CN108487457B - 一种弯剪分离式预制装配式框架柱及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种弯剪分离式预制装配式框架柱及其施工方法，柱节包括上柱节和下柱节，柱节的拼接处位于弯矩反弯点处，柱节的底端面预埋有水平的底端钢封板，底端钢封板的下表面设有向下外凸的抗剪键，柱节的顶端面预埋有水平的顶端钢封板，顶端钢封板的上表面设有与抗剪键相适应设置、向下内凹的抗剪键槽，底端钢封板与顶端钢封板紧密贴合，抗剪键向下卡入抗剪键槽内，抗剪键与抗剪键槽紧密配合，顶端钢封板与底端钢封板通过抗弯件固定连接为一体。本发明的框架柱将弯剪构件分离，可保证框架柱的竖向承载力，符合抗震需求，构造简单，加工施工安装方便，同时经济可行性价比高。

Description

一种弯剪分离式预制装配式框架柱及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种框架结构竖向构件，特别是一种用于弯剪分离的预制框架柱及其施工方法。

背景技术

由于经济发展与技术进步的推动以及城镇化进程中住宅需求巨大，劳动力短缺等限制因素，为住宅产业化和预制构件的应用奠定了基础。预制装配式结构是以预制构件为主要构件，经装配、连接、部分现浇而成的混凝土结构。预制构件具有建造效率高，成本低，同时符合“四节一环保”的绿色施工原则，是土木工程领域的发展方向。

目前预制装配式竖向构件框架柱，构件间的竖向连接方式大多数采用灌浆套筒的连接方式。而对灌浆套筒的灌浆密实程度检测，其检测方法和手段都具有局限性，目前仍然没有得到很好的解决，该种连接方式的质量控制比较难得到保证，也无法有效的控制施工质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种弯剪分离式预制装配式框架柱及其施工方法，要解决现有预制框架柱之间采用灌浆套筒的连接方式存在灌浆密实程度检测水平无法相应的保证连接质量，进而控制施工质量的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种弯剪分离式预制装配式框架柱，包括一组上下拼接的预制混凝土的柱节，柱节包括上柱节和下柱节，所述柱节的拼接处位于框架结构的层间、柱节中部的弯矩反弯点处，

所述柱节的底端面预埋有水平的底端钢封板，底端钢封板的中心与柱节的横截面中心重合，所述底端钢封板的下表面设有向下外凸的抗剪键，

所述柱节的顶端面预埋有水平的顶端钢封板，顶端钢封板的中心与柱节的横截面中心重合，所述顶端钢封板的上表面设有与抗剪键相适应设置、向下内凹的抗剪键槽，

所述底端钢封板与顶端钢封板的尺寸相同且均大于柱节的尺寸，

所述上柱节的底端钢封板与下柱节的顶端钢封板紧密贴合，同时底端钢封板的抗剪键向下卡入顶端钢封板的抗剪键槽内，抗剪键与抗剪键槽紧密配合，下柱节的顶端钢封板与上柱节的底端钢封板超出相应柱节四周的边部通过围绕柱节间隔均布的抗弯件固定连接为一体，

所述底端钢封板与柱节之间固定连接有底端加劲，所述顶端钢封板与柱节之间固定连接有顶端加劲。

所述抗剪键的抗剪强度不小于柱节本身的抗剪强度。

所述抗剪键与底端钢封板一体机械加工成型，所述抗剪键在底端钢封板上中心对称设置，为位于底端钢封板中央的凸块、凸条或者两者的结合，

所述抗剪键槽与顶端钢封板一体机械加工成型，所述抗剪键槽在底端钢封板上与抗剪键相适应设置。

所述抗弯件的弯矩承载力不小于柱节本身的抗弯承载力。

所述抗弯件为抗弯紧固螺栓，包括螺杆和螺母，

所述顶端钢封板超出相应柱节四周的边部开有顶端连接孔，所述底端钢封板超出相应柱节四周的边部开有底端连接孔，所述螺杆依次穿过顶端连接孔和底端连接孔并通过紧固至顶端钢封板下表面的螺母固定。

所述底端加劲包括预埋围合柱节底端部四周的底端钢套，所述底端钢套的外表面与柱节的外表面平齐，所述底端加劲还包括底端钢套与底端钢封板之间、围绕柱节一周设置的底端加劲板，

