CN114575532B - 装配式混合柱带牛腿预制单元及连接节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式混合柱带牛腿预制单元及连接。混合柱带牛腿预制单元包括钢筋混凝土预制结构主体和加强、标准钢管端部结构；钢筋混凝土预制结构主体包括预制单元混凝土、中间、角部纵向钢筋和周边箍筋和内部箍筋，标准钢管端部结构包括钢管组件、环状内隔板、竖向加劲肋、抗剪栓钉、耳板和导管，加强钢管端部结构包括钢管组件、环状内隔板、竖向加劲肋、抗剪栓钉、开孔内隔板、牛腿翼缘、牛腿腹板、耳板和导管；两个混合柱的上下连接采用钢管混凝土结构，在钢管空腔内灌注自密实混凝土；连接节点位置在楼层上方附近。本发明的装配式混合柱结构受力性能优越，施工快捷，工艺成熟、简单，质量可控、可靠，综合性价比优势明显。

Description

装配式混合柱带牛腿预制单元及连接节点

技术领域

本发明涉及一种建筑工程的预制混凝土柱及其施工方法，特别涉及一种混合柱带牛腿预制单元及其构成的加强连接节点。

背景技术

装配式结构不但在装配式建筑集成系统中占据基础性的地位而且对实现建筑工业化目标起到“排头兵”式的引领作用。目前装配式结构体系主要以装配式混凝土结构和装配式钢结构为主，其中装配式混凝土结构技术研发投入较早、政策扶持也较多，取得一定的进展，但距离质量、环保、效率、成本等控制目标尚有不小差距。表现在技术标准制定方面，装配式混凝土技术标准对建筑物的适用范围如建筑高度、抗震烈度以及剪力墙底部加强区、核心筒等关键部位的要求相比现浇混凝土结构有较多限制，体现出对现行的装配式混凝土结构技术持有较审慎的科学态度；表现在工程运用方面，目前装配式混凝土结构以平面梁板体系为主，竖向结构体系如预制混凝土墙柱较少采用，造成装配式混凝土结构总体预制率、装配率不高。

现行装配式混凝土结构技术总体上围绕“等同现浇”这条技术路径进行拆分式研发，就结构性能而言，现行装配式混凝土结构只能在理论上“无限接近于现浇”，而依据现行技术标准，工程实践中能做到“接近现浇”已属不易。

以装配整体式混凝土柱为例，预制柱的上下连接，其混凝土部分由后浇区以及板面接缝灌浆层共同组成，对混凝土接触面粗糙度和灌浆工艺提出较高要求；其竖向钢筋在有限的空间内采用灌浆套筒、挤压套筒或浆锚搭接等连接方式，对套筒质量和施工精度提出严苛要求。现行技术标准建议采用较大直径纵向钢筋、较大的柱截面、纵向受力钢筋集中于四角布置、纵向辅助钢筋不连接等构造措施减少钢筋连接的作业量；采用千斤顶调整预制柱平面位置、使用专门调整工具调整预制柱垂直度、采用工具式模板对柱脚四周进行封堵等施工措施保证预制桩的施工质量，以上这些措施足以证明预制柱连接的不易；此外，与现浇结构相比，尽管采取一系列措施，预制柱在梁柱节点处的构造还是有所简化甚至弱化，表现在顶层柱纵向钢筋和中间层端部梁纵向钢筋只能在节点后浇区锚固，框架节点周围有多道贯通的水平施工缝和非贯通的垂直施工缝，客观上影响框架梁柱节点的连接性能。

现行装配整体式框架结构的预制柱存在连接节点复杂、连接性能欠佳、施工难度大、隐蔽工程检测困难等问题，工程实践中会降低预制柱连接和框架节点的可靠性，影响施工效率和工程质量。只有改变原技术路径依赖，开发出高性能、高品质装配式框架结构，才能摆脱目前的市场困境，推动装配式建筑乃至建筑工业化的发展。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种结构受力性能优越、经济性良好的装配式预制柱体系以及一套技术成熟、安装便捷、连接可靠的施工方法，解决现行装配整体式框架柱在设计、施工和质检等方面遇到的问题；推动装配式混凝土结构有关质量、环保、效率、成本等控制目标的实现。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一、一种装配式混合柱带牛腿预制单元：

