本發(fā)明涉及一種建筑結(jié)構(gòu)及施工方法，特別是一種鋼管混凝土柱變截面折線形鋼牛腿及其施工方法。

背景技術(shù)：

鋼筋混凝土梁（RC梁）—鋼管混凝土柱組合結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點也稱節(jié)點核心區(qū)，由于該區(qū)域的應(yīng)力復(fù)雜、集中，它的破壞能夠?qū)е抡麄€結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的倒毀，因此梁柱節(jié)點的設(shè)計也是這種組合結(jié)構(gòu)的重點；由于鋼筋混凝土梁與鋼管混凝土柱連接涉及到兩種不同結(jié)構(gòu)間的連接，其節(jié)點構(gòu)造處理一直存在很大的技術(shù)難題：梁筋、柱筋、牛腿、加勁板等交錯匯集，節(jié)點鋼筋綁扎焊接、混凝土澆筑等施工空間狹窄，造成鋼筋錨固質(zhì)量、混凝土澆筑密實度均難以控制，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種鋼管混凝土柱變截面折線形鋼牛腿及其連接施工方法，以克服已有技術(shù)所存在的上述不足。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種鋼管混凝土柱變截面折線形鋼牛腿，包括上翼緣板和下翼緣板，以及垂直連接在上翼緣板與下翼緣板之間的腹板，腹板位于上翼緣板和下翼緣板長度方向的中線上；

所述上翼緣板和下翼緣板結(jié)構(gòu)相同、包括N段翼緣板和N-1段過渡段，N的取值為2或3，相鄰的兩段翼緣板之間通過傾斜的過渡段連接，從而構(gòu)成折線形的兩層或三層結(jié)構(gòu)：第一段即第一層通過過渡段與第二段即第二層連接，第二段即第二層通過過渡段與第三段即第三層連接；

翼緣板的標(biāo)高依次逐段層降低，寬度逐層減小，相鄰兩層翼緣板之間的高度差為2d，連接在上翼緣板與下翼緣板之間的腹板的上邊形狀與上翼緣板的折線形對應(yīng)，腹板的下邊形狀與下翼緣板的折線形對應(yīng)；上述d為擬焊接的梁鋼筋的直徑。

其進一步的技術(shù)方案是：

所述上翼緣板底面、下翼緣板上面以及腹板的左右兩側(cè)面分別設(shè)置抗剪栓釘, 抗剪栓釘?shù)囊?guī)格為Ф19@200、雙向，長度L=100mm。

更進一步：

所述上翼緣板以及下翼緣板沿長度方向分別設(shè)有2排透氣孔，透氣孔孔徑為25mm，透氣孔孔洞之間的間隔為150～200mm。

其另一技術(shù)方案是：

一種鋼管混凝土柱變截面折線形鋼牛腿的連接施工方法，其特征在于：該方法是利用上述的一種鋼管混凝土柱變截面折線形鋼牛腿連接鋼管混凝土柱與混凝土梁的施工方法，包括下述步驟：

S1：變截面折線形鋼牛腿深化設(shè)計

根據(jù)梁縱筋圖紙，利用AutoCAD、探索者TSSD、TeklaStructures和Revit軟件二維、三維相結(jié)合對設(shè)計圖紙按照1:1放樣、建模；對鋼筋進行優(yōu)化排布，設(shè)置相應(yīng)的變截面折線形鋼牛腿，鋼牛腿尺寸：

S11：根據(jù)鋼筋排數(shù)N決定上翼緣板和下翼緣板彎折次數(shù)以及過渡段的放坡坡度

鋼筋排數(shù)為N，則上翼緣板和下翼緣板彎折次數(shù)為N-1，如N為2，則折次數(shù)為1，如如N為3，則折次數(shù)為2；

過渡段的放坡坡度為2d/180=2×28/180=0.31=31%；

S12：設(shè)計每一段、即每一層上翼緣板和下翼緣板的長度和寬度

長度控制原則：每層的翼緣板的長度大于梁鋼筋的搭接長度：當(dāng)連接的梁鋼筋為HPB300鋼筋時，每層翼緣板長度為L>4d，當(dāng)連接的梁鋼筋為其他牌號鋼筋時，每層翼緣板長度L>5d；