所述底端加劲板空间垂直底端钢套的外侧表面以及底端钢封板的上侧表面，并且与两者均焊接连接，底端加劲板的上边缘与底端钢套的上边缘平齐，底端加劲板的外边缘与底端钢封板的外边缘平齐；

所述顶端加劲包括预埋围合柱节顶端部四周的顶端钢套，所述顶端钢套的外表面与柱节的外表面平齐，所述顶端加劲还包括顶端钢套与顶端钢封板之间、围绕柱节一周设置的顶端加劲板，

所述顶端加劲板空间垂直顶端钢套的外侧表面以及顶端钢封板的下侧表面，并且与两者均焊接连接，顶端加劲板的下边缘与顶端钢套的下边缘平齐，顶端加劲板的外边缘与顶端钢封板的外边缘平齐。

一种弯剪分离式预制装配式框架柱的施工方法，施工步骤如下：

步骤一，设计各层柱节的长度使得柱节拼接处位于框架柱在层间的弯矩反弯点处，设计抗剪键设置的位置和尺寸，设计抗弯件设置的位置和个数；

步骤二，在工厂加工顶端钢封板、底端钢封板、顶端加劲和底端加劲；

顶端钢封板上机械加工一体成型的抗剪键槽，顶端钢封板上开设顶端连接孔；

底端钢封板上机械加工一体成型的抗剪键，底端钢封板上开设底端连接孔；

在预制上柱节时，将底端钢套与底端钢封板的焊接，底端加劲板焊接在底端钢套与底端钢封板之间，底端钢套的内壁上固定连接有锚入柱节内的锚杆，然后浇筑柱节的混凝土使柱节底端面预埋底端钢封板，柱节的底部混凝土以底端钢套和底端钢封板为模板浇筑在内，柱节其余部分混凝土的外侧表面与底端钢套的外侧表面平齐浇筑；

在预制下柱节时，将顶端钢套与顶端钢封板的焊接，顶端加劲板焊接在顶端钢套与顶端钢封板之间，顶端钢套的内壁上固定连接有锚入柱节内的锚杆，然后浇筑柱节的混凝土使柱节顶端面预埋顶端钢封板，柱节的顶部混凝土以顶端钢套和顶端钢封板为模板浇筑在内，柱节其余部分混凝土的外侧表面与顶端钢套的外侧表面平齐浇筑；

步骤三，将各层预制好的柱节运输至施工现场；

步骤四，按照设计连接第一层柱节和第二层柱节，此时第一层柱节为下柱节，第二层柱节为上柱节，上柱节的底端钢封板与下柱节的顶端钢封板紧密贴合，同时将底端钢封板的抗剪键向下卡入顶端钢封板的抗剪键槽内，抗剪键与抗剪键槽紧密配合，顶端连接孔与底端连接孔对齐，将螺杆依次穿入两孔并紧固螺母，使两层柱节拼接为一体；

步骤五，向上逐层拼接柱节直至施工完成整个框架结构的框架柱。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明克服了传统灌浆套筒难以检测，检测手段有限检修困难，施工质量无法保证的问题，提出一种结合装配式框架结构的新框架柱，为了连接方式，针对框架柱的受力特点，提出框架柱弯剪分离式连接。在每层框架柱的弯矩反弯点高度处将框架柱分开预制形成预制柱节，然后创造性的将框架柱连接处的弯剪受力构件由单一构件分开成为两个构件分别承担弯矩和剪力，采用抗剪键保持受剪弹性，采用抗弯螺栓保持受弯弹性。

本发明相比于其他灌浆套筒连接方式，连接质量易于控制，并且连接外漏，易于维修检查。抗剪键在传递剪力的同时，也起到预制柱安装定位作用；并且采用预埋端板采用抗弯螺栓连接方式传递弯矩。该种连接方式可利用装配式结构工厂预制可精确定位预埋件，施工现场安装简化，提高安装效率，从施工上简便施工。从设计上也容易保证其弯矩和剪力的传递，保证竖向构件的连续性和整体性。

本发明力学明确，其受力机理是通过利用柱子反弯点在柱中的特点，在柱中设置拼接，该处剪力V传递依靠抗剪键与抗剪键槽，而上下柱节抗剪螺栓的拉压力F1F2，形成力偶M，不让柱子发生相对转角，保证柱子的竖向承载力，符合抗震需求，构造简单，加工方便，施工安装方便，同时经济可行性价比高。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1处A放大的示意图。

