CN114263272A - 基于bim的预制装配式主梁与次梁连接装置及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于BIM的预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置，包括预制混凝土主梁、预制混凝土次梁、箱型内嵌钢梁和机械连接组件；箱型内嵌钢梁与预制混凝土次梁通过机械连接组形成可拆卸的固定连接；箱型内嵌钢梁通过浇筑固定设于预制混凝土主梁内，箱型内嵌钢梁穿过让位缺口设于预制混凝土主梁内，箱型内嵌钢梁暴露于让位缺口处的两个侧面板上设有连接通孔；预制混凝土次梁内穿设有次梁底筋，次梁底筋的端部设有底筋螺纹。本发明通过将箱型内嵌钢梁作为预制混凝土主梁的体内加固构件，增加了预制构件吊装过程中的抗弯承载力和抗扭承载力，能显著提高结构的抗震能力，减少预制主梁的破坏程度，提高装配式建筑结构的安全可靠性。

Description

基于BIM的预制装配式主梁与次梁连接装置及安装方法

技术领域

本发明涉及土木工程和房屋建筑领域，主要关于BIM技术和预制装配式混凝土建筑技术相结合的实施方面，尤其涉及到基于BIM的预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置及其安装方法。

背景技术

在土木工程和房屋建筑的建设过程中，为保护环境、减少污染、节省材料、提高施工质量，国家大力推广应用预制装配式混凝土建筑（Precast Concrete Buildings）。其中预制装配式混凝土结构的构件拆分设计、深化设计是非常重要的环节，必须充分考虑预制构件的加工、制作、运输和安装相关工艺流程。而建筑信息模型（Building InformationModeling，简称BIM）技术对于精细化地模拟分析预制装配式混凝土建筑的设计、加工制作和安装具有独特的优势。

在预制装配式混凝土结构中，混凝土主梁与次梁连接是最常见的构造，同时也很难处理的连接。其中预制装配式主梁是关键构件，由于考虑预制装配式次梁的安装，通常将预制主梁深化设计为“缺口梁”，即在主次梁将来连接部位，在次梁截面高度范围内的主梁混凝土不在工厂内浇筑，而在预制主梁上预留“缺口”，缺口部位的混凝土等到预制构件运输到施工现场、安装就位后再浇筑。一根预制装配式混凝土缺口梁上可能设置一个或多个“缺口”，“缺口”位置的主梁钢筋连通，预制装配式混凝土主梁“缺口”位置下部的混凝土也连通。因此，预制混凝土缺口梁的强度和刚度在“缺口”位置形成严重的降低和突变，在该构件运输和吊装的过程中，存在复杂的受力状态，通常是弯扭组合变形的外部作用力，很容易引起“缺口”部位的断裂。

因此目前的解决技术是在运输和安装工作之前，采用型钢梁对带“缺口”的主梁进行体外加固，使其不易折断。但是实际操作时，仍然存在体外加固不足而使缺口梁断裂的情况，处理断裂后的缺口梁，将会增加材料、人工和成本，并且影响施工进度。假若在预制装配式主梁的“缺口”位置，所有混凝土都暂时不在工厂浇筑，而留到施工现场浇筑，则存在缺口位置模板搭设和支撑的困难，增加人工、工时和施工措施费用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的问题，提供基于BIM的预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置及其安装方法。

本发明的技术方案为：基于BIM的预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置，包括预制混凝土主梁、预制混凝土次梁、箱型内嵌钢梁和机械连接组件；所述箱型内嵌钢梁与预制混凝土次梁通过机械连接组件形成可拆卸的固定连接；

所述预制混凝土主梁上设有让位缺口，所述让位缺口设有至少一个；所述箱型内嵌钢梁的主体段穿过让位缺口，且箱型内嵌钢梁两端部通过浇筑固定设于预制混凝土主梁内，所述箱型内嵌钢梁暴露于让位缺口处的两个侧面板上设有连接通孔；

所述预制混凝土次梁内穿设有次梁底筋，所述次梁底筋的端部设有底筋螺纹；

所述机械连接组件包括双向螺母、双头螺栓和盖头螺母，所述双头螺栓一端与双向螺母相适配，另一端与盖头螺母相适配；所述双向螺母另一侧与底筋螺纹相适配；

所述双头螺栓穿过连接通孔设于箱型内嵌钢梁内，所述双向螺母和盖头螺母分别设于箱型内嵌钢梁的两侧。

作为本发明的进一步改进，所述让位缺口设有至少两个，所述箱型内嵌钢梁设有至少一个。

作为本发明的进一步改进，还包括主梁顶面钢筋，所述预制混凝土主梁包括混凝土强截面段和混凝土弱截面段，所述混凝土强截面段和混凝土弱截面段内穿设有主梁底筋，所述混凝土强截面段和混凝土弱截面段上设有主梁箍筋，所述主梁顶面钢筋与主梁箍筋通过绑扎形成固定连接。

