CN108755938A - 一种装配式混凝土框架的钢核心区节点 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种装配式混凝土框架的钢核心区节点，其包括：装配式混凝土框架梁与梁节点之间的连接；装配式混凝土框架柱与基础节点之间的连接；装配式混凝土框架梁与柱节点之间的连接发明；本发明提出的一种完全装配式混凝土框架钢核心区节点发明，其将传统的装配式框架节点安装技术加以变革，在框架主体形成前，完全取消了框架柱、框架梁在节点形成前大量的梁柱临时支撑系统内容,并且将装配式混凝土框架各核心区节点范围的搭接筋锚固筋全部取消，彻底解决了各节点中钢筋相互锚固搭接施工难题；节省了大量的人力物力，施工所需时间仅为相应部分所需时间的5％。由此加快了装配式结构工期，降低了造价，并大大提高了预制装配率。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程领域，特别涉及一种装配式混凝土框架的钢核心区节点。
背景技术
我国对预制装配式建筑结构有明确的要求，对于主体、外墙、隔墙、各部位装配比例都有明确的比例要求，就目前采用的传统的装配式框架技术在技术上，方法上都无法完成国家要求的目标。仅仅采用一下隔墙板远达不到真正意义上的装配式建筑。满足不了国家明文规定各部位的装配率。
要使装配式结构得以顺利推广，解决主体结构装配技术问题是关键。现有结构采用的结构连接方法落后，费工费时造成装配式框架结构价格高，效率低推广困难。现有方法不适应新时期要求的需要。
现有技术的缺点：
1、节点核心区各方向钢筋通过节点核心区，各方向梁、柱的钢筋在此搭接、焊接、或机械包裹接头，球墨铸铁接头等造成节点钢筋接头钢筋过密。搭接接头钢筋在节点核心区内钢筋根数在原设计钢筋数量上会达到翻倍。即使采用机械握裹式接头截面也要加大，使得局部钢筋净距很小，况且有些部位设备很难进得去很难实现。
2、现有方法不科学，繁琐效率低，大量的支撑，难度极大的模板工程，节点质量得不到保证。所有施工单位普遍对该施工方法感到困难，这也是装配式框架结构造价高推广困难的所在。目前急需一种快捷有效的方法改变这一局面。
3、钢筋混凝土框架结构是建筑结构当中最常用的结构形式。在该结构中推行结构主体采用装配式，是该结构实行装配式是可行的。但是结构安装阶段是该结构形式推广的关键。首先柱定位，在框架柱定位时，需要多方向对柱子进行支顶，调整控制柱垂直度。由于柱两端首先是靠钢筋临时支撑着柱子，混凝土柱暂不能落地，柱定位就十分困难，各柱很难准确定位。需反复修订柱位置该方法费力、费时、精准度低。
4、现有钢筋混凝土框架结构采用装配式，其难点就在于框架在节点核心区。多方向交汇在节点上的的框架梁、纵框架梁、上下柱，中的钢筋在此交会十分密集。上下柱中的纵向钢筋在节点处约有50根左右。四个方向交汇在节点上的框架梁，正负弯矩受力筋约40根左右。加上架立筋(受扭筋)等。一般中柱节点中钢筋数量超过100根钢筋的情况占多数。这些钢筋在节点处形成了6面体网状钢筋笼。对于节点中的钢筋不管采用何种连接方法，施工时都是大问题，焊接都很难。至于用其他机械就更困难设备基本无法介入。即使勉强完成，在节点浇灌混凝土时骨料很难通过，质量无法保证。
5、由于装配式框架，在组装阶段梁柱是需要支撑支顶。而且梁柱支顶精度要求很高，加上叠合板的临时支顶各楼层脚手架林立，密密麻麻，工程量极大。为几根构件形成结构体系付出代价太大，不可取。