所述的混合柱带牛腿预制单元主要由钢筋混凝土预制结构主体以及连接设置在钢筋混凝土预制结构主体上端的加强钢管端部结构、连接设置在钢筋混凝土预制结构主体下端的标准钢管端部结构构成；

所述的钢筋混凝土预制结构主体主要由柱体的预制单元混凝土以及浇筑埋设在预制单元混凝土中的钢筋笼组成，钢筋笼由中间纵向钢筋、角部纵向钢筋、周边箍筋和内部箍筋共同构成，四根角部纵向钢筋竖直布置在预制单元混凝土内部的四角，沿角部纵向钢筋方向的预制单元混凝土内部间隔布置多根周边箍筋，每根周边箍筋围绕在四根角部纵向钢筋组成的方环形布置，每根角部纵向钢筋布置在周边箍筋一角落的内侧并且和周边箍筋焊接；

周边箍筋的四边中部均设有两根间隔竖直布置的中间纵向钢筋，且每根中间纵向钢筋均位于周边箍筋内侧且和周边箍筋焊接；周边箍筋的四边以在两侧对称的两边为一而分为两组中间边，每组中间边所设的中间纵向钢筋外沿中间纵向钢筋方向的预制单元混凝土内部间隔布置多根内部箍筋，每根内部箍筋围绕在自身一组中间边所设的四根中间纵向钢筋组成的长方环形布置，每根中间纵向钢筋布置在内部箍筋一角落的内侧并且和内部箍筋焊接。

所述的标准钢管端部结构包括标准型钢管组件、环状内隔板、竖向加劲肋、抗剪栓钉、耳板和导管；标准型钢管组件包括两块标准型钢管主壁板和两块标准型钢管次壁板，标准型钢管主壁板和两块标准型钢管次壁板均为主要由一端的小板和另一端的大板共同一体连接构成的变宽度整板。

两块标准型钢管主壁板布置在长方形对称的两边，两块标准型钢管主壁板的两端之间均各自连接有一块标准型钢管次壁板，相邻的标准型钢管主壁板和标准型钢管次壁板的大板之间均焊接，相邻的标准型钢管主壁板和标准型钢管次壁板的小板之间通过竖向加劲肋焊接，这样两块标准型钢管主壁板和两块标准型钢管次壁板作为长方形的四个边交替地围成标准型矩形钢管；标准型钢管主壁板和标准型钢管次壁板的内侧面均焊接有抗剪栓钉；标准型矩形钢管的大板之间围成中间布置有环状内隔板，环状内隔板周围均和标准型钢管主壁板和标准型钢管次壁板焊接，每块标准型钢管主壁板/标准型钢管次壁板的外侧面均焊接固定有垂直于壁板表面布置的耳板。

标准型矩形钢管的完整小板和大板的局部埋设在钢筋混凝土预制结构主体的预制单元混凝土内，两块标准型矩形钢管的大板未埋设在预制单元混凝土内的部分围成用于浇筑自密实混凝土的后浇筑空间；两块标准型钢管主壁板分别平行靠近于周边箍筋相对称的两边，每块标准型钢管主壁板的大板外侧面的两端分别和自身平行靠近的周边箍筋的边所在的两个角部纵向钢筋内侧焊接，每块标准型钢管主壁板、钢管次壁板的小板外侧面的中部和自身平行靠近的周边箍筋的边所在的中间纵向钢筋焊接；导管中部埋设在钢筋混凝土预制结构主体的预制单元混凝土端部内，导管一端从标准型矩形钢管的小板之间的间隙中的预制单元混凝土穿出，另一端从钢筋混凝土预制结构主体的预制单元混凝土端部穿出后伸入连通到后浇筑空间。