作为本发明的进一步改进，所述主梁底筋的直径为25-28mm。

作为本发明的进一步改进，所述主梁底筋的直径为26mm。

作为本发明的进一步改进，还包括次梁顶面钢筋，所述预制混凝土次梁包括混凝土梁体和设于混凝土梁体上的次梁箍筋，次梁顶面钢筋和次梁箍筋通过绑扎形成固定连接。

作为本发明的进一步改进，所述次梁底筋的直径为20-22mm。

作为本发明的进一步改进，所述次梁底筋的直径为21mm。

作为本发明的进一步改进，所述双向螺母型号为M20。

作为本发明的进一步改进，所述双向螺母总长度为70-75mm，双向螺母包括左旋螺纹、圆柱段和右旋螺纹，所述左旋螺纹或右旋螺纹的长度为30mm。

作为本发明的进一步改进，所述圆柱段的长度为10-15mm。

作为本发明的进一步改进，所述双头螺栓型号为M20。

作为本发明的进一步改进，所述双头螺栓端部的螺纹长度为30-35mm。

作为本发明的进一步改进，所述双头螺栓端部的螺纹长度为33mm。

作为本发明的进一步改进，所述箱型内嵌钢梁括薄壁矩形钢管、端部钢板和焊钉，所述薄壁矩形钢管的厚度4-6mm，所述的连接通孔直径为21-22mm。焊钉用于增加连接装置的受力强度，焊钉与浇筑的混凝土配合，将箱型内嵌钢梁与预制混凝土主梁的连接增强。

作为本发明的进一步改进，所述薄壁矩形钢管和端部钢板通过焊接连接。

作为本发明的进一步改进，所述薄壁矩形钢管的厚度5mm，所述的连接通孔直径为21.5mm。

本发明所述的预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置的安装方法，安装实施的步骤为：

步骤一：应用建筑信息模型BIM技术，构建预制装配式混凝土主梁和次梁连接装置的模型，控制预制混凝土主梁、箱型内嵌钢梁和预制混凝土次梁的标高，使得次梁底筋与箱型内嵌钢梁的连接通孔对齐；

步骤二：依据BIM模型加工制作预制混凝土主梁、主梁顶面钢筋、预制混凝土次梁、次梁顶面钢筋、箱型内嵌钢梁和机械连接组件，控制预制混凝土主梁和预制混凝土次梁的加工尺寸误差≤0.2mm，控制箱型内嵌钢梁的加工尺寸误差≤0.1mm，控制箱型内嵌钢梁浇筑在预制混凝土主梁中的位置误差≤0.2mm；

步骤三：基于BIM虚拟建造，制作模拟安装动画，制订完善的安装方案，指导现场安装实施；

步骤四：吊装预制混凝土主梁，控制标高和轴线位置，安装就位；

步骤五：吊装预制混凝土次梁，控制标高和轴线位置，安装就位；

步骤六：安装机械连接组件，盖头螺母拧在双头螺栓的一端，然后将双头螺栓穿过箱型内嵌钢梁的连接通孔，安装双向螺母，连接双头螺栓和预制混凝土次梁的底筋螺纹，并且依次拧紧，完成箱型内嵌钢梁和预制混凝土次梁的连接；

步骤七：安装主梁顶面钢筋，使其与主梁箍筋绑扎为一体，安装次梁顶面钢筋，使其与次梁箍筋绑扎为一体；

步骤八：支模板，浇筑预制装配式混凝土主梁和次梁上部的现浇混凝土部分，形成完整的结构。

与现有的技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的基于BIM的预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置，通过在预制混凝土主梁内提前浇筑固定箱型内嵌钢梁，不仅增加了梁的抗弯承载力，同时增加了梁的抗扭承载力，显著增加了预制混凝土主梁的强度和刚度，能够避免预制混凝土主梁的让位缺口在运输、吊装和安装过程中发生断裂。再通过机械连接组件将预制混凝土主梁、预制混凝土次梁进行有效连接，通过将箱型内嵌钢梁的端部浇筑在预制混凝土主梁内，在其中段对应让位缺口的对应的侧面板上设置有对应的连接通孔，连接通孔可根据安装需要或配合需要设置一个、多个、单排、双排或多排，使得连接进一步稳固，再结合机械连接组件的单独组件分别与箱型内嵌钢梁、次梁底筋的稳固连接，整体设计合理，连接安装方式简单，力学稳定体系，且由于箱型内嵌钢梁为中空结构，薄壁矩形钢管可发生一定程度的弹性变形，吸收地震能量，发挥阻尼器作用，显著提高结构的抗震能力。

