CN112267575A - 预制外包钢混凝土柱与钢梁连接节点及施工工艺 - Google Patents

Abstract

预制外包钢混凝土柱与钢梁连接节点及施工工艺，包括预制外包钢混凝土柱及钢梁，所述预制外包钢混凝土柱的连接节点处设置有钢梁；所述预制外包钢混凝土柱分为三种情况，第一种为带有连接法兰盘的预制外包钢混凝土柱；第二种为带有环向钢板套筒的预制外包钢混凝土柱；第三种为带有牛腿的预制外包钢混凝土柱。预制外包钢混凝土结构既发挥了外包钢混凝土的结构优势，又继承了装配式施工的技术特点，在进一步提高结构的承载能力和抗震性能的同时，能够取得较好的经济和社会效益。

Description

预制外包钢混凝土柱与钢梁连接节点及施工工艺

技术领域

本发明属于建筑结构技术领域，具体涉及预制外包钢混凝土柱与钢梁连接节点及施工工艺。

背景技术

传统的钢筋混凝土柱在与钢梁连接时，通常要使用大量预埋构件来保证连接节点的可靠。这样，不仅会增加施工工序，同时预埋件还会由于混凝土的膨胀或其他原因发生一定程度地偏移，增加了连接安装的难度。另外，在高层建筑中，钢筋混凝土底层柱为了满足设计承载力需求，不可避免地需要增加截面尺寸，自重较大。在实际应用中，外包钢混凝土柱与梁连接节点是进行工程设计时的关键问题之一，其连接节点的有效性，直接影响到整个结构的刚度、稳定性和承载能力，也关系到现场作业的施工难度和施工进度。目前，国内外对外包钢混凝土构件的连接研究主要集中于现浇节点，对于预制外包钢混凝土装配式连接节点的研究还不够充分。现浇混凝土施工形式，施工周期长，施工过程繁琐，施工质量难以保证。需要许多现场施工程序，这些程序会对交通流、工作区的安全和环境造成负面影响，还会受到施工空间、气候条件及环境保护条件等因素的制约。

发明内容

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

预制外包钢混凝土柱与钢梁连接节点，包括预制外包钢混凝土柱及钢梁，所述预制外包钢混凝土柱的连接节点处设置有钢梁；所述预制外包钢混凝土柱为带有连接法兰盘的预制外包钢混凝土柱，带有连接法兰盘的预制外包钢混凝土柱包括外包角钢、钢筋骨架、锚固型钢、型钢梁及连接法兰盘，所述钢筋骨架内侧设置有锚固型钢，钢筋骨架外侧设置有外包角钢，锚固型钢的翼缘板与型钢梁一端连接，型钢梁另一端伸出预制外包刚混凝土柱与连接法兰盘焊接连接，所述钢筋骨架、外包角钢、锚固型钢及部分型钢梁通过混凝土连为一体，预制外包钢混凝土柱的连接法兰盘通过高强螺栓与钢梁的端法兰连接。

预制外包钢混凝土柱与钢梁连接节点的施工工艺，包括以下步骤：

步骤1，组件制作：

制作带有连接法兰盘的预制外包钢混凝土柱，按设计要求制作混凝土模板，在柱四角处布置外包角钢、锚固型钢并绑扎钢筋骨架，将型钢梁一端与锚固型钢对接并进行施焊，将型钢梁另一端与连接法兰盘对接并进行施焊；支模板，在模板内浇筑混凝土，完成预制外包钢筋混凝土柱的制作；

制作钢梁，按设计要求选取型钢，将型钢端部与端法兰对接并进行施焊，完成钢梁制作；

步骤2，组件安装：

将带型钢梁的预制外包钢混凝土柱与钢梁进行现场对接，使型钢梁的连接法兰盘与钢梁的端法兰上的螺栓孔对齐，将高强螺栓穿过连接法兰盘和端法兰上的螺栓孔，拧紧螺栓后完成装配连接。

