CN104989011A - 高精度钢连梁与混凝土剪力墙装配式单向螺栓连接体系 - Google Patents

Abstract

一种高精度钢连梁与混凝土剪力墙装配式单向螺栓连接体系，其特征在于，由混凝土剪力墙、预埋于混凝土剪力墙中的钢骨柱、牛腿钢梁段、钢连梁、和两个开设不等直径圆螺栓孔的与混凝土剪力墙墙表面平齐的端板以及垫板组成；所述牛腿钢梁段全部埋入混凝土剪力墙中；端板采用外伸式；牛腿钢梁段与钢骨柱焊接，牛腿钢梁段与钢连梁端部分别焊接端板，端板之间内插垫板使钢连梁顶紧在牛腿钢梁段之间，最后用单向螺栓通过不等直径圆螺栓孔将端板和垫板连接在一起；与牛腿钢梁段相连的端板，其外表面与混凝土剪力墙墙表面平齐；与牛腿钢梁段相连的端板开设圆孔比与钢连梁相连端板大一级别螺栓孔。本发明保证钢连梁的可更换性以及方便施工。

Description

高精度钢连梁与混凝土剪力墙装配式单向螺栓连接体系

技术领域

本发明属于装配式组合结构连接技术领域，具体涉及单向螺栓在组合结构中的高精度连接的实现。

背景技术

单向螺栓是一种挤压型单向紧固螺栓，单方向放入即可拧紧的螺栓装置，可用于建筑中封闭截面的钢构件在单侧拧紧以完成连接。本单向螺栓可以对连接构件施加预紧力，工作状态类似普通高强螺栓，承载力较高，连接构件间不易发生滑移。

混凝土联肢剪力墙结构形式是非常重要的结构形式，该种结构形式具有很好的刚度和延性。其中，钢连梁不仅构造简单，施工方便，而且可以提供很大的剪力，在地震作用下可以耗散大量能量，对混凝土联肢剪力墙结构起到很好的控制作用，因此相比于混凝土连梁就具有极大的优越性。

组合结构构件在安装定位时，由于混凝土浇筑时的各种不确定因素，使得构件之间的尺寸精度差，和预定尺寸存在较大差异，严重时会影响构件的安装。

传统钢连梁与混凝土剪力墙结构施工时，需要先将钢连梁固定在钢筋笼中，然后浇筑混凝土，模板支护非常复杂造成施工麻烦，影响工期。

钢连梁在大震下耗能能力显著，但是地震过后由于连梁发生严重塑性变形使得结构无法继续使用，维修和更换都非常困难。

传统钢连梁联肢剪力墙在节点区的连接形式有多种多样，根据节点传力特性可分为刚接节点、铰接节点和半刚接节点三类。连接方式主要有直插式连接和端板锚筋连接等。

现有钢连梁与混凝土剪力墙连接体系存在一些缺点，例如：

1、传统的端板锚筋式节点刚度小，延性差，往复荷载作用下刚度和强度退化明显，只适用于对延性要求较低的低层建筑中。

2、传统直插式节点刚度虽然大、延性好，但是震后无法更换，混凝土联肢剪力墙结构无法得到有效修复。

3、上述两种连接体系无法满足震后塑性变形严重的钢连梁可更换需求，无法延长混凝土联肢剪力墙结构寿命，特别是对于重要建筑，耗能构件的无法可更换显得更加局限。与此同时传统连接体系施工过程极其繁琐，混凝土剪力墙和钢连梁需要同时施工，对于构件的尺寸和定位要求较高，否则会出现安装定位不上的问题。另外钢筋绑扎、混凝土浇筑等问题都大大影响着混凝土联肢墙结构的施工进度，尤其在高层及超高层中，这种问题带来的弊端极其明显。

发明内容

本发明针对上述问题提出了一种新型的装配式连接体系，即采用端板9和单向螺栓8解决钢连梁7与混凝土剪力墙1现场连接问题，并在牛腿钢梁段4和钢连梁7端部的端板9开设不等直径圆螺栓孔12来解决由于制造误差导致构件轴向和横向误差较，构件安装定位不上的问题。其主要技术思路阐述为：在混凝土剪力墙1的暗柱区域内设置钢骨柱3，钢骨柱3与牛腿钢梁段4的焊接在工厂内制作完成并运至施工现场；同时，在工厂内完成钢连梁7的制作(包含端板9)。由于单向螺栓8对于精度要求比较高，开设螺栓孔12需要提高精度控制，首先与牛腿钢梁段4相连的端板9螺栓孔直径大于与钢连梁7相连的端板9螺栓孔直径2毫米，然后构件需先在工厂进行预拼装，如发现孔位不对应及时补救，最终使钢骨柱3与钢连梁7在工厂可以拼装在一起。在施工现场，用泡沫预留出单向螺栓8的位置，等暗柱区域内含钢骨柱3的混凝土剪力墙1施工完成后，用单向螺栓8将钢连梁7两端端板9和与混凝土剪力墙1平齐的端板9拼接，并通过垫板5和不等直径圆螺栓孔12进行安装调节。这种装配式连接体系采用与混凝土剪力墙墙面平齐端板和单向螺栓的拼接，端板中间插入垫板，以此大大提高了施工效率和安装准确度，同时也保证了钢连梁的快速可更换能力。

