CN113789914B - 一种波纹板-ecc装配式叠合柱及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种波纹板‑ECC装配式叠合柱及其施工方法，涉及建筑施工技术领域。该叠合柱包括中空柱状的波纹板内壳、上端板、下端板、ECC外壳体和多根连接杆。上端板和下端板分别焊接于波纹板内壳的两端；上端板平行于下端板，且均垂直于波纹板内壳的轴向；连接杆垂直固定于上端板；下端板上设置有多个穿孔；每根连接杆沿其轴向均能对应到一个穿孔；ECC外壳体凝固包裹波纹板内壳的侧壁，ECC外壳体的一端凝固连接于上端板，另一端凝固连接于下端板并且避开穿孔。本叠合柱构造简单，不同构件间相互支撑，保证荷载的传递，增强了连接结构的整体性和稳定性，可以有效地抵抗变形并传力，在预制装配式建筑中具有广阔的应用前景。

Description

一种波纹板-ECC装配式叠合柱及其施工方法

技术领域

本发明属于建筑技术领域，尤其涉及一种建筑结构的连接节点，以及该连接节点的施工方法。

背景技术

近年来，随着建筑产业结构的转型升级，在提升建筑质量、加快建设速度、实现节能环保、降低工程造价的需求推动下，装配式建筑越来越受到工程界的关注。相较于传统建筑结构施工形式，装配式建筑有着明显的技术优势，其节省人工、节省模板、节省机械，提高存货质量，减少排放，减少污染，节约工期。但现今装配式建筑还存在许多问题，例如工业化程度低，建筑结构的各个部件并没有形成标准化，同时装配式建筑结构的连接节点是整体建筑结构的薄弱环节，无论从施工还是力学角度都存在较多的障碍。

发明内容

鉴于现今的装配式建筑结构的连接节点是整体建筑结构的薄弱环节，无论从施工还是力学角度都存在较多的障碍的问题，本发明提出了以下技术方案。

一种波纹板-ECC装配式叠合柱，所述叠合柱包括中空柱状的波纹板内壳、上端板、下端板、ECC外壳体和多根连接杆。所述上端板和所述下端板分别焊接于所述波纹板内壳的两端；所述上端板平行于所述下端板，且均垂直于所述波纹板内壳的轴向；所述连接杆垂直固定于所述上端板；所述下端板上设置有多个穿孔；每根所述连接杆沿其轴向均能对应到一个所述穿孔；所述ECC外壳体凝固包裹所述波纹板内壳的侧壁，所述ECC外壳体的一端凝固连接于所述上端板，另一端凝固连接于所述下端板并且避开所述穿孔。

作为本发明的波纹板-ECC装配式叠合柱的进一步改进，所述波纹板内壳由四块波纹板围合而成，大致为四棱柱形，其截面四条边均为波浪形；所述对拉螺杆以垂直于任一波纹板的方向穿过所述波纹板内壳，且穿入和穿出处均位于波纹板外表面凹陷处，所述对拉螺杆的两端使用所述吊环螺母紧固于所述波纹板外表面凹陷处。

作为本发明的波纹板-ECC装配式叠合柱的进一步改进，所述叠合柱还包括多根对拉螺杆和多个吊环螺母；多根所述对拉螺杆径向穿透且纵横交错分布于所述波纹板内壳，且每根所述对拉螺杆的两端均使用所述吊环螺母紧固于所述波纹板内壳的外壁。

作为本发明的波纹板-ECC装配式叠合柱的进一步改进，所述上端板和所述下端板均大致为回字形，其内边缘焊接于所述波纹板内壳，所述上端板的每条边上均安装三到六根所述连接杆。

作为本发明的波纹板-ECC装配式叠合柱的进一步改进，所述连接杆为螺杆，其下端垂直穿过所述上端板，并且通过螺母固定于所述上端板，每个螺杆均能沿其轴向对应一个下端板上的穿孔。