预制外包钢混凝土柱与钢梁连接节点，包括预制外包钢混凝土柱及钢梁，所述预制外包钢混凝土柱的连接节点处设置有钢梁；所述预制外包钢混凝土柱为带有环向钢板套筒的预制外包钢混凝土柱，所述带有环向钢板套筒的预制外包钢混凝土柱包括钢筋骨架、环向钢板套筒、锚固钢筋及带螺栓孔的角钢，所述钢筋骨架外侧设置有外包角钢，在角钢外侧套有环向钢板套筒，在环向钢板套筒两个平行设置的内表面处分别焊接有锚固钢筋，并在焊接有锚固钢筋的环向钢板套筒内表面处设置预埋螺栓，外包角钢、钢筋骨架、锚固钢筋及预埋螺栓通过混凝土连接一体，带有环向钢板套筒的预制外包钢混凝土柱通过环向钢板套筒及带螺栓孔的角钢与钢梁连接，且环向钢板套筒与带螺栓孔的角钢之间通过预埋螺栓连接，带螺栓孔的角钢与钢梁之间通过高强螺栓连接。

预制外包钢混凝土柱与钢梁连接节点的施工工艺，包括以下步骤：

步骤1，组件制作：

制作带有环向钢板套筒的预制外包钢混凝土柱，按设计要求制作混凝土模板，在柱四角布置外包角钢，在柱的连接节点处布置环向钢板套筒，并布置预埋螺栓，使预埋螺栓穿过环向钢板套筒上的螺栓孔，在环向钢板套筒内部焊接柱内的锚固钢筋，绑扎钢筋骨架；支模板，在模板内浇筑混凝土，预制外包钢混凝土柱制作完成；

制作钢梁，按设计要求选取型钢，并按设计要求在钢梁上翼缘和下翼缘上打孔；

步骤2，组件安装：

在钢梁上表面和下表面分别放置带螺栓孔的角钢，再通过高强螺栓将位于上方的带螺栓孔的角钢和位于下方的带螺栓孔的角钢分别与钢梁上翼缘和下翼缘连为一体；

将钢梁起吊，使预埋在预埋外包钢筋混凝土柱内的预埋螺栓穿过位于上方带螺栓孔的角钢和位于下方的带螺栓孔的角钢的螺栓孔，然后拧紧螺母，完成预埋外包钢筋混凝土柱与钢梁的装配。

预制外包钢混凝土柱与钢梁连接节点，包括预制外包钢混凝土柱及钢梁，所述预制外包钢混凝土柱的连接节点处设置有钢梁；所述预制外包钢混凝土柱为带有牛腿的预制外包钢混凝土柱，所述带有牛腿的预制外包钢混凝土柱包括外包角钢、钢筋骨架、牛腿锚固钢筋及预埋螺栓，在钢筋骨架外侧设置外包角钢，并且连接节点处设置与钢筋骨架连接的牛腿锚固钢筋，牛腿锚固钢筋末端延伸至外侧，且其顶部设置有预埋螺栓，外包角钢、钢筋骨架、牛腿锚固钢筋及预埋螺栓通过混凝土连为一体，且牛腿锚固钢筋末端延伸至外侧部分浇筑混凝土形成牛腿，带有牛腿的预制外包钢混凝土柱通过牛腿处的预埋螺栓与钢梁连接。

预制外包钢混凝土柱与钢梁连接节点的施工工艺，包括以下步骤：

步骤1，组件制作：

制作带有牛腿的预制外包钢混凝土柱，按设计要求制作混凝土模板，在柱四角布置外包角钢，布置柱内钢筋和牛腿锚固钢筋形成钢筋骨架，并按设计要求在牛腿锚固钢筋上方固定预埋螺栓；支模板，在模板内浇筑混凝土，预制外包钢混凝土柱制作完成；

制作钢梁，按设计要求选取型钢，并按设计要求在钢梁上翼缘和下翼缘上开设螺栓孔；

步骤2，组件安装：

起吊钢梁，使牛腿处的预埋螺栓穿过钢梁的螺栓孔，拧紧螺栓，完成预埋外包钢筋混凝土柱与钢梁的装配。

本发明的有益效果为：

1、在原有的混凝土结构或钢筋混凝土结构外部配置型钢发展了外包钢混凝土结构。外包钢混凝土柱，因其独特的外包角钢骨架构造，可以很大程度地提高结构的抗震性能，减小构件尺寸，便于工厂化与机械化操作。与普通钢筋混凝土柱相比，外包钢骨架对于混凝土有着更高的约束范围和约束力，且使混凝土处于三向应力状态，因而提高了整个构件的抗剪、抗压和结构耗能能力。这种形式取消了大量的预埋构件，可以简化施工，能够实现像钢结构一样的连接方式，具有广阔的应用前景。