基于上述思路，本发明需要保护表征的技术方案为：

本发明提出的装配式连接体系，其特征在于，由混凝土剪力墙1、预埋于混凝土剪力墙中的钢骨柱3、牛腿钢梁段4、钢连梁7、和两个开设不等直径圆螺栓孔的与混凝土剪力墙1表面平齐的端板9以及垫板5组成；

所述牛腿钢梁段4全部埋入混凝土剪力墙中；

所述端板9采用外伸式；所述牛腿钢梁段4与混凝土剪力墙暗柱区域内设置的钢骨柱3焊接，牛腿钢梁段4与钢连梁7端部分别焊接端板9，端板9之间内插垫板5使钢连梁7顶紧在牛腿钢梁段4之间，最后用单向螺栓8通过不等直径圆螺栓孔12将端板9和垫板5连接在一起；

与牛腿钢梁段4相连的端板9，其外表面与混凝土剪力墙1墙表面平齐；

与牛腿钢梁段4相连的端板9开设圆孔比与钢连梁7相连端板大一级别螺栓孔；

所述钢连梁7试件以一定的负公差制作，预留施工余量，使试件长度稍短于牛腿钢梁段4之间的距离，而由所述负公差导致的端板9之间的间隙可以用内插垫板5填充。

综上技术方案，混凝土剪力墙暗柱区域内设置的钢骨柱与牛腿钢梁段采用焊缝连接，牛腿钢梁段和钢连梁通过端板和单向螺栓拼接而成，以梁端焊接的端板作为拼接构件，以单向螺栓作为紧固件。在现场安装或者更换钢连梁时，首先确定垫板数量保证钢连梁两端顶紧，其次滑动垫板以及微调钢连梁使端板和垫板上的螺栓孔对齐并允许螺栓穿入。最后拧紧高强螺栓完成安装。

本发明保证钢连梁7的可更换性以及方便施工。

为了满足强节点弱构件的原则，保证钢连梁屈服时节点区仍保持弹性，本发明将牛腿钢梁段4全部埋入混凝土剪力墙中使得牛腿钢梁段得到充分的约束作用，提高节点的承载能力；端板9采用外伸式，以此增加单向螺栓8的数量，提高端板9连接的承载力。与牛腿钢梁段4相连的端板9外表面与混凝土剪力墙1表面平齐，浇筑混凝土时可以采用滑模技术对剪力墙1进行浇筑，然后再用单向螺栓8将钢连梁进行安装，提高施工效率。

本发明的技术难点是构件的尺寸精度要求高，混凝土结构的误差对于钢构件的安装产生严重影响，有时会影响构件安装。这里安装误差包括钢连梁轴向误差和两侧对应端板的螺栓孔平面内误差，消除第一个误差方法是以一定负公差来制作试件(一般为2～3mm)，预留安装余量，保证试件只会短不会长，然后通过在构件两端的端板9中间分别插入垫板5来填充端板9中的缝隙，使构件顶紧在牛腿钢梁段4之间再进行拼装；消除第二个误差的方法是利用单向螺栓8自身特点，当其拧紧端部会张开，单向螺栓的直径沿轴向变大，因此与牛腿钢梁段4相连的端板9开设圆孔比与钢连梁7相连端板大一级别螺栓孔，不影响螺栓承载力，而且可以消除端板9上的螺栓孔在平面内两个方向上产生的误差，只要同侧端板9处相应螺栓孔位置可以穿过螺栓8即可连接。需要注意此时垫板5的平面尺寸应稍微小于端板9尺寸，以保证在调节垫板5位置以适应两边螺栓孔时，垫板5不会伸出端板9边缘。

上述混凝土剪力墙1暗柱区域内设置的钢骨柱3可以是H型截面。

上述牛腿钢梁段4全部内埋于混凝土剪力墙1中，与其相连的端板9外表面与混凝土剪力墙1表面平齐。

上述端板9和单向螺栓8连接时，需要在混凝土剪力墙1中预留出螺栓孔的位置，需要在端板9螺栓孔处埋入泡沫，等混凝土浇筑养护完毕后，拔出泡沫露出螺栓孔，方便下一步安装单向螺栓8.

上述垫板5厚度一般为1mm～1.5mm，在试件两侧均需插入垫板5，调节端板9之间距离时每侧最多内插入两块垫板5。

上述梁端端板9采用外伸式。

上述牛腿钢梁段4与混凝土剪力墙暗柱区域内设置的钢骨柱3可以在工厂完成定位焊接，并且需要在工厂完成钢连梁7的模拟拼装，如可以正常安装再移至施工现场安装定位后建筑混凝土剪力墙1，最后通过端板9与高强螺栓8将钢连梁7安装于混凝土剪力墙1之间。

本发明相对与现有技术具有以下优点：

1、本发明通过端板9和单向螺栓8将两个型钢梁连接，节点刚度较大，操作简便，施工速度快。节点区无焊缝，可避免焊接施工耗时长、操作复杂、质量难保证、存在火灾安全隐患等缺点。