作为本发明的波纹板-ECC装配式叠合柱的进一步改进，所述ECC外壳体大致为四棱柱形，其截面外围尺寸和所述上端板以及所述下端板的外围尺寸相同。

一种如上所述的波纹板-ECC装配式叠合柱的施工方法，包括以下步骤：

S1，制备中空柱状的波纹板内壳；

S2，下端板上开设多个穿孔；上端板上也开设有多个对应下端板穿孔的安装孔，且在每个安装孔中插入连接杆并固定；将上端板和下端板焊接在波纹板内壳的两端，焊接后，上端板和下端板平行，且每根连接杆沿其轴向均能对应到一个穿孔；

S3，根据上端板、下端板、波纹板内壳的尺寸，制作模板；

S4，将做好的上端板和下端板焊接在波纹板内壳两端的结构放进模板中，采用平躺浇筑的方法进行浇筑ECC，浇筑时振捣均匀，其中，该模板相对于下端板上的多个穿孔处设置有保护装置，能保护穿孔不被ECC覆盖；浇筑后，ECC包裹波纹板内壳的侧壁，且ECC延伸至两端的上端板和下端板，得到了ECC外壳体；

S5，养护、拆模，得到波纹板-ECC装配式叠合柱。

作为该波纹板-ECC装配式叠合柱的施工方法的进一步改进，步骤S1具体为，制作四块方形的波纹板，在波纹板的波形凹陷处打孔，以用于穿对拉螺杆，取打完孔的四块波纹板依次焊接形成无端面的中空四棱柱，其中，相对的两块波纹板上的孔位置一一对应，得到波纹板内壳。步骤S2中，在将上端板和下端板焊接在波纹板内壳的两端之后，还包括将对拉螺杆穿过波纹板内壳上相对面的孔，对拉螺杆的两端均穿出波纹板并且用吊环螺母锁上。

本发明的有益效果是：该波纹板-ECC装配式叠合柱可以在工厂端制作，再搬运至施工现场安装，两个叠合柱可以上、下端相互连接固定，也可以配合其他连接装置进行连接固定，得到具有良好的力学性能和耐候性能的连接节点，本方案能在加快施工进度的同时，保证结构的整体性和抗震性能。其中，波纹板由于其惯性矩比较大，本身稳定性比较好，从而可以代替普通钢筋混凝土柱的纵向钢筋，从而减少了钢筋绑扎等一系列施工工序，提高了施工速度。ECC是一种高延性材料，抗裂性比较好，不容易剥落，其包裹在波纹板外侧，使得该叠合柱还具有良好的防火性能。本发明的叠合柱在装配式建筑中具有普遍的适用性，应用前景广阔。

附图说明

图1为波纹板-ECC装配式叠合柱的一种结构图。

图2为图1中的连接杆安装在上端板的结构图。

图3为图1的叠合柱的中部剖面结构示意图。

附图标记：波纹板内壳1、上端板2、下端板3、ECC外壳体4、连接杆5、穿孔301、缺角401、对拉螺杆6、吊环螺母7、六角螺母8。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行阐述。

如图1所示，一种波纹板-ECC装配式叠合柱，所述叠合柱包括中空柱状的波纹板内壳1、上端板2、下端板3、ECC外壳体4和多根连接杆5。所述上端板2和所述下端板3分别焊接于所述波纹板内壳1的两端。所述上端板2平行于所述下端板3，且均垂直于所述波纹板内壳1的轴向。所述连接杆5垂直固定于所述上端板2。所述下端板3上设置有多个穿孔301，每根所述连接杆5沿其轴向均能对应到一个所述穿孔301。所述ECC外壳体4凝固包裹所述波纹板内壳1的侧壁，所述ECC外壳体4的一端凝固连接于所述上端板2，另一端凝固连接于所述下端板3并且避开所述穿孔301。

其中，每根所述连接杆5沿其轴向均能对应到下端板3的一个穿孔301，能使得两个所述叠合柱可以进行上、下端相互连接，即其中一个叠合柱的连接杆5插入另一个叠合柱的穿孔301中并锁定，形成结构牢固、承载能力强的连接节点。