寬度控制原則：翼緣板的寬度小于鋼筋混凝土梁的寬度并逐層減??；翼緣板外邊緣距離梁邊的距離以保證混凝土粗骨料下落空間、振動棒放置空間以及梁筋的保護層厚度為原則；上述d為連接的梁鋼筋直徑；

S2：變截面折線形鋼牛腿加工制作

在加工廠分段制作鋼牛腿：

S21：用于焊接第一排混凝土梁鋼筋的第一段上翼緣板和下翼緣板以及連接在該段上翼緣板與下翼緣板之間的腹板隨鋼管柱一起加工制作，從而構(gòu)成連接在鋼管柱環(huán)板上的第一個工字形鋼牛腿段；

S22：用于焊接第二排混凝土梁鋼筋的第二段上翼緣板和下翼緣板前端分別連接在上/下第一過渡段后端，同時焊接上/下翼緣板、上/下第一過渡段之間的腹板，從而構(gòu)成待連接的第二個工字形鋼牛腿段；

S23：如N為3時，在第二段上/下翼緣板后端通過上/下第二過渡段分別連接用于焊接第三排混凝土梁鋼筋的第三段上/下翼緣板，同時焊接上/下第二過渡段、第三段上/下翼緣板之間的腹板；

S24：在鋼牛腿上/下翼緣板和上/下過渡段上沿長度方向等距離開設(shè)兩排透氣孔，透氣孔孔徑為25mm，透氣孔孔洞之間的間隔為150～200mm；

S3：鋼管柱、鋼牛腿現(xiàn)場安裝焊接

S31：將已加工制作好的鋼牛腿運至施工現(xiàn)場，第一個工字形鋼牛腿段隨鋼柱在施工現(xiàn)場一起安裝到位；

S32：利用一塊20mm厚200mm寬鋼板作為定位組裝板，采用雙排8Φ22.0螺栓將第二個工字形鋼牛腿段的腹板與第一個工字形鋼牛腿段的腹板臨時連接固定，檢查校核牛腿標(biāo)高，再采用V形全熔透焊依次將第一個工字形鋼牛腿段的上翼緣板與第二個工字形鋼牛腿段的上翼緣板焊接，然后將第一個工字形鋼牛腿段的下翼緣板與第二個工字形鋼牛腿段的下翼緣板焊接；最后卸下定位組裝板，將第一個工字形鋼牛腿段的腹板與第二個工字形鋼牛腿段的腹板焊接；

S33：在上翼緣板底面、下翼緣板上面以及腹板的左右兩側(cè)面分別焊接抗剪栓釘；抗剪栓釘?shù)囊?guī)格為Ф19@200，長度L=100mm；

S4：模擬試驗、鋼筋焊接、綁扎

S41：模擬鋼筋焊接于鋼板上的施焊工況，制作工藝性試驗的試件，進行拉伸試驗，試驗合格后，進行下一步焊接工作；

S42：嚴(yán)格按照深化后的施工圖紙有序進行鋼筋焊接作業(yè)，從最底層開始逐層焊接，先依次焊接下翼緣板的N排混凝土梁鋼筋、N-1排混凝土梁鋼筋、直至第一排混凝土梁鋼筋，再依次焊接上翼緣板的第N排混凝土梁鋼筋、N-1排混凝土梁鋼筋、直至第一排混凝土梁鋼筋，檢查主筋焊接合格后再綁扎箍筋；

S43：為防止出現(xiàn)素混凝土過厚開裂，在變標(biāo)高處鋼牛腿底部沿梁縱向設(shè)Ф4@150加強鋼筋，同梁箍筋一起組成鋼筋網(wǎng)；

S44：焊接采用CO2氣體保護焊，焊縫形式為雙面焊8d，d為鋼筋直徑；

S5：混凝土澆筑與養(yǎng)護

S51：混凝土澆筑時從梁的一側(cè)先澆筑，將混凝土從梁一側(cè)的鋼牛腿底部壓至梁的另一側(cè)，以免牛腿底面出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象；

S52：邊澆筑邊振搗，采用插入式振動棒進行振搗，垂直插入，快插慢拔，每次振搗時間為20-30s，在鋼筋密集的地方使用鐵釬配合搗實；

S53：混凝土強度達到要求拆模后立即纏繞薄膜或者涂膜進行養(yǎng)護。

由于采用上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明之一種鋼管混凝土柱變截面折線形鋼牛腿及其連接施工方法具有以下有益效果：