图3是图2的节点拼接组装示意图。

图4是图2的受力分析图。

图5是图3的中B-B处的仰视结构示意图。

图6是图3的中B-B处的俯视结构示意图。

附图标记：1－上柱节、2－下柱节、3－弯矩反弯点处、4－底端钢封板、41－底端连接孔、5－抗剪键、6－顶端钢封板、61－顶端连接孔、7－抗剪键槽、8－抗弯件、81－螺杆、82－螺母、9－底端加劲、91－底端钢套、92－底端加劲板、10－顶端加劲、101－顶端钢套、102－顶端加劲板。

具体实施方式

实施例参见图1-6所示，一种弯剪分离式预制装配式框架柱，包括一组上下拼接的预制混凝土的柱节，柱节包括上柱节1和下柱节2，所述柱节的拼接处位于框架结构的层间、柱节中部的弯矩反弯点处3。

所述柱节的底端面预埋有水平的底端钢封板4，底端钢封板4的中心与柱节的横截面中心重合，所述底端钢封板4的下表面设有向下外凸的抗剪键5。所述抗剪键5与底端钢封板3一体机械加工成型，所述抗剪键5在底端钢封板3上中心对称设置，为位于底端钢封板中央的凸块、凸条或者两者的结合。本实施例中为在中央居中设置的凸块。

所述柱节的顶端面预埋有水平的顶端钢封板6，顶端钢封板6的中心与柱节的横截面中心重合，所述顶端钢封板6的上表面设有与抗剪键5相适应设置、向下内凹的抗剪键槽7。所述抗剪键槽7与顶端钢封板6一体机械加工成型，所述抗剪键槽7在底端钢封板6上与抗剪键5相适应设置。本实施例中为在中央居中设置的凹槽。

所述上柱节1的底端钢封板4与下柱节2的顶端钢封板6紧密贴合，同时底端钢封板4的抗剪键5向下卡入顶端钢封板6的抗剪键槽7内，抗剪键5与抗剪键槽7紧密配合，下柱节2的顶端钢封板6与上柱节1的底端钢封板4超出相应柱节四周的边部通过围绕柱节间隔均布的抗弯件8固定连接为一体。本实施例中所述抗弯件8为抗弯紧固螺栓，包括螺杆81和螺母82。

所述底端钢封板4与顶端钢封板6的尺寸相同且均大于柱节的尺寸。所述顶端钢封板6超出相应柱节四周的边部开有顶端连接孔61，所述底端钢封板4超出相应柱节四周的边部开有底端连接孔41。本实施例中的螺杆81依次穿过顶端连接孔61和底端连接孔4并通过紧固至顶端钢封板6下表面的螺母固定。

为了使预制柱在连接后竖向受力的连续性和整体性，需保证抗剪键的抗剪强度不小于柱节本身的抗剪强度，抗弯件的弯矩承载力不小于柱节本身的抗弯承载力。

同时为了进一步增强承载力，所述底端加劲9包括预埋围合柱节底端部四周的底端钢套91，所述底端钢套91的外表面与柱节的外表面平齐，所述底端加劲9还包括底端钢套91与底端钢封板4之间、围绕柱节一周设置的底端加劲板92。

所述底端加劲板92空间垂直底端钢套91的外侧表面以及底端钢封板4的上侧表面，并且与两者均焊接连接，底端加劲板的上边缘与底端钢套91的上边缘平齐，底端加劲板92的外边缘与底端钢封板4的外边缘平齐。

所述顶端加劲10包括预埋围合柱节顶端部四周的顶端钢套101，所述顶端钢套101的外表面与柱节的外表面平齐，所述顶端加劲10还包括顶端钢套101与顶端钢封板6之间、围绕柱节一周设置的顶端加劲板102。

所述顶端加劲板102空间垂直顶端钢套101的外侧表面以及顶端钢封板6的下侧表面，并且与两者均焊接连接，顶端加劲板的下边缘与顶端钢套101的下边缘平齐，顶端加劲板102的外边缘与顶端钢封板6的外边缘平齐。

本实施例中，底端加劲板92每侧边均设置四道，共设置十六道。底端连接孔41开在相应的底端加劲板92之间。底端加劲板92每侧边包括两道边肋和两道中肋，边肋设置在柱节角部，边肋的侧面与柱节的边缘平齐。顶端加劲板102与底端加劲板92上下相对应设置。顶端连接孔61开在相应的顶端加劲板之间。

