凝土柱1包括：
49.外钢管11；
50.内钢管12，同轴穿置在外钢管11内，所述内钢管12的外壁与所述外钢管11的内壁之间具有间隙，其中，所述内钢管12内部不填充混凝土；
51.柱纵筋14，为多根且呈环形阵列布设在所述内钢管12与所述外钢管11之间的间隙中，所述柱纵筋14的两端分别沿外钢管11的长度方向延伸，即所述柱纵筋14沿着柱高贯通设置；
52.柱箍筋15，为环形结构且数量多根，多根所述柱箍筋15沿外钢管11长度方向间隔布设在所述内钢管12与所述外钢管11之间的间隙中，且所述柱箍筋14与多根所述柱纵筋14固定连接，其中，固定连接的方式可以是通过焊接固定，所述柱箍筋15沿着柱高间隔布置，将柱纵筋14包围形成钢筋笼；
53.夹层混凝土13，填充于所述内钢管12与外钢管11之间的间隙中且将所述柱纵筋14和所述柱箍筋15包裹其中，使得中空夹层钢管约束混凝土柱1在节点核心区3处和钢筋混凝土梁2形成整体，同时所述内钢管12的内壁亦被包覆，而所述内钢管12的管状结构内部为中空结构。
54.另外，本方案所述钢筋混凝土梁2包括：
55.梁纵筋21，为多根且平行相对布设，所述梁纵筋21的两端沿所述钢筋混凝土梁2的预设长度方向延伸；
56.梁箍筋22，为环形结构且数量多根，多根所述梁箍筋22沿所述钢筋混凝土梁2的预设长度方向间隔布设，且所述梁箍筋22与多根所述梁纵筋21固定连接，例如，多根所述梁箍筋22将多根所述梁纵筋21捆扎或焊接固定形成钢筋笼；
57.混凝土梁23，为柱状结构且将所述梁纵筋21和所述梁箍筋22包覆其中，本方案中，所述混凝土梁23包括实心混凝土梁231和空心混凝土梁232；其中，所述混凝土梁23位于所述节点核心区3的部分为实心混凝土梁231。
58.本方案中，空心混凝土梁232可通过pvc管、混凝土薄板、胶管、钢管等作为模板形成空心结构，pvc管、混凝土薄板、钢管等可作为永久结构留在钢筋混凝土梁2中，也可以梁空心段采用预制结构，制作完成后抽出pvc管、胶管或者钢管。
59.本方案中，所述夹层混凝土13和梁混凝土23可采用普通混凝土、再生混凝土、地聚物混凝土、轻骨料混凝土或者其他类型的现有混凝土材料进行成型。
60.为了便于施工和配合，本方案所述中空夹层钢管约束混凝土柱1与所述钢筋混凝土梁2相交区域形成的节点核心区3中，所述外钢管11对应所述钢筋混凝土梁2设有断开部，外钢管11的断开部与所述钢筋混凝土梁2具有一定间距，所述钢筋混凝土梁2穿过断开部与所述夹层混凝土连接，具体的，所述钢筋混凝土梁2与所述中空夹层钢管约束混凝土柱1的夹层混凝土13连接成一体，而本方案所述钢筋混凝土梁2的梁纵筋21穿过所述中空夹层钢
管约束混凝土柱1；其中，所述梁纵筋21对应所述中空夹层钢管约束混凝土柱1的内钢管12设有断开结构以进行施工避让。
61.为了提高所述中空夹层钢管约束混凝土柱1的结构强度，防止地震作用下内钢管12发生局部屈曲，本方案中空夹层钢管约束混凝土柱1还包括：
62.柱端竖向加劲肋16，为多个且分别呈环形阵列设置在所述内钢管12两端的外侧壁上，所述柱端竖向加劲肋16一侧与所述内钢管12外壁固定连接，所述柱端竖向加劲肋16另一侧沿接近所述外钢管11的内壁方向延伸。
63.在位置关系上，本方案所述柱端竖向加劲肋16在所述外钢管11长度方向的投影位于所述柱箍筋15在所述外钢管11长度方向的投影范围内，即所述柱端竖向加劲肋16的另一侧不超出所述柱箍筋15的合围范围。
