CN110453779A - 一种现浇区外移免支模装配整体式节点及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种现浇区外移免支模装配整体式节点及其施工方法。该整体式节点包括预制柱构件、预制梁构件；预制柱构件的节点区上下贯通并在节点区设有外伸水平纵向钢筋，预制梁构件的端部设有预制凹槽，预制凹槽由梁两侧的侧板及底板围成，预制凹槽内设有从梁端伸出的水平纵向钢筋，预制凹槽为现浇区，通过在预制凹槽内浇筑混凝土，实现预制柱构件、预制梁构件的装配连接，现浇区位于预制柱构件的节点区外部。本发明通过梁、柱预制，节点区混凝土预制，保证了构件及节点混凝土的浇筑质量，梁与节点区的纵向钢筋在节点区外搭接及锚固，可实现梁端塑性铰的外移，有利于强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件的抗震设计理念的实现。

Description

一种现浇区外移免支模装配整体式节点及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种建筑技术领域，特别涉及一种现浇区外移免支模装配整体式 节点及其施工方法。

背景技术

预制混凝土结构作为一种符合工业化生产的结构形式，具有优越的经济、环 境、社会效益和良好的结构性能，在欧美、日本等发达国家和地区得到了广泛应 用。我国建筑工业化水平相对较低，预制装配技术落后，有必要对预制混凝土结 构体系及装配技术加以创新，进行深入研究，推动预制混凝土结构在我国的应用 和发展。

现有技术中，预制混凝土结构主要是预制构件与现浇混凝土结合形成的模仿 现浇结构受力性能的装配整体式混凝土结构。常见的装配整体式混凝土框架结构 的装配特征是梁预制，柱子可预制也可现浇，柱子节点区现浇，梁端外伸钢筋在 柱子节点区锚固或连接，梁柱构件就位后通过节点区混凝土现浇实现梁柱构件的 连接。

为了改善钢筋混凝土框架的抗震性能，应将其设计成强柱、弱梁、刚节点， 使之在地震作用下形成最佳耗能机构，即梁铰侧移机构，按照通常的设计方法， 梁塑性铰总是出现在紧贴柱面的梁端，随着地震的反复作用，梁纵筋与混凝土的 粘结力逐渐退化，并向节点区延伸，甚至锚固失效发生贯通滑动，最终发生柱或 节点破坏而不能形成梁铰侧移机构，因此，防止梁纵筋在节点区的滑动就成了提 高框架抗震性能的关键之一，目前解决此问题的方法有两种，其一是增设锚固钢 板加强梁纵筋锚固，但施工麻烦，受力性能不好，其二是将梁端塑性铰向梁中部 转移到一定合理的位置，这样则可避免梁纵筋在梁端及节点区屈服，因而从根本 上避免了梁纵筋在节点区滑动的可能性。

装配整体式混凝土结构需在节点区搭设模板且节点区钢筋较多，混凝土不易 振捣密实，影响节点区混凝土的浇筑质量，同时需在梁下搭设支撑，增加了装配 混凝土结构施工难度及成本。同时通过节点现浇区外移可实现节点梁端塑性铰转 移，有利于增强节点试件在塑性铰区的转动能力和抗剪性能，提高节点的延性和 耗能能力，有利于强柱弱梁、强节点弱构件的设计理念的实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种设计合理， 实现装配整体式混凝土节点现浇区外移免支模的装配方式。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本发明是一 种现浇区外移免支模装配整体式节点，包括预制柱构件、预制梁构件；所述预制 柱构件的节点区上下贯通并在节点区设有外伸水平纵向受力钢筋及梁侧腰筋，所 述预制梁构件的端部设有预制凹槽，所述预制凹槽由梁两侧的侧板及底板围成， 所述预制凹槽内设有从梁端伸出的水平纵向受力钢筋及梁侧腰筋，所述预制凹槽 内为现浇区，通过在所述预制凹槽内浇筑混凝土，实现预制柱构件、预制梁构件 的装配连接，所述现浇区位于预制柱构件的节点区外部。

更进一步地，所述预制梁构件的外伸水平纵向受力钢筋的直径小于所述预 制柱构件的节点区的外伸水平纵向受力钢筋的直径；所述预制凹槽的宽度大于预 制梁构件主体部分的宽度，所述侧板与预制梁构件主体部分呈阶梯状过渡；梁端 塑性铰位于阶梯状过渡区域。

更进一步地，为了实现梁端塑性铰的外移，保证梁端塑性铰出现在阶梯状 过渡区域，所述阶梯状过渡区域的受弯承载力满足：式中M_R1为梁端支座处受弯承载力，l₁为梁端凹槽部位长度，L为梁跨的一半， ΔM_D为竖向荷载引起的梁端支座处弯矩与梁端凹槽形尾部截面弯矩的差值。