2、预制装配式结构是以工厂生产的预制构件为主要构件，在施工现场进行装配、连接、部分现浇而形成的建筑结构。与传统的全部在现场完成的施工技术相比，预制装配式建筑施工在很大程度上解决了施工质量较低、施工周期较长的问题，并且更加符合我国提倡的“绿色发展”理念。预制外包钢混凝土结构既发挥了外包钢混凝土的结构优势，又继承了装配式施工的技术特点，在进一步提高结构的承载能力和抗震性能的同时，能够取得较好的经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明实施例1预制外包钢混凝土柱与钢梁边节点示意图；

图2为本发明实施例1图1的Ⅰ-Ⅰ向剖视图；

图3为本发明实施例1图1的Ⅱ-Ⅱ向剖视图；

图4为本发明实施例1预制外包钢混凝土柱与钢梁边节点俯视图；

图5为本发明实施例1预制外包钢混凝土柱与钢梁边节点拆分示意图；

图6为本发明实施例1预制外包钢混凝土柱与钢梁边节点的端法兰示意图；

图7为本发明实施例2预制外包钢混凝土柱与钢梁中间节点示意图；

图8为本发明实施例2预制外包钢混凝土柱与钢梁中间节点俯视图；

图9为本发明实施例3预制外包钢混凝土柱与钢梁边节点示意图；

图10为本发明实施例3图9的Ⅲ-Ⅲ向剖视图；

图11为本发明实施例3预制外包钢混凝土柱与钢梁边节点俯视图；

图12为本发明实施例3预制外包钢混凝土柱与钢梁边节点拆分示意图；

图13为本发明实施例3预制外包钢混凝土柱与钢梁边节点的环向钢板套筒示意图；

图14为本发明实施例4预制外包钢混凝土柱与钢梁中间节点示意图；

图15为本发明实施例4预制外包钢混凝土柱与钢梁中间节点俯视图；

图16为本发明实施例5预制外包钢混凝土柱与钢梁边节点示意图；

图17为本发明实施例5图16的Ⅳ-Ⅳ向剖视图；

图18为本发明实施例5预制外包钢混凝土柱与钢梁边节点俯视图；

图19为本发明实施例5预制外包钢混凝土柱与钢梁边节点拆分示意图；

图20为本发明实施例6预制外包钢混凝土柱与钢梁中间节点示意图；

图21为本发明实施例6预制外包钢混凝土柱与钢梁中间节点俯视图；

1-预制外包钢混凝土柱；2-钢梁；3-型钢梁；4-锚固型钢；501-连接法兰盘；502-端法兰；6-高强螺栓；7-环向钢板套筒；8-锚固钢筋；9-预埋螺栓；10-外包角钢；11-牛腿锚固钢筋；12-带螺栓孔的角钢，13-钢筋骨架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

实施例1为边节点。

如图1至图6所示，预制外包钢混凝土柱与钢梁连接节点，包括预制外包钢混凝土柱1及钢梁2，所述预制外包钢混凝土柱1的连接节点处设置有钢梁2；所述预制外包钢混凝土柱1为带有连接法兰盘501的预制外包钢混凝土柱1，带有连接法兰盘501的预制外包钢混凝土柱1包括外包角钢10、钢筋骨架13、锚固型钢4、型钢梁3及连接法兰盘501，所述钢筋骨架13内侧设置有锚固型钢4，钢筋骨架13外侧设置有外包角钢10，外包角钢10的双支分别与钢筋骨架13的箍筋两端焊接，锚固型钢4的其中一个翼缘板与型钢梁3一端连接，型钢梁3另一端伸出预制外包刚混凝土柱与连接法兰盘501焊接连接，所述钢筋骨架13、外包角钢10、锚固型钢4及部分型钢梁3通过混凝土连为一体，预制外包钢混凝土柱1的连接法兰盘501通过高强螺栓6与钢梁2的端法兰502连接。

