CN104234070A - 一种钢结构与基础预埋连接结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢结构与基础预埋连接结构，其特征在于所述预埋连接结构由预制构件与基础底板整体浇筑而成；预制构件为上表面镶有连接钢板的钢筋混凝土连接块，钢筋混凝土连接块四周设有与基础内钢筋相连接的预留钢筋；连接钢板范围内设有多个贯穿预制构件的钢结构连接螺杆，连接螺杆的下部延伸至基础内。本发明所述连接结构可有效提高钢结构与基础的连接强度，克服了传统预埋构件底部混凝土浇筑不密实，混凝土与钢板变形不一致导致底部脱空等问题，具有较好的技术经济效益。本发明还公开了所述预埋连接结构的施工方法。

Description

一种钢结构与基础预埋连接结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种钢结构与基础预埋连接结构及施工方法，特别涉及一种基础底板内预埋预制构件、通过预制构件上连接螺栓使钢结构与基础间接连接的预埋连接结构。属于建筑安装领域，适用于钢结构与混凝土基础连接工程，尤其适用于上部钢结构使用过程中长期震动的结构工程中。

背景技术

由于钢结构建筑有着轻质高强、塑性韧性好、施工速度快、外形美观等诸多优点，尤其是其传力性能可靠，近些年来在建筑结构设计中的应用越来越广泛。钢结构的承载能力和适用性在很大程度上依赖于钢结构与下部结构的连接强度，然而，由于钢材传递动能效果良好，上部结构产生的机械震动在传递至下部基础时被削弱较少，易导致钢结构与混凝土结构连接处钢筋混凝土破坏、连接节点脱落等不良情况出现。因此，钢结构与混凝土连接节点发挥的连接性能，是决定结构稳定性与承载力的主要因素。钢结构与钢筋混凝土一般通过柱脚连接，在现有技术中，柱脚连接形式通常有埋入式柱脚和外露式柱脚。

埋入式柱脚一般为下部混凝土基础施工时预留杯口，钢结构施工时将延伸段或柱脚插入杯口内，再向杯口回灌混凝土，振捣压实。已有一种钢结构与混凝土埋入式连接新技术：钢结构插入式柱脚（CN 203034473 U），该技术特征是在传统杯口插入注浆再回填混凝土的基础上，在钢柱一端设置了栓钉、短钢筋或柱底板作为固定件，加强了注浆与混凝土之间的连接。另外，该技术应用于钢柱数量为2根或2根以上柱脚时，插入到与钢柱配合的建筑基础的杯口内，钢柱在杯口上方处设有水平连杆，水平连杆两端分别与钢柱连接，以增强邻近钢柱之间联系，减少柱脚偏心受力。该技术有益效果在于，该钢结构插入式柱脚加工简便，用钢量少，节省成本，施工简单，连接刚度大。但是，将钢结构柱脚直接埋入混凝土中，柱脚内力的传递是通过与钢材接触的混凝土侧压力所产生的弯矩，平衡柱脚弯矩和剪力，随着钢结构在使用阶段频繁微震动，可能出现杯口开裂、混凝土与钢柱脚逐渐脱离等情况，即便在柱脚设置了固定件，避免了钢柱上拔的问题，但随着混凝土开裂后，柱脚内力平衡效果下降，不可避免的会引起柱脚活动缝隙增大，钢结构整体震动幅度逐渐提升，最终影响结构稳定性。