更进一步地，所述预制梁构件的梁侧及梁底均设有保护层，所述预制凹槽 的侧板及底板厚度大于等于2倍的梁侧及梁底保护层厚度；所述预制凹槽的侧板 长度为1倍的预制梁构件截面高度。

更进一步地，所述预制凹槽的侧板及底板均设置粗糙面，粗糙面的深度≥ 4mm；所述预制凹槽的侧板附加有弯折型纵筋。

更进一步地，所述预制柱构件的节点区的外伸水平纵向受力钢筋及预制梁 构件的外伸水平纵向受力钢筋在水平向错开布置，所述预制柱构件的节点区的外 伸水平纵向受力钢筋及预制梁构件的外伸水平纵向受力钢筋在所述预制凹槽处 重合且分别进行弯折锚固，锚固长度满足受拉钢筋的抗震锚固长度要求。节点区 外伸梁侧腰筋及预制梁构件外伸梁侧腰筋在所述预制凹槽内进行搭接连接，搭接 长度满足相关规范要求。

更进一步地，还包括梁端箍筋，所述梁端箍筋预先放置于所述预制柱构件 的节点区的外伸水平纵向受力钢筋及预制梁构件的外伸水平纵向受力钢筋上。

更进一步地，还包括用于支撑梁构件的可拆卸的钢牛腿，所述预制柱构件 的水平纵向钢筋下方设有螺栓孔洞，所述螺栓孔洞中穿设有高强摩擦型螺栓，所 述钢牛腿通过张拉所述高强摩擦型螺栓固定。

更进一步地，作用在所述钢牛腿上的竖向力不超过预制柱构件与钢牛腿之 间的抗滑移力，所述抗滑移力为高强螺栓预拉产生的静摩擦力，即R≤V_1u＝nμ_aP， 式中R为施工阶段作用在角钢上的竖向力；n为底部角钢上的螺栓数量；μa为 角钢竖肢与柱之间的摩擦系数；P为单个螺栓中的设计预拉力。

本发明还提供一种现浇区外移免支模装配整体式节点的施工方法，包括如 下步骤：

(1)预制柱构件、预制梁构件及钢牛腿分别在预制构件厂预制完成，并在预 制柱构件以及钢牛腿上相应位置处留置高强摩擦型螺栓的预留孔洞；

(2)将预制柱构件吊装就位，钢牛腿通过高强摩擦型螺栓安装就位，预制梁 构件就位，预制梁构件的预制凹槽支撑在钢牛腿上；预制梁构件的水平纵向钢筋 与预制柱构件的水平纵向钢筋搭接，并按梁端加密区箍筋间距要求布置梁端箍筋；

(3)预制凹槽作为施工模板，在预制凹槽内浇筑混凝土，待混凝土强度达到 设计强度后，实现预制柱构件、预制梁构件的装配连接；

(4)拆除钢牛腿，钢牛腿可重复利用。

本发明通过提供一种现浇区外移免支模装配整体式节点及其施工方法，实现 如下效果：本发明通过梁、柱预制，节点区混凝土预制，保证了构件及节点混凝 土的浇筑质量，梁与节点区的纵向钢筋在节点区外搭接及锚固，可实现梁端塑性 铰的外移，有利于强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件的抗震设计理念的实现。

附图说明

图1是本发明的柱结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是本发明的梁结构示意图；

图4是图3的侧视图；

图5是拼装后节点完成图。

具体实施方式

以下参照附图，进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人 员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。

参照图1-5，一种现浇区外移免支模装配整体式节点，包括预制柱构件1、 预制梁构件2和钢牛腿4，钢牛腿4通过贯穿柱构件的高强摩擦型螺栓5与预制 柱构件1可靠连接，预制柱构件1节点区上下贯通并在节点区布置外伸水平纵向 受力钢筋6、外伸梁侧腰筋12，预制梁构件2端部设有预制凹槽3，预制凹槽3 由梁两侧钢筋混凝土侧板及底板9围成，所述预制凹槽3与预制梁构件2的主体 部分呈阶梯状过渡(阶梯10)，从而使混凝土侧板呈阶梯状，所述侧板及底板厚 度应大于等于2倍的梁侧及梁底保护层厚度，梁端凹槽长度应取1倍的梁截面高 度，所述凹槽形部位的混凝土侧板附加弯折型纵筋11。预制凹槽3的侧板及底板均设置粗糙面，粗糙面深度≥4mm，增强预制混凝土与后浇混凝土的粘结性能， 预制凹槽3内设置预制梁外伸水平纵向受力钢筋7，在柱外伸水平纵向受力钢筋 6及梁外伸水平纵向受力钢筋7上放置梁端箍筋8，梁端箍筋应预先放置于节点 区水平纵向受力钢筋6及预制梁外伸水平纵向钢筋7上。节点区外伸水平纵向受 力钢筋6及梁外伸水平纵向钢筋7在水平向应错开布置，节点区及梁外伸水平纵 向受力钢筋在梁端凹槽部位重合且分别进行弯折锚固，锚固长度应满足受拉钢筋 的抗震锚固长度要求。节点区外伸梁侧腰筋12及预制梁外伸梁侧腰筋13进行搭 接连接。