其中，所述波纹板内壳1由四块波纹板围合而成，大致为四棱柱形，其截面四条边均为波浪形。所述上端板2和所述下端板3均大致为回字形，所述上端板2和所述下端板3的内周轮廓和波纹板内壳1的周向尺寸一致，促成了所述上端板2和所述下端板3能分别能适配的焊接在波纹板内壳1的两端。所述ECC外壳体4大致为四棱柱形，具有一定厚度，其凝固包裹在所述波纹板内壳1的外侧壁，ECC外壳体4的两端凝固连接于所述上端板2和所述下端板3，且ECC外壳体4的外壁和所述上端板2以及所述下端板3的外周轮廓平齐，即截面外围尺寸和所述上端板2以及所述下端板3的外围尺寸相同。

其中，以上所述的四棱柱形中空的波纹板内壳1，可以是大致为四棱柱形，在其细微结构中，波纹板内壳1的截面四条边均可以是波浪形，该波纹板可以和内部浇筑的混凝土以及ECC外壳体4牢固结合。由于波纹板内壳1的截面四条边是波浪形，ECC外壳体4凝固包裹在所述波纹板内壳1的外侧壁，故该ECC外壳体4的内侧面也呈现为波浪形，而ECC外壳体4的外侧面可以制备为平整的四棱柱形。相应的，回字形的上端板2、下端板3的内边缘形状可以和波纹板内壳1的截面形状相同，外边缘形状可以和ECC外壳体4的外侧面截面形状相同。

其中，波纹板内壳1、上端板2、下端板3的材质均可以是钢。四块波纹板焊接形成的波纹板内壳1，与普通平钢板相比，波纹板由于其惯性矩比较大，所以本身稳定性比较好，其次，它可以代替普通钢筋混凝土柱的纵向钢筋，从而减少了钢筋绑扎等一系列施工工序，提高了施工速度。

其中，回字形的上端板2、下端板3由普通钢板开孔而成，以便于安装连接杆5，且能与另一个叠合柱的连接杆5进行连接，使得两个叠合柱相互连接形成节点。其中，开孔的大小和个数可以根据节点的形式及尺寸综合把控。

波纹板与两端的回字形钢端板之间采用焊接形成整体，提高了结构的整体性，包裹上ECC后，抗震性能良好，结构稳定。

其中，ECC的英文全称是Engineered Cementitious Composites，即是“高延性纤维增强水泥基复合材料”。ECC是以水泥、砂、水、矿物掺合料和化学外加剂构成基体，用纤维体积掺量低于3％高强高弹模短纤维做增韧材料，硬化后具有应变硬化性和多重稳定开裂特征的新型高性能纤维增韧水泥基复合材料。请继续参阅图1，所述上端板2的每条边上可以安装三到六根所述连接杆5，如图1中的四根，但总共有四根连接杆5设置于四个角，使得每两个相邻边共用一根连接杆5，总共十二根连接杆5，设置连接杆5的高度一致，有利于装配施工。

如图2所示，在一个优选实施例中，所述连接杆5为螺杆，或者说高强螺杆，其下端垂直穿过所述上端板2，并且通过六角螺母8固定于所述上端板2，每个螺杆均能沿其轴向对应一个下端板3上的穿孔301。通过预埋螺杆作为纵筋可以将两个相同的叠合柱搭接在一起，起到节点抗剪以及传力的作用，同时提高连接节点的整体性，可以有效防止节点的局部屈曲、抵抗节点变形。

请继续参阅图1，所述ECC外壳体4的下端设置有十二个个缺角401，每条边四个，相邻两条边共用一个缺角401，一个缺角401对应上端板2的一根连接杆5，取两个相同的叠合柱就可以实现上、下柱的连接，形成连接节点。