1．質(zhì)量得到保證：本裝置使梁柱節(jié)點鋼筋錨固質(zhì)量和混凝土澆筑密實度均得到有效控制，保證了梁柱節(jié)點施工質(zhì)量，提高了結(jié)構(gòu)的安全性；

（1）RC梁—鋼管混凝土柱組合結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點梁鋼筋錨固質(zhì)量顯著提高，通過本設(shè)計，充分保證了梁筋焊接的操作空間，焊縫尺寸達到要求，焊接質(zhì)量得到有效控制，保證所有梁鋼筋得到有效地錨固，徹底解決梁鋼筋重疊時部分鋼筋無法進行焊接錨固的問題；

（2）通過改變鋼牛腿截面大小，解決梁柱節(jié)點處混凝土粗骨料難以下落、難以振搗，易得蜂窩空洞等質(zhì)量通病，通過折線形鋼牛腿的設(shè)計，保證振動棒有足夠放置空間，加強節(jié)點混凝土振搗，保證混凝土澆筑質(zhì)量；在鋼管免開孔狀態(tài)下，可實現(xiàn)多層梁縱筋有效而簡便地焊接至鋼牛腿上；

2．環(huán)保經(jīng)濟：在同等施工環(huán)境下，鋼牛腿可預(yù)先在工廠制作，可按照計算要求進行加工，與現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)化相結(jié)合，達到節(jié)約材料的目的，綠色施工；同時施工效率提高，整體工期更短，減少現(xiàn)場工程20%～30%的工作量；

3．新技術(shù)-BIM技術(shù)應(yīng)用：使用計算機二維、三維技術(shù)輔助設(shè)計深化，預(yù)先計算鋼牛腿預(yù)拼裝、鋼筋預(yù)排列、焊接，將問題直觀、全面地展現(xiàn)出來，在施工之前解決問題，大大降低了施工難度和施工可能出現(xiàn)的錯誤，安裝精度高、施工過程質(zhì)量可控、安全；

4．可使用范圍廣，鋼管混凝土柱變截面折線形牛腿鋼筋連接施工技術(shù)比常規(guī)梁柱節(jié)點安裝方法的實用性、適應(yīng)性更強，適合各種類型的（RC梁）—鋼管混凝土柱組合結(jié)構(gòu)節(jié)點施工。

下面，結(jié)合附圖對本發(fā)明之一種一種鋼管混凝土柱變截面折線形鋼牛腿及其連接施工方法的技術(shù)特征作進一步的說明。

附圖說明

圖1：本發(fā)明之一種鋼管混凝土柱變截面折線形鋼牛腿骨架大樣示意圖；

圖2：圖1之B－B剖視圖；

圖3：圖1之C－C剖視圖；

圖4：圖1之A－A剖視圖；

圖5：本發(fā)明之之一種鋼管混凝土柱變截面折線形牛腿梁鋼筋連接平面圖（2排鋼筋）；

圖6：本發(fā)明之之一種鋼管混凝土柱變截面折線形牛腿梁鋼筋連接平面圖（3排鋼筋）；

圖中：

1－鋼管柱，2－上翼緣板，21－第一段，22－過渡段，23－第二段，24－透氣孔，3－腹板，4－下翼緣板，5－抗剪栓釘，6－加強鋼筋，7－環(huán)板，8－鋼筋混凝土梁，9－第一排鋼筋，10－第二排鋼筋，11－第三排鋼筋。

具體實施方式

實施例一

一種鋼管混凝土柱變截面折線形鋼牛腿，包括上翼緣板2和下翼緣板4，以及垂直連接在上翼緣板與下翼緣板之間的腹板3，腹板位于上翼緣板和下翼緣板長度方向的中線上；

所述上翼緣板和下翼緣板結(jié)構(gòu)相同、包括2段翼緣板1段過渡段，兩段翼緣板之間通過傾斜的過渡段連接，從而構(gòu)成折線形的兩層結(jié)構(gòu)：第一段即第一層通過過渡段與第二段即第二層連接；第二層翼緣板的標(biāo)高比第一層低，寬度比第一層小，兩層翼緣板之間的高度差為2d，連接在上翼緣板與下翼緣板之間的腹板的上邊形狀與上翼緣板的折線形對應(yīng)，腹板的下邊形狀與下翼緣板的折線形對應(yīng)；上述d為擬焊接的鋼筋的直徑。