所述的钢筋混凝土预制结构主体的下端处还设置有抗剪钢筋，抗剪钢筋竖直布置在周边箍筋两组中间边对应的两个内部箍筋之间的四个交叉处，且每个交叉处布置一根抗剪钢筋，共计四根抗剪钢筋，抗剪钢筋位于靠近预制单元混凝土中心的内侧且和内部箍筋焊接；四根抗剪钢筋一端埋设在预制单元混凝土内部，另一端伸出预制单元混凝土后伸入到标准钢管端部结构的后浇筑空间。

所述的加强钢管端部结构包括加强型钢管组件、环状内隔板、竖向加劲肋、抗剪栓钉、开孔内隔板、牛腿翼缘、牛腿腹板、耳板和导管；加强型钢管组件包括两块加强型钢管主壁板和两块加强型钢管次壁板，加强型钢管主壁板和加强型钢管次壁板均主要为主要由一端的小板和另一端的大板共同一体连接构成的变宽度整板；两块加强型钢管主壁板布置在长方形对称的两边，两块加强型钢管主壁板的两端之间均各自连接有一块加强型钢管次壁板，相邻的加强型钢管主壁板和加强型钢管次壁板的大板之间均焊接，相邻的加强型钢管主壁板和加强型钢管次壁板的小板之间通过竖向加劲肋焊接，这样两块加强型钢管主壁板和两块加强型钢管次壁板作为长方形的四个边交替地围成加强型矩形钢管；加强型钢管主壁板和加强型钢管次壁板的内侧面均焊接有抗剪栓钉。

加强型矩形钢管的大板的外侧面中部设置有与框架梁相连的箱形牛腿，箱形牛腿中，预制单元混凝土上、下的牛腿翼缘所在平面处的加强型矩形钢管内均布置有开孔内隔板，开孔内隔板周围均和加强型钢管主壁板和加强型钢管次壁板焊接，与预制单元混凝土下的牛腿翼缘齐平的远离预制单元混凝土的开孔内隔板的外端面上焊接有抗剪栓钉；箱形牛腿之上的每块加强型钢管主壁板/加强型钢管次壁板的外侧面均焊接固定有垂直于壁板表面布置的耳板，耳板布置在箱形牛腿远离加强型矩形钢管小板的一侧且和箱形牛腿的牛腿翼缘表面焊接；耳板所在的加强型矩形钢管中间布置有环状内隔板，环状内隔板周围均和加强型钢管主壁板和加强型钢管次壁板焊接；

两块加强型钢管主壁板和两块加强型钢管次壁板的完整小板和大板的局部埋设于在钢筋混凝土预制结构主体的预制单元混凝土内，两块加强型钢管主壁板和两块加强型钢管次壁板的大板未埋设于预制单元混凝土内的部分围成用于浇筑自密实混凝土的后浇筑空间；两块加强型钢管主壁板分别平行靠近于周边箍筋相对称的两边，每块加强型钢管主壁板的大板外侧面的两端分别和自身平行靠近的周边箍筋的边所在的两个角部纵向钢筋内侧焊接，每块加强型钢管主壁板、加强型钢管次壁板的小板外侧面的中部和自身平行靠近的周边箍筋的边所在的中间纵向钢筋焊接；导管安装在耳板所在的加强型矩形钢管处，导管一端伸入到后浇筑空间，另一端从加强型矩形钢管的大板穿出。

所述的箱形牛腿的与框架梁相连的牛腿腹板所在的加强型矩形钢管外侧面也焊接有抗剪栓钉。

二、一种混合柱预制单元加强连接节点：

两个混合柱带牛腿预制单元分别上下布置并连接，并且在上下两个混合柱带牛腿预制单元之间的附近布置楼板，连接位置在楼层上方附近；所述的混合柱带牛腿预制单元采用上述混合柱带牛腿预制单元。

