CN110714575A - 装配式建筑用预制柱、生产工艺及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式建筑用预制柱、生产工艺及其应用。用于解决预制柱的制造和连接问题。该技术用于上下方位的两个结构相同的预制柱的连接和安装，两预制柱对接并在对接的浆料槽内预先放置钢筋连接笼，在两两预制柱之间的钢筋使用钢筋套筒连接，在两预制柱之间外围包覆碳纤维网格布，并使得上预制柱上的灌浆口位于待灌浆空间的顶部，灌浆口向内部的空间内注入混凝土砂浆，灌满并养护至硬化。连接节点中，二次浇筑混凝土和钢筋连接笼形成一针燕尾槽状的连接结构，具有更加优异的连接强度和连接性能。

Description

装配式建筑用预制柱、生产工艺及其应用

技术领域

该发明涉及装配式建筑技术领域。

背景技术

在建筑行业中，预制柱与预制柱之间通常采用灌浆套筒及灌浆工艺进行可靠连接，我们 知道，达标灌浆工艺可以满足预制柱的连接要求，但是，实际施工中，需要对每个灌浆点进 行灌浆密实度的检查，而目前的检测手段有限。施工方和监理方如果属于懈怠，不能认真对 灌浆点进行有效的检测或者监测，则造成建筑安全性存疑。

关于灌浆套筒及灌浆技术，属于本行业的公知技术，读者可自行查阅相关资料，相关资 料包括但不限于灌浆连接施工工艺、灌浆强度和密实度检测手段等。

为此，国内有单位和专业技术人员针对灌浆套筒技术寻找积极的有效方案，主要包括以 下几个技术路线：

技术路线1，在两个预制柱之间采用钢筒、钢套或者钢板，对两根预制柱的结合部位采 用“钢箍”捆扎的原理进行局部的连接，这种连接方式，很好的满足连接强度的要求，但是 缺点也是存在的，主要是，“钢箍”通常为大面积的钢套或者钢板，钢板的防腐处理比较繁琐， 防腐手段有限，不能满足与建筑物同寿命，增加后期维护成本。同时，这种连接方式大多需 要施工现场焊接作业。

例如CN208293903U中公开了一种预制柱连接节点，该节点中，上下预制柱上分别设置 有第一套箍和第二套箍，也就是说，第一套箍和第二套箍分别锚固在上预制柱和下预制柱上， 在两个套箍之间使用四块连接钢板进行焊接连接，在外围形成环形的“钢箍”。其连接强度 和连接刚度都比较高。

类似的还有CN201810628306.X公开的一种侧板连接式钢管混凝土预制柱连接节点，包 括上预制柱和下预制柱，上预制柱下端和下预制柱上端相对接，上预制柱和下预制柱均由位 于外侧的钢管和浇筑与钢管内的混凝土组成，上预制柱下端部和下预制柱上端部之间连接有 多个位于侧面的连接钢板，上预制柱下端部和下预制柱上端部均预埋有用以固定连接钢板的 螺栓。

技术路线2，法兰连接技术，即，在上下预制柱之间采用法兰连接的方式进行装配式连 接，该技术可以参考CN201720514305.3中公开的技术文献。具体的，上预制柱和下预制柱分 别预制有上下法兰板，所述上下法兰板分别通过上下预埋件锚定于所述上下预制柱中，所述 上预制柱和下预制柱在吊装对接好以后通过高强螺栓将上下法兰板对接固定，形成整体预制 结构；所述上下预制柱和法兰板共同承受压力，所述高强螺栓承受剪力和弯矩。

技术路线3，灌浆套筒连接。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种新型结构的预制柱，并同时提供该预制柱的 制造工艺和施工工艺，是一种预制柱的复合型连接技术，该技术具有施工便捷、便于一体化 施工、节点强度高的特点，并进一步地降低预制柱的自重。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