本實施例中，第一段翼緣板長450mm，其外邊緣距離梁邊55mm；用于焊接第一排梁鋼筋；第一過渡段長180mm；第二段截面變小至距離梁邊200mm。

所述上翼緣板底面、下翼緣板上面以及腹板的左右兩側(cè)面分別設(shè)置抗剪栓釘, 抗剪栓釘?shù)囊?guī)格為Ф19@200、雙向，長度L=100mm。

所述上翼緣板以及下翼緣板沿長度方向分別設(shè)有2排透氣孔，透氣孔孔徑為25mm，透氣孔孔洞之間的間隔為150～200mm。

實施例二

一種鋼管混凝土柱變截面折線形鋼牛腿，包括上翼緣板2和下翼緣板4，以及垂直連接在上翼緣板與下翼緣板之間的腹板3，腹板位于上翼緣板和下翼緣板長度方向的中線上；

所述上翼緣板和下翼緣板結(jié)構(gòu)相同、包括3段翼緣板和2段過渡段，相鄰兩段翼緣板之間通過傾斜的過渡段連接，從而構(gòu)成折線形的三層結(jié)構(gòu)：第一段即第一層通過過渡段與第二段即第二層連接，第二段即第二層通過過渡段與第三段即第三層連接；

所述上翼緣板底面、下翼緣板上面以及腹板的左右兩側(cè)面分別設(shè)置抗剪栓釘, 抗剪栓釘?shù)囊?guī)格為Ф19@200、雙向，長度L=100mm。

所述上翼緣板以及下翼緣板沿長度方向分別設(shè)有2排透氣孔，透氣孔孔徑為25mm，透氣孔孔洞之間的間隔為150～200mm。

實施例三

一種鋼管混凝土柱變截面折線形鋼牛腿的連接施工方法，該方法是利用實施例一所述的一種鋼管混凝土柱變截面折線形鋼牛腿連接鋼管混凝土柱與混凝土梁的施工方法，包括下述步驟：

S1：變截面折線形鋼牛腿深化設(shè)計

根據(jù)梁縱筋圖紙，利用AutoCAD、探索者TSSD、TeklaStructures和Revit軟件二維、三維相結(jié)合對設(shè)計圖紙按照1:1放樣、建模；對鋼筋進行優(yōu)化排布，設(shè)置相應(yīng)的變截面折線形鋼牛腿，鋼牛腿尺寸：

S11：根據(jù)鋼筋排數(shù)N決定上翼緣板和下翼緣板彎折次數(shù)以及過渡段的放坡坡度

鋼筋排數(shù)為N，則上翼緣板和下翼緣板彎折次數(shù)為N-1，如N為2，則折次數(shù)為1，如如N為3，則折次數(shù)為2；

過渡段的放坡坡度為2d/180=2×28/180=0.31=31%；

S12：設(shè)計每一段、即每一層上翼緣板和下翼緣板的長度和寬度

長度控制原則：每層的翼緣板的長度大于梁鋼筋的搭接長度：當(dāng)連接的梁鋼筋為HPB300鋼筋時，每層翼緣板長度為L>4d，當(dāng)連接的梁鋼筋為其他牌號鋼筋時，每層翼緣板長度L>5d；

寬度控制原則：翼緣板的寬度小于鋼筋混凝土梁的寬度并逐層減??；翼緣板外邊緣距離梁邊的距離以保證混凝土粗骨料下落空間、振動棒放置空間以及梁筋的保護層厚度為原則；上述d為連接的梁鋼筋直徑；

S2：變截面折線形鋼牛腿加工制作

在加工廠分段制作鋼牛腿：

S21：用于焊接第一排混凝土梁鋼筋的第一段上翼緣板和下翼緣板以及連接在該段上翼緣板與下翼緣板之間的腹板隨鋼管柱一起加工制作，從而構(gòu)成連接在鋼管柱環(huán)板7上的第一個工字形鋼牛腿段；

S22：用于焊接第二排混凝土梁鋼筋的第二段上翼緣板和下翼緣板前端分別連接在上/下第一過渡段后端，同時焊接上/下翼緣板、上/下第一過渡段之間的腹板，從而構(gòu)成待連接的第二個工字形鋼牛腿段；

