CN110904987B - 一种钢筋混凝土柱与基础的扩腹杯口式连接结构及连接方法 - Google Patents
一种钢筋混凝土柱与基础的扩腹杯口式连接结构及连接方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种钢筋混凝土柱与基础的扩腹杯口式连接结构及连接方法，将柱插入到基础的扩腹杯口内，再使用填缝混凝土填实扩腹杯口内的空隙，同时使用围柱筋加固。基础包括基础凸台和基础底板；从基础凸台顶面中心竖直向下，设置有一个扩腹杯口；扩腹杯口的杯壁内设置有顺口筋，用于上部杯壁抗裂和下部杯底抗冲切；扩腹杯口四周环绕所有顺口筋一组箍口筋，用于防止杯口撕裂；凸台四周每一侧边向内的混凝土内设有一组凸台竖筋，用于防止凸台弯曲破坏以及杯底冲切破坏；凸台四周向内的混凝土内环绕所有凸台竖筋设置有一组凸台箍筋，用于防止凸台整体剪切破坏。本发明提供了一种柱与基础更为简化且性能优越的连接结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢筋混凝土柱与基础的扩腹杯口式连接结构及连接方法，是一种建筑工程领域中的装配式结构技术。
背景技术
近些年来，随着人们对居住条件和生活环境的要求不断提升，建筑业飞速发展。然而建筑业的发展造成严重的资源耗费和环境污染，迫使人们寻求建筑业的新出路。当前，以预制装配式建筑为特征的建筑工业化是建筑业领域实现低碳、可持续化发展的关键途径之一。
在预制装配式建筑中，结构构件的连接对于预制和装配施工效率以及服役力学性能有着至关重要的影响。其中，装配式框架结构是当前装配式结构中最适用的结构形式，而框架柱与基础的连接是其中必不可少的连接部位。
现有装配式钢筋混凝土框架结构的柱与基础连接，主要是采用预制柱在柱底外露锚固钢筋然后将其与基础进行现浇的连接方式，其预制柱构件会有较长钢筋外露，而且现场装配连接时还需要支模和浇筑基础，湿作业量大。
另有一种柱与基础的干式连接方法，是将预制好的柱插入到预制好的基础的杯口(直口)内，然后在杯口空隙内灌注细石混凝土，该连接方式极为简便，但连接节点只能提供铰接连接效果，主要应用于单层排架等结构中，无法应用于框架结构等需要提供固结连接效果的结构中。
因此，目前装配式框架结构的柱与基础连接，亟需既能提供干式连接的便利装配性能、又能提供固结连接的力学性能的连接技术。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种钢筋混凝土框架柱与基础的扩腹杯口式连接结构及连接方法，既可实现便利的干式连接，也可保证连接节点能够提供固结连接效果以及良好的整体性。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种钢筋混凝土柱与基础的扩腹杯口式连接结构，将柱插入到基础的扩腹杯口内，再使用填缝混凝土填实扩腹杯口内的空隙，同时使用围柱筋加固；
所述柱是主体为常规矩形截面的钢筋混凝土预制柱，在柱插入到基础的扩腹杯口的长度范围内，柱的侧面设置有柱面凹痕；
所述基础是外形为阶梯式的预制钢筋混凝土独立基础，包括基础凸台和基础底板，基础凸台设置在基础底板上方；从基础凸台顶面中心竖直向下，设置有一个扩腹杯口，扩腹杯口是上下口小、腹部大、水平截面为矩形、每侧杯壁由上部的正梯形斜平面和下部的倒梯形斜平面组成的开口空间；
在基础底板范围内，由基础底板底面向上设定距离的一水平面内，设置有一组纵横正交的基底纵筋，所述水平面低于扩腹杯口的下口；
在扩腹杯口每一侧的杯壁向内设定距离的混凝土内、环绕扩腹杯口、平行于杯壁、设有一圈竖向的折线形的顺口筋，所有顺口筋的折线点在同一水平面内；
在扩腹杯口四周的混凝土内、从上往下设置有一组水平的、环绕扩腹杯口的矩形箍口筋，上下相邻的两个矩形箍口筋长宽方向正交；
在基础凸台四周的每一侧面向内设定距离的混凝土内设置有一圈凸台竖筋，凸台竖筋为L型，由上方的铅垂段和下方的水平段组成，水平段向内延伸；