外露式柱脚一般是通过钢制预埋件以螺栓或焊接的方式连接钢结构和基础，钢制预埋件通常采用预埋螺栓、预埋钢板和其组合形式。预埋钢板连接是将钢结构柱脚直接焊接在嵌入混凝土基础内的预埋板上；预埋螺栓连接是通过在钢结构柱脚底板下整平后，外露的螺杆穿过柱脚底板预留螺孔紧固。采用预埋螺栓与钢结构底板连接，底板下地面需平整，并且因长期震动，地面易磨损，而单一预埋钢板多为永久固定形式，不利于钢结构调整。螺栓与钢板组合预埋的形式，与基础连接牢固，可通过调节螺帽调整钢板高度，并且组合配件质量稳定，可提前预制、组装配件。以一种钢结构组合预埋件及其施工方法（CN 102061746 B）为例，所述组合预埋件为各双头螺杆两端分别采用一对螺母（衬垫螺母和夹紧螺母）定位钢板（顶部模板或底板模板），经调整使组合件达到现场施工所需形态，最后通过预埋铁定位浇筑于混凝土内。该组合预埋件可通过灵活调整作为垫板的顶部模板高度，减少上部钢结构安装误差，通过调节上、下部模板间距使组合预埋件尽可能的避开混凝土内钢筋，总体可提高预埋件埋设和钢结构安装的效率和精确度。但是，在组合预埋件中，预埋钢板底部易出现混凝土浇筑不密实、混凝土中气泡上浮淤积于钢板下表面等问题，以及混凝土硬化及上部结构使用过程中，由于混凝土与钢板变形不一致，都会导致预埋钢板底部脱空，影响结构传力效果下降，甚至失效。

综上所述，钢结构与基础连接形式多样，埋入式柱脚连接结构具有刚度大、用钢量少等优点，但抗拔效果不佳，且在长期震动环境下，柱脚周围混凝土易开裂；外露式柱脚多借助预埋件，尤其是组合预埋件，可用于不同形式的钢结构柱脚的固定和调平，使用方便灵活、高效，且具有较高的抗震效果，但其不足表现在预埋钢板与下部混凝土结合不紧密，影响结构传力。鉴于此，基于当前工程的实际需要，目前亟待发明一种应用钢板与螺栓相组合的预埋件、基础混凝土浇筑时不直接与钢板接触的钢结构与基础连接结构，工后连接钢板与混凝土连接紧密，且具有较高的抗震性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在改进组合预埋件形式的基础上，即可保证预埋件与基础连接强度，又能提高上部钢结构抗震性能的的钢结构与基础预埋连接结构及施工方法。

为实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：

一种钢结构与基础预埋连接结构，其特征在于所述预埋连接结构由预制构件与基础底板整体浇筑而成；预制构件为上表面镶有连接钢板的钢筋混凝土连接块，钢筋混凝土连接块四周设有与基础内钢筋相连接的预留钢筋；连接钢板范围内设有多个贯穿预制构件的钢结构连接螺杆，连接螺杆的下部延伸至基础内。

预留钢筋可由预制构件内主体钢筋预留延伸长度穿出预制构件两侧而成，或单独配筋横向贯穿整块预制构件而成。

连接螺杆采用全螺纹螺柱，在连接钢板上部预留有连接钢结构所需的长度，预制构件下表面设置水平调节螺母，延伸至基础内连接螺杆端部设置有一层定位螺母。

预制构件的钢筋混凝土连接块和连接钢板之间通过预应力螺栓增强连接，预制构件上预留有上下贯通的振捣孔及排气孔，钢筋混凝土连接块下表面与侧面均呈齿槽形，连接钢板底部焊有连接短筋。

预应力螺栓布置于连接钢板四角及中部（若中部预应力螺栓影响钢结构连接，可不设置），螺栓埋入钢筋混凝土连接块内，拧紧连接钢板上螺母可对钢筋混凝土连接块和连接钢板施加预应力。

