本發(fā)明專利屬于建筑工程領(lǐng)域,具體涉及一種預(yù)制異形中柱、裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)及其施工方法。
背景技術(shù):
cn103850350a公開(kāi)了一種預(yù)制裝配整體式異形柱結(jié)構(gòu)及其拼接施工方法,該結(jié)構(gòu)包括預(yù)制上柱、預(yù)制下柱和預(yù)制疊合梁;所述預(yù)制上柱、預(yù)制下柱預(yù)埋有槽鋼,槽鋼上有預(yù)留的螺栓孔,相鄰的預(yù)制上柱和預(yù)制下柱通過(guò)槽鋼用螺栓連接在一起,形成一種留有現(xiàn)澆區(qū)的上下貫通的異形柱,現(xiàn)澆區(qū)部分設(shè)有加密箍筋;所述預(yù)制疊合梁通過(guò)梁的縱筋錨固在異形柱中;相鄰兩個(gè)所述預(yù)制上柱、預(yù)制下柱的現(xiàn)澆區(qū)以及預(yù)制疊合梁的未澆混凝土部分,填充有現(xiàn)澆混凝土,形成一個(gè)梁柱結(jié)合的整體。然而,該文獻(xiàn)提出的方法僅適用于常規(guī)的預(yù)制異形柱-梁結(jié)構(gòu),對(duì)于適用于大跨度的預(yù)應(yīng)力梁柱結(jié)構(gòu)則不適用。
cn103669567a公開(kāi)了一種新型震后修復(fù)鋼異形柱-預(yù)應(yīng)力偏心支撐架,其鋼異形柱與鋼絞線配合使用,然而該文獻(xiàn)沒(méi)有混凝土異形柱中如何施加預(yù)應(yīng)力。
裝配式建筑的發(fā)展過(guò)程中,異形柱的使用越來(lái)越頻繁;然而現(xiàn)有技術(shù)中還未有預(yù)應(yīng)力異形柱—梁的連接結(jié)構(gòu)的相關(guān)技術(shù)報(bào)道。然而現(xiàn)實(shí)的需求越來(lái)越強(qiáng)烈。這一技術(shù)需要解決以下幾個(gè)技術(shù)難題:1)異形柱不同于規(guī)則形柱,其軸壓比限制更低,異形柱的破壞主要以分肢部的;2)異形柱的預(yù)應(yīng)力錨具設(shè)置在何處;3)異形柱-梁節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如何實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱構(gòu)件”;4)當(dāng)節(jié)點(diǎn)采用現(xiàn)澆時(shí),上柱、下柱、梁三者如何固定。本申請(qǐng)重點(diǎn)對(duì)異性中柱的相關(guān)技術(shù)方案進(jìn)行闡述,對(duì)于異性邊柱的內(nèi)容另案申請(qǐng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種預(yù)制異形中柱、裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)及其施工方法,以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。
本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種預(yù)制混凝土異形中柱,其特征在于,柱(1)的形狀為“+”字形,其核心區(qū)域以及4個(gè)肢部均設(shè)置矩形鋼管(1-1),核心區(qū)域的矩形鋼管(1-1)與每個(gè)肢部的矩形鋼管(1-1)之間連接有連接構(gòu)件(1-2);所述連接構(gòu)件(1-2)沿矩形鋼管豎向設(shè)置多個(gè)對(duì)稱的x型單元。
進(jìn)一步,所述x型單元的組成構(gòu)件與水平平面呈30-45°夾角,所述x型單元所在平面與豎直平面垂直設(shè)置。
