CN107313540A - 防火防屈曲的装配式组合梁及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防火防屈曲的装配式组合梁，属于房屋建造领域。该组合梁主要包括预制钢筋混凝土板、外包混凝土钢梁、摩擦型高强螺栓连接副以及橡胶套筒，预制钢筋混凝土板和外包混凝土钢梁通过摩擦型高强螺栓连接副以及橡胶套筒连接为一体。本发明通过结合可恢复结构的设计理念，将上述四者相结合，提高了钢构件的承载力，节约了钢构件防腐防火处理成本，扩展了组合梁的适用范围，实现了组合梁的装配化施工，节约了现场绑扎钢筋、浇筑混凝土和混凝土养护的时间，很大程度的缩短了工期，提高了施工效率，在钢结构建筑结构中具有较广阔的应用前景。

Description

防火防屈曲的装配式组合梁及施工方法

技术领域

本发明属于住宅建筑中钢-混凝土组合梁领域，具体为一种防火防屈曲的装配式组合梁，适用于多、高层装配式钢结构住宅中的组合梁。

背景技术

目前，在钢结构住宅中，楼板是承力传力的重要构件，且考虑到使用舒适度，钢结构住宅均适用混凝土板作为楼板。传统的现浇结构通常将栓钉作为剪力连接件焊接在型钢上，并在钢筋网铺设和模板支护完成后，浇筑混凝土而成。在制作过程中，传统组合梁需要在现场完成，因钢筋网的绑扎铺设、模板的支护和混凝土的养护等一系列措施很大程度的延长了施工周期，提高了成本。

钢材是各向同性、拉压等强的材料，良好的塑性使得钢结构住宅在抗震方面具有无可比拟的优势，且钢结构构件更加适合工厂制造，可以回收利用，是满足可持续发展需要的新型建筑体系。相比于混凝土构件，常用钢构件均为薄壁构件，它的承载力往往由其本身的稳定性来控制，失稳使得受压钢构件在远未达到受压屈服应力的情况下就失去承载力，无法充分发挥材料的强度。此外，钢材的耐久性差，需要通过特种涂料解决其防腐、防火等问题，而钢构件通常肢宽壁薄，表面积很大，后期防护涂料的成本大大增加了工程造价。

综上所述，钢混材料的装配、钢材的稳定性能及防护成本仍旧是制约装配式钢结构发展的重要因素。因此需要一种稳定性能好，防护成本低、且便于装配的组合梁构件，可发挥装配式钢结构住宅的优势。

发明内容

本发明为了解决现有技术中钢梁与混凝土板难以装配、钢构件稳定性差、后期防腐、防火造价高等问题，提供了一种稳定性高、外露面积小、防腐防火、安装便捷、易于装配的防火防屈曲的装配式组合梁。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种防火防屈曲的装配式组合梁：包括预制钢筋混凝土板、外包混凝土钢梁以及摩擦型高强螺栓连接副；所述摩擦型高强螺栓连接副包括摩擦型高强螺栓杆、垫圈和螺母；所述外包混凝土钢梁包括H型钢梁和外包混凝土，所述H型钢梁的上下翼缘在关于腹板对称的左右两侧留有对称的螺栓孔，所述摩擦型高强螺栓杆穿过H型钢梁的上下翼缘的螺栓孔、且位于H型钢梁的下翼缘上表面及上翼缘下表面旋拧有垫圈及螺母，在H型钢梁的上下翼缘与腹板围成的区域内浇筑外包混凝土，将摩擦型高强螺栓杆预埋在内；所述预制钢筋混凝土板上设有与H型钢梁所设螺栓孔对应的通孔，所述摩擦型高强螺栓杆上部穿过通孔、并通过垫圈和螺母旋拧固定。