6、框架核心区节点浇混凝土前，节点模板又是框架结构安装阶段难度较大的部位。由于施工环境条件受限，模板材料的运输都是问题。效率低整个工程进度完全受制于支顶，模板工程中。丝毫体现不出装配式结构的优越性。上述技术问题制约了装配式框架结构的推广。目前99％的工程均采用现浇框架。主体装配由于该项技术落后使得结构主体装配式很难推行。
装配式混凝土框架目前的问题：
1、由于上下柱中钢筋搭接或插入原因，在预制混凝土柱安装竖立时，由于钢筋位置，钢筋又比较柔，柱准确就位、柱子定位、垂直度反复纠偏致施工精度很难满足要求。安装进度及其缓慢，效率特别低，施工单位十分打怵，目前尚无更好的办法来解决这一技术问题。
2、现有安装方法，对于柱就位后需至少两个方向进行支顶，有些柱子较长立起后需两层支顶方能稳定垂直。预制柱和预制叠合板中埋件耳板在制作中会增加不少的工作量。在预制梁安装阶段，所有梁下都要设临时支架，否则在最终形成体系前支撑时无法拆除，且支架要求平整高度一致。柱支撑、梁支撑、叠合板支撑，混在一起每层支撑密密麻麻乱成一团。极大地制约了工程进度并致使工程造价过高。因此装配式混凝土框架结构，很难推广的原因就在于此。
3、节点核心区在梁柱就位，钢筋连接完毕后就是节点模板。节点核心区截面变化相对集中，各方向构建交织在一起，加之柱支撑，梁支撑，板支撑，节点支撑交织在一起。就连模板运输都是十分困难。
为了解决上述现有技术中的不足与问题，本发明提供一种装配式混凝土框架的钢核心区节点。
发明内容
本发明公开了一种应用于装配式混凝土框架的钢核心区节点，其包括：1)装配式混凝土框架梁与梁节点之间的连接方法；2)装配式混凝土框架柱与基础节点之间的连接方法；3)装配式混凝土框架梁与柱节点之间的连接方法；
1).装配式混凝土框架梁与梁节点之间的连接方法步骤如下：
①装配式砼框架梁端采用焊接工字型钢截面来作为梁端工字型钢接头(3)；将框架梁端负弯矩钢筋与工字型钢接头的上翼缘上皮连接；在配二排筋时，将框架梁的上部第二排筋与工字型钢接头截面上翼缘下皮连接；框架梁端正弯矩钢筋与工字型钢接头下翼缘下皮连接，框架梁的下部二排筋与下翼缘上皮连接；此项作业工厂在制作时焊接即可；
②为保证工字型钢接头与混凝土框架梁强度一致，保证工字型钢接头抗弯刚度与混凝土梁一致，使得钢接头与混凝土二者融为一体，在工字型截面上下翼缘边缘每侧各设一块加强板b。
③所述加强板b将钢接头形成了一日字型的两个腔室，根据混凝土灌入钢接头内的深度，在内部设置临时封头板防止混凝土越界，从而达到两种材料互溶，腔室内有混凝土，钢板又包裹着混凝土，你中有我我中有你；二者融为一体保证了刚度的连续性；
④两侧所述加强板b分别与框架梁中纵向的受扭筋与架立筋相焊接，加强板b 是架立筋与受扭筋的支撑点；同时架立筋，受扭筋通过加强板b将工字型钢接头牢固的与混凝土部分连接在一起。
⑤所述工字型钢接头位于翼缘上皮的两个腔室，分别设置一个注浆孔，注浆孔与柱上连接端上翼缘排气孔配合使用。
⑥次梁与主梁相接时，主次梁之间设计成铰接，主梁内在相应的次梁位置处设置有主梁埋件，主梁埋件上设栓接主次梁连接板的一端，主次梁连接板的另一端与次梁端埋件栓接；栓接安装就位后在主梁埋件上焊一块与次梁主筋相连的正筋连接板；当需要加强次梁与主梁连接时，叠合梁后浇部分内设置所需要的梁端负弯矩筋与主梁连接，即可表现出固结状态；相关做法由设计计算模型而定可随意处理；
2).装配式混凝土框架柱与基础节点之间的连接方法步骤如下
