CN102828577A - 钢管柱柱脚刚性连接结构及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢管柱柱脚刚性连接结构及其安装方法，用以实现钢管柱和混凝土基础的刚性连接。其包括上封钢板、竖向钢板架、柱脚底板钢板、柱脚外包钢管、位于混凝土基础上的预埋锚栓和预埋钢板，上封钢板位于钢管柱内密封钢管柱，竖向钢板架的一端与钢管柱内壁和上封钢板固定相连，另一端与柱脚底板钢板固定相连，柱脚底板钢板通过预埋锚栓与混凝土基础相连；柱脚外包钢管由包裹在竖向钢板架外围的钢板围成，柱脚外包钢管与钢管柱、上封钢板、预埋钢板形成一灌浆腔，灌浆腔内充满灌浆料。本发明采用的钢管柱柱脚刚性连接结构及其安装方法，既方便现场施工，又能够加强柱脚的刚度，减少用钢量，减小钢管柱柱脚的体积，使柱脚外观保持简洁美观。

Description

钢管柱柱脚刚性连接结构及其安装方法

技术领域

本发明是土木工程所涉及的钢结构工程技术领域，特别是涉及一种钢管柱柱脚刚性连接结构及其安装方法。

背景技术

钢柱柱脚是钢柱与混凝土基础的连接构件，通常由柱脚底板、锚栓、加劲肋等组成，其作用在于传递支承反力并约束柱底位移。钢柱铰接柱脚仅承受轴向力和水平剪力，柱下端允许转动；钢柱刚性固定柱脚不仅承受轴向力和水平剪力，还承受柱端弯矩，柱下端刚性固定不允许转动。钢柱刚性固定柱脚整体埋入混凝土基础内的，称为埋入式柱脚；不能埋入的，则称为露出式刚性固定柱脚。对于钢管柱，露出式刚性固定柱脚的常规做法为：将柱脚底板与钢管下端焊接封闭，在钢管外部沿钢管周边径向（或纵、横向）布置竖向加劲肋群（必要时还要增设水平加劲板或锚栓支承托座），加劲肋间底板上开设锚栓孔，利用预埋在基座上的锚栓将柱脚固定。为使柱端完全嵌固，露出式刚性固定柱脚各组成构件均需要足够的刚度和强度，锚栓、加劲肋数量较多，整体尺寸较大。

中国专利ZL200420037235.X公开一种矩形钢管柱铰接柱脚节点结构，其包括钢柱，所述的钢柱为矩形钢管柱；所述的矩形钢管柱底部固接有底板，所述的底板与所述的矩形钢管柱的强轴方向垂直；所述的底板上纵向地固接有垂直于所述底板的插板，所述的矩形钢管柱下部的腹板上开有槽口，所述的插板插入所述的槽口中并与之固接；所述的底板固定在基础上。该柱脚结构中插板露出钢管，整体尺寸仍较大。

中国专利ZL200920286229.0公开一种钢管柱柱脚结构，其包括钢柱，所述的钢柱为圆形或矩形钢管柱；所述的钢管柱底部连接有竖向钢板和底板钢板，所述柱脚底板钢板与混凝土基础间采用若干锚栓固定连接。该结构传力接近于理想铰接，整体尺寸较小，外观较简洁美观。

上述专利均仅适用于铰接柱脚，而常规的露出式刚性固定柱脚不仅体量大，用钢量大，且笨重、影响立面美观。当工程上遇混凝土基础不允许埋入，而要求钢管柱脚为刚性固定，又限制设置外露加劲肋群时，则常规的露出式刚性固定柱脚将无法应用。

鉴此，实有必要设计一种新的钢管柱柱脚刚性连接结构以解决上述问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种钢管柱柱脚刚性连接结构，用于解决现有技术中钢管柱刚性固定柱脚体量大、用钢量大且影响建筑立面效果的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种钢管柱柱脚刚性连接结构，用于连接钢管柱和混凝土基础。所述钢管柱柱脚刚性连接结构包括上封钢板、竖向钢板架、柱脚底板钢板、柱脚外包钢管、位于所述混凝土基础上的预埋锚栓和预埋钢板。所述上封钢板位于钢管柱内密封所述钢管柱；所述竖向钢板架的一端与所述钢管柱内壁和所述上封钢板固定相连，另一端与所述柱脚底板钢板固定相连；所述柱脚底板钢板通过所述预埋锚栓与所述混凝土基础相连；所述柱脚外包钢管由包裹在所述竖向钢板架外围的钢板围成；所述柱脚外包钢管与所述钢管柱、上封钢板、所述预埋钢板形成一灌浆腔，所述灌浆腔内充满灌浆料。优选的，所述竖向钢板架由多块钢板自中心径向延伸构成，相邻两块钢板间的夹角为