本发明的构思是将摩擦型高强螺栓连接副与预制钢筋混凝土板、外包混凝土钢梁相结合成为一种新型的装配式组合梁，使其实现防火防屈曲的功能，此种组合梁在现有技术中较为缺乏，因此利用摩擦型高强螺栓连接副将预制钢筋混凝土板与外包混凝土钢梁连接成为一体，该装配式组合梁的梁、板构件可实现拆卸、分离的功能；可有效提高薄壁钢构件的稳定承载力，使用混凝土包裹H型钢后，钢梁翼缘和腹板被约束，计算长度趋于0，无法产生局部变形，因此稳定性大大提高，达到防屈曲的目的；同时可减少上、下翼缘及腹板的外露表面积，减少防护面积，外包混凝土可以阻止钢构件直接接触热源，此外混凝土体积较大，热容量大，耐火性好，可以防止内部钢构件温度的急剧上升，从而达到防火目的。

进一步的，所述H型钢梁的所述螺栓孔的直径比摩擦型高强螺栓杆的直径大1~2mm，该螺栓孔用于装配摩擦型高强螺栓连接副；在摩擦型高强螺栓杆穿过并旋拧紧后，在上下翼缘及腹板围成的空间内浇筑外包混凝土。

进一步的，预制钢筋混凝土板上设有与H型钢梁所设螺栓孔对应的通孔，该通孔用于装配摩擦型高强螺栓连接副，直径比摩擦型高强螺栓杆的直径大4.5~10.5mm；连接后与外包混凝土钢梁成为一体。

上述的摩擦型高强螺栓连接副的数量根据设计要求确定，其包含摩擦型高强螺栓杆和对应的螺母、垫圈，所述摩擦型高强螺栓杆贯穿H型钢梁和预制钢筋混凝土板，其长度大于H型钢梁与预制钢筋混凝土板厚度之和，螺母在混凝土板上表面安装，安装完成后超出螺母的长度在2倍螺纹间距~0.5倍螺栓直径之间。

优选的，在摩擦型高强螺栓杆上部（即超出H型钢梁的部分）套有橡胶套筒，橡胶套筒的作用是增大摩擦力，使摩擦型高强螺栓连接副与预制钢筋混凝土板连接更加紧密，橡胶套筒厚度为2~5mm，内径与摩擦型高强螺栓杆公称直径相等，橡胶套筒位于通孔内，其长度小于等于通孔的高度。

本发明中的外包混凝土钢梁采用摩擦型高强螺栓连接副拉结上下翼缘板，起到加劲肋的作用，有利于提高薄壁钢梁的局部稳定性，提高钢构件承载力；同时在翼缘与腹板围成的区域内浇筑混凝土，一方面混凝土可有效防止钢翼缘及腹板的失稳变形，提高其稳定承载力；另一方面，钢梁腹板和部分翼缘板表面被混凝土包裹，不存在防腐和防火问题，钢构件外露面积减少80%以上，大大减少了后期防护面积。

该装配式组合梁采用摩擦型高强螺栓连接副代替焊接栓钉，对钢梁和混凝土板进行连接，避免了现场焊接工序，实现了混凝土板和钢梁的装配和拆卸，克服了高强钢可焊性差的缺点，能使焊接性能较差的高强钢应用于组合梁结构中。摩擦型高强螺栓连接副下部被建筑在外包混凝土内，可以有效减少螺栓滑移，提高混凝土板与钢梁的组合作用。摩擦型高强螺栓连接副在设计上认为摩擦力丧失后即失效，但实际上摩擦型高强螺栓连接副丧失摩擦力后，仍能承压抵抗疲劳荷载。在此阶段，本发明中的组合梁通过将摩擦型高强螺栓连接副与橡胶套筒的结合，减小了预制钢筋混凝土板对摩擦型高强螺栓的约束，有效降低了摩擦型高强螺栓的应力集中和局部应力幅，提高了其安全储备，延长了组合梁在使用过程中的疲劳寿命。

本发明通过结合可恢复结构的设计理念，将摩擦型高强螺栓连接副与预制钢筋混凝土板、外包混凝土钢梁相结合，提高了钢构件的承载力，节约了钢构件防腐防火处理成本，扩展了组合梁的适用范围，实现了组合梁的装配化施工，节约了现场绑扎钢筋、浇筑混凝土和混凝土养护的时间，很大程度的缩短了工期，提高了施工效率，在钢结构建筑结构中具有较广阔的应用前景。