所述異形中柱內(nèi)部設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼絞線;所述矩形鋼管(1-1)的內(nèi)側(cè)和外側(cè)周圈上沿鋼管長(zhǎng)度方向間隔布置設(shè)置有
一種預(yù)制裝配式混凝土梁柱節(jié)點(diǎn),該節(jié)點(diǎn)用于連接預(yù)制下柱、預(yù)制上柱、預(yù)制梁;所述下柱、上柱采用前述的異形中柱;
其特征在于,所述上柱的矩形鋼管(1-1)突出于上柱的上端,下柱的矩形鋼管(1-1)突出于下柱下端;
梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域采用鋼結(jié)構(gòu)連接,所述鋼結(jié)構(gòu)為在上柱和下柱的對(duì)應(yīng)的各個(gè)矩形鋼管(1-1)均布置的鋼管連接件(3),所述鋼管連接件(3)套設(shè)于上柱下端突出的矩形鋼管(1-1)和下柱上端突出的矩形鋼管(1-1)外部,上柱、下柱、以及所述預(yù)制梁(2)三者共同通過(guò)鋼管連接件(3)連接;
所述的鋼管連接件(3)為長(zhǎng)方體,上下兩面開(kāi)口,內(nèi)部設(shè)置兩層鋼板(3-1,3-2),其中,上層鋼板(3-1)作為上柱預(yù)應(yīng)力鋼絞線(1-4)的下側(cè)錨固端,下層鋼板(3-2)作為下柱預(yù)應(yīng)力鋼絞線(1-4)的上側(cè)錨固端;
所述預(yù)制梁(2)中埋設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼絞線,所述梁中的預(yù)應(yīng)力鋼絞線穿過(guò)鋼管連接件內(nèi)設(shè)置的水平穿設(shè)鋼管,或者錨固在分肢部的鋼管連接件的面向核心區(qū)域的那側(cè)。
進(jìn)一步,所述的矩形鋼管對(duì)應(yīng)的各個(gè)鋼管連接件(3)通過(guò)連接鋼板(3-5)連接在一起,所述連接鋼板(3-5)設(shè)置在鋼管連接件的下側(cè)且設(shè)置螺栓孔,與其對(duì)應(yīng)的下柱也預(yù)埋螺栓,通過(guò)螺栓組件與連接鋼板固定;
進(jìn)一步,異形中柱雙向連接有預(yù)制梁,分別記為r向、t向,若r向/t向兩側(cè)的預(yù)制梁中的預(yù)應(yīng)力鋼絞線的錨固長(zhǎng)度連接在一起的長(zhǎng)度超過(guò)18米,將r向/t向預(yù)制梁的預(yù)應(yīng)力鋼絞線分別固定在鋼管連接件上,固定在預(yù)制梁所對(duì)應(yīng)的插槽的鋼管連接件上;若r向/t向兩側(cè)的預(yù)制梁中的預(yù)應(yīng)力鋼絞線的錨固長(zhǎng)度連接在一起的長(zhǎng)度在18米以內(nèi),在r向/t向的三個(gè)鋼管連接件上設(shè)置水平穿設(shè)鋼管(3-4),以便預(yù)應(yīng)力鋼絞線通過(guò);
進(jìn)一步,在鋼管連接件中設(shè)置鋼管(3-4),其作為預(yù)制梁(2)鋼絞線在節(jié)點(diǎn)區(qū)域內(nèi)穿設(shè)的通道。
進(jìn)一步,上柱的矩形鋼管(1-1)的上側(cè)、下柱的矩形鋼板的下側(cè)均埋設(shè)鋼板(1-3),矩形鋼管(1-1)表面的鋼板(1-4)與鋼管連接件(3)的下層鋼板(3-2)之間通過(guò)螺栓組件(1-5)連接,其中,螺栓預(yù)埋在下柱中。
進(jìn)一步,鋼管連接件與預(yù)制梁的一端設(shè)置插槽。
進(jìn)一步,異形中柱-梁節(jié)點(diǎn)連接區(qū)域采用鋼管連接件和混凝土,在鋼管連接件的上、下鋼板之間,以及各個(gè)鋼管連接件之間填充混凝土。
一種預(yù)制裝配式混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的施工方法,其特征在于,施工步驟為:
第一,制作前述的預(yù)制異形中柱的上柱和下柱、預(yù)制梁(2);
第二,吊裝下柱,下柱定位施工完成后,然后安裝鋼管連接件(3):在下柱的突出的矩形鋼管(1-1)上套設(shè)鋼管連接件(3),然后采用螺栓連接組件(1-5)將下柱的鋼板(1-4)與鋼管連接件的下層鋼板(3-2)連接起來(lái);
第三,對(duì)下柱的預(yù)應(yīng)力鋼絞線(1-4)施加預(yù)應(yīng)力,施工時(shí)采用單側(cè)預(yù)拉的方式即對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的上端施加預(yù)應(yīng)力,將其錨固在所述下層鋼板(3-2)上端;
第四,根據(jù)鋼管連接件(3)的類型,將預(yù)制梁的預(yù)應(yīng)力鋼絞線也采用單側(cè)預(yù)拉的方式即將梁的預(yù)應(yīng)力鋼絞線的一側(cè)錨固在下柱分肢部區(qū)域的矩形鋼管所對(duì)應(yīng)的鋼管連接件(3)的內(nèi)側(cè),或者將鋼預(yù)應(yīng)力鋼絞線通過(guò)水平穿設(shè)鋼管(3-4);
第五,安裝上柱,將上柱的預(yù)應(yīng)力鋼絞線固定在鋼管連接件的上層鋼板(3-1)端
進(jìn)一步,在第五步之后還包括:第六,在下柱的預(yù)應(yīng)力鋼絞線的一端固定在鋼管連接件的上層鋼板(3-1)上,然后在鋼管連接件的內(nèi)部與周邊澆筑混凝土。
采用上述技術(shù)方案,與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果為:
第一,在異形柱中的分肢與核心部分埋設(shè)鋼管,通過(guò)鋼管之間的連接x型構(gòu)件來(lái)提高異形柱的抗剪承載力,通過(guò)分析x型構(gòu)件的力學(xué)模型給出了合適的偏轉(zhuǎn)角度;同時(shí),柱中埋設(shè)矩形鋼管而非圓鋼管,一是圓鋼管不便于與x型構(gòu)件連接,二是采用圓鋼管時(shí)相應(yīng)的鋼管連接件也是圓形的,但是圓形不便于和預(yù)制梁連接,預(yù)制梁的梁端設(shè)置成圓弧形要求模具的精度更高,配筋更復(fù)雜,同時(shí)相應(yīng)的力學(xué)效果并沒(méi)有提高;
第二,混凝土中柱-梁節(jié)點(diǎn),采用鋼結(jié)構(gòu)來(lái)連接柱-梁,能夠極大的提高工業(yè)建筑的節(jié)點(diǎn)的施工效率;
第三,上柱和下柱通過(guò)預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨固在鋼管連接件上,提高柱體的自復(fù)位能力,在地震作用下,由于預(yù)應(yīng)力鋼絞線的作用,能夠自復(fù)位;
第四,矩形鋼管的各個(gè)鋼管連接件通過(guò)水平穿設(shè)鋼管以及水平鋼板連接形成一個(gè)剛度較大整體;本發(fā)明根據(jù)柱子兩端梁的錨固距離,設(shè)置了兩種方式:一是設(shè)置通長(zhǎng)的鋼管,便于鋼絞線穿設(shè)、二是將鋼絞線錨固在分肢部的鋼管連接件上,其原因是核心部的鋼管連接件豎向力受力最大,錨固鋼絞線不利于其穩(wěn)定,設(shè)置在分肢部相對(duì)而言較好;
第五,節(jié)點(diǎn)區(qū)域還設(shè)置有混凝土,即裝配式預(yù)制異形中柱采用現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn),用于民工建筑時(shí)能夠加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的抗震承載力,相當(dāng)于節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)設(shè)置型鋼連接件;