其中N≧2。

优选的，所述竖向钢板架由多块钢板两两交叉组成。

优选的，所述柱脚外包钢管与所述钢管柱相连的一端设有通气孔，所述柱脚外包钢管与所述预埋钢板相连的一端设有灌浆口。

优选的，所述柱脚外包钢管上设有竖向或水平向的加劲肋。

优选的，所述预埋钢板下方焊接有抗剪键。

优选的，所述钢管柱的横截面呈矩形、圆形或椭圆形。

优选的，所述钢管柱与所述混凝土基础间形成的夹角为0°到180°。

本发明还提供一种上述钢管柱柱脚刚性连接结构的安装方法，具体包括以下步骤：A将所述上封钢板与所述钢管柱固定，再将竖向钢板架的一端与所述上封钢板、钢管柱固定，竖向钢板架的另一端与柱脚底板钢板固定；B在混凝土基础中的预定位置固定埋设预埋钢板和预埋锚栓后，浇注完成混凝土基础，将所述柱脚底板钢板与所述预埋锚栓临时连接；C安装与所述钢管柱相连的上部结构，根据需要调整所述钢管柱的空间位置；D调整好钢管柱的空间位置后，紧固所述预埋锚栓，再在所述竖向钢板架外层包覆所述柱脚外包钢管，将所述柱脚外包钢管与所述钢管柱、预埋钢板固定连接，所述柱脚外包钢管与所述钢管柱、预埋钢板之间形成封闭灌浆腔；E采用压力灌浆法向所述灌浆腔内灌注灌浆料，使灌浆腔内充满灌浆料，最后形成钢管柱柱脚刚性连接结构。

优选的，所述灌浆料为微膨胀砂浆、微膨胀铁屑砂浆、微膨胀细石混凝土。

如上所述，本发明的钢管柱柱脚刚性连接结构及其安装方法，具有以下有益效果：该刚性连接结构满足柱端完全嵌固的要求，无须整体埋入混凝土基础内，用钢量省；该结构通过在柱脚内灌浆，在柱脚形成刚强的组合截面，从而避免柱脚先于柱身破坏，提高结构的延性和可靠度；钢管柱在柱脚外包钢管焊接前可利用预埋锚栓临时固定，可以对空间位置进行微调，有利于适应施工误差，避免强制就位引起结构附加变形和次应力，且无须在混凝土基础中预留坑槽，方便了现场施工；该结构可以满足各种钢管柱与混凝土基础连接形式，适用范围广；同时，该结构将柱脚锚栓设在外包钢管内，从外观上看仅能看到柱脚外包钢管，从而完全保留了钢管结构外观简洁美观的优点。