①柱框架节点的核心钢管桶内，位于框架梁上下翼缘高度的位置，设置加强板a；加强板a解决了在框架梁作用下节点核心筒局部失稳的问题；核心钢管桶灌细石混凝土设计成钢管混凝土结构，形成节点刚度远大于各交汇在节点上的杆件刚度，从而提高了可靠性，有效的降低了节点转角；使建筑物层间位移位移、顶点位移得到明显降低；
②柱中纵向钢筋与柱端钢接头相焊接，柱端钢接头在此范围内代替纵向钢筋；柱端钢接头与核心钢管桶相焊接形成完整的框架结构连接；柱端钢接头1/2长度处分别设临时隔板控制混凝土灌注范围，安装前拆除临时隔板为下一道工序做准备；柱端部混凝土中埋设二根导管为节点灌浆排气用；柱核心区内加强板a留孔，使混凝土能够灌入下柱上端节点空腔中；上述各项内容均在工厂加工制作；
③低层柱上下端钢接头同上部柱做法相同，钢接头与纵筋相连，端头1/2处设隔板，可在装配之前拆除。
④低层柱与基础连接，基础顶面处设柱连接接头俗称‘靴头’，靴头的作用是将底层柱子下端与基础相连接，将柱端钢接头插入靴头内，通过靴头将框架低层柱与基础连接；靴头与基础相连处设置有一块定位板，定位板的作用是将靴头固定在基础上；定位板是一个专项发明具有可上下及360度可调的作用可将靴头固定在准确位置上，使得柱定位基准点0误差；底柱下端轴力、剪力最大；基础与柱之间按钢管混凝土理论方法设计。
3).装配式混凝土框架梁与柱节点之间的连接方法步骤如下
①梁柱连接根据各自的栓接接头，吊装就位直接完成第一阶段栓接；随后进行节点焊接连接，将穿好备用的负弯矩钢筋与节点钢接头焊接；节点灌注混凝土不需要临时支撑架子繁琐耗时等步骤；
②各节点由于钢接头的特性，不需支节点模板，直接刷结合剂抹灰对节点进行保护即可。
优选的，所述工字型钢接头的截面高度是根据框架梁实际设计高度减去梁上下保护层厚度，来作为钢接头的外形高度；工字型钢接头3的截面宽度是根据框架梁设计宽度减去双侧保护层厚度来作为钢接头的宽度；梁两端工字型钢接头的长度是根据混凝土灌入深度加上工字型钢接头栓接构造宽度而定；浇筑混凝土灌入工字型钢接头腔室深度一般控制在300mm或者1/3梁高范围；
优选的，通过改变加强板b厚度能够调整工字型钢接头与混凝土梁的刚度差异。
优选的，次梁端埋件上焊接有抗剪键。
本发明的目地是为了解决装配式钢筋混凝土框架结构节点核心区内钢筋过密过多，钢筋在节点核心区内交叉形成网格施工困难的实际问题；本发明专利将混凝土框架核心区节点范围内的柱中，梁中搭接筋、锚固筋全部取消。节点核心区各方向与柱子相连接的混凝土框架梁端头设计成全钢接头。节点核心区与各方向梁相连的柱核心区设计成一个钢节点。各方向框架梁与柱在节点相连时采用的是栓焊连接；其彻底解决了梁与梁，柱与柱中钢筋相互锚固搭接钢筋过于密集施工困难的题。替换后的构件端头强度、刚度、延性均超出原有节点接头受力性能。同时，本发明重点解决了构件钢接头与混凝土构建之间相互连接，相互融合的技术问题，解决了钢接头与混凝土构建在连接部位刚度差异的问题，在受力情况下构建变形协调的问题。形成了节点梁柱之间栓焊连接，框架主梁与次梁铰接连接。本发明由于将传统的节点安装技术加以变革，在框架主体形成前，完全取消了框架柱、框架梁在节点形成前大量的梁柱临时支撑内容。节省了大量的人力物力，施工所需时间仅为相应部分所需时间的5％。由于节点为钢节点的特性，本发明随之省去了节点模板的工程内容。由此加快了工期，降低了造价。
附图说明
图1为混凝土框架柱的核心节点内加强板的俯视剖面结构示意图；