装配式建筑用预制柱，其特征在于，该预制柱是由混凝土部分、钢筋笼部分和轻质内芯 部分组成的，且

轻质内芯位于预制柱的中央处；

在预制柱的两端设有内凹的浆料槽和外延的钢筋，所述浆料槽为自外向内扩大的锥形槽；

在其中一个浆料槽对应的预制柱端部设置有贯通内外的灌浆口。

所述锥形槽为方形锥槽或圆形锥槽中的一种。

所述轻质内芯为发泡混凝土、加气混凝土或A级不燃聚苯板中的一种。

所述轻质内芯为断面呈圆形、方形、梅花形的预制柱状体。

一种轻质预制柱的生产工艺，用于生产所述的装配式建筑用预制柱，其特征在于：包括 如下步骤，

第一步，组装成型模具，喷涂脱模剂并将四块围合侧板围合成一个筒体，然后在外侧使 用加持组件固定形成一体；

第二步，准备钢筋笼和轻质内芯，将轻质内芯部分和钢筋笼部分内外套置并整体装入到 成型模具内；

第三步，使用封头自筒体两端对钢筋笼两端进行固定，且在封头内侧具有气囊，充气状 态下该气囊具有自封头内侧面向远离的方向由小变大的锥台样式；然后将成型模具整体倾斜 状态放置，通过成型模具上高点位置的灌浆通道向内部空腔内灌注混凝土砂浆，形成预制柱 的灌浆部分；最后对灌浆通道口外侧进行刮平；

第四步，养护至混凝土合格后，拆除围合侧板和封头，其中在拆除封头之前，预先将气 囊放气，待气囊干瘪后进行封头的拆除。

所述成型模具的倾斜过程使用千斤顶对成型模具的一端进行顶升。

所述的装配式建筑用预制柱在装配式建筑柱柱连接节点中的应用，其特征在于，用于上 下方位的两个结构相同的预制柱的连接和安装，且，两预制柱对接并在对接的浆料槽内预先 放置钢筋连接笼，在两两预制柱之间的钢筋使用钢筋套筒连接，在两预制柱之间外围包覆碳 纤维网格布，并使得上预制柱上的灌浆口位于待灌浆空间的顶部，灌浆口向内部的空间内注 入混凝土砂浆，灌满并养护至硬化。

所述预制柱为方形或者圆形预制柱。

所述的装配式建筑用预制柱在装配式建筑梁柱连接节点中的应用，其特征在于，包括预 制柱和叠合梁，其中预制柱包括上下对接的两根，且，两预制柱对接并在对接的浆料槽内预 先放置钢筋连接笼，在两两预制柱之间的钢筋使用钢筋套筒连接，并在两预制柱之间搭接叠 合梁，所述叠合梁和预制柱之间形成浇筑空间，并在该节点处形成一次浇筑区和二次浇筑区。。

本发明的有益效果是：

适用范围广，既可以满足柱柱连接的需要，也适用于梁柱连接节点的要求。

在连接节点位置，具有足够的混凝土浇筑区域，且钢筋笼本身在此区域内部具有更加 多的配合面积，形成足够多的叠合长度，预制柱之间的钢筋叠合区增加，有助于连接强度的 提高。

连接节点中，二次浇筑混凝土和钢筋连接笼形成一针燕尾槽状的连接结构，具有更加 优异的连接强度和连接性能。

通过成型模具可以快速的进行成型制造。

附图说明

图1为生产模组的立体图。

图2为拆模过程。

图3为生产模组上视图。

图4为生产模组混凝土浇筑示意图。

图5为生产模组侧视图。

图6为端模板立体图。

图7为端模板立体图。

图8为预制柱立体图正面。

图9为预制柱立体图背面。

图10为主模板立体图。

图11为预制柱与预制柱连接节点。

图12为预制柱、叠合梁连接节点示意图。

图中：100预制柱，110混凝土部分，120钢筋笼部分，130轻质内芯部分，140浆料槽，150灌浆口，

210围合侧板，211定位销孔，212灌浆通道，213销孔，

220加持组件，

230封头，231销孔，232气囊，233通孔，

300液压千斤顶，

410钢筋套筒，420碳纤维网格布，430钢筋连接笼，400连接节点。

具体实施方式

在装配式建筑中，预制柱是一种大规模应用的建筑构件。其中在预制柱的生产和施工过 程中，相对于生产环节，施工作业是一个难点，这是因为，生产一般是在工厂内完成的，工 厂制造的产品质量控制比较严格，品控较好。现场施工环节，由于受限于施工场地、吊装设 备和施工人员的素质，其质量把控相对较弱，所以本发明的主要目的之一就是，简化和优化 施工环节的工艺，增强施工后连接的强度。

本发明中，参考图8和图9，预制柱本身具有如下结构特性。

本实施例中，按照材质划分，预制柱100包括混凝土部分110、钢筋笼部分120和轻质 内芯部分130。其中混凝土部分和现有的混凝土制品基本相同或者相同，不做过多的限制。