连接短筋均匀布置于连接钢板下表面，插入钢筋混凝土连接块内，并与钢筋混凝土连接块主筋连接。

所述钢结构与基础预埋连接结构的施工方法，主要包括以下步骤：

1）连接钢板处理：根据设计要求切割钢板，并在其上分别开设振捣孔、排气孔和各类螺栓孔，在其一侧焊接连接短筋；

2）预制构件制作准备：将连接钢板放置于制作台面上，带短筋面向上放置，支设模板，绑扎钢筋混凝土连接块钢筋，预埋塑料管作为排气孔和振捣孔用；

3）浇筑预制构件：将预应力螺栓和连接螺杆定位后，向模具内浇筑混凝土（连接钢板在下方），适当振捣后养护；

4）拆模修边：待混凝土达到设计强度要求后，拆除模板，修整排气孔和振捣孔孔口混凝土，防止堵孔，并对钢筋混凝土连接块齿槽形表面进行修补；

5）安装预制构件：通过调整连接螺杆下部延伸段上的水平调节螺母和定位螺母高度，保证预制构件水平放置，并在基础底板内钢筋上准确定位；

6）浇筑基础：浇筑基础底板混凝土，通过预制构件上预留的振捣孔，将预制构件下混凝土振捣密实，下部气泡通过排气孔排出，保证新旧混凝土粘结紧密；

7）收尾工作：待基础底板混凝土养护结束后，采用强度等级更高的混凝土回灌排气孔和振捣孔，拭去连接钢板表面附着物，调节预应力螺栓螺母。

上述施工方法中预制构件采用倒置浇筑，即连接钢板在下，钢筋混凝土连接段在其上部浇筑完成，混凝土初凝前上表面（预制构件投入使用时的下表面）用木条挤压，形成齿槽形。

预制构件模板内侧间隔顶设钉有条状木块，使浇筑形成的预制构件表面形成齿槽形，并根据预留钢筋延伸位置预留孔洞。

 

本发明具有以下的特点和有益效果：

（1）本发明应用了由钢筋混凝土连接块和连接钢板组合的新型预制构件作为预埋件，埋设入混凝土基础内，安装效率高，而基础混凝土浇筑只与有齿槽形外表钢筋混凝土连接块接触，相比表面平整的钢板下浇筑混凝土，前者结合形式强度更高，且为同种材料，变形基本一致。

（2）本发明所述结构施工时，通过定位螺母限定预制构件在基础中位置，调整水平调节螺母调节预制构件标高和水平角度，最后利用连接螺杆与基础内配筋相连接，并且在预制构件四周设有预留钢筋，保证了预制构件埋设精确、牢固。

（3）预制构件上预留了贯通整体的排气孔和振捣孔，使预制构件下基础混凝土更密实，不会因气泡淤积使新旧混凝土之间形成空气夹层，保证了预埋件与基础的连接强度。

（4）本发明所采用的新型预制构件可在工厂或施工现场空地预制，工序独立，可加快施工进度；构件制作是采用倒置浇筑，即将连接钢板放置于下部，混凝土在其上方浇筑，由于重力作用，混凝土自动下压，其中气泡向上自由排出，混凝土与钢板接触面不留空隙，预制阶段就避免了钢板脱空。

（5）预制构件中连接钢板与钢筋混凝土连接块之间通过连接短筋加强连接，而且设置了预应力螺栓，增加两者连接强度，即便后期随着钢结构使用过程反复震动引起钢板与混凝土接触不良，可通过调整预应力螺栓，再次施加预应力，调整钢板与混凝土连接强度。

总之，本发明充分发挥组合预埋件安装快捷、标高可调和抗震性能优越等特点，还避免了传统组合预埋件中预埋钢板与现浇混凝土接触不良、易脱空等问题，采用相应的措施，既有前期钢筋混凝土连接块与基础连接强度的保证，又有后期钢板与混凝土可能连接失效后的补强，具有较高的技术经济效益。

附图说明

图1是本发明一种钢结构与基础预埋连接结构的示意图；

图2是本发明所述预制构件结构示意图；

图3是本发明所述预制构件上表面示意图；

其中：1-基础、2-钢筋混凝土连接块、3-连接钢板、4-预应力螺栓、5-连接短筋、6-连接螺杆、7-排气孔、8-水平调节螺母、9-定位螺母、10-振捣孔、11-预留钢筋。