本发明的基于BIM的预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置，结构中各组件相互配合，形成稳定的相互作用的力学平衡体系，能够显著提高结构的抗震能力，减少预制主梁的破坏程度，增加结构的韧性，提高装配式建筑结构的安全可靠性。进一步的，本发明的各个组件的相互配合，对精准度要求极高，在实施时，应用BIM虚拟分析，能够精确加工预制构件，从而精准吊装施工、提高进度和质量、明显节省建造成本。

进一步的，本领域常见的加固措施采用工字钢、H型钢等开口薄壁型钢，需要说明的是上述结构并没有应用于预制装配式混凝土主梁与次梁的连接，而本申请独创的将箱型内嵌钢梁应用于上述连接，且箱型内嵌钢梁属于闭口薄壁型钢，闭口截面薄壁型钢的抗扭承载力远远大于开口截面薄壁型钢，抗扭承载力可达10倍以上。

本发明的箱型内嵌钢梁采用薄壁矩形钢管，并且钢管内无混凝土填充，进一步的矩形钢筋可发生一定程度的弹性变形，吸收地震能量，发挥阻尼器作用，显著提高结构的抗震能力，减少预制主梁在强烈地震中的破坏程度，增加结构的韧性，提高装配式建筑结构的安全可靠性。

本发明的各个结构的尺寸比例的设置，为本申请结构的进一步优化，能够满足使用需求，且力学性能能够达到最优。

本申请的让位缺口、箱型内嵌钢梁、次梁底筋的相互之间形成的体系能够满足整体连接装置的连接及稳定的需求。

本发明的预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置结合安装方法，得到的稳定的结构体系，建筑结构的可靠性高、稳定性好，明显优于现有技术。

附图说明

图1是本发明的预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置的构造分解示意图。

图2是本发明的预制装配式混凝土主梁的轴侧示意图。

图3是本发明的预制装配式混凝土次梁的轴侧示意图。

图4是本发明的箱型内嵌钢梁设置单排连接通孔的轴侧示意图。

图5是本发明的箱型内嵌钢梁设置双排连接通孔的轴侧示意图。

图6是本发明的机械连接组件的结构分解示意图。

图7是本发明的预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置T型连接节点剖面示意图。

图8是本发明的预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置十字型连接节点剖面示意图。

图中，1-预制混凝土主梁，2-主梁顶面钢筋，3-预制混凝土次梁，4-次梁顶面钢筋，5-箱型内嵌钢梁，6-机械连接组件，101-混凝土强截面段，102-混凝土弱截面段，103-主梁底筋，104-主梁箍筋，105-让位缺口，301-混凝土梁体，302-次梁底筋，303-底筋螺纹，304-次梁箍筋，501-薄壁矩形钢管，502-端部钢板，503-连接通孔，504-焊钉，601-双向螺母，602-双头螺栓，603-盖头螺母。

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解释说明。

实施例1

基于BIM的预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置，包括预制混凝土主梁1、预制混凝土次梁3、箱型内嵌钢梁5和机械连接组件6；箱型内嵌钢梁5与预制混凝土次梁3通过机械连接组件6形成可拆卸的固定连接；

预制混凝土主梁1上设有让位缺口105，让位缺口105设有至少一个；箱型内嵌钢梁5通过浇筑固定设于预制混凝土主梁1内，箱型内嵌钢梁5穿过让位缺口105设于预制混凝土主梁1内，箱型内嵌钢梁5暴露于让位缺口105处的两个侧面板上设有连接通孔503；

预制混凝土次梁3内穿设有次梁底筋302，次梁底筋302的端部设有底筋螺纹303；

机械连接组件6包括双向螺母601、双头螺栓602和盖头螺母603，双头螺栓602一端与双向螺母601相适配，另一端与盖头螺母603相适配；双向螺母601另一侧与底筋螺纹303相适配；

双头螺栓602穿过连接通孔503设于箱型内嵌钢梁5内，双向螺母601和盖头螺母603分别设于箱型内嵌钢梁5的两侧。

实施例2

其余与实施例1的方案一致，让位缺口105设有至少两个，箱型内嵌钢梁5设有至少一个。

实施例3

其余与实施例1或2的方案一致，还包括主梁顶面钢筋2，预制混凝土主梁1包括混凝土强截面段101和混凝土弱截面段102，混凝土强截面段101和混凝土弱截面段102内穿设有主梁底筋103，混凝土强截面段101和混凝土弱截面段102上设有主梁箍筋104，主梁顶面钢筋2与主梁箍筋104通过绑扎形成固定连接。