钢筋笼部分120，由直筋和环筋捆扎而成，其中，环筋位于混凝土内部且均匀的沿着直 筋布置，直筋大部分位于混凝土内部，且两端裸露，裸露的长度在20厘米左右。

本实施例中，直筋包括位于四个转角处的主筋和位于主筋之间的副筋，共同增强预制柱 的抗拉和抗压性能。

在预制柱的内部为轻质内芯部分130，该内芯具有轻的质量，是非承重部件，例如，可 以为：发泡混凝土、加气混凝土、A级聚苯板等。轻质内芯为长的柱状，断面可以为圆形、方形、梅花形或者其他结构。轻质内芯的整体长度短于预制柱的长度，这样在预制柱100的两端，形成两个浆料槽140，所谓的浆料槽是指，位于预制柱两端端部，且该浆料槽自预制柱的端面向内部之间扩口，形成一个内部大外部小的方锥形空间，也就是说该浆料槽140是方锥形的凹槽。

在预制柱100的下端一端，有一个灌浆口150，该灌浆口150用于混凝土的灌浆，开口 尺寸较大，本发明中灌浆使用的是普通混凝土浆料，具有来源广泛和成本低的特点。

该灌浆口150是一个自上向下设置的斜的通道，也就是说，通过外部灌浆时，浆料可以 快速的、顺利的抵达内部的浆料槽内。最佳的灌浆点位于浆料槽的顶部，以便充分的灌满。 通过灌满，灌浆后，浆料充斥在浆料槽内。

本实施例中，由于浆料槽140为内部大，收口小的方楔形结构，所以其成型工艺是个难 点。作为两种可以成型的方式，本实施例提供一种简单的成型工艺和模具。

该种预制柱的成型工艺，工厂进行标准化制作，该预制模具包括四块围合侧板、多组加 持组件、两端的封头，以及轻质内芯、成型垫块。也就是说，上述的多个组件功能组合形成 预制模具，以下部分通过结构上的详细介绍，了解本模具的特点。

本发明中，围合侧板210的结构参考图10，整体为厚的钢板冲压或者折弯成型，在围合 侧板上设置有四个定位销孔211，用于固定上述的模具封头部分，四块围合侧板结构基本相 同，并通过围合的方式形成一个具有断面接近正方形的模具内腔。模具内腔用于内置钢筋笼 和轻质内芯，以及其他支架和垫块模块等。

在围合侧板与围合侧板搭接处，设置有彼此插接的锯齿状结构，或者在围合侧板的边沿 处设置销孔213，通过金属销或者螺钉进行连接，也就是说通过上述方式实现四块围合侧板 的连接。

当然，围合侧板与围合侧板之间也可以通过其他的定位结构来进行模具的安装定位，最 终是依靠围合侧板外侧的加持组件220来进行紧固的。围合，在模具内部形成浇筑内腔。

根据需要，在围合侧板的外表面设置横向和/纵向的肋板，可以提高围合侧板的整体抗变 形能力，例如，横向和纵向的肋板共同形成井字状的肋板，共同形成强化结构。

四块围合侧板210结构主体相同，并在其中一块围合侧板上设置灌浆通道212，通常该 灌浆通道212位于上侧的围合侧板上，以便于利用混凝土的重力进行流动性的浇筑，该灌浆 通道为一个矩形孔，通过该灌浆通道向模具内腔内灌注混凝土砂浆，用于浇筑成型工艺，本 身是一个工艺孔，浇筑完毕后，该灌浆通道及关闭，不再起到作用。

在模具内腔内放置钢筋笼、钢筋笼内部为轻质内芯，上述的钢筋笼、轻质内芯通过辅筋 连接成为一体，这样在围合侧板和轻质内芯之间浇筑混凝土的空腔。

两端围合的封头230，该封头的用途是对模具内腔两端形成封堵，封头230整体为一个 厚钢板或者厚铝合金材质的铝板，封头整体为方形体，在封头230的四周设置有销孔231， 通过金属销或者金属螺钉，将封头230与上述的四块围合侧板进行固定。在封头的内侧设置 有气囊232，该气囊为倒置的方形锥台样式，也就是说，该气囊是自封头内侧面向远离的方 向进行由小变大的方形锥台样式，这种结构，用于在预制柱100的两端形成浆料槽。该气囊 具有充放气口，在充气状态下，气囊为膨胀体，本身处于膨胀状态，该状态也是工作状态， 该状态下，气囊占据，模具内省中的部分位置，在混凝土浇筑工艺中，该位置形成浆料槽140， 拆模时，仅仅需要将上述的气囊进行放气，气囊干瘪后，可以方便的拆模，拆模过程中，围 合侧板和封头一并拆除。