在基础凸台四周的每一侧面向内设定距离的混凝土内、从上往下设置有一组水平的矩形凸台箍筋；
所述围柱筋是由一圈竖向钢筋与一组横行箍筋绑扎而成的钢筋笼，围柱筋套设在柱的外侧。
优选的，所述扩腹杯口的竖向深度等于柱内的柱纵筋抗震锚固长度，扩腹杯口的上下口形状尺寸相同，每侧杯壁上部的正梯形斜平面和下部的倒梯形斜平面与柱对应侧面的夹角均为10～20°。
优选的，所述基底纵筋所处水平面距离基础底板底面的距离为40～70mm。
优选的，所述顺口筋距离对应杯壁的距离为10～30mm，顺口筋的顶端距离基础凸台顶面的距离为10～30mm，顺口筋的底端距离基础底板底面的距离为10～30mm。
优选的，所述围柱筋距离柱对应外侧面的距离为10～30mm，围柱筋的竖向高度等于扩腹杯口的竖向深度减去10～30mm。
优选的，所述填缝混凝土为微膨胀细石混凝土。
一种基于上述钢筋混凝土柱与基础的扩腹杯口式连接结构的连接方法，包括如下步骤：
(a)制作柱；
(b)制作基底纵筋、顺口筋、矩形箍口筋、凸台竖筋、凸台箍筋，并将它们绑扎成整体钢筋笼；
(c)制作基础外轮廓模板及扩腹杯口模板，并将步骤(b)绑扎成的整体钢筋笼就位其中，然后浇筑并养护基础混凝土；
(d)将柱及基础运输到装配现场，并将基础安装就位；
(e)将围柱筋从柱底套裹到柱身底部并临时固定；
(f)将柱及围柱筋的底端向下插入扩腹杯口并落座到扩腹杯口底面上，调整就位后将柱临时支撑固定；
(g)从扩腹杯口顶端缝隙口向内灌注填缝混凝土并养护完成，柱与基础的连接完成。
有益效果：本发明提供的适用于钢筋混凝土框架柱与基础的扩腹杯口式连接结构及方法，是一种柱与基础更为简化且性能优越的连接结构，相对于现有技术，具有如下优势：
1、预制柱和基础外形规则、不留孔、不出筋，这些特征都给制作、运输、吊装、安装等环节带来便利；
2、现场装配安装时，只需将柱子插入基础杯口，然后在杯口内剩余空隙内灌注填缝混凝土即可完成装配，装配效率较高；
3、不同于传统的直口杯口形式，本发明提供了一种扩腹杯口的杯口形式，其中杯口上半部分上小下大，即杯壁从杯腹向杯口内收，这有利于将柱侧面传递给填缝混凝土的平行于柱纵轴线方向的弯曲拉应力传递到杯壁上(传统直口杯壁与填缝混凝土的截面剪切传力能力较差)，从而保证了基础对柱能够形成良好的固结支承效果；
4、不同于传统的直口杯口形式，本发明提供了一种扩腹杯口的杯口形式，其中杯口下半部分上大下小，即杯壁从杯腹向杯底内收，这有利于将柱侧面传递给填缝混凝土的平行于柱纵轴线方向的压应力(轴力及弯矩引起的)斜压传递到下半部分杯壁上，使基础的抗冲切面由柱底水平投影轮廓线向外扩展45°所在面转化至扩腹杯口腹线水平投影轮廓线向外扩展45°所在面，从而扩大了基础抗冲切面的面积，提高了基础抗冲切能力，进一步可减小基础高度，减少材料用量；
5、本发明提出的围柱筋和顺口筋，分别对填缝混凝土的近柱侧和扩腹杯口的上半部分杯壁形成良好的抗裂效果，这进一步确保了将柱侧面平行于柱纵轴线方向的弯曲拉应力传递到杯壁上，从而进一步保证了基础对柱能够形成良好的固结支承效果；同时，顺口筋的下半部分还对柱正下方的基础副冲切面的抗冲切提供作用，因而达到了一筋两用效果。
附图说明
图1为柱与基础(混凝土剖分)的连接结构整体示意图；
图2为柱的组成结构示意图；
图3为基底纵筋布置结构示意图；
图4为顺口筋布置结构示意图；
图5为矩形箍口筋布置结构示意图；
图6为凸台竖筋布置结构示意图；
图7为凸台箍筋布置结构示意图。
图中包括：1-柱；1-1-柱面凹痕；2-基础；2-1-基础底板；2-2-基础凸台；2-3-扩腹杯口；2-4-基底纵筋；2-5-顺口筋；2-6-矩形箍口筋；2-7-凸台竖筋；2-8-凸台箍筋；3-围柱筋；4-填缝混凝土。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1～7所示，为一种钢筋混凝土柱与基础的扩腹杯口式连接结构，是将柱1插入到基础2的扩腹杯口2-3内，再用围柱筋3加固的填缝混凝土4填实扩腹杯口2-3内空隙，实现柱1和基础2的连接。柱1和基础2外形规则、不留孔、不出筋。