预制外包钢混凝土柱与钢梁连接节点的施工工艺，包括以下步骤：

步骤1，组件制作：

制作带有连接法兰盘的预制外包钢混凝土柱1，按设计要求制作混凝土模板，在柱四角处布置外包角钢10、锚固型钢4并绑扎钢筋骨架13，将外包角钢10双支分别与钢筋骨架13的箍筋两端焊接，将型钢梁3一端与锚固型钢4其中一个翼缘板对接并进行施焊，将型钢梁3另一端与连接法兰盘501对接并进行施焊；支模板，在模板内浇筑混凝土，完成预制外包钢筋混凝土柱的制作；

制作钢梁2，按设计要求选取型钢，将型钢端部与端法兰502对接并进行施焊，完成钢梁2制作；

步骤2，组件安装：

将带型钢梁3的预制外包钢混凝土柱1与钢梁2进行现场对接，使型钢梁3的连接法兰盘501与钢梁2的端法兰502上的螺栓孔对齐，将高强螺栓6穿过连接法兰盘501和端法兰502上的螺栓孔，拧紧螺栓后完成装配连接。

实施例2

实施例2为中间节点。

如图7和图8所示，实施例2与实施例1的区别在于，锚固型钢4的两个翼缘板均与型钢梁3一端连接，两个型钢梁3分别与两个钢梁2连接。

实施例3

实施例3为边节点。

如图9至图13所示，预制外包钢混凝土柱与钢梁2连接节点，包括预制外包钢混凝土柱1及钢梁2，所述预制外包钢混凝土柱1的连接节点处设置有钢梁2；所述预制外包钢混凝土柱1为带有环向钢板套筒7的预制外包钢混凝土柱1，所述带有环向钢板套筒7的预制外包钢混凝土柱1包括钢筋骨架13、环向钢板套筒7、锚固钢筋8及带螺栓孔的角钢12，所述钢筋骨架13外侧设置有外包角钢10，外包角钢10双支分别与钢筋骨架13的箍筋两端焊接，在外包角钢10外侧套有环向钢板套筒7，在环向钢板套筒7两个平行设置的内表面处分别焊接有锚固钢筋8，并在焊接有锚固钢筋8的环向钢板套筒7内表面处设置预埋螺栓9，外包角钢10、钢筋骨架13、锚固钢筋8及预埋螺栓9通过混凝土连接一体，带有环向钢板套筒7的预制外包钢混凝土柱1通过环向钢板套筒7及带螺栓孔的角钢12与一个钢梁2连接，且环向钢板套筒7与带螺栓孔的角钢12之间通过预埋螺栓9连接，带螺栓孔的角钢12与钢梁2之间通过高强螺栓6连接。

预制外包钢混凝土柱与钢梁2连接节点的施工工艺，包括以下步骤：

步骤1，组件制作：

制作带有环向钢板套筒7的预制外包钢混凝土柱1，按设计要求制作混凝土模板，在柱四角布置外包角钢10，在柱的连接节点处布置环向钢板套筒，并布置预埋螺栓9，使预埋螺栓9穿过环向钢板套筒上的螺栓孔，在环向钢板套筒内部焊接柱内的锚固钢筋8，绑扎钢筋骨架13，并将钢筋骨架13的箍筋两端焊接在外包角钢10的双支上；支模板，在模板内浇筑混凝土，预制外包钢混凝土柱1制作完成；

制作钢梁2，按设计要求选取型钢，并按设计要求在钢梁2上翼缘和下翼缘上打孔；

步骤2，组件安装：

在钢梁2上表面和下表面分别放置带螺栓孔的角钢12，再通过高强螺栓6将位于上方的带螺栓孔的角钢12和位于下方的带螺栓孔的角钢12分别与钢梁2上翼缘和下翼缘连为一体；

将钢梁2起吊，使预埋在预埋外包钢筋混凝土柱内的预埋螺栓9穿过位于上方带螺栓孔的角钢12和位于下方的带螺栓孔的角钢12的螺栓孔，然后拧紧螺母，完成预埋外包钢筋混凝土柱与钢梁2的装配。