第六,本發(fā)明的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)僅僅適用于高度小于18m的柱。
附圖說(shuō)明:
圖1:十字型異形柱的平面設(shè)計(jì)圖。
圖2:矩形鋼管的豎向連接圖。
圖3:矩形鋼管的平面細(xì)節(jié)圖。
圖4:鋼管連接件設(shè)置水平穿設(shè)鋼管。
圖5:鋼管連接件中設(shè)置鋼絞線固定器。
圖6:鋼管連接件的三維示意圖。
圖7:鋼管連接件與下柱的連接細(xì)節(jié)圖。
圖8:實(shí)施例三對(duì)應(yīng)的t型異形柱對(duì)應(yīng)的整體式鋼管連接件平面圖。
圖9:實(shí)施例四對(duì)應(yīng)的鋼管連接件示意圖。
圖10:實(shí)施例一的兩個(gè)對(duì)比例的力學(xué)分析簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:如圖1-6所示,一種異形柱,其形狀為“+”字形,其核心區(qū)域以及肢部?jī)?nèi)設(shè)置矩形鋼管(1-1),相鄰的矩形鋼管(1-1)之間連接有連接構(gòu)件(1-2);連接構(gòu)件采用對(duì)稱的x型單元,其中的構(gòu)件與水平平面呈30-45°夾角,連接構(gòu)件采用波形鋼板或者綴條,所述x型單元所在平面與豎直平面垂直設(shè)置;下面對(duì)于異形中柱連接構(gòu)件1-2布置方式能夠提高抗剪承載力的力學(xué)原理進(jìn)行說(shuō)明:
(1)以圖10a為對(duì)比例,當(dāng)連接構(gòu)件采用豎向的鋼板,即鋼板所在的平面與矩形鋼管所在的豎向平面平行,此時(shí),抗剪承載力fa=t×l×fy,其中:t表示板厚,l表示按照假定的剪切力方向上鋼板的剪切長(zhǎng)度,鋼板的fy表示鋼板的屈服強(qiáng)度;其中,l=b/cosα;其中,b表示兩相鄰矩形鋼管的內(nèi)側(cè)垂直距離,α表示假定的剪切方向與水平面夾角;
以圖10b為例,采用本發(fā)明的方案,此時(shí)的一塊鋼板的抗剪承載力fb=t1×s×fy,其中t1表示在沿著假定的剪切方向的剪切長(zhǎng)度,其大小為:t1=t/cos(90°-α-β)其最小值為t,β為本發(fā)明的鋼板與水平面夾角;s表示鋼板的寬度,為方便對(duì)比,可認(rèn)為其與矩形鋼管的寬度.
本發(fā)明的方案,在剪切方向上,會(huì)遇到若干塊,具體遇到的塊數(shù),與鋼板的間距和布置方式有關(guān)系;
為了方便計(jì)算對(duì)比,,本發(fā)明的方案僅僅有一塊鋼板抗剪,計(jì)算結(jié)果如下:
fa/fb=bsin(α+β)/(s×cosα)
由此可知,兩種方案主要區(qū)別在于:b、s的區(qū)別,從公式中定性分析,若矩形鋼管本身的寬度越大,且矩形鋼管距離越近時(shí),采用本發(fā)明的方案越有利。
從fb的計(jì)算公式來(lái)看,當(dāng)β取值為0°時(shí),其值最大;即鋼板水平設(shè)置時(shí),抗剪承載力最大。
但是,在矩形鋼管長(zhǎng)度方向上不可能通長(zhǎng)設(shè)置水平鋼板,但是采用斜向鋼板的話,需要考慮如何提高鋼板的抗剪承載力。
本發(fā)明中圖2給出的x型單元抗剪,x型單元由兩對(duì)稱的構(gòu)件構(gòu)成。其所對(duì)應(yīng)的抗剪承載力公式如下:
fb=[t/|sin(α+β)|+t/|sin(α-β)|]×s×fy;
由上述計(jì)算公式可知,當(dāng)β與α的角度越接近,抗剪承載力越大。
工程實(shí)踐中,異形柱的剪切裂縫α一般在30°-45°之間;x型單元構(gòu)件與水平面的角度優(yōu)選也為30°-45°。