实施例4

其余与实施例1-3的任一方案一致，主梁底筋103的直径为25-28mm。

实施例5

其余与实施例1-4的任一方案一致，还包括次梁顶面钢筋4，预制混凝土次梁3包括混凝土梁体301和设于混凝土梁体301上的次梁箍筋304，次梁顶面钢筋4和次梁箍筋304通过绑扎形成固定连接。

实施例6

其余与实施例1-5的任一方案一致，次梁底筋302的直径为20-22mm。

实施例7

其余与实施例1-6的任一方案一致，双向螺母601型号为M20，双向螺母601总长度为70-75mm，双向螺母601包括左旋螺纹、圆柱段和右旋螺纹，左旋螺纹或右旋螺纹的长度为30mm。

实施例8

其余与实施例1-7的任一方案一致，双头螺栓602型号为M20,双头螺栓602端部的螺纹长度为30-35mm。

实施例9

其余与实施例1-8的任一方案一致，箱型内嵌钢梁5包括薄壁矩形钢管501、端部钢板502和焊钉504，薄壁矩形钢管501的厚度4-6mm，的连接通孔503直径为21-22mm。

实施例10

其余与实施例1-9的任一方案一致，一种预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置的安装方法，安装实施的步骤为：

步骤一：应用建筑信息模型BIM技术，构建精确的预制装配式混凝土主梁和次梁连接装置的模型，精准控制预制混凝土主梁1、箱型内嵌钢梁5和预制混凝土次梁3的标高，使得次梁底筋302与箱型内嵌钢梁5的连接通孔503精准对齐，确保机械连接组件6能够将他们连接为一体。

步骤二：依据BIM模型精确加工制作预制混凝土主梁1、主梁顶面钢筋2、预制混凝土次梁3、次梁顶面钢筋4、箱型内嵌钢梁5和机械连接组件6。控制预制混凝土主梁1和预制混凝土次梁3的加工尺寸的误差范围在0-0.2mm，控制箱型内嵌钢梁5的加工尺寸的误差范围在0-0.1mm，控制箱型内嵌钢梁5浇筑在预制混凝土主梁1中的位置的误差范围在0-0.2mm。

步骤三：基于BIM虚拟建造，制作模拟安装动画，进行碰撞分析，然后制订完善的安装方案，指导现场安装实施。

步骤四：吊装预制混凝土主梁1，重点控制标高和轴线位置，安装就位。

步骤五：吊装预制混凝土次梁3，重点控制标高和轴线位置，安装就位。

步骤六：安装机械连接组件6，连接箱型内嵌钢梁5和预制混凝土次梁3：盖头螺母603拧在双头螺栓602的一端，然后将双头螺栓602穿过箱型内嵌钢梁5的连接通孔503，安装双向螺母601，连接双头螺栓602和预制混凝土次梁3的底筋螺纹303，并且依次拧紧。

步骤七：安装主梁顶面钢筋2，使其与主梁箍筋104绑扎为一体；安装次梁顶面钢筋4，使其与次梁箍筋304绑扎为一体。

步骤八：支模板，浇筑预制装配式混凝土主梁和次梁上部的现浇混凝土部分，形成完整的结构。

上述内容为本发明的示例及说明，但不意味着本发明可取得的优点受此限制，凡是本发明实践过程中可能对结构的简单变换、和/或一些实施方式中实现的优点的其中一个或多个均在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.基于BIM的预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置，包括预制混凝土主梁（1）和预制混凝土次梁（3），其特征在于：还包括箱型内嵌钢梁（5）和机械连接组件（6）；所述箱型内嵌钢梁（5）与预制混凝土次梁（3）通过机械连接组件（6）形成可拆卸的固定连接；

所述预制混凝土主梁（1）上设有让位缺口（105），所述让位缺口（105）设有至少一个；所述箱型内嵌钢梁（5）的主体段穿过让位缺口（105），且箱型内嵌钢梁（5）两端部通过浇筑固定设于预制混凝土主梁（1）内，所述箱型内嵌钢梁（5）暴露于让位缺口（105）处的两个侧面板上设有连接通孔（503）；