如图1和图3所示，所述叠合柱还包括多根对拉螺杆6和多个吊环螺母7。所述对拉螺杆6以垂直于任一波纹板的方向穿过所述波纹板内壳1，且穿入和穿出处均位于波纹板外表面凹陷处，所述对拉螺杆6的两端使用所述吊环螺母7紧固于所述波纹板外表面凹陷处。多个所述对拉螺杆6纵横交错分布于所述波纹板内壳1中。该叠合柱除了上述基本结构外，还可以包括灌注于波纹板内壳1核心中的混凝土。

对拉螺杆6纵横交错布置，与吊环螺母7形成一体，共同约束波纹板，可以起到箍筋的约束作用，达到对核心混凝土环向约束的作用，抗剪力强。所述吊环螺母7的三角形环可以增大锚固面积，能够锚固外包的ECC，防止其剥落。

一种如上所述的波纹板-ECC装配式叠合柱的施工方法，包括以下步骤：

S1，根据计算好的数据和选定的部件尺寸，制作四块相同方形的波纹板，在波纹板的波形凹陷处打孔，以用于穿对拉螺杆6，取打完孔的四块波纹板依次焊接形成无端面的中空四棱柱，其中，相对的两块波纹板上的孔位置一一对应，得到波纹板内壳1。波纹板应满足截面尺寸、含钢率、受力等要求。

S2，下端板3上开设多个穿孔301；上端板2上也开设有多个对应下端板3穿孔301的安装孔，且在每个安装孔中插入连接杆5并固定；将上端板2和下端板3焊接在波纹板内壳1的两端，焊接后，上端板2和下端板3平行，且每根连接杆5沿其轴向均能对应到一个穿孔301；在将上端板2和下端板3焊接在波纹板内壳1的两端之后，将对拉螺杆6穿过波纹板内壳1上相对面的孔，对拉螺杆6的两端均穿出波纹板并且用吊环螺母7锁上，形成一个整体。

S3，根据上端板2、下端板3、波纹板内壳1的尺寸，制作模板。

S4，将做好的上端板2和下端板3焊接在波纹板内壳1两端的结构放进模板中，采用平躺浇筑的方法进行浇筑ECC，浇筑时振捣均匀，其中，该模板相对于下端板3上的多个穿孔301处设置有保护装置，能保护穿孔301不被ECC覆盖；浇筑后，ECC包裹波纹板内壳1的侧壁，且ECC延伸至两端的上端板2和下端板3，得到了ECC外壳体4。

S5，养护一周后拆模，得到波纹板-ECC装配式叠合柱。

S6，该波纹板-ECC装配式叠合柱再次养护后可以搬运至施工现场进行安装，安装后可以向波纹板内壳1中浇筑核心混凝土。

以上步骤S1-S5均可以在工厂端完成，再通过步骤S6，将波纹板-ECC装配式叠合柱搬运至施工现场安装。

本方法中的安装尺寸考虑如下：(可根据实际承载力计算确定柱截面、波纹板厚度和对拉螺栓直径等参数)

柱截面尺寸：700mm×700mm；

波纹板厚度：可选4-10mm，例如7mm，材质为Q235或Q345；

对拉螺杆6直径：10mm；

上、下端板3厚度20mm。

本叠合柱中，采用了波纹板，由于其惯性矩比较大，本身稳定性比较好，从而可以代替普通钢筋混凝土柱的纵向钢筋，从而减少了钢筋绑扎等一系列施工工序，提高了施工速度。对拉螺杆6纵横交错布置，与吊环螺母7形成一体，共同约束波纹板，可以起到箍筋的约束作用，达到对核心混凝土环向约束的作用。波纹板与两端的回字形钢端板之间采用焊接形成整体，提高了结构的整体性。

本方法施工效率高，制备的叠合柱构造简单，其中的连接杆5承担了纵筋的作用，同时不同构件间相互支撑，保证荷载的传递，增强了连接结构的整体性和稳定性，可以有效地抵抗变形并传力，可以方便地实现波纹板-ECC叠合柱的复制连接，在装配式建筑中具有广阔的应用前景。