附图说明

图1表示本发明的正面结构示意图。

图2表示本发明的左视图。

图3表示本发明中摩擦型高强螺栓连接副的结构示意图。

图4表示本发明的施工结构示意图。

图中：1-预制钢筋混凝土板，2-通孔，3-钢筋网，4-外包混凝土钢梁，5-螺栓孔，6-摩擦型高强螺栓连接副，7-外包混凝土，8-摩擦型高强螺栓杆，9-垫圈，10-螺母，11-橡胶套筒，12-H型钢梁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行说明。

一种防火防屈曲的装配式组合梁，如图1、图2所示：包括预制钢筋混凝土板1、外包混凝土钢梁4以及摩擦型高强螺栓连接副6；所述摩擦型高强螺栓连接副6包括摩擦型高强螺栓杆8、垫圈9和螺母10；所述外包混凝土钢梁4包括H型钢梁12和外包混凝土7，所述H型钢梁12的上下翼缘在关于腹板对称的左右两侧留有对称的螺栓孔5，所述摩擦型高强螺栓杆8穿过H型钢梁12的上下翼缘的螺栓孔5、且位于H型钢梁12的下翼缘上表面及上翼缘下表面旋拧有垫圈9及螺母10，在H型钢梁12的上下翼缘与腹板围成的区域内浇筑外包混凝土7，将摩擦型高强螺栓杆8预埋在内；所述预制钢筋混凝土板1上设有与H型钢梁12所设螺栓孔5对应的通孔2，所述摩擦型高强螺栓杆8上部穿过通孔2、并通过垫圈9和螺母10旋拧固定。

在本实施例中，H型钢梁12的上下翼缘在关于腹板对称的左右两侧留有对称的螺栓孔5，根据设计要求螺栓孔5的位置要均匀分布，螺栓孔5的直径比摩擦型高强螺栓杆8的直径大1.5mm，孔内用于装配摩擦型高强螺栓连接副，在旋拧紧上下翼缘之间的垫片9和螺母10以后，在上下翼缘及腹板围成的空间内浇筑混凝土并将摩擦型高强螺栓连接副预埋在内。预制钢筋混凝土板1上设有与H型钢梁12所设螺栓孔5对应的通孔2，通孔2的直径比比摩擦型高强螺栓杆8的直径大6.5mm，也用于装配摩擦型高强螺栓连接副6，同时在预制钢筋混凝土板1内部配置有钢筋网3。上述摩擦型高强螺栓连接副6的数量根据设计要求确定，其中摩擦型高强螺栓杆8贯穿H型钢梁12和预制钢筋混凝土板1，安装完成后超出预制钢筋混凝土板1外螺母10的长度在2倍螺纹间距~0.5倍螺栓直径之间。本实施例中，在摩擦型高强螺栓杆8上部套有橡胶套筒11，橡胶套筒11的厚度为3mm，橡胶套筒11位于通孔2内，其内径与摩擦型高强螺栓杆8公称直径相等，长度小于等于通孔2的高度，摩擦型高强螺栓杆8为标准件，其公称直径为本领域技术人员公知的。

上述装配式组合梁的施工方法，具体实施方式步骤如下：

①在工厂加工预制钢筋混凝土板1，预留通孔2，在预制钢筋混凝土板1内部配置有钢筋网3；

②在工厂预制外包混凝土钢梁4，在H型钢梁12上预留螺栓孔5；将摩擦型高强螺栓杆8从H型钢梁12下翼缘底部螺栓孔5插入，再将摩擦型高强螺栓杆8上拧入2对垫圈9和螺母10，摩擦型高强螺栓杆8穿过H型钢梁12上翼缘的螺栓孔5后，分别将下翼缘上表面及上翼缘下表面的垫圈9和螺母10拧紧；之后在翼缘与腹板围成的区域内浇筑外包混凝土7，将摩擦型高强螺栓杆8预埋在内；