S23：如N為3時，在第二段上/下翼緣板后端通過上/下第二過渡段分別連接用于焊接第三排混凝土梁鋼筋的第三段上/下翼緣板，同時焊接上/下第二過渡段、第三段上/下翼緣板之間的腹板；

S24：在鋼牛腿上/下翼緣板和上/下過渡段上沿長度方向等距離開設(shè)兩排透氣孔，透氣孔孔徑為25mm，透氣孔孔洞之間的間隔為150～200mm；

S3：鋼管柱、鋼牛腿現(xiàn)場安裝焊接

S31：將已加工制作好的鋼牛腿運至施工現(xiàn)場，第一個工字形鋼牛腿段隨鋼柱在施工現(xiàn)場一起安裝到位；

S32：利用一塊20mm厚200mm寬鋼板作為定位組裝板，采用雙排8Φ22.0螺栓將第二個工字形鋼牛腿段的腹板與第一個工字形鋼牛腿段的腹板臨時連接固定，檢查校核牛腿標(biāo)高，再采用V形全熔透焊依次將第一個工字形鋼牛腿段的上翼緣板與第二個工字形鋼牛腿段的上翼緣板焊接，然后將第一個工字形鋼牛腿段的下翼緣板與第二個工字形鋼牛腿段的下翼緣板焊接；最后卸下定位組裝板，將第一個工字形鋼牛腿段的腹板與第二個工字形鋼牛腿段的腹板焊接；

S33：在上翼緣板底面、下翼緣板上面以及腹板的左右兩側(cè)面分別焊接抗剪栓釘；抗剪栓釘?shù)囊?guī)格為Ф19@200，長度L=100mm；

S4：模擬試驗、鋼筋焊接、綁扎

S41：模擬鋼筋焊接于鋼板上的施焊工況，制作工藝性試驗的試件，進行拉伸試驗，試驗合格后，進行下一步焊接工作；

S42：嚴(yán)格按照深化后的施工圖紙有序進行鋼筋焊接作業(yè)，從最底層開始逐層焊接，先依次焊接下翼緣板的N排混凝土梁鋼筋、N-1排混凝土梁鋼筋、直至第一排混凝土梁鋼筋，再依次焊接上翼緣板的第N排混凝土梁鋼筋、N-1排混凝土梁鋼筋、直至第一排混凝土梁鋼筋，檢查主筋焊接合格后再綁扎箍筋；

S43：為防止出現(xiàn)素混凝土過厚開裂，在變標(biāo)高處鋼牛腿底部沿梁縱向設(shè)Ф4@150加強鋼筋6，同梁箍筋一起組成鋼筋網(wǎng)；

S44：焊接采用CO2氣體保護焊，焊縫形式為雙面焊8d，d為鋼筋直徑；

S5：混凝土澆筑與養(yǎng)護

上述實施例三中：

1．在進行步驟S23時，如N為3時，則在第二段上/下翼緣板后端通過上/下第二過渡段分別連接用于焊接第三排混凝土梁鋼筋的第三段上/下翼緣板，同時焊接上/下第二過渡段、第三段上/下翼緣板之間的腹板。

2．在進行步驟S5時：按常規(guī)的工藝對鋼管混凝土柱與混凝土梁進行澆筑與養(yǎng)護，包括：

S51：混凝土澆筑時從梁的一側(cè)先澆筑，將混凝土從梁一側(cè)的鋼牛腿底部壓至梁的另一側(cè)，以免牛腿底面出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象；

S52：邊澆筑邊振搗，采用插入式振動棒進行振搗，垂直插入，快插慢拔，每次振搗時間為20-30s，在鋼筋密集的地方使用鐵釬配合搗實；

S53：混凝土強度達到要求拆模后立即纏繞薄膜或者涂膜進行養(yǎng)護。

3．關(guān)于翼緣板的長度：一般每層的翼緣板的長度大于鋼筋的搭接長度即可，但考慮到因焊工水平等外界因素影響鋼筋焊接長度不足，為保證節(jié)點連接的有效性，每層的翼緣板可設(shè)置長一些，可為6～8d，理論上總長度為每層焊接長度加彎折長度的總和，但是考慮到如果梁的剛度在鋼筋焊接點位置突變，該處應(yīng)力分布會非常復(fù)雜，有質(zhì)量和安全隱患，所以將牛腿設(shè)置得更加長，超出鋼筋焊接位置，牛腿長度一般大于1.5倍梁高。