在封头230上设置有贯穿的通孔233，该贯穿的通孔233用于钢筋笼上部分钢筋的穿过， 是一个预留的工艺中，通过该通孔，可以进一步的对内腔中的钢筋笼进行两端端部的定位， 是用于保障钢筋笼进准位置的一种辅助手段。

更进一步地说，该通孔内侧为圆锥孔，就是说，在钢筋传入方向上是扩口结构，方便钢 筋穿插作业。

在靠近气囊顶部的模具内腔中，预先放置或者在对应的围合侧板上固定一个模块213， 该模块的作用是在浇筑成型的过程中，在对应的浆料槽位置的预制柱上形成一个灌浆口，该 灌浆口为楔形结构，这种结构对应的模块为楔形的块状结构，楔形的模块可以方便退模操作。

关于模块的存在样式，例如一种较佳的样式，该模块是焊接在对应围合侧板内表面的钢 质锥形体，也就是与该围合侧板是对应一体的。模块本身属于模板的一部分，用于成型浆料 槽140。

围合侧板210和封头230上，需要与浇筑混凝土进行接触的部分，喷涂脱模剂，以利于 脱模。

通常的，在灌浆通道对应的位置，对应的预制柱100表面会形成相对毛糙的表面，可以 通过后期的修复进行，且并不影响预制柱整体的性能。

使用该种模具进行制造的方法，该方法包括如下步骤：

第一步，组装成型模具。喷涂脱模剂并将四块围合侧板初步围合成一个筒体，然后在外 侧使用加持组件固定，形成一个整体结构；

第二步，捆扎钢筋笼，并制造轻质内芯，通常轻质内芯是由发泡工艺和相关模具成型的 固体，将钢筋笼和轻质内芯部分通过连接钢筋并形成一体，并整体装入到成型模具内。

第三步，将封头自两端进行固定，固定后，在内部形成浇筑空腔，将成型模具整体倾斜 状放置，也就是说，将围合侧板上具有灌浆通道212的一侧位于高点，参考图4，然后进行 灌浆操作，该灌浆通道位于和气囊结合的部位，处于成型内腔的最高点，通过该灌浆通道212 灌注混凝土砂浆，形成预制柱的灌浆部分。灌浆完毕后，使用刮板或者插板将灌浆通道口212 外侧进行刮平，符合美观的要求。

上述的成型模具的倾斜过程，可以使用辅助工具进行，例如在模具的下侧设置液压千斤 顶300，对成型模具的一端进行顶升，顶升后形成一端高、一端低的特质。

第四步，养护至混凝土合格后，拆除围合侧板和封头，其中在拆除封头之前，预先将气 囊放气，待气囊干瘪后进行封头的拆除工作。

下面介绍本预制柱的使用方法，该预制柱在装配式建筑中的使用位置，通常包括两个关 键位置，即，柱柱连接和梁柱连接，分别介绍。

图11中，一种柱柱连接，用于上下方位的两个结构相同的预制柱的连接和安装。首先将 两个预制柱上下方位上吊装并对齐，注意，上方预制柱的灌浆口位于下端，也就是说用于灌 浆的灌浆口要关注，防止误操作，参考图11。两预制柱对接的过程中，在对接的浆料槽内预 先放置钢筋连接笼430，在两两预制柱之间，使用钢筋套筒410进行初步连接，一般地，本 实施例中使用螺纹连接，也就是说钢筋套筒和上下预制柱的钢筋之间使用螺纹连接，连接后， 在两预制柱之间外围包覆一层碳纤维网格布420，然后通过灌浆口向内部的空间内注入混凝 土砂浆，直至灌满即可。

灌满后，浇筑的混凝土浇筑体和钢筋连接笼、碳纤维网格布、钢筋套筒共同形成连接节 点400，这种连接节点处的整体强度，包括抗拉拔强度和抗弯强度，都大于预制柱本身的强 度，更加符合装配式建筑中强节点弱构件的设计要求，其连接性能和抗震性能远远由于传动 的柱柱连接方式。

本发明中，经过上述连接结构后，预制柱大部分为空心轻质结构，在连接节点处，具有 更强的连接效果。所以本发明，既具有自重较轻(相对于实心柱)，又具有强节点连接的特性。