③将橡胶套筒11直接套于固定后的摩擦型高强螺栓杆8外部，并与其一同从预制钢筋混凝土板1的通孔2中穿过，在预制钢筋混凝土板1顶部通过另一对垫圈9和螺母10旋拧固定，并张紧至设计强度。

上述步骤操作完成后，即为防火防屈曲的装配式组合梁的一种实施例。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种防火防屈曲的装配式组合梁，其特征在于：包括预制钢筋混凝土板（1）、外包混凝土钢梁（4）以及摩擦型高强螺栓连接副（6）；所述摩擦型高强螺栓连接副（6）包括摩擦型高强螺栓杆（8）、垫圈（9）和螺母（10）；所述外包混凝土钢梁（4）包括H型钢梁（12）和外包混凝土（7），所述H型钢梁（12）的上下翼缘在关于腹板对称的左右两侧留有对称的螺栓孔（5），所述摩擦型高强螺栓杆（8）穿过H型钢梁（12）的上下翼缘的螺栓孔（5）、且位于H型钢梁（12）的下翼缘上表面及上翼缘下表面旋拧有垫圈（9）及螺母（10），在H型钢梁（12）的上下翼缘与腹板围成的区域内浇筑外包混凝土（7），将摩擦型高强螺栓杆（8）预埋在内；所述预制钢筋混凝土板（1）上设有与H型钢梁（12）所设螺栓孔（5）对应的通孔（2），所述摩擦型高强螺栓杆（8）上部穿过通孔（2）、并通过垫圈（9）和螺母（10）旋拧固定。

2.根据权利要求1所述的防火防屈曲的装配式组合梁，其特征在于：所述螺栓孔（5）的直径比摩擦型高强螺栓杆（8）的直径大1~2mm。

3.根据权利要求1所述的防火防屈曲的装配式组合梁，其特征在于：所述通孔（2）的直径比摩擦型高强螺栓杆（8）的直径大4.5~10.5mm。

4.根据权利要求1所述的防火防屈曲的装配式组合梁，其特征在于：所述摩擦型高强螺栓杆（8）超出预制钢筋混凝土板（1）外螺母（10）的长度在2倍螺纹间距~0.5倍螺栓直径之间。

5.根据权利要求1所述的防火防屈曲的装配式组合梁，其特征在于：所述摩擦型高强螺栓杆（8）上部套有橡胶套筒（11），所述橡胶套筒（11）厚度为2~5mm，内径与摩擦型高强螺栓杆（8）公称直径相等，所述橡胶套筒（11）位于通孔（2）内、其长度小于等于通孔（2）的高度。

6.一种防火防屈曲的装配式组合梁，其特征在于：施工方法包括如下步骤：

①在工厂加工预制钢筋混凝土板（1），预留通孔（2），在预制钢筋混凝土板（1）内部配置有钢筋网（3）；

②在工厂预制外包混凝土钢梁（4），在H型钢梁（12）上预留螺栓孔（5）；将摩擦型高强螺栓杆（8）从H型钢梁（12）下翼缘底部螺栓孔（5）插入，再将摩擦型高强螺栓杆（8）上拧入2对垫圈（9）和螺母（10），摩擦型高强螺栓杆（8）穿过H型钢梁（12）上翼缘的螺栓孔（5）后，分别将下翼缘上表面及上翼缘下表面的垫圈（9）和螺母（10）拧紧；之后在翼缘与腹板围成的区域内浇筑外包混凝土（7），将摩擦型高强螺栓杆（8）预埋在内；

③将橡胶套筒（11）直接套于固定后的摩擦型高强螺栓杆（8）外部，并与其一同从预制钢筋混凝土板（1）的通孔（2）中穿过，在预制钢筋混凝土板（1）顶部通过另一对垫圈（9）和螺母（10）旋拧固定，并张紧至设计强度。