在上下相邻的两个混合柱带牛腿预制单元之间，上方的混合柱带牛腿预制单元的标准钢管端部结构和下方的混合柱带牛腿预制单元的加强钢管端部结构之间对接连接；在现场安装时候，标准钢管端部结构和加强钢管端部结构中的各块耳板各自对齐后通过耳板连接板和安装螺栓固定连接，上方的混合柱带牛腿预制单元的标准钢管端部结构中的标准型矩形钢管和下方的混合柱带牛腿预制单元的加强钢管端部结构中的加强型矩形钢管的端部边缘对齐后通过坡口焊缝焊接，两个混合柱带牛腿预制单元的两个后浇筑空间通过各自环状内隔板、开孔内隔板中间的孔槽连通形成总后浇筑空腔，总后浇筑空腔内浇筑自密实混凝土。

上方的混合柱带牛腿预制单元的标准钢管端部结构中的导管为溢料导管，下方的混合柱带牛腿预制单元的加强钢管端部结构中的导管为进料导管，自密实混凝土从进料导管进入总后浇筑空腔，在灌满总后浇筑空腔后从溢料导管溢出。

本发明以钢-混凝土组合结构理论尤其是钢管混凝土理论为指导，在装配式混凝土柱的竖向连接问题上另辟蹊径，创造性地引入钢管混凝土结构作为连接节点，突破了现行装配式混凝土柱的技术瓶颈。

本发明为带钢管混凝土连接节点的装配式混合柱体系(以下简称装配式混合柱)，适用于现行装配式混凝土结构，如装配式框架结构、装配式框架-剪力墙结构等；也可用于装配式混凝土框架-核心筒结构、装配式筒中筒结构等超高层建筑。能普遍适用于各种结构形式的原因在于本发明的装配式混合柱结构性能可以做到“强于现浇”。

按钢-混凝土组合结构理论，组合结构通过合理的组合与搭配可充分发挥两种材料的力学性能，取得更优越的结构性能；作为组合结构的分支钢管混凝土结构，尤其在竖向构件中，钢管和混凝土两种材料在受力过程中相互作用，即钢管对其核心混凝土的约束作用，使混凝土处于复杂应力状态之下，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和延性性能得以改善；同时由于混凝土的存在，可以延缓或避免钢管过早地发生局部屈服，从而可以保证其材料性能的充分发挥，钢管混凝土竖向构件中的两种材料相互弥补了彼此的弱点，同时充分发挥彼此的长处，从而使钢管混凝土竖向构件具有较高的承载能力，一般都高于组成钢管混凝土的钢管和核心混凝土单独承载力之和。钢管混凝土结构理论通过大量的结构试验得到验证，并在工程实践中得到广泛运用。

本发明所述的混合柱可定义为：上下端为钢管混凝土，与中间钢筋混凝土段有效衔接的钢-混凝土组合柱。根据受力和材料的不同，混合柱可分为钢管混凝土组合段、钢-混凝土组合过渡段、钢筋混凝土段等。钢管混凝土组合段由外围矩形钢管通过抗剪栓钉、抗剪钢筋、内隔板与内部混凝土进行有效组合而成；钢-混凝土组合过渡段(或称钢管锚固段)由变宽度钢管壁板通过抗剪栓钉、竖向加劲肋与混凝土进行有效组合而成，通过柱纵向钢筋与钢管壁板的分批焊接保证柱受力钢筋的连续，过渡段不但解决组合段钢管的锚固，同时减缓从钢管混凝土组合段过渡到普通钢筋混凝土段时的刚度突变；钢筋混凝土段不含钢骨，与普通钢筋混凝土无异。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

根据钢-混凝土组合结构理论可知，钢管混凝土组合段强度最高、其次钢-混凝土组合过渡段，最低为钢筋混凝土段；本发明装配式混合柱上下端的连接发生在混合柱的钢管混凝土组合段，混合柱预制单元端部有伸出钢管，上下钢管对接焊后留有空腔，二次注入自密实混凝土，使得新老混凝土结合处的施工缝与带状钢板对接焊缝交错，即混凝土施工缝外侧有整片钢板，钢板对接焊缝内侧有整浇混凝土，可弥补彼此的施工缺陷，加强了连接的可靠性；因此从理论与实践上均能保证装配式混合柱上下端的连接性能高于现浇钢筋混凝土柱。