所述柱1，主体为常规矩形截面的钢筋混凝土预制柱，包括必要的柱混凝土，同时，在柱1插入扩腹杯口2-3的长度范围内，其外表面设有柱面凹痕1-1以提高其与填缝混凝土4之间的界面抗剪能力。
所述基础2，外形为阶梯式预制钢筋混凝土独立基础，由基础凸台2-2和基础底板2-1组成；从基础凸台2-2顶面中心竖直向下，设有一扩腹杯口2-3，所述扩腹杯口2-3，为一上口和下底小、腹部大、水平截面为矩形、每侧杯壁由上部的正梯形斜平面和下部的倒梯形斜平面组成的开口空间，其深度优选的取为等于柱纵筋抗震锚固长度，其上口和下底边长优选的取为相等，且等于柱横截面边长加上100mm，其内壁的上、下斜平面与对应柱侧面的夹角(锐角)优选的取为10°～20°之间。
所述基础2，在基础底面向上一定距离(优选的为40～70mm)的平面内设有一组纵横正交的基底纵筋2-4，其直径、间距根据常规基础设计方法计算确定。
所述基础2，在其扩腹杯口2-3每一侧的杯壁向内一定距离(优选的为20mm)的混凝土内、环绕扩腹杯口2-3、平行于杯壁、设有一圈竖向的折线形的顺口筋2-5用于上部杯壁抗裂和下部杯底抗冲切，其折线所在平面平行于铅垂面；顺口筋2-5的上端距离基础顶面20mm，下端距离基础底面20mm；顺口筋2-5的用量根据杯壁抗裂和杯底抗冲切计算确定。
所述基础2，在其扩腹杯口2-3四周的混凝土内、从上往下设置有一组水平的、环绕扩腹杯口2-3的矩形箍口筋2-6用于防止杯口撕裂；所述矩形箍口筋2-6，是由若干圈闭口箍筋组成，每一圈箍筋均为一个长方形，其长边靠近扩腹杯口2-3的一对杯壁、与杯壁距离优选为30mm，其短边远离扩腹杯口2-3的另一对杯壁、与杯壁距离优选等于钢筋锚固长度；最上圈和最下圈矩形箍口筋2-6分别距离基础顶面优选为20mm和200mm；矩形箍口筋2-6的用量根据杯口抗撕裂计算确定。
所述基础2，在其基础凸台2-2四周的每一侧面向内一定距离(优选的为20mm)的混凝土内设有一圈凸台竖筋2-7用于防止凸台弯曲破坏以及杯底冲切破坏；每一根凸台竖筋2-7，由铅垂段和水平段组成，铅垂段的上端距离基础凸台2-2顶面的距离优选的为20mm，下端距离基础底面的距离优选的为40～70mm，水平段由铅垂段下端开始向对面的基础凸台2-2侧边方向延伸，延伸长度根据锚固要求计算确定；每一根凸台竖筋2-7所在平面平行于铅垂面；凸台竖筋2-7的用量根据凸台弯曲破坏和杯底冲切破坏计算确定。
所述基础2，在其基础凸台2-2四周向内一定距离(优选的为20mm)的混凝土内、从上往下设置有一组水平的矩形凸台箍筋2-8用于防止凸台整体剪切破坏；所述凸台箍筋2-8，是由若干圈闭口箍筋组成，每一圈箍筋均为一个矩形；最上圈和最下圈凸台箍筋2-8分别距离基础凸台2-2顶面和基础凸台2-2底面优选为20mm；凸台箍筋2-8的用量根据凸台整体抗剪计算确定。
所述围柱筋3，是由一圈竖向钢筋与若干圈箍筋绑扎而成的钢筋笼，钢筋笼内表面距离柱1的外表面的水平垂直距离优选的为20mm；所述围柱筋3的竖向钢筋高度等于扩腹杯口2-3深度减去20mm；所述围柱筋3的竖向钢筋数量根据界面抗裂计算确定；所述围柱筋3的箍筋数量根据构造要求确定。
所述填缝混凝土4，优选的为微膨胀细石混凝土。
所述柱1、基础2以及扩腹杯口2-3的铅垂轴线互相重合。
一种上述钢筋混凝土柱与基础的扩腹杯口式连接方法，包括如下步骤：
(a)制作柱；
(b)制作基底纵筋、顺口筋、矩形箍口筋、凸台竖筋、凸台箍筋，并将它们绑扎成整体钢筋笼；
(c)制作基础外轮廓模板及扩腹杯口模板，并将步骤(b)绑扎成的整体钢筋笼就位其中，然后浇筑并养护基础混凝土；
(d)将柱及基础运输到装配现场，并将基础安装就位；
(e)将围柱筋从柱底套裹到柱身底部并临时固定；
(f)将柱及围柱筋的底端向下插入扩腹杯口并落座到扩腹杯口底面上，调整就位后将柱临时支撑固定；