这种弯剪分离式预制装配式框架柱的施工方法，施工步骤如下：

步骤一，设计各层柱节的长度使得柱节拼接处位于框架柱在层间的弯矩反弯点处3，设计抗剪键设置的位置和尺寸，设计抗弯件设置的位置和个数。

步骤二，在工厂加工顶端钢封板6、底端钢封板4、顶端加劲10和底端加劲9。

顶端钢封板6上机械加工一体成型的抗剪键槽7，顶端钢封板6上开设顶端连接孔61。

底端钢封板4上机械加工一体成型的抗剪键5，底端钢封板4上开设底端连接孔41。

在预制上柱节时，将底端钢套91与底端钢封板4的焊接，底端加劲板92焊接在底端钢套91与底端钢封板4之间，底端钢套91的内壁上固定连接有锚入柱节内的锚杆，然后浇筑柱节的混凝土使柱节底端面预埋底端钢封板4，柱节的底部混凝土以底端钢套91和底端钢封板4为模板浇筑在内，柱节其余部分混凝土的外侧表面与底端钢套91的外侧表面平齐浇筑。

在预制下柱节时，将顶端钢套101与顶端钢封板6的焊接，顶端加劲板102焊接在顶端钢套101与顶端钢封板6之间，顶端钢套101的内壁上固定连接有锚入柱节内的锚杆，然后浇筑柱节的混凝土使柱节顶端面预埋顶端钢封板6，柱节的顶部混凝土以顶端钢套101和顶端钢封板6为模板浇筑在内，柱节其余部分混凝土的外侧表面与顶端钢套101的外侧表面平齐浇筑。

步骤三，将各层预制好的柱节运输至施工现场。

步骤四，按照设计连接第一层柱节和第二层柱节，此时第一层柱节为下柱节2，第二层柱节为上柱节1，上柱节的底端钢封板4与下柱节的顶端钢封板6紧密贴合，同时将底端钢封板4的抗剪键5向下卡入顶端钢封板6的抗剪键槽7内，抗剪键5与抗剪键槽7紧密配合，顶端连接孔61与底端连接孔41对齐，将螺杆81依次穿入两孔并紧固螺母82，使两层柱节拼接为一体。

步骤五，向上逐层拼接柱节直至施工完成整个框架结构的框架柱。

Claims (5)

1.一种弯剪分离式预制装配式框架柱，其特征在于：包括一组上下拼接的预制混凝土的柱节，柱节包括上柱节（1）和下柱节（2），所述柱节的拼接处位于框架结构的层间、柱节中部的弯矩反弯点处（3），

所述柱节的底端面预埋有水平的底端钢封板（4），底端钢封板（4）的中心与柱节的横截面中心重合，所述底端钢封板（4）的下表面设有向下外凸的抗剪键（5），

所述柱节的顶端面预埋有水平的顶端钢封板（6），顶端钢封板（6）的中心与柱节的横截面中心重合，所述顶端钢封板（6）的上表面设有与抗剪键（5）相适应设置、向下内凹的抗剪键槽（7），

所述底端钢封板（4）与顶端钢封板（6）的尺寸相同且均大于柱节的尺寸，

所述上柱节（1）的底端钢封板（4）与下柱节（2）的顶端钢封板（6）紧密贴合，同时底端钢封板（4）的抗剪键（5）向下卡入顶端钢封板（6）的抗剪键槽（7）内，抗剪键（5）与抗剪键槽（7）紧密配合，下柱节（2）的顶端钢封板（6）与上柱节（1）的底端钢封板（4）超出相应柱节四周的边部通过围绕柱节间隔均布的抗弯件（8）固定连接为一体，

所述底端钢封板（4）与柱节之间固定连接有底端加劲（9），所述顶端钢封板（6）与柱节之间固定连接有顶端加劲（10）；

所述抗剪键（5）与底端钢封板（3）一体机械加工成型，所述抗剪键（5）在底端钢封板（3）上中心对称设置，为位于底端钢封板中央的凸块、凸条或者两者的结合，

所述抗剪键槽（7）与顶端钢封板（6）一体机械加工成型，

所述抗弯件（8）为抗弯紧固螺栓，包括螺杆（81）和螺母（82），

所述顶端钢封板（6）超出相应柱节四周的边部开有顶端连接孔（61），所述底端钢封板（4）超出相应柱节四周的边部开有底端连接孔（41），所述螺杆（81）依次穿过顶端连接孔（61）和底端连接孔（4）并通过紧固至顶端钢封板（6）下表面的螺母固定。