本发明的重要优势还体现在装配式混合柱的施工方面，从混合柱预制单元的工厂制作、混合柱预制单元的现场吊装连接、到装配式混合柱体系的形成等工序，都采用常规的施工技术和常规的质检手段，保证装配式混合柱体系施工质量。

混合柱预制单元上下端钢组件的焊接、竖向钢筋与钢管壁板的双面焊或单面焊、预制单元内钢筋骨架的绑扎和点焊、支模、浇筑混凝土，都有非常成熟的施工技术和检测手段；混合柱预制单元的现场吊装连接采用多个耳板临时固定，上下钢管壁板采用坡口焊对接，为常用的钢柱施工方法；钢管空腔内浇筑自密实混凝土，为钢管混凝土结构常用施工方法；因此，装配式混合柱整套施工工艺成熟、简单，可控性非常强，可靠性很高。与现行装配式混凝土结构技术相比，无需支撑、无需校准钢筋、也无套筒灌浆、浆锚搭接、接缝灌浆等复杂连接工艺。

本发明采用装配式混合柱可大幅缩短施工周期，通过耳板连接和钢管壁板焊接以提供施工期间所需的竖向支撑，拼装预制混合梁以提供施工期间所需的水平支撑，可自下而上先完成的柱预制单元的拼装和焊接，在预制楼板铺设前浇筑总后浇筑空腔内的自密实混凝土并割除耳板和导管。即混合柱安装期间的梁柱结构自重和施工荷载由钢管和连接耳板共同承担与传递，无需等柱预制单元下端总后浇筑空腔内的自密实混凝土达到设计强度后才进行上层柱的施工。

装配式混合柱的经济性良好，综合性价比更高。与现行装配整体式框架柱相比，由于装配式混合柱含有部分钢管混凝土组合连接节点，用钢量会增加。从钢管混凝土理论可知，以满足相同性能目标为对比条件，钢管混凝土用材最省；具体到本发明的装配式混合柱，无需支撑、也无套筒灌浆、浆锚搭接、接缝灌浆等复杂连接工艺，可节省一部分材料和施工费用，特别是较短的施工周期、较高的施工效率，可节省大量财务成本和用工成本；综合考虑用材、用工和工期等价格影响因素，装配式混合柱较现行装配整体式框架柱性价比更高。

与现行装配钢结构柱相比，装配式混合柱的预制单元仅上下端含有部分钢部件，其余均为普通钢筋混凝土，用钢量大幅减少，同时钢部件裸露面少，防腐和防火的涂装工程量小，经济指标优势明显。

附图说明

图1为混合柱带牛腿预制单元结构示意图。

图2为混合柱预制单元加强连接节点。

图3为图1的A-A剖面。

图4为图1的B-B剖面。

图5为图1的C-C剖面。

图6为图1的D-D剖面。

图7为图1的E-E剖面。

图8为图2的F-F剖面。

图9为图2的G-G剖面。

图中：预制单元混凝土(1)、中间纵向钢筋(1.1)、角部纵向钢筋(1.2)、周边箍筋(1.3)、内部箍筋(1.4)、抗剪钢筋(1.5)、标准型钢管组件(2)、标准型钢管主壁板(2.1)、标准型钢管次壁板(2.2)、加强型钢管组件(3)、加强型钢管主壁板(3.1)、加强型钢管次壁板(3.2)、环状内隔板(4)、竖向加劲肋(5)、抗剪栓钉(6)、开孔内隔板(7)、牛腿翼缘(8)、牛腿腹板(9)、耳板(10)、耳板连接板(11)、安装螺栓(12)、自密实混凝土(13)、进料导管(14)、溢料导管(15)、坡口焊缝(16)。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施对本发明作进一步说明。