参考图12，本处介绍一种梁柱节点结构，

首先，预制柱100上搭放叠合梁500，该叠合梁可能为两根也可以为四根，然后吊装上 预制柱，其中上预制柱与下预制柱的吊装及连接可参考上述柱柱连接，然后，在节点位置设 置木模板，进行混凝土浇筑，该混凝土浇筑工艺包括两个步骤，第一个步骤是进行叠合梁以 及梁柱节点面处的混凝土浇筑，养护至混凝土强度达到设计轻度50％，通常为4个小时，即 可进行第二步骤混凝土的浇筑，第二步骤混凝土浇筑是指，通过上方的灌浆口进行灌浆，灌 浆后，上下预制柱、叠合梁之间形成一体。

根据混凝土浇筑的时间，将上述的浇筑区域划分为一次浇筑区510和二次浇筑区520， 并使用不同的标号进行表示。本质上，两个浇筑区所用的混凝土材料相同，仅仅是浇筑的时 机不同而已。

本实施例，通过介绍预制柱的结构、成型工艺及在连接节点中的使用方法，有助与技术 人员进行相关的技术理解，但是上述的实施过程仅仅是示例性质的，并不会对本发明的范围 进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和 改进，均应落入本发明权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.装配式建筑用预制柱，其特征在于，该预制柱是由混凝土部分、钢筋笼部分和轻质内芯部分组成的，且

轻质内芯位于预制柱的中央处；

在预制柱的两端设有内凹的浆料槽和外延的钢筋，所述浆料槽为自外向内扩大的锥形槽；

在其中一个浆料槽对应的预制柱端部设置有贯通内外的灌浆口。

2.根据权利要求1所述的装配式建筑用预制柱，其特征在于，所述锥形槽为方形锥槽或圆形锥槽中的一种。

3.根据权利要求1所述的装配式建筑用预制柱，其特征在于，所述轻质内芯为发泡混凝土、加气混凝土或A级不燃聚苯板中的一种。

4.根据权利要求3所述的装配式建筑用预制柱，其特征在于，所述轻质内芯为断面呈圆形、方形、梅花形的预制柱状体。

5.一种轻质预制柱的生产工艺，用于生产权利要求1至权利要求4中任意一项所述的装配式建筑用预制柱，其特征在于：包括如下步骤，

第一步，组装成型模具，喷涂脱模剂并将四块围合侧板围合成一个筒体，然后在外侧使用加持组件固定形成一体；

第二步，准备钢筋笼和轻质内芯，将轻质内芯部分和钢筋笼部分内外套置并整体装入到成型模具内；

第三步，使用封头自筒体两端对钢筋笼两端进行固定，且在封头内侧具有气囊，充气状态下该气囊具有自封头内侧面向远离的方向由小变大的锥台样式；然后将成型模具整体倾斜状态放置，通过成型模具上高点位置的灌浆通道向内部空腔内灌注混凝土砂浆，形成预制柱的灌浆部分；最后对灌浆通道口外侧进行刮平；

第四步，养护至混凝土合格后，拆除围合侧板和封头，其中在拆除封头之前，预先将气囊放气，待气囊干瘪后进行封头的拆除。

6.根据权利要求5所述的一种轻质预制柱的生产工艺，其特征在于，所述成型模具的倾斜过程使用千斤顶对成型模具的一端进行顶升。

7.根据权利要求1所述的装配式建筑用预制柱在装配式建筑柱柱连接节点中的应用，其特征在于，用于上下方位的两个结构相同的预制柱的连接和安装，且，两预制柱对接并在对接的浆料槽内预先放置钢筋连接笼，在两两预制柱之间的钢筋使用钢筋套筒连接，在两预制柱之间外围包覆碳纤维网格布，并使得上预制柱上的灌浆口位于待灌浆空间的顶部，灌浆口向内部的空间内注入混凝土砂浆，灌满并养护至硬化。

8.根据权利要求7所述的预制柱在装配式建筑柱柱连接节点中的应用，其特征在于，所述预制柱为方形或者圆形预制柱。

9.根据权利要求1所述的装配式建筑用预制柱在装配式建筑梁柱连接节点中的应用，其特征在于，包括预制柱和叠合梁，其中预制柱包括上下对接的两根，且，两预制柱对接并在对接的浆料槽内预先放置钢筋连接笼，在两两预制柱之间的钢筋使用钢筋套筒连接，并在两预制柱之间搭接叠合梁，所述叠合梁和预制柱之间形成浇筑空间，并在该节点处形成一次浇筑区和二次浇筑区。

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