所述侧板及底板厚度应不小于两倍的梁侧及梁底的保护层厚度，所述凹槽 内有梁端伸出的水平纵向受力钢筋且水平纵向受力钢筋的直径应小于节点区外 伸水平纵向受力钢筋的直径，为了实现梁端塑性铰区的外移且在梁端指定部位出 现塑性铰，梁端凹槽形与矩形截面过渡区截面(梁端凹槽形尾部)的受弯承载力 应满足下式，式中M_R1为梁端支座处受弯承载力， l₁为梁端凹槽部位长度，L为梁跨的一半，ΔM_D为竖向荷载引起的梁端支座处弯 矩与梁端凹槽形尾部截面弯矩的差值。

为了避免节点区及梁外伸水平纵向受力钢筋的碰撞，节点区及梁外伸水平 纵向受力钢筋在水平向应错开布置，梁端箍筋应预先放置于节点区及梁外伸水平 纵向钢筋上，为了实现梁端强剪弱弯设计目的的实现，梁端支座截面及梁端凹槽 形尾部截面的受剪承载力应满足下式：

式中V_R1为梁端支座截面受剪承载力，V_R2为梁端凹槽形尾部截面受剪承载 力，g、q分别为作用在梁跨的恒荷载及活荷载设计值。

所述可拆卸钢牛腿通过张拉预制柱预留螺栓孔洞所穿高强摩擦型螺栓固定， 施工阶段需考虑角钢与柱之间的抗滑移能力，为保证预应力筋和螺栓的准确安装， 施工阶段预制梁不能产生滑移，即作用在钢牛腿上的竖向力不超过柱与钢牛腿之 间的抗滑移力，抗滑移力为高强螺栓预拉产生的静摩擦力，即R≤V_1u＝nμ_aP。R 为施工阶段作用在角钢上的竖向力，按照简支梁模型计算；n为底部角钢上的螺 栓数量；μ_a为角钢竖肢与柱之间的摩擦系数，取值参考ACI-318规定：“混凝土 与锚固钢板之间的摩擦系数取0.7”，考虑施工时的动荷载，偏保守的取μ_a＝0.33； P为单个螺栓中的设计预拉力。

节点区及梁端外伸水平纵向钢筋弯折锚固长度应满足受拉钢筋的抗震锚固 长度要求，凹槽形长度通常取1倍的梁截面高度。凹槽形长度过长则现浇混凝土 作业量较大，凹槽形较短，则节点区及梁端外伸水平纵向受力钢筋的锚固长度不 易达到要求，在地震作用下易产生较大的主压应力。

所述钢牛腿应有足够的刚度，在梁端竖向荷载作用下不产生明显的变形，l₀为钢牛腿的悬挑长度，所述梁端凹槽应满足施工阶段 受弯、受剪承载力要求。混凝土养护强度达到按整体结构计算满足在自重及施工 荷载作用下的梁端抗剪、抗弯承载力即可拆除钢牛腿。

本发明一种现浇区外移免支模装配整体式节点的施工方法包括如下步骤：

(1)预制柱1、预制梁2及钢牛腿4分别在预制构件厂预制完成，并在预 制柱1以及钢牛腿4上相应位置处留置高强摩擦型螺栓5的预留孔洞；

(2)将预制柱构件1吊装就位，钢牛腿4通过高强摩擦型螺栓5安装就位， 预制梁2就位，预制梁2的凹槽部3支撑在钢牛腿4上；预制梁2的水平纵向钢 筋7与预制柱1的水平纵向钢筋6搭接，并按梁端加密区箍筋间距要求布置梁端 箍筋8；

(3)预制凹槽3作为施工模板，在预制凹槽3内浇筑混凝土，待混凝土强 度达到设计强度后，实现预制柱1、预制梁构件2的装配连接；

(4)拆除钢牛腿4，钢牛腿4可重复利用。

Claims (10)