附图说明

图1显示为本发明的钢管柱柱脚刚性连接结构的第一实施例结构示意图。

图2显示为所述竖向钢板架的第一实施例示意图。

图3显示为所述竖向钢板架的第二实施例示意图。

图4显示为所述竖向钢板架的第三实施例示意图。

图5显示为所述竖向钢板架的第四实施例示意图

图6显示为所述柱脚外包钢管及灌浆料的示意图。

图7显示为本发明的钢管柱柱脚刚性连接结构的第二实施例结构示意图。

图8显示为本发明的钢管柱柱脚刚性连接结构的第三实施例结构示意图。

图9显示为本发明的钢管柱柱脚刚性连接结构的第四实施例结构示意图。

元件标号说明

1            钢管柱

2            上封钢板

3            竖向钢板架

4            柱脚底板钢板

5            柱脚外包钢管

6            预埋钢板

7            预埋锚栓

8            混凝土基础

9            灌浆口

10           通气孔

11            灌浆料

12            抗剪键

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图7。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明提供一种钢管柱柱脚刚性连接结构，用于连接钢管柱1和混凝土基础8，钢管柱柱脚刚性连接结构包括上封钢板2、竖向钢板架3、柱脚底板钢板4、柱脚外包钢管5、位于混凝土基础8上的预埋锚栓7和预埋钢板6，上封钢板2位于钢管柱内密封钢管柱1，竖向钢板架3的一端与钢管柱内壁和上封钢板2固定相连，竖向钢板架3的另一端与柱脚底板钢板4固定相连，柱脚底板钢板4通过预埋锚栓7与混凝土基础8相连；柱脚外包钢管5由包裹在竖向钢板架3外围的钢板围成，柱脚外包钢管5的上端与钢管柱1连接固定，柱脚外包钢管的下端与预埋钢板6连接固定，柱脚外包钢管5与钢管柱1、上封钢板4、预埋钢板6形成一灌浆腔，灌浆腔内充满灌浆料11。本发明采用外层包覆柱脚外包钢管，内置灌浆料与竖向钢板架相结合的结构，结合相应的安装方法，方便现场施工，加强柱脚的刚度，减少用钢量，减小钢管柱柱脚的体积，使柱脚外观保持简洁美观。

如图2、图3及图4、图5所示，上述竖向钢板架3由多块钢板31自中心径向延伸构成，或两两相交构成。当竖向钢板架3由多块钢板31自中心径向延伸构成时，相邻两块钢板31间的夹角为其中N≧2。当N取2时，相邻两块钢板之间的夹角为π，即上述竖向钢板3由自中心向外延伸的两个夹角为π的钢板构成（见图2）；当N取3时，相邻两块钢板之间的夹角为

即上述竖向钢板3由自中心向外延伸的三个夹角为

的钢板31构成（见图3）；当N取4时，相邻两块钢板之间的夹角为

即竖向钢板3由自中心向外延伸的四个夹角为

的钢板31构成（见图4）。

上述竖向钢板架3上的所有钢板两两焊接固定，所有钢板31的顶端与上封钢板2垂直固定，所有钢板31的外侧边与上述钢管柱内壁焊接固定，所有钢板31的底端与柱脚底板钢板4垂直固定。这种结构的竖向钢板架在纵向和横向上均有支撑力，其自身的稳固性较高，对本钢管柱柱脚刚性连接结构起到较好的支撑作用，并帮助实现钢管柱安装过程中的临时固定。

上述柱脚外包钢管5与钢管柱1相连的一端设有通气孔10，柱脚外包钢管5与预埋钢板6相连的一端设有灌浆口9，通过该灌浆口9采用压力灌浆向上述灌浆腔内灌注灌浆料11，将从混凝土基础上的预埋钢板6至上封钢板2间的灌浆腔灌实，直至灌浆料11从通气孔10中溢出。灌浆口设于底部，通气孔设于上部，其形成由下而上的灌浆方法，确保灌浆腔内无空隙，使灌浆料密实的注满整个灌浆腔，确保本钢管柱柱脚刚性连接结构的可靠性。

上述混凝土基础8在施工前，首先将预埋锚栓7穿过预埋钢板6并与预埋钢板固定，再将预埋钢板6和预埋锚栓7埋设到混凝土基础8中预定位置上，在预埋钢板6的下方设有抗剪键12。

上述钢管柱1的横截面呈矩形、圆形或椭圆形，只要是封闭式的截面形状即可。

以下描述为本发明的钢管柱柱脚刚性连接结构的具体加工方法及其安装方法。

首先，制作竖向钢板架：先将多个钢板31加工成矩形或上大下小的梯形，端部阳角处将阳角切去，当混凝土基础8内的预埋锚栓7为两个时，加工成部件甲，即如图2所示的竖向钢板架3；当混凝土基础8内的预埋锚栓7超出两个以上时，将上述钢板31两两焊接加工成部件乙，即如图3或图4所示的竖向钢板架3；或者，当钢管柱1为矩形截面时，将上述钢板31两两纵横焊接连接加工成部件丙，如图5。

其次，在柱脚底板钢板4上根据上述预埋锚栓7的位置钻孔形成预留孔后，将上述部件甲或部件乙或部件丙与柱脚底板钢板4垂直连接，此处用焊接固定，形成部件丁；将上封钢板2和上述部件丁的上端嵌入钢管柱1下端，使之相互连接，即上述竖向钢板架3和上封钢板2焊接固定，上述竖向钢板架3和上封钢板2均与钢管柱焊接固定，上封钢板2的横截面形状、大小与钢管柱1的横截面形状、大小相同，该上封钢板起到密封钢管柱的作用。