2.根据权利要求1所述的弯剪分离式预制装配式框架柱，其特征在于：所述抗剪键的抗剪强度不小于柱节本身的抗剪强度。

3.根据权利要求1所述的弯剪分离式预制装配式框架柱，其特征在于：所述抗弯件的弯矩承载力不小于柱节本身的抗弯承载力。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的弯剪分离式预制装配式框架柱，其特征在于：所述底端加劲（9）包括预埋围合柱节底端部四周的底端钢套（91），所述底端钢套（91）的外表面与柱节的外表面平齐，所述底端加劲（9）还包括底端钢套（91）与底端钢封板（4）之间、围绕柱节一周设置的底端加劲板（92），

所述底端加劲板（92）空间垂直底端钢套（91）的外侧表面以及底端钢封板（4）的上侧表面，并且与两者均焊接连接，底端加劲板的上边缘与底端钢套（91）的上边缘平齐，底端加劲板（92）的外边缘与底端钢封板（4）的外边缘平齐；

所述顶端加劲（10）包括预埋围合柱节顶端部四周的顶端钢套（101），所述顶端钢套（101）的外表面与柱节的外表面平齐，所述顶端加劲（10）还包括顶端钢套（101）与顶端钢封板（6）之间、围绕柱节一周设置的顶端加劲板（102），

所述顶端加劲板（102）空间垂直顶端钢套（101）的外侧表面以及顶端钢封板（6）的下侧表面，并且与两者均焊接连接，顶端加劲板的下边缘与顶端钢套（101）的下边缘平齐，顶端加劲板（102）的外边缘与顶端钢封板（6）的外边缘平齐。

5.一种根据权利要求4所述的弯剪分离式预制装配式框架柱的施工方法，其特征在于，施工步骤如下：

步骤一，设计各层柱节的长度使得柱节拼接处位于框架柱在层间的弯矩反弯点处（3），设计抗剪键设置的位置和尺寸，设计抗弯件设置的位置和个数；

步骤二，在工厂加工顶端钢封板（6）、底端钢封板（4）、顶端加劲（10）和底端加劲（9）；

顶端钢封板（6）上机械加工一体成型的抗剪键槽（7），顶端钢封板（6）上开设顶端连接孔（61）；

底端钢封板（4）上机械加工一体成型的抗剪键（5），底端钢封板（4）上开设底端连接孔（41）；

在预制上柱节时，将底端钢套（91）与底端钢封板（4）的焊接，底端加劲板（92）焊接在底端钢套（91）与底端钢封板（4）之间，底端钢套（91）的内壁上固定连接有锚入柱节内的锚杆，然后浇筑柱节的混凝土使柱节底端面预埋底端钢封板（4），柱节的底部混凝土以底端钢套（91）和底端钢封板（4）为模板浇筑在内，柱节其余部分混凝土的外侧表面与底端钢套（91）的外侧表面平齐浇筑；

在预制下柱节时，将顶端钢套（101）与顶端钢封板（6）的焊接，顶端加劲板（102）焊接在顶端钢套（101）与顶端钢封板（6）之间，顶端钢套（101）的内壁上固定连接有锚入柱节内的锚杆，然后浇筑柱节的混凝土使柱节顶端面预埋顶端钢封板（6），柱节的顶部混凝土以顶端钢套（101）和顶端钢封板（6）为模板浇筑在内，柱节其余部分混凝土的外侧表面与顶端钢套（101）的外侧表面平齐浇筑；

步骤三，将各层预制好的柱节运输至施工现场；

步骤四，按照设计连接第一层柱节和第二层柱节，此时第一层柱节为下柱节（2），第二层柱节为上柱节（1），上柱节的底端钢封板（4）与下柱节的顶端钢封板（6）紧密贴合，同时将底端钢封板（4）的抗剪键（5）向下卡入顶端钢封板（6）的抗剪键槽（7）内，抗剪键（5）与抗剪键槽（7）紧密配合，顶端连接孔（61）与底端连接孔（41）对齐，将螺杆（81）依次穿入两孔并紧固螺母（82），使两层柱节拼接为一体；

步骤五，向上逐层拼接柱节直至施工完成整个框架结构的框架柱。

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