一種預(yù)制梁柱節(jié)點(diǎn),該節(jié)點(diǎn)應(yīng)用于中柱-梁的連接;包括預(yù)制梁(2)、預(yù)制柱(1),梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域采用鋼結(jié)構(gòu)連接;
其中,預(yù)制柱(1)采用上述異形柱,在異形柱的4個(gè)肢部對(duì)應(yīng)有所述預(yù)制梁(2),預(yù)制柱(1)的核心區(qū)域以及肢部均設(shè)置矩形鋼管(1-1);矩形鋼管(1-1)中澆筑有混凝土;所述的矩形鋼管(1-1)突出于在預(yù)制柱的上端和下端;
如圖3所示,所述矩形鋼管的內(nèi)側(cè)和外側(cè)周圈上沿鋼管長(zhǎng)度方向間隔布置設(shè)置有
節(jié)點(diǎn)連接處的預(yù)制柱(1)包括上柱和下柱,在上柱和下柱的對(duì)應(yīng)的各個(gè)矩形鋼管(1-1)均布置有鋼管連接件(3),鋼管連接件(3)套設(shè)于上柱下端突出的矩形鋼管(1-1)和下柱上端突出的矩形鋼管(1-1)外部,上柱、下柱、以及所述預(yù)制梁(2)三者共同通過(guò)鋼管連接件(3)連接;
如圖4-6所示,鋼管連接件(3)為長(zhǎng)方體,上下兩面開(kāi)口,內(nèi)部設(shè)置兩層鋼板(3-1,3-2),其中,上層鋼板(3-1)作為上柱預(yù)應(yīng)力鋼絞線(1-4)的下側(cè)錨固端,下層鋼板(3-2)作為下柱預(yù)應(yīng)力鋼絞線(1-4)的上側(cè)錨固端;所述上柱的矩形鋼管(1-1)突出的部分與所述上層鋼板(3-1)、所述下柱的矩形鋼管(1-1)突出的部分與所述下層鋼板(3-2)均正好吻合;
預(yù)制柱(1)通過(guò)預(yù)應(yīng)力鋼絞線(1-4)提高柱體的自復(fù)位能力,在地震作用下,由于預(yù)應(yīng)力鋼絞線的作用,能夠自復(fù)位;
實(shí)施例二,與實(shí)施例一不同之處在于,如圖7-8所示,在預(yù)制柱(1)的矩形鋼管(1-1)的兩側(cè)埋設(shè)鋼板(1-3),矩形鋼管(1-1)表面的鋼板(1-4)與鋼管連接件(3)的下層鋼板(3-2)之間通過(guò)螺栓組件(1-5)連接,其中,螺栓預(yù)埋在下柱中。鋼管連接件(3)不同于實(shí)施例的分離式做法,本實(shí)施例中將異形中柱的矩形鋼管對(duì)應(yīng)的鋼管連接件(3)通過(guò)連接鋼板(3-5)與水平穿設(shè)鋼管(3-4)連接在一起;優(yōu)選的,連接鋼板(3-5)設(shè)置在鋼管連接件的下側(cè)且設(shè)置螺栓孔,與其對(duì)應(yīng)的下柱也預(yù)埋螺栓,通過(guò)螺栓組件與連接鋼板固定;而鋼管(3-4)作為預(yù)制梁(2)鋼絞線在節(jié)點(diǎn)區(qū)域內(nèi)穿設(shè)的通道;雙向的水平穿設(shè)鋼管(3-4)處于不同的高度上。
該節(jié)點(diǎn)的施工步驟如下:
第一,制作預(yù)制異形中柱的上柱和下柱、預(yù)制梁(2);
第二,吊裝下柱,下柱定位施工完成后;再安裝鋼管連接件(3),在下柱的突出的矩形鋼管(1-1)上套設(shè)鋼管連接件(3),然后采用螺栓連接組件(1-5)將下柱的鋼板(1-4)與鋼管連接件的下層鋼板(3-2)連接起來(lái);
第三,對(duì)下柱的預(yù)應(yīng)力鋼絞線(1-4)施加預(yù)應(yīng)力,施工時(shí)采用單側(cè)預(yù)拉的方式即對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的上端施加預(yù)應(yīng)力,將其錨固在所述下層鋼板(3-2)上端;