具体实施例

本实施方式中混凝土配合比、浇筑施工技术要求，钢材切割、焊接施工技术要求以及钢筋绑扎、模板支设技术要求均不再累述，重点阐述本发明的实施方式。

图1是本发明一种钢结构与基础预埋连接结构的示意图；图2是本发明所述预制构件结构示意图；图3是本发明所述预制构件上表面示意图。参照图1~3所示，一种钢结构与基础预埋连接结构主要包括：基础1、钢筋混凝土连接块2、连接钢板3、预应力螺栓4、连接短筋5、连接螺杆6和预留钢筋11等。

本实施例以600×800×20mm连接钢板3，1000×1200×150mm钢筋混凝土连接块2制成预制构件为例。

预制构件除钢筋混凝土连接块2和连接钢板3外，参数如下：预应力螺栓4采用M16六角螺栓，长度100mm，共计5组；连接短筋5采用直径10mm螺纹钢筋，长度30mm，于连接钢板3下100×100mm等间隔焊接布置；连接螺杆6采用M42全螺纹螺柱，杆长350mm；排气孔7直径10mm，贯穿预制构件，各排气孔7间距不大于500mm；水平调节螺母8和定位螺母9采用与连接螺杆6相匹配的六角螺栓；振捣孔10直径80mm，贯穿预制构件，振捣孔10圆心距离连接钢板3中心300mm，沿长边左右对称布置；预留钢筋11采用直径12mm螺纹钢筋，长度分别为1300mm、1100mm，即两端伸出预制构件预留长度均为150mm，间距200mm埋设于钢筋混凝土连接段2中。

根据上述规格在基础施工前完成预制构件制作后，进行基础1施工。清平底面，支设浇筑模板，绑扎底板钢筋。通过连接螺杆6将预制构件定位于构造钢筋上，连接螺杆6从预制构件下部伸出150mm，上表面预留长度50mm。调整连接螺杆6上定位螺母9至设计连接处，采用绑扎或点焊的方式与基础1结构钢筋连接。定位完成后，通过水平调节螺母8调整预制构件水平度和标高，预留钢筋11尽可能与基础1构造筋连接，最终确定预制构件预埋位置。

完成预制构件安装后，进行基础1混凝土浇筑，除了常规振捣外，通过预制构件上振捣孔10进行预埋件下混凝土振捣，混凝土内气泡从排气孔7排出，使下部混凝土更密实，与预制构件粘结跟牢固。振捣结束后，采用更高一级的混凝土回灌封堵排气孔7和振捣孔10，并处理钢筋混凝土连接段2与基础1混凝土交界处。

待基础1混凝土达到设计强度后，清理连接钢板3上表面可能残留的混凝土等杂物，通过连接螺杆6预留段连接上部钢结构，完成连接节点施工。

在后期使用过程中，若由于结构长期震动，导致连接钢板2略有松动，可通过紧固预应力螺栓4螺母，再次提升连接钢板3与钢筋混凝土连接块2连接强度。

钢结构与基础预埋连接结构的施工方法，主要包括以下步骤：

1）连接钢板处理：根据设计要求切割钢板，并在其上分别开设振捣孔10、排气孔7和各类螺栓孔，在其一侧焊接连接短筋5；

2）构件制作准备：将连接钢板3放置于制作台面上，带连接短筋5面向上放置，支设模板，绑扎钢筋混凝土连接块2钢筋，预埋塑料管作为排气孔7和振捣孔10用；

3）浇筑预制构件：将预应力螺栓5和连接螺杆6定位后，向模具内浇筑混凝土（连接钢板2在下方），适当振捣后养护；

4）拆模修边：待混凝土达到设计强度要求后，拆除模板，修整排气孔7和振捣孔10孔口混凝土，防止堵孔，修补钢筋混凝土连接块2齿槽形表面；

5）安装预制构件：通过调整连接螺杆6下部延伸段上的水平调节螺母8和定位螺母9高度，保证预制构件水平放置，并在基础1内钢筋上准确定位；

6）浇筑基础：浇筑基础1混凝土，通过预制构件上预留的振捣孔10，将预制构件下混凝土振捣密实，气泡通过排气孔7排出，保证新旧混凝土粘结紧密；

7）收尾工作：待基础1混凝土养护结束后，采用强度等级更高的混凝土回灌排气孔7和振捣孔10，拭去连接钢板表面附着物，连接上部钢结构，适当调节预应力螺栓5螺母。

Claims (9)