64.为了提高节点核心区3的结构强度，本方案所述内钢管12位于节点核心区3的管段外壁上设有多个呈环形阵列的节点区竖向加劲肋18，所述节点区竖向加劲肋18的一侧与所述内钢管12外壁固定连接，所述节点区竖向加劲肋18的另一侧沿远离所述内钢管12的方向延伸。
65.除此之外，本方案所述内钢管12位于节点核心区3的管段上设有一对沿所述内钢管12长度方向间隔的环板17，所述环板17的内壁与所述内钢管12的外壁固定连接，且一对所述环板17位于所述钢筋混凝土梁2的多根梁纵筋21之间，多个所述节点区竖向加劲肋18位于一对所述环板17之间，多个所述节点区竖向加劲肋18的两端分别与一对所述环板固定连接。
66.对于所述外钢管11、所述混凝土梁23、所述内钢管12和所述环板17的结构轮廓上，所述环板17的截面形状为圆形或多边形或非规则异形截面；所述空心混凝土梁的空心部分24截面轮廓为圆形或多边形或非规则异形截面；所述内钢管12和所述外钢管11的截面轮廓为圆形或多边形或非规则异形截面。
67.本实施例的建筑结构在混凝土梁节点结构中采用中空夹层钢管约束混凝土柱1和钢筋混凝土梁2交叉的形式，令所述外钢管11沿着柱高进行布设且令其没有贯通，同时，中空夹层钢管约束混凝土柱1的外钢管11在其与所述钢筋混凝土梁2交叉形成的节点核心区3附近断开形成断开部，能够有效避免了外钢管11受到较大竖向荷载作用而发生屈曲现象，使得外钢管11只是对混凝土起约束作用，令中空夹层钢管约束混凝土柱1的承载力和延性大大提高。而中空夹层钢管约束混凝土柱1的端部受力加大部位采用了柱端竖向加劲肋16进行加强，并在节点核心区3设置了节点区竖向加劲肋18和环板17，通过节点区竖向加劲肋18和环板17的配合加强能够有效避免内钢管12在较大荷载作用下的局部屈曲，同时起到强节点弱构件的作用。
68.本方案中，尽管中空夹层钢管约束混凝土柱1的外钢管11不贯通，但是中空夹层钢管约束混凝土柱1的内钢管12、柱纵筋14为沿着柱高贯通设置，在夹层混凝土13的连接下，使得中空夹层钢管约束混凝土柱1的整体受力上，能够保证受力可靠和有效传力。由于中空夹层钢管约束混凝土柱1的内钢管12内部没有填充混凝土，其形成空心结构，钢筋混凝土梁2的部分结构也采用空心结构(即，空心混凝土梁232)，因此本方案的建筑结构具有自重轻的优点，其可实现大跨度的施工。
69.本方案的中空夹层钢管约束混凝土柱1在节点核心区3采用了环板17进行增强，使
得钢筋混凝土梁2的梁纵筋21能够在布设后，通过焊接形式与环板17进行固定，该方式可以使得梁纵筋21避开内钢管12进行穿置，解决了中空夹层钢管约束混凝土柱1与钢筋混凝土梁2的节点连接干涉问题，达到弯矩和剪力传力可靠的效果，同时，环板17不像传统钢管混凝土外环板外露，本方案的环板17被夹层混凝土13包裹，因此，不会外露，而且夹层混凝土13保护了环板17和内钢管12，其不仅结构可靠，而且耐火性能好；而在节点核心区3之外的区域，本方案的钢筋混凝土梁2在梁端部有伸出一部分长度的实心混凝土231，使得塑性铰外移，提高了混凝土梁节点结构的可靠性。
70.以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：