(g)从扩腹杯口顶端缝隙口向内灌注填缝混凝土并养护完成，柱与基础的连接完成。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种钢筋混凝土柱与基础的扩腹杯口式连接结构，其特征在于：将柱(1)插入到基础(2)的扩腹杯口(2-3)内，再使用填缝混凝土(4)填实扩腹杯口(2-3)内的空隙，同时使用围柱筋(3)加固；
所述柱(1)是主体为矩形截面的钢筋混凝土预制柱，在柱(1)插入到基础(2)的扩腹杯口(2-3)的长度范围内，柱(1)的侧面设置有柱面凹痕(1-1)；
所述基础是外形为阶梯式的预制钢筋混凝土独立基础，包括基础凸台(2-2)和基础底板(2-1)，基础凸台(2-2)设置在基础底板(2-1)上方；从基础凸台(2-2)顶面中心竖直向下，设置有一个扩腹杯口(2-3)，扩腹杯口(2-3)是上下口小、腹部大、水平截面为矩形、每侧杯壁由上部的正梯形斜平面和下部的倒梯形斜平面组成的开口空间；
在基础底板(2-1)范围内，由基础底板(2-1)底面向上设定距离的一水平面内，设置有一组纵横正交的基底纵筋(2-4)，所述水平面低于扩腹杯口(2-3)的下口；
在扩腹杯口(2-3)每一侧的杯壁向内设定距离的混凝土内、环绕扩腹杯口(2-3)、平行于杯壁、设有一圈竖向的折线形的顺口筋(2-5)，所有顺口筋(2-5)的折线点在同一水平面内；
在扩腹杯口(2-3)四周的混凝土内、从上往下设置有一组水平的、环绕扩腹杯口(2-3)的矩形箍口筋(2-6)，上下相邻的两个矩形箍口筋(2-6)长宽方向正交；
在基础凸台(2-2)四周的每一侧面向内设定距离的混凝土内设置有一圈凸台竖筋(2-7)，凸台竖筋(2-7)为L型，由上方的铅垂段和下方的水平段组成，水平段向内延伸；
在基础凸台(2-2)四周的每一侧面向内设定距离的混凝土内、从上往下设置有一组水平的矩形凸台箍筋(2-8)；
所述围柱筋(3)是由一圈竖向钢筋与一组横行箍筋绑扎而成的钢筋笼，围柱筋(3)套设在柱(1)的外侧。
2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土柱与基础的扩腹杯口式连接结构，其特征在于：所述扩腹杯口(2-3)的竖向深度等于柱(1)内的柱纵筋抗震锚固长度，扩腹杯口(2-3)的上下口形状尺寸相同，每侧杯壁上部的正梯形斜平面和下部的倒梯形斜平面与柱(1)对应侧面的夹角均为10～20°。
3.根据权利要求1所述的钢筋混凝土柱与基础的扩腹杯口式连接结构，其特征在于：所述基底纵筋(2-4)所处水平面距离基础底板(2-1)底面的距离为40～70mm。
4.根据权利要求1所述的钢筋混凝土柱与基础的扩腹杯口式连接结构，其特征在于：所述顺口筋(2-5)距离对应杯壁的距离为10～30mm，顺口筋(2-5)的顶端距离基础凸台(2-2)顶面的距离为10～30mm，顺口筋(2-5)的底端距离基础底板(2-1)底面的距离为10～30mm。
5.根据权利要求1所述的钢筋混凝土柱与基础的扩腹杯口式连接结构，其特征在于：所述围柱筋(3)距离柱(1)对应外侧面的距离为10～30mm，围柱筋(3)的竖向高度等于扩腹杯口(2-3)的竖向深度减去10～30mm。
6.根据权利要求1所述的钢筋混凝土柱与基础的扩腹杯口式连接结构，其特征在于：所述填缝混凝土(4)为微膨胀细石混凝土。
7.一种基于权利要求1～6任一所述钢筋混凝土柱与基础的扩腹杯口式连接结构的连接方法，其特征在于：包括如下步骤：
(a)制作柱；
(b)制作基底纵筋、顺口筋、矩形箍口筋、凸台竖筋、凸台箍筋，并将它们绑扎成整体钢筋笼；
(c)制作基础外轮廓模板及扩腹杯口模板，并将步骤(b)绑扎成的整体钢筋笼就位其中，然后浇筑并养护基础混凝土；
(d)将柱及基础运输到装配现场，并将基础安装就位；
(e)将围柱筋从柱底套裹到柱身底部并临时固定；
(f)将柱及围柱筋的底端向下插入扩腹杯口并落座到扩腹杯口底面上，调整就位后将柱临时支撑固定；
(g)从扩腹杯口顶端缝隙口向内灌注填缝混凝土并养护完成，柱与基础的连接完成。
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