1.一种现浇区外移免支模装配整体式节点，其特征在于：包括预制柱构件、预制梁构件；所述预制柱构件的节点区上下贯通并在节点区设有外伸水平纵向受力钢筋及梁侧腰筋，所述预制梁构件的端部设有预制凹槽，所述预制凹槽由梁两侧的侧板及底板围成，所述预制凹槽内设有从梁端伸出的水平纵向受力钢筋及梁侧腰筋，所述预制凹槽内为现浇区，通过在所述预制凹槽内浇筑混凝土，实现预制柱构件、预制梁构件的装配连接，所述现浇区位于预制柱构件的节点区外部。

2.根据权利要求1所述的现浇区外移免支模装配整体式节点，其特征在于：所述预制梁构件的外伸水平纵向受力钢筋的直径小于所述预制柱构件的节点区的外伸水平纵向受力钢筋的直径；所述预制凹槽的宽度大于预制梁构件主体部分的宽度，所述侧板与预制梁构件主体部分呈阶梯状过渡；梁端塑性铰位于阶梯状过渡区域。

3.根据权利要求2所述的现浇区外移免支模装配整体式节点，其特征在于：所述阶梯状过渡区域的受弯承载力满足：式中M_R1为梁端支座处受弯承载力，l₁为梁端凹槽部位长度，L为梁跨的一半，ΔM_D为竖向荷载引起的梁端支座处弯矩与梁端凹槽形尾部截面弯矩的差值。

4.根据权利要求1所述的现浇区外移免支模装配整体式节点，其特征在于：所述预制梁构件的梁侧及梁底均设有保护层，所述预制凹槽的侧板及底板厚度大于等于2倍的梁侧及梁底保护层厚度；所述预制凹槽的侧板长度为1倍的预制梁构件截面高度。

5.根据权利要求1所述的现浇区外移免支模装配整体式节点，其特征在于：所述预制凹槽的侧板及底板均设置粗糙面，粗糙面的深度≥4mm；所述预制凹槽的侧板附加有弯折型纵筋。

6.根据权利要求1所述的现浇区外移免支模装配整体式节点，其特征在于：所述预制柱构件的节点区的外伸水平纵向受力钢筋及预制梁构件的外伸水平纵向受力钢筋在水平向错开布置，所述预制柱构件的节点区的外伸水平纵向受力钢筋及预制梁构件的外伸水平纵向受力钢筋在所述预制凹槽处重合且分别进行弯折锚固，锚固长度满足受拉钢筋的抗震锚固长度要求，所述预制柱构件的节点区的外伸梁侧腰筋及预制梁构件的外伸梁侧腰筋在所述预制凹槽处重合且进行搭接连接。

7.根据权利要求1所述的现浇区外移免支模装配整体式节点，其特征在于：还包括梁端箍筋，所述梁端箍筋预先放置于所述预制柱构件的节点区的外伸水平纵向受力钢筋及预制梁构件的外伸水平纵向受力钢筋上。

8.根据权利要求1所述的现浇区外移免支模装配整体式节点，其特征在于：还包括用于支撑梁构件的可拆卸的钢牛腿，所述预制柱构件的水平纵向钢筋下方设有螺栓孔洞，所述螺栓孔洞中穿设有高强摩擦型螺栓，所述钢牛腿通过张拉所述高强摩擦型螺栓固定。

9.根据权利要求9所述的现浇区外移免支模装配整体式节点，其特征在于：作用在所述钢牛腿上的竖向力不超过预制柱构件与钢牛腿之间的抗滑移力，所述抗滑移力为高强螺栓预拉产生的静摩擦力，即R≤V_1u＝nμ_aP，式中R为施工阶段作用在角钢上的竖向力；n为底部角钢上的螺栓数量；μ_a为角钢竖肢与柱之间的摩擦系数；P为单个螺栓中的设计预拉力。

10.一种现浇区外移免支模装配整体式节点的施工方法，包括如下步骤：

(1)预制柱构件、预制梁构件及钢牛腿分别在预制构件厂预制完成，并在预制柱构件以及钢牛腿上相应位置处留置高强摩擦型螺栓的预留孔洞；

(2)将预制柱构件吊装就位，钢牛腿通过高强摩擦型螺栓安装就位，预制梁构件就位，预制梁构件的预制凹槽支撑在钢牛腿上；预制梁构件的水平纵向受力钢筋与预制柱构件的水平纵向受力钢筋搭接并弯折锚固，预制梁构件的外伸腰筋与预制柱构件的外伸腰筋进行搭接连接。按梁端加密区箍筋间距要求布置梁端箍筋；

(3)预制凹槽作为施工模板，在预制凹槽内浇筑混凝土，待混凝土强度达到设计强度后，实现预制柱构件、预制梁构件的装配连接；

(4)拆除钢牛腿，钢牛腿可重复利用。