1.一种钢结构与基础预埋连接结构，其特征在于所述预埋连接结构由预制构件与基础底板整体浇筑而成；预制构件为上表面镶有连接钢板的钢筋混凝土连接块，钢筋混凝土连接块四周设有与基础内钢筋相连接的预留钢筋；连接钢板范围内设有多个贯穿预制构件的钢结构连接螺杆，连接螺杆的下部延伸至基础内。

2.根据权利要求1所述的钢结构与基础预埋连接结构，其特征在于所述预留钢筋可由预制构件内主体钢筋预留延伸长度穿出预制构件两侧而成，或单独配筋横向贯穿整块预制构件而成。

3.根据权利要求1所述的钢结构与基础预埋连接结构，其特征在于所述连接螺杆采用全螺纹螺柱，在连接钢板上部预留有连接钢结构所需的长度，预制构件下表面设置水平调节螺母，延伸至基础内连接螺杆端部设置有一层定位螺母。

4.根据权利要求1所述的钢结构与基础预埋连接结构，其特征在于所述预制构件的钢筋混凝土连接块和连接钢板之间通过预应力螺栓增强连接，预制构件上预留有上下贯通的振捣孔及排气孔，钢筋混凝土连接块下表面与侧面均呈齿槽形，连接钢板底部焊有连接短筋。

5.根据权利要求4所述的预制构件，其特征在于所述预应力螺栓布置于连接钢板四角及中部，螺栓埋入钢筋混凝土连接块内，拧紧连接钢板上螺母可对钢筋混凝土连接块和连接钢板施加预应力。

6.根据权利要求4所述的预制构件，其特征在于所述连接短筋均匀布置于连接钢板下表面，插入钢筋混凝土连接块内，并与钢筋混凝土连接块主筋连接。

7.权利要求1~6之一所述钢结构与基础预埋连接结构的施工方法，主要包括以下步骤：

1）连接钢板处理：根据设计要求切割钢板，并在其上分别开设振捣孔、排气孔和各类螺栓孔，在其一侧焊接连接短筋；

2）预制构件制作准备：将连接钢板放置于制作台面上，带短筋面向上放置，支设模板，绑扎钢筋混凝土连接块钢筋，预埋塑料管作为排气孔和振捣孔用；

3）浇筑预制构件：将预应力螺栓和连接螺杆定位后，向模具内浇筑混凝土（连接钢板在下方），适当振捣后养护；

4）拆模修边：待混凝土达到设计强度要求后，拆除模板，修整排气孔和振捣孔孔口混凝土，防止堵孔，并对钢筋混凝土连接块齿槽形表面进行修补；

5）安装预制构件：通过调整连接螺杆下部延伸段上的水平调节螺母和定位螺母高度，保证预制构件水平放置，并在基础底板内钢筋上准确定位；

6）浇筑基础：浇筑基础底板混凝土，通过预制构件上预留的振捣孔，将预制构件下混凝土振捣密实，下部气泡通过排气孔排出，保证新旧混凝土粘结紧密；

7）收尾工作：待基础底板混凝土养护结束后，采用强度等级更高的混凝土回灌排气孔和振捣孔，拭去连接钢板表面附着物，调节预应力螺栓螺母。

8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于预制构件采用倒置浇筑，即连接钢板在下，钢筋混凝土连接段在其上部浇筑完成，混凝土初凝前上表面（预制构件投入使用时的下表面）用木条挤压，形成齿槽形。

9.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于预制构件模板内侧间隔顶设钉有条状木块，并根据预留钢筋延伸位置预留孔洞。