1.一种中空夹层钢管约束混凝土柱，其特征在于，其包括：外钢管；内钢管，同轴穿置在外钢管内，所述内钢管的外壁与所述外钢管的内壁之间具有间隙；柱纵筋，为多根且呈环形阵列布设在所述内钢管与所述外钢管之间的间隙中，所述柱纵筋的两端分别沿外钢管的长度方向延伸；柱箍筋，为环形结构且数量多根，多根所述柱箍筋沿外钢管长度方向间隔布设在所述内钢管与所述外钢管之间的间隙中，且所述柱箍筋与多根所述柱纵筋固定连接；夹层混凝土，填充于所述内钢管与外钢管之间的间隙中且将所述柱纵筋和所述柱箍筋包裹其中。2.如权利要求1所述的中空夹层钢管约束混凝土柱，其特征在于，其还包括：柱端竖向加劲肋，为多个且分别呈环形阵列设置在所述内钢管两端的外侧壁上，所述柱端竖向加劲肋一侧与所述内钢管外壁固定连接，所述柱端竖向加劲肋另一侧沿接近所述外钢管的内壁方向延伸。3.如权利要求2所述的中空夹层钢管约束混凝土柱，其特征在于，所述柱端竖向加劲肋在所述外钢管长度方向的投影位于所述柱箍筋在所述外钢管长度方向的投影范围内。4.一种混凝土梁节点，其特征在于：其包括权利要求2或3所述的中空夹层钢管约束混凝土柱，其特征在于，其还包括与所述中空夹层钢管约束混凝土柱相交的钢筋混凝土梁，所述中空夹层钢管约束混凝土柱与所述钢筋混凝土梁相交的区域形成节点核心区；其中，所述外钢管对应所述钢筋混凝土梁设有断开部，所述钢筋混凝土梁穿过断开部与所述夹层混凝土连接。5.如权利要求4所述的混凝土梁节点，其特征在于，所述钢筋混凝土梁包括：梁纵筋，为多根且平行相对布设，所述梁纵筋的两端沿所述钢筋混凝土梁的预设长度方向延伸；梁箍筋，为环形结构且数量多根，多根所述梁箍筋沿所述钢筋混凝土梁的预设长度方向间隔布设，且所述梁箍筋与多根所述梁纵筋固定连接；混凝土梁，为柱状结构且将所述梁纵筋和所述梁箍筋包覆其中；其中，所述梁纵筋对应所述中空夹层钢管约束混凝土柱的内钢管设有断开结构。6.如权利要求4所述的混凝土梁节点，其特征在于，所述内钢管位于节点核心区的管段外壁上设有多个呈环形阵列的节点区竖向加劲肋，所述节点区竖向加劲肋的一侧与所述内钢管外壁固定连接，所述节点区竖向加劲肋的另一侧沿远离所述内钢管的方向延伸。7.如权利要求6所述的混凝土梁节点，其特征在于，所述内钢管位于节点核心区的管段上设有一对沿所述内钢管长度方向间隔的环板，所述环板的内壁与所述内钢管的外壁固定连接。8.如权利要求7所述的混凝土梁节点，其特征在于，所述钢筋混凝土梁的梁纵筋穿过所述中空夹层钢管约束混凝土柱，且一对所述环板位于所述钢筋混凝土梁的多根梁纵筋之间；其中，多个所述节点区竖向加劲肋位于一对所述环板之间，多个所述节点区竖向加劲肋的两端分别与一对所述环板固定连接。9.如权利要求5所述的混凝土梁节点，其特征在于，所述混凝土梁包括实心混凝土梁和
空心混凝土梁，其中，所述混凝土梁位于所述节点核心区的部分为实心混凝土梁；另外，所述环板的截面形状为圆形或多边形或非规则异形截面；所述空心混凝土梁的空心部分截面轮廓为圆形或多边形或非规则异形截面；所述内钢管和所述外钢管的截面轮廓为圆形或多边形或非规则异形截面。10.一种建筑结构，其特征在于：其包括权利要求4至9之一所述的混凝土梁节点。

技术总结

本发明公开了中空夹层钢管约束混凝土柱、混凝土梁节点及建筑结构，本方案建筑结构在混凝土梁节点结构中采用中空夹层钢管约束混凝土柱和钢筋混凝土梁交叉的形式，通过中空夹层钢管约束混凝土柱的外钢管在其与所述钢筋混凝土梁交叉形成的节点核心区附近断开形成断开部，能够有效避免了外钢管受到较大竖向荷载作用而发生屈曲现象，使得外钢管只是对混凝土起约束作用，令中空夹层钢管约束混凝土柱的承载力和延性大大提高；而中空夹层钢管约束混凝土柱的端部受力加大部位采用了柱端竖向加劲肋进行加强，并在节点核心区设置了节点区竖向加劲肋和环板，使其能够有效避免内钢管在较大荷载作用下的局部屈曲，同时起到强节点弱构件的作用。的作用。的作用。