以上实施例仅用以示例性的说明本发明的技术方案，而非对本发明要求保护的范围进行限制，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同替换，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种波纹板-ECC装配式叠合柱，其特征在于：所述叠合柱包括中空柱状的波纹板内壳、上端板、下端板、ECC外壳体和多根连接杆；所述上端板和所述下端板分别焊接于所述波纹板内壳的两端；所述上端板平行于所述下端板，且均垂直于所述波纹板内壳的轴向；所述连接杆垂直固定于所述上端板；所述下端板上设置有多个穿孔；每根所述连接杆沿其轴向均能对应到一个所述穿孔；所述ECC外壳体凝固包裹所述波纹板内壳的侧壁，所述ECC外壳体的一端凝固连接于所述上端板，另一端凝固连接于所述下端板并且避开所述穿孔；

所述叠合柱还包括多根对拉螺杆和多个吊环螺母；多根所述对拉螺杆均沿所述波纹板内壳的径向穿透所述波纹板内壳，且每根所述对拉螺杆的两端均使用所述吊环螺母紧固于所述波纹板内壳的外壁；多个所述对拉螺杆纵横交错分布于所述波纹板内壳中。

2.根据权利要求1所述的波纹板-ECC装配式叠合柱，其特征在于：所述波纹板内壳由四块波纹板围合而成，为四棱柱形，其截面四条边均为波浪形；所述对拉螺杆以垂直于任一波纹板的方向穿过所述波纹板内壳，且穿入和穿出处均位于波纹板外表面凹陷处，所述对拉螺杆的两端使用所述吊环螺母紧固于所述波纹板外表面凹陷处。

3.根据权利要求1～2任意一项所述的波纹板-ECC装配式叠合柱，其特征在于：所述上端板和所述下端板均为回字形，其内边缘焊接于所述波纹板内壳。

4.根据权利要求3所述的波纹板-ECC装配式叠合柱，其特征在于：所述上端板的每条边上均安装三到六根所述连接杆。

5.根据权利要求4所述的波纹板-ECC装配式叠合柱，其特征在于：所述连接杆为螺杆，其下端垂直穿过所述上端板，并且通过螺母固定于所述上端板，每个螺杆均能沿其轴向对应一个下端板上的穿孔。

6.根据权利要求1～2任意一项所述的波纹板-ECC装配式叠合柱，其特征在于：所述ECC外壳体为四棱柱形，其截面外围尺寸和所述上端板以及所述下端板的外围尺寸相同。

7.根据权利要求6所述的波纹板-ECC装配式叠合柱的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，制备中空柱状的波纹板内壳；

S2，下端板上开设多个穿孔；上端板上也开设有多个对应下端板穿孔的安装孔，且在每个安装孔中插入连接杆并固定；将上端板和下端板焊接在波纹板内壳的两端，焊接后，上端板和下端板平行，且每根连接杆沿其轴向均能对应到一个穿孔；

S3，根据上端板、下端板、波纹板内壳的尺寸，制作模板；

S4，将做好的上端板和下端板焊接在波纹板内壳两端的结构放进模板中，采用平躺浇筑的方法进行浇筑ECC，浇筑时振捣均匀，其中，该模板相对于下端板上的多个穿孔处设置有保护装置，能保护穿孔不被ECC覆盖；浇筑后，ECC包裹波纹板内壳的侧壁，且ECC延伸至两端的上端板和下端板，得到了ECC外壳体；

S5，养护、拆模，得到波纹板-ECC装配式叠合柱。

8.根据权利要求7所述的波纹板-ECC装配式叠合柱的施工方法，其特征在于：

步骤S1具体为，制作四块方形的波纹板，在波纹板的波形凹陷处打孔，以用于穿对拉螺杆，取打完孔的四块波纹板依次焊接形成无端面的中空四棱柱，其中，相对的两块波纹板上的孔位置一一对应，得到波纹板内壳；

步骤S2中，在将上端板和下端板焊接在波纹板内壳的两端之后，还包括将对拉螺杆穿过波纹板内壳上相对面的孔，对拉螺杆的两端均穿出波纹板并且用吊环螺母锁上。

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