最后，如图1所示，施工混凝土基础8，将锚筋61与预埋钢板6焊接固定，预埋锚栓7穿过预埋钢板6并与预埋钢板6连接固定，形成部件戊。在混凝土基础8浇注前，按设计位置将部件戊在混凝土基础8中可靠固定。

本发明的钢管柱柱脚刚性连接结构的安装方法为：

首先，固定部件戊，使预埋锚栓7和预埋钢板6准确就位并固定后，浇注完成混凝土基础8。

其次，将上述连接有部件丁的钢管柱1定位后起吊，使埋设在混凝土基础8中的预埋锚栓7穿过柱脚底板钢板4上预留孔，将钢管柱1临时固定。

再次，安装钢管柱1及与其相连接的其它上部结构连接。钢管柱1与其它上部结构连接过程中，其空间位置可稍作调整，以适应现场安装需要，避免强制就位引起结构附加变形和次应力。钢管柱1空间位置每次调整后，应重新将预埋锚栓7与柱脚底板钢板4予以连接固定。

再次，钢管柱1及其相连的上部钢结构全部安装完成后，紧固上述预埋锚栓7，现场测量钢管柱1的底部至预埋钢板6之间的距离h，加工制作柱脚外包钢管5，其高度为h，柱脚外包钢管的截面形状与钢管柱1的横截面形状相同，由不少于两块钢板围合形成，如图6所示，该柱脚外包钢管5由两块钢板51围合形成。将柱脚外包钢管的两块钢板51从竖向钢板架3的四周围合焊接固定，并分别与钢管柱1底部及预埋钢板6焊接封闭，以形成上述灌浆腔。

最后，柱脚外包钢管5闭合后，采用压力灌浆从位于柱脚外包钢管5与预埋钢板6相连一端的灌浆口9向灌浆腔内灌注灌浆料11，直至灌浆料充满灌浆腔，并从位于柱脚外包钢管5与钢管柱1相连一端的通气孔10向外溢出时，灌浆完成。这种灌浆方法由下而上地使灌浆料充满灌浆腔，保证了灌浆腔内无空隙剩余，灌浆密实，以形成钢管、灌浆料、钢板架共同组成的组合截面，增强了柱脚结构的刚度。灌浆结束后，整个钢管柱柱脚刚性连接结构安装完成。

本发明的钢管柱柱脚刚性连接结构的安装方法，其允许柱脚在外包钢管焊接前利用预埋锚栓临时固定，以及对空间位置进行微调，有利于适应施工误差，避免强制就位引起结构附加变形和次应力，且无须在混凝土基础中预留坑槽，方便了现场施工；其通过在钢结构内灌浆，形成刚强的组合截面，提高本钢管柱柱脚刚性连接结构的可靠性。

如图7及图8所示，上述钢管柱1与混凝土基础8间形成的夹角为0°到180°，即本发明的钢管柱柱脚刚性连接结构既可以将钢管柱竖直连接到混凝土基础上，也可以倾斜地连接到混凝土基础上，根据需要任意设置。如图7所示，为两根钢管柱1与混凝土基础8连接固定的结构图，其中两根钢管柱的柱脚均设有竖向钢板架3、柱脚底板钢板4，两根钢管柱内均设有密封用的上封钢板2，竖向钢板3的上端与上封钢板2固定，竖向钢板架3的下端与柱脚底板钢板4固定，由于两根钢管柱1汇交于同一个混凝土基础8，此时可以将两根钢管柱柱脚刚性连接结构中的柱脚外包钢管5合用，即在竖向钢板架3的外围包覆一个柱脚外包钢管5，形成一个灌浆腔，使灌浆腔内充满灌浆料11，这样可以保证钢管柱柱脚的刚性，同时减小了每个钢管柱柱脚的体积，外观美观。

如图9所示，为进一步增强本钢管柱柱脚刚性连接结构的刚度，在上述柱脚外包钢管5上设有竖向加劲肋511、水平向的加劲肋512，该加劲肋可以沿外包钢板围成的钢管周边水平环向、径向或纵向、横向在钢板内部或外部设置。