所述预制混凝土次梁（3）内穿设有次梁底筋（302），所述次梁底筋（302）的端部设有底筋螺纹（303）；

所述机械连接组件（6）包括双向螺母（601）、双头螺栓（602）和盖头螺母（603），所述双头螺栓（602）一端与双向螺母（601）相适配，另一端与盖头螺母（603）相适配；所述双向螺母（601）另一侧与底筋螺纹（303）相适配；

所述双头螺栓（602）穿过连接通孔（503）设于箱型内嵌钢梁（5）内，所述双向螺母（601）和盖头螺母（603）分别设于箱型内嵌钢梁（5）的两侧。

2.根据权利要求1所述的基于BIM的预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置，其特征在于：所述让位缺口（105）设有至少两个，所述箱型内嵌钢梁（5）设有至少一个。

3.根据权利要求1所述的基于BIM的预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置，其特征在于：还包括主梁顶面钢筋（2），所述预制混凝土主梁（1）包括混凝土强截面段（101）和混凝土弱截面段（102），所述混凝土强截面段（101）和混凝土弱截面段（102）内穿设有主梁底筋（103），所述混凝土强截面段（101）和混凝土弱截面段（102）上设有主梁箍筋（104），所述主梁顶面钢筋（2）与主梁箍筋（104）通过绑扎形成固定连接。

4.根据权利要求3所述的基于BIM的预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置，其特征在于：所述主梁底筋（103）的直径为25-28mm。

5.根据权利要求1所述的基于BIM的预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置，其特征在于：还包括次梁顶面钢筋（4），所述预制混凝土次梁（3）包括混凝土梁体（301）和设于混凝土梁体（301）上的次梁箍筋（304），次梁顶面钢筋（4）和次梁箍筋（304）通过绑扎形成固定连接。

6.根据权利要求5所述的基于BIM的预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置，其特征在于：所述次梁底筋（302）的直径为20-22mm。

7.根据权利要求1所述的基于BIM的预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置，其特征在于：所述双向螺母（601）总长度为70-75mm，双向螺母（601）包括左旋螺纹、圆柱段和右旋螺纹，所述左旋螺纹或右旋螺纹的长度为30mm。

8.根据权利要求1所述的基于BIM的预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置，其特征在于：所述双头螺栓（602）端部的螺纹长度为30-35mm。

9.根据权利要求1所述的基于BIM的预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置，其特征在于：所述箱型内嵌钢梁（5）包括薄壁矩形钢管（501）、端部钢板（502）和焊钉（504），所述薄壁矩形钢管（501）的厚度4-6mm，所述的连接通孔（503）直径为21-22mm。

10.根据权利要求1-9任一项所述的预制装配式混凝土主梁与次梁连接装置的安装方法，其特征在于：安装实施的步骤为：

步骤一：应用建筑信息模型BIM技术，构建预制装配式混凝土主梁和次梁连接装置的模型，控制预制混凝土主梁（1）、箱型内嵌钢梁（5）和预制混凝土次梁（3）的标高，使得次梁底筋（302）与箱型内嵌钢梁（5）的连接通孔（503）对齐；

步骤二：依据BIM模型加工制作预制混凝土主梁（1）、主梁顶面钢筋（2）、预制混凝土次梁（3）、次梁顶面钢筋（4）、箱型内嵌钢梁（5）和机械连接组件（6），控制预制混凝土主梁（1）和预制混凝土次梁（3）的加工尺寸误差≤0.2mm，控制箱型内嵌钢梁（5）的加工尺寸误差≤0.1mm，控制箱型内嵌钢梁（5）浇筑在预制混凝土主梁（1）中的位置误差≤0.2mm；

步骤三：基于BIM虚拟建造，制作模拟安装动画，制订完善的安装方案，指导现场安装实施；

步骤四：吊装预制混凝土主梁（1），控制标高和轴线位置，安装就位；

步骤五：吊装预制混凝土次梁（3），控制标高和轴线位置，安装就位；

步骤六：安装机械连接组件（6），盖头螺母（603）拧在双头螺栓（602）的一端，然后将双头螺栓（602）穿过箱型内嵌钢梁（5）的连接通孔（503），安装双向螺母（601），连接双头螺栓（602）和预制混凝土次梁（3）的底筋螺纹（303），并且依次拧紧，完成箱型内嵌钢梁（5）和预制混凝土次梁（3）的连接；

步骤七：安装主梁顶面钢筋（2），使其与主梁箍筋（104）绑扎为一体，安装次梁顶面钢筋（4），使其与次梁箍筋（304）绑扎为一体；

步骤八：支模板，浇筑预制装配式混凝土主梁和次梁上部的现浇混凝土部分，形成完整的结构。

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