实施例4

实施例4为中间节点。

如图14和图15所示，实施例4与实施例3的区别在于，带有环向钢板套筒7的预制外包钢混凝土柱1通过环向钢板套筒7及带螺栓孔的角钢12分别与两个钢梁2连接。

实施例5

实施例5为边节点。

如图16至图19所示，预制外包钢混凝土柱与钢梁2连接节点，包括预制外包钢混凝土柱1及钢梁2，所述预制外包钢混凝土柱1的连接节点处设置有钢梁2；所述预制外包钢混凝土柱1为带有牛腿的预制外包钢混凝土柱1，所述带有牛腿的预制外包钢混凝土柱1包括外包角钢10、钢筋骨架13、牛腿及预埋螺栓9，在钢筋骨架13外侧设置外包角钢10，钢筋骨架10的箍筋两端分别与外包角钢10的双支焊接，并且连接节点处设置与钢筋骨架13连接的牛腿锚固钢筋11，牛腿锚固钢筋11末端延伸至外侧，且其顶部设置有预埋螺栓9，外包角钢10、钢筋骨架13、牛腿锚固钢筋11及预埋螺栓9通过混凝土连为一体，且牛腿锚固钢筋11末端延伸至外侧部分浇筑混凝土形成牛腿，带有牛腿的预制外包钢混凝土柱1通过牛腿处的预埋螺栓9与钢梁2连接。

预制外包钢混凝土柱与钢梁连接节点的施工工艺，包括以下步骤：

步骤1，组件制作：

制作带有牛腿的预制外包钢混凝土柱1，按设计要求制作混凝土模板，在柱四角布置外包角钢10，布置柱内钢筋和牛腿锚固钢筋11形成钢筋骨架13，柱内钢筋骨架13的箍筋两端与外包角钢10双支焊接，并按设计要求在牛腿锚固钢筋11上方固定预埋螺栓9；支模板，在模板内浇筑混凝土，预制外包钢混凝土柱1制作完成；

制作钢梁2，按设计要求选取型钢，并按设计要求在钢梁2上翼缘和下翼缘上开设螺栓孔；

步骤2，组件安装：

起吊钢梁2，使牛腿处的预埋螺栓9穿过钢梁2的螺栓孔，拧紧螺栓，完成预埋外包钢筋混凝土柱与钢梁2的装配。

实施例6

实施例6为中间节点。

如图20和图21所示，实施例6与实施例5的区别在于，带有牛腿的预制外包钢混凝土柱1两平行表面分别通过牛腿连接有两个钢梁2。

Claims (6)

1.预制外包钢混凝土柱与钢梁连接节点，其特征在于，包括预制外包钢混凝土柱及钢梁，所述预制外包钢混凝土柱的连接节点处设置有钢梁；所述预制外包钢混凝土柱为带有连接法兰盘的预制外包钢混凝土柱，带有连接法兰盘的预制外包钢混凝土柱包括外包角钢、钢筋骨架、锚固型钢、型钢梁及连接法兰盘，所述钢筋骨架内侧设置有锚固型钢，钢筋骨架外侧设置有外包角钢，锚固型钢的翼缘板与型钢梁一端连接，型钢梁另一端伸出预制外包刚混凝土柱与连接法兰盘焊接连接，所述钢筋骨架、外包角钢、锚固型钢及部分型钢梁通过混凝土连为一体，预制外包钢混凝土柱的连接法兰盘通过高强螺栓与钢梁的端法兰连接。

2.根据权利要求1所述的预制外包钢混凝土柱与钢梁连接节点的施工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，组件制作：

制作带有连接法兰盘的预制外包钢混凝土柱，按设计要求制作混凝土模板，在柱四角处布置外包角钢、锚固型钢并绑扎钢筋骨架，将型钢梁一端与锚固型钢对接并进行施焊，将型钢梁另一端与连接法兰盘对接并进行施焊；支模板，在模板内浇筑混凝土，完成预制外包钢筋混凝土柱的制作；

制作钢梁，按设计要求选取型钢，将型钢端部与端法兰对接并进行施焊，完成钢梁制作；

步骤2，组件安装：

将带型钢梁的预制外包钢混凝土柱与钢梁进行现场对接，使型钢梁的连接法兰盘与钢梁的端法兰上的螺栓孔对齐，将高强螺栓穿过连接法兰盘和端法兰上的螺栓孔，拧紧螺栓后完成装配连接。