第四,根據(jù)鋼管連接件(3)的類型,將預(yù)制梁的預(yù)應(yīng)力鋼絞線也采用單側(cè)預(yù)拉的方式即將梁的預(yù)應(yīng)力鋼絞線的一側(cè)錨固在下柱分肢部區(qū)域的矩形鋼管所對(duì)應(yīng)的鋼管連接件(3)的內(nèi)側(cè);或者將鋼預(yù)應(yīng)力鋼絞線通過(guò)水平穿設(shè)鋼管(3-4);
第五,安裝上柱,將上柱的預(yù)應(yīng)力鋼絞線固定在鋼管連接件的上層鋼板(3-1)端。
實(shí)施例三,如圖9所示,與實(shí)施例二一樣,鋼管連接件采用整體式,不同之處在于鋼管連接件上還設(shè)置與水平鋼板(3-6),所述水平鋼板(3-6)設(shè)置在下柱的分肢部矩形鋼管對(duì)應(yīng)的鋼管連接件的外部,且與下柱的上表面無(wú)間隙;施工時(shí),將預(yù)制梁(2)放置于所述水平鋼板(3-6)上,預(yù)制梁的端部抵在鋼管連接件的豎向鋼板上。
實(shí)施例四,如實(shí)施例三不同之處在于,所述在鋼管連接件的上、下兩端均設(shè)置水平鋼板,與預(yù)制梁(2)的連接區(qū)域形成
實(shí)施例五:結(jié)合圖8,異形中柱雙向均連接有預(yù)制梁時(shí),分別記為r向、t向,當(dāng)r向兩側(cè)的預(yù)制梁中的預(yù)應(yīng)力鋼絞線的錨固長(zhǎng)度連接在一起的長(zhǎng)度超過(guò)18米,則將r向預(yù)制梁的預(yù)應(yīng)力鋼絞線分別固定在鋼管連接件上,優(yōu)選的,固定在預(yù)制梁所對(duì)應(yīng)的插槽的鋼管連接件上;當(dāng)r向兩側(cè)的預(yù)制梁中的預(yù)應(yīng)力鋼絞線的錨固長(zhǎng)度連接在一起的長(zhǎng)度在18米以內(nèi),則在r向的三個(gè)鋼管連接件上設(shè)置水平穿設(shè)鋼管(3-4),以便預(yù)應(yīng)力鋼絞線通過(guò);t向的鋼管連接件的連接手段同理,與t向的設(shè)計(jì)相同。
實(shí)施例一、二、三、四、五主要適用于工業(yè)建筑,工業(yè)建筑對(duì)于建筑施工效率的要求較高,采用實(shí)施例一、二、三、四、五的預(yù)制異形中柱-鋼管連接件-預(yù)制梁的理念,能夠在滿足建筑抗震等級(jí)的情況下,最大效率的提高施工速度;并且,異形中柱和預(yù)制梁采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),具有自復(fù)位效果。
實(shí)施例六,與實(shí)施例一、二、三、四、五的不同,異形中柱-梁節(jié)點(diǎn)連接區(qū)域采用:鋼管連接件和混凝土,鋼管連接件的四周設(shè)置開(kāi)口(3-3),以便于上下層鋼板之間填充振搗混凝土;施工時(shí),在下柱的預(yù)應(yīng)力鋼絞線的一端固定在鋼管連接件的上層鋼板(3-1)上,然后在鋼管連接件的內(nèi)部與周邊澆筑混凝土。實(shí)施例六的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)可用于民用建筑,實(shí)施例六的設(shè)計(jì)相當(dāng)于:在梁柱連接節(jié)點(diǎn)區(qū)域也采用混凝土+型鋼的方式來(lái)加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
以上已詳細(xì)描述了本方面的較佳實(shí)施例,但應(yīng)理解到,在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容后,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改。這些等價(jià)形式同樣落入本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書的保護(hù)范圍中。