图2为核心钢管筒的主视剖面结构示意图；
图3为核心节点内加强板的主视剖面结构示意图；
图4为核心节点内加强板的俯视剖面结构示意图；
图5为工字型钢接头结构示意图；
图6为工字型钢接头与梁端两侧加强板连接结构示意图；
图7为梁端两侧加强板结构示意图；
图8为梁柱与梁端两侧加强板焊接结构示意图；
图9为封头板与工字型钢接头侧视剖面结构示意图；
图10为封头板与工字型钢接头主视结构示意图；
图11为核心节点内加强板、工字型钢接头与封头板连接示意图；
图12为主次梁连接示意图；
图13为柱与基础剖面连接示意图；
图14为柱与基础连接示意图；
图15为柱与基础连接点示意图；
图16为柱与基础连接接头示意图。
附图标记说明：1-核心钢管筒，2-加强板a，3-工字型钢接头，3-1-梁端负弯矩钢筋，3-2-梁端正弯矩钢筋，4-加强板b，4-1-梁柱与梁端两侧加强板焊接处， 4-2-受扭筋，5-封头板，6-主次梁连接板，7-抗剪键，8-次梁端埋件，9-正筋连接板，10-主梁埋件，11-连接板，12-柱连接接头，13-灌浆导流孔。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1至图16所示，本发明实施例提供的一种装配式混凝土框架的钢核心区节点，其包括：1)装配式混凝土框架梁与梁节点之间的连接方法；2)装配式混凝土框架柱与基础节点之间的连接方法；3)装配式混凝土框架梁与柱节点之间的连接方法；
1).装配式混凝土框架梁与梁节点之间的连接方法步骤如下：
①装配式砼框架梁端采用焊接工字型钢截面来作为梁端工字型钢接头3；将框架梁端负弯矩钢筋3-1与工字型钢接头3的上翼缘上皮连接；在配二排筋时，将框架梁的上部第二排筋与工字型钢接头3截面上翼缘下皮连接；框架梁端正弯矩钢筋3-2与工字型钢接头3下翼缘下皮连接，框架梁的下部二排筋与下翼缘上皮连接；此项作业工厂在制作时焊接即可；
②为保证工字型钢接头3与混凝土框架梁强度一致，保证工字型钢接头3抗弯刚度与混凝土梁一致，使得钢接头与混凝土二者融为一体，在工字型截面上下翼缘边缘每侧各设一块加强板b4。
③所述加强板b4将钢接头形成了一日字型的两个腔室，根据混凝土灌入钢接头内的深度，在内部设置临时封头板5防止混凝土越界，从而达到两种材料互溶，腔室内有混凝土，钢板又包裹着混凝土，你中有我我中有你；二者融为一体保证了刚度的连续性；
④两侧所述加强板b4分别与框架梁中纵向的受扭筋4-2与架立筋相焊接，加强板b4是架立筋与受扭筋4-2的支撑点；同时架立筋，受扭筋4-2通过加强板b4 将工字型钢接头3牢固的与混凝土部分连接在一起。
⑤所述工字型钢接头3位于翼缘上皮的两个腔室，分别设置一个注浆孔，注浆孔与柱上连接端上翼缘排气孔配合使用。
⑥次梁与主梁相接时，主次梁之间设计成铰接，主梁内在相应的次梁位置处设置有主梁埋件10，主梁埋件10上设栓接主次梁连接板6的一端，主次梁连接板 6的另一端与次梁端埋件8栓接；栓接安装就位后在主梁埋件10上焊一块与次梁主筋相连的正筋连接板9；当需要加强次梁与主梁连接时，叠合梁后浇部分内设置所需要的梁端负弯矩钢筋(3-1)与主梁连接，即可表现出固结状态；相关做法由设计计算模型而定可随意处理；
2).装配式混凝土框架柱与基础节点之间的连接方法步骤如下：