3.预制外包钢混凝土柱与钢梁连接节点，其特征在于，包括预制外包钢混凝土柱及钢梁，所述预制外包钢混凝土柱的连接节点处设置有钢梁；所述预制外包钢混凝土柱为带有环向钢板套筒的预制外包钢混凝土柱，所述带有环向钢板套筒的预制外包钢混凝土柱包括钢筋骨架、环向钢板套筒、锚固钢筋及带螺栓孔的角钢，所述钢筋骨架外侧设置有外包角钢，在角钢外侧套有环向钢板套筒，在环向钢板套筒两个平行设置的内表面处分别焊接有锚固钢筋，并在焊接有锚固钢筋的环向钢板套筒内表面处设置预埋螺栓，外包角钢、钢筋骨架、锚固钢筋及预埋螺栓通过混凝土连接一体，带有环向钢板套筒的预制外包钢混凝土柱通过环向钢板套筒及带螺栓孔的角钢与钢梁连接，且环向钢板套筒与带螺栓孔的角钢之间通过预埋螺栓连接，带螺栓孔的角钢与钢梁之间通过高强螺栓连接。

4.根据权利要求3所述的预制外包钢混凝土柱与钢梁连接节点的施工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，组件制作：

制作带有环向钢板套筒的预制外包钢混凝土柱，按设计要求制作混凝土模板，在柱四角布置外包角钢，在柱的连接节点处布置环向钢板套筒，并布置预埋螺栓，使预埋螺栓穿过环向钢板套筒上的螺栓孔，在环向钢板套筒内部焊接柱内的锚固钢筋，绑扎钢筋骨架；支模板，在模板内浇筑混凝土，预制外包钢混凝土柱制作完成；

制作钢梁，按设计要求选取型钢，并按设计要求在钢梁上翼缘和下翼缘上打孔；

步骤2，组件安装：

在钢梁上表面和下表面分别放置带螺栓孔的角钢，再通过高强螺栓将位于上方的带螺栓孔的角钢和位于下方的带螺栓孔的角钢分别与钢梁上翼缘和下翼缘连为一体；

将钢梁起吊，使预埋在预埋外包钢筋混凝土柱内的预埋螺栓穿过位于上方带螺栓孔的角钢和位于下方的带螺栓孔的角钢的螺栓孔，然后拧紧螺母，完成预埋外包钢筋混凝土柱与钢梁的装配。

5.预制外包钢混凝土柱与钢梁连接节点，其特征在于，包括预制外包钢混凝土柱及钢梁，所述预制外包钢混凝土柱的连接节点处设置有钢梁；所述预制外包钢混凝土柱为带有牛腿的预制外包钢混凝土柱，所述带有牛腿的预制外包钢混凝土柱包括外包角钢、钢筋骨架、牛腿锚固钢筋及预埋螺栓，在钢筋骨架外侧设置外包角钢，并且连接节点处设置与钢筋骨架连接的牛腿锚固钢筋，牛腿锚固钢筋末端延伸至外侧，且其顶部设置有预埋螺栓，外包角钢、钢筋骨架、牛腿锚固钢筋及预埋螺栓通过混凝土连为一体，且牛腿锚固钢筋末端延伸至外侧部分浇筑混凝土形成牛腿，带有牛腿的预制外包钢混凝土柱通过牛腿处的预埋螺栓与钢梁连接。

6.根据权利要求5所述的预制外包钢混凝土柱与钢梁连接节点的施工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，组件制作：

制作带有牛腿的预制外包钢混凝土柱，按设计要求制作混凝土模板，在柱四角布置外包角钢，布置柱内钢筋和牛腿锚固钢筋形成钢筋骨架，并按设计要求在牛腿锚固钢筋上方固定预埋螺栓；支模板，在模板内浇筑混凝土，预制外包钢混凝土柱制作完成；

制作钢梁，按设计要求选取型钢，并按设计要求在钢梁上翼缘和下翼缘上开设螺栓孔；

步骤2，组件安装：

起吊钢梁，使牛腿处的预埋螺栓穿过钢梁的螺栓孔，拧紧螺栓，完成预埋外包钢筋混凝土柱与钢梁的装配。

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