2、本发明采用单向螺栓8可以保证螺栓从一个方向拧紧，因此无需将牛腿外伸出墙表面而是与墙表面平齐，方便采用滑膜技术浇筑墙体加快施工进度。

3、本发明采用混凝土剪力墙暗柱区域内设置的钢骨柱和预留型钢梁段焊接连接，焊接部分可以在工厂完成，现场可以先浇筑剪力墙再安装钢连梁，保证节点区承载力的同时使得施工速度大大提高。

4、本发明采用端板单向螺栓连接，当钢连梁在大震下发生较严重的塑性变形时，可以快速更换连梁，维持结构的耗能能力，延长结构寿命。

5、本发明通过梁端变截面的形式提高节点区的承载力，制作试件时轴向上预留施工余量并在端板间内插垫板来保证施工的准确安装和节点区的承载能力不下降。

6、本发明通过在垫板和与钢梁焊接的端板上分别开设大小不同的圆螺栓孔解决两侧螺栓孔不对齐无法安装的问题，还通过以负公差制作构件并在端板中间内插垫板来排除试件轴向误差的影响。

附图说明

图1是立面图，是本发明涉及的采用高强螺栓的钢连梁与混凝土剪力墙连接节点；

图2是图1中A-A处的平面图；

图3是图1中B-B处的侧面示意图；

图4是垫板和端板上不等直径螺栓孔的布置示意图。

图中标号：1.混凝土剪力墙、2.钢骨柱上的栓钉、3.混凝土剪力墙暗柱区域内设置的钢骨柱、4.牛腿钢梁段、5.端板之间的垫板、6.钢连梁上的加劲肋、7.钢连梁、8.单向螺栓、9.端板、10.混凝土剪力墙暗柱内的水平箍筋、11.混凝土剪力墙暗柱内的纵筋、12.两侧端板上不等直径圆螺栓孔。

具体实施方式

混凝土剪力墙内端部暗柱区域设置连续钢骨柱，钢骨柱在设置钢连梁的位置处焊接牛腿钢梁段，为了方便剪力墙的施工，牛腿需全部埋入混凝土中，与牛腿焊接的端板外表面与混凝土剪力墙外表面平齐，并用泡沫预留出单向螺栓的位置，梁端端部需焊接端板。预留牛腿梁端的腹板区域设置预留圆形箍筋孔洞(孔洞直径比混凝土墙暗柱内的箍筋直径大5mm)，以方便在现场施工时暗柱区域内箍筋的绑扎。钢结构加工厂完成此步骤中的钢构件制作、焊接等工作。

钢连梁端部的焊接端板上对应位置处需预留与单向螺栓匹配的螺栓孔，与牛腿钢梁段相连的端板螺栓孔孔径需增大一级，可以保证与前一步中端板中的螺栓孔洞连接起来。连接板厚度需大于8mm。钢结构加工厂完成此步骤中的钢构件制作、焊接等工作，并对钢连梁进行模拟安装，检验单向螺栓对孔是否成功。

在含有预留梁段的钢骨柱运输至施工现场后，完成构件的定位吊装等工作，随后完成绑扎钢筋等工作。

在钢结构加工厂以一定负公差制作钢连梁，制作厚度仅为1mm～1.5mm的垫板，平面尺寸比端板小一些。垫板可以同时在钢连梁两端节点处添加，垫板厚度为1mm～1.5mm，每侧端板数量不超过两块。在施工现场，将钢连梁吊装、定位，在连接处首先通过端板间的轴向缝隙确定垫板数量(1～2块)，使得钢连梁与牛腿钢梁端顶紧，其次调节垫板和钢连梁的相对位置使两侧各个螺栓孔都可以顺利插入单向螺栓完成拼接，再用单向螺栓将二者紧固在一起，完成钢连梁与混凝土剪力墙之间的连接。

Claims (1)

1.一种高精度钢连梁与混凝土剪力墙装配式单向螺栓连接体系，其特征在于，由混凝土剪力墙、预埋于混凝土剪力墙中的钢骨柱3、牛腿钢梁段4、钢连梁7、和两个开设不等直径圆螺栓孔的与混凝土剪力墙1墙表面平齐的端板9以及垫板5组成；

所述牛腿钢梁段4全部埋入混凝土剪力墙中；

所述端板9采用外伸式；所述牛腿钢梁段4与混凝土剪力墙暗柱区域内设置的钢骨柱3焊接，牛腿钢梁段4与钢连梁7端部分别焊接端板9，端板9之间内插垫板5使钢连梁7顶紧在牛腿钢梁段4之间，最后用单向螺栓8通过不等直径圆螺栓孔12将端板9和垫板5连接在一起；

与牛腿钢梁段4相连的端板9，其外表面与混凝土剪力墙1表面平齐；

与牛腿钢梁段4相连的端板9开设圆孔比与钢连梁7相连端板大一级别螺栓孔；

所述钢连梁7试件以一定的负公差制作，预留施工余量，使试件长度稍短于牛腿钢梁段4之间的距离，而由所述负公差导致的端板9之间的间隙可以用内插垫板5填充。