①柱框架节点核心钢管桶1内，位于框架梁上下翼缘高度的位置，桶内设置加强板a2，加强板a2解决在框架梁作用下节点核心筒局部失稳的问题；核心钢管桶1灌细石混凝土设计成钢管混凝土结构，形成节点刚度远大于各交汇在节点上的杆件刚度，从而提高了可靠性，有效的降低了节点转角；使建筑物层间位移位移、顶点位移得到明显降低；
②柱中纵向钢筋与柱端钢接头相焊接，柱端钢接头在此范围内代替纵向钢筋；柱端钢接头与核心钢管桶1相焊接形成完整的框架结构连接；柱端钢接头1/2长度处分别设临时隔板控制混凝土灌注范围，安装前拆除临时隔板为下一道工序做准备；柱端部混凝土中埋设二根导管为节点灌浆排气用；柱核心区内加强板a2留孔，使混凝土能够灌入下柱上端节点空腔中；上述各项内容均在工厂加工制作；
③低层柱上下端钢接头同上部柱做法相同，钢接头与纵筋相连，端头1/2处设隔板，可在装配之前拆除。
④低层柱与基础连接，基础顶面处设柱连接接头12俗称‘靴头’，靴头的作用是将底层柱子下端与基础相连接，将柱端钢接头插入靴头内，通过靴头将框架低层柱与基础连接；靴头与基础相连处设置有一块定位板11，定位板11的作用是将靴头固定在基础上；定位板11是一个专项发明具有可上下及360度可调的作用可将靴头固定在准确位置上，使得柱定位基准点0误差；底柱下端轴力、剪力最大；基础与柱之间按钢管混凝土理论方法设计。
3).装配式混凝土框架梁与柱节点之间的连接方法步骤如下：
①梁柱连接根据各自的栓接接头，吊装就位直接完成第一阶段栓接；随后进行节点焊接连接，将穿好备用的梁端负弯矩钢筋3-1与节点钢接头焊接；节点灌注混凝土不需要临时支撑架子繁琐耗时等步骤；
②各节点由于钢接头的特性，不需支节点模板，直接刷结合剂抹灰对节点进行保护即可。
优选的，制作工字型钢接头3的截面高度是根据框架梁实际设计高度减去梁上下保护层厚度，来作为钢接头的外形高度；工字型钢接头3的截面宽度是根据框架梁设计宽度减去双侧保护层厚度来作为钢接头的宽度；梁两端工字型钢接头3 的长度是根据混凝土灌入深度加上工字型钢接头栓接构造宽度而定；浇筑混凝土灌入工字型钢接头腔室深度一般控制在300mm或者1/3梁高范围；
优选的，通过改变加强板b4厚度能够调整工字型钢接头3与混凝土梁的刚度差异。
优选的，次梁端埋件8上焊接有抗剪键7。
本发明公开了一种应用于装配式混凝土框架钢核心区节点，其将传统的节点安装技术加以变革，在框架主体形成前，完全取消了框架柱、框架梁在节点形成前大量的梁柱临时支撑内容。节省了大量的人力物力，施工所需时间仅为相应部分所需时间的5％。由于节点为钢节点的特性，本发明随之省去了节点模板的工程内容。由此加快了工期，降低了造价。
以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种装配式混凝土框架的钢核心区节点，其特征在于,包括：装配式混凝土框架梁与梁节点之间的连接方法；装配式混凝土框架柱与基础节点之间的连接方法；装配式混凝土框架梁与柱节点之间的连接方法。
2.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土框架的钢核心区节点，其特征在于，所述装配式混凝土框架梁与梁节点之间的连接方法步骤如下：
①装配式砼框架梁端采用焊接工字型钢截面来作为梁端工字型钢接头(3)；将框架梁端负弯矩钢筋(3-1)与工字型钢接头(3)的上翼缘上皮连接；在配二排筋时，将框架梁的上部第二排筋与工字型钢接头(3)截面上翼缘下皮连接；框架梁端正弯矩钢筋(3-2)与工字型钢接头(3)下翼缘下皮连接，框架梁的下部二排筋与下翼缘上皮连接；此项作业工厂在制作时焊接即可；