以上实施例显示，本发明的钢管柱柱脚刚性连接结构，其可以满足各种钢管柱与混凝土基础连接形式，适用范围广。

综上所述，本发明的钢管柱柱脚刚性连接结构，其可按普通钢结构制作方法生产加工，满足柱端完全嵌固的要求，无须整体埋入混凝土基础内，用钢量省；该结构通过钢管内灌浆，在柱端形成刚强的组合截面，从而避免柱脚先于柱身破坏；其安装方法允许柱脚在外包钢板焊接前利用预埋锚栓临时固定，以及在空间位置进行微调，有利于适应施工误差，避免强制就位引起结构附加变形和次应力，方便了现场施工；该结构可以满足各种钢管柱与混凝土基础连接形式，适用范围广；同时，该结构将柱脚锚栓设在钢管内，从外观上看仅能看到外包钢板，从而完全保留了钢管结构外观简洁美观的优点。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种钢管柱柱脚刚性连接结构，用于连接钢管柱（1）和混凝土基础（8），其特征在于，所述钢管柱柱脚刚性连接结构包括上封钢板（2）、竖向钢板架（3）、柱脚底板钢板（4）、柱脚外包钢管（5）、位于所述混凝土基础（8）上的预埋锚栓（7）和预埋钢板（6），所述上封钢板（2）位于钢管柱内密封所述钢管柱（1），所述竖向钢板架（3）的一端与所述钢管柱内壁和所述上封钢板（2）固定相连，所述竖向钢板架（3）的另一端与所述柱脚底板钢板（4）固定相连，所述柱脚底板钢板（4）通过所述预埋锚栓（7）与所述混凝土基础（8）相连；所述柱脚外包钢管（5）由包裹在所述竖向钢板架（3）外围的钢板围成，所述柱脚外包钢管（5）与所述钢管柱（1）、上封钢板（2）、所述预埋钢板（6）形成一灌浆腔，所述灌浆腔内充满灌浆料（11）。

2.根据权利要求1所述的钢管柱柱脚刚性连接结构，其特征在于：所述竖向钢板架（3）由多块钢板（31）自中心径向延伸构成，相邻两块钢板（31）间的夹角为

其中N≧2。

3.根据权利要求1所述的钢管柱柱脚刚性连接结构，其特征在于：所述竖向钢板架（3）由多块钢板（31）两两交叉组成。

4.根据权利要求1所述的钢管柱柱脚刚性连接结构，其特征在于：所述柱脚外包钢管（5）与所述钢管柱（1）相连的一端设有通气孔（10），所述柱脚外包钢管（5）与所述预埋钢板（6）相连的一端设有灌浆口（9）。

5.根据权利要求1所述的钢管柱柱脚刚性连接结构，其特征在于：所述柱脚外包钢管（5）上设有竖向或水平向的加劲肋。

6.根据权利要求1所述的钢管柱柱脚刚性连接结构，其特征在于：所述预埋钢板（6）下方焊接有抗剪键（12）。

7.根据权利要求1所述的钢管柱柱脚刚性连接结构，其特征在于：所述钢管柱（1）的横截面呈矩形、圆形或椭圆形。

8.根据权利要求1所述的钢管柱柱脚刚性连接结构，其特征在于：所述钢管柱（1）与所述混凝土基础（8）间形成的夹角为0°到180°。

9.一种权利要求1所述的钢管柱柱脚刚性连接结构的安装方法，其特征在于，具体包括以下步骤：A将所述上封钢板（2）与所述钢管柱（1）固定，再将竖向钢板架（3）的一端与所述上封钢板、钢管柱固定，竖向钢板架的另一端与柱脚底板钢板（4）固定；

B在混凝土基础（8）中的预定位置固定埋设预埋钢板（6）和预埋锚栓（7）后，浇注完成混凝土基础（8），将所述柱脚底板钢板（4）与所述预埋锚栓（7）临时连接；

C安装与所述钢管柱（1）相连的上部结构，根据需要调整所述钢管柱（1）的空间位置；

D调整好钢管柱（1）的空间位置后，紧固所述预埋锚栓（7），再在所述竖向钢板架（3）外层包覆所述柱脚外包钢管（5），将所述柱脚外包钢管（5）与所述钢管柱（1）、预埋钢板（6）固定连接，所述柱脚外包钢管（5）与所述钢管柱（1）、预埋钢板（6）之间形成封闭灌浆腔；

E采用压力灌浆法向所述灌浆腔内灌注灌浆料（11），使灌浆腔内充满灌浆料，最后形成钢管柱柱脚刚性连接结构。

10.根据权利要求9所述的钢管柱柱脚刚性连接结构的安装方法，其特征在于，所述灌浆料为微膨胀砂浆、微膨胀铁屑砂浆、微膨胀细石混凝土。

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