②在工字型截面上下翼缘边缘每侧各设一块加强板b(4)；
③所述加强板b(4)将钢接头形成了一日字型的两个腔室，根据混凝土灌入钢接头内的深度，在内部设置临时封头板(5)防止混凝土越界；
④两侧所述加强板b(4)分别与框架梁中纵向的受扭筋(4-2)与架立筋相焊接，加强板b(4)是架立筋与受扭筋(4-2)的支撑点；同时架立筋，受扭筋通过加强板b(4)将工字型钢接头(3)牢固的与混凝土部分连接在一起。
⑤所述工字型钢接头(3)位于翼缘上皮的两个腔室，分别设置一个注浆孔，注浆孔与柱上连接端上翼缘排气孔配合使用；
⑥次梁与主梁相接时，主次梁之间设计成铰接，主梁内在相应的次梁位置处设置有主梁埋件(10)，主梁埋件(10)上设栓接主次梁连接板(6)的一端，主次梁连接板(6)的另一端与次梁端埋件(8)栓接；栓接安装就位后在主梁埋件(10)上焊一块与次梁主筋相连的正筋连接板(9)；当需要加强次梁与主梁连接时，叠合梁后浇部分内设置所需要的梁端负弯矩钢筋(3-1)与主梁连接；
所述装配式混凝土框架柱与基础节点之间的连接方法步骤如下：
①柱框架节点的核心钢管桶(1)内，位于框架梁上下翼缘高度的位置，设置加强板a(2)；核心钢管桶(1)内灌入细石混凝土,设计成钢管混凝土结构，形成节点刚度远大于各交汇在节点上的杆件刚度；
②柱中纵向钢筋与柱端钢接头相焊接；柱端钢接头与核心钢管桶(1)相焊接形成完整的框架结构连接；柱端钢接头1/2长度处分别设临时隔板控制混凝土灌注范围，安装前拆除临时隔板为下一道工序做准备；柱端部混凝土中埋设二根导管为节点灌浆排气用；柱核心区内加强板a(2)留孔，使混凝土能够灌入下柱上端节点空腔中；
③低层柱上下端钢接头同上部柱做法相同，钢接头与纵筋相连，端头1/2处设隔板，可在装配之前拆除。
④低层柱与基础连接，基础顶面处设柱连接接头(12)，将柱端钢接头插入柱连接接头(12)内，通过柱连接接头(12)将框架低层柱与基础连接；柱连接接头(12)与基础相连处设置有一块定位板(11)，定位板(11)的作用是将柱连接接头(12)固定在基础上；
所述装配式混凝土框架梁与柱节点之间的连接方法步骤如下：
①梁柱连接根据各自的栓接接头，吊装就位直接完成第一阶段栓接；随后进行节点焊接连接，将穿好备用的梁端负弯矩钢筋(3-1)与节点钢接头焊接；节点灌注混凝土不需要临时支撑架子繁琐耗时等步骤；
②各节点由于钢接头的特性，不需支节点模板，直接刷结合剂抹灰对节点进行保护即可。
3.根据权利要求2所述的一种装配式混凝土框架的钢核心区节点，其特征在于，所述工字型钢接头(3)的截面高度是根据框架梁实际设计高度减去梁上下保护层厚度，来作为钢接头的外形高度；工字型钢接头(3)的截面宽度是根据框架梁设计宽度减去双侧保护层厚度来作为钢接头的宽度；梁两端工字型钢接头(3)的长度是根据混凝土灌入深度加上工字型钢接头栓接构造宽度而定；浇筑混凝土灌入工字型钢接头腔室深度一般控制在300mm或者1/3 梁高范围。
4.根据权利要求2所述的一种装配式混凝土框架的钢核心区节点，其特征在于，通过改变加强板b(4)厚度能够调整工字型钢接头(3)与混凝土梁的刚度差异。
5.根据权利要求2所述的一种装配式混凝土框架的钢核心区节点，其特征在于，所述次梁端埋件(8)上焊接有抗剪键(7)。
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