如图1所示，混合柱带牛腿预制单元主要由钢筋混凝土钢筋混凝土预制结构主体以及连接设置在钢筋混凝土预制结构主体上端的加强钢管端部结构、连接设置在钢筋混凝土预制结构主体下端的标准钢管端部结构构成。

如图1和图3所示，钢筋混凝土预制结构主体主要由柱体的预制单元混凝土1以及浇筑埋设在预制单元混凝土1中的钢筋笼组成，钢筋笼由中间纵向钢筋1.1、角部纵向钢筋1.2、周边箍筋1.3和内部箍筋1.4共同构成，四根角部纵向钢筋1.2竖直布置在预制单元混凝土1内部的四角，四根角部纵向钢筋1.2均竖直平行布置，沿角部纵向钢筋1.2方向的预制单元混凝土1内部间隔均布布置多根环形的周边箍筋1.3，每根周边箍筋1.3围绕在四根角部纵向钢筋1.2组成的方环形布置，每根角部纵向钢筋1.2布置在周边箍筋1.3一角落的内侧并且和周边箍筋1.3焊接；

周边箍筋1.3的四边中部均设有两根间隔竖直布置的中间纵向钢筋1.1，且每根中间纵向钢筋1.1均位于周边箍筋1.3内侧且和周边箍筋1.3焊接；周边箍筋1.3的每条边上的两根中间纵向钢筋1.1和两根角部纵向钢筋1.2均在同一直线上间隔均布。周边箍筋1.3的四边以在两侧对称的两边为一而分为两组中间边，每组中间边所设的中间纵向钢筋1.1外沿中间纵向钢筋1.1方向的预制单元混凝土1内部间隔均布布置多根环形的内部箍筋1.4，一组中间边共对应布置一个内部箍筋1.4，两组中间边共对应布置两个内部箍筋1.4，每根内部箍筋1.4围绕在自身一组中间边所设的四根中间纵向钢筋1.1组成的长方环形布置，每根中间纵向钢筋1.1布置在自身所在的内部箍筋1.4一角落的内侧并且和内部箍筋1.4焊接。

如图1和图4所示，标准钢管端部结构包括标准型钢管组件2、环状内隔板4、竖向加劲肋5、抗剪栓钉6、耳板10和导管；标准型钢管组件2包括两块标准型钢管主壁板2.1和两块标准型钢管次壁板2.2，标准型钢管主壁板2.1和两块标准型钢管次壁板2.2均为有一端小板和另一端大板的变宽度整板，小板在同一平面连接在大板的上端或者下端上。

两块标准型钢管主壁板2.1的大板长度尺寸大于两块标准型钢管次壁板2.2的大板长度尺寸，两块标准型钢管主壁板2.1布置在长方形对称的两边，两块标准型钢管主壁板2.1的两端之间均各自连接有一块标准型钢管次壁板2.2，相邻的标准型钢管主壁板2.1和标准型钢管次壁板2.2的大板之间均焊接，相邻的标准型钢管主壁板2.1和标准型钢管次壁板2.2的小板之间通过竖向加劲肋5焊接，这样两块标准型钢管主壁板2.1和两块标准型钢管次壁板2.2作为长方形的四个边交替地围成标准型矩形钢管，标准型矩形钢管对称两边的钢板为相同的标准型钢管主壁板2.1或者标准型钢管次壁板2.2；标准型钢管主壁板2.1和标准型钢管次壁板2.2的内侧面均焊接有抗剪栓钉6，标准型钢管主壁板2.1和标准型钢管次壁板2.2的大板和小板的内侧面均固定有抗剪栓钉6，一部分抗剪栓钉6位于钢筋混凝土预制结构主体的预制单元混凝土1内，另一部分位于后浇筑空间内。

标准型矩形钢管的大板之间围成中间布置有环状内隔板4，环状内隔板4周围均和标准型钢管主壁板2.1和标准型钢管次壁板2.2焊接，环状内隔板4中间可开设有方形孔槽，环状内隔板4中间的孔槽径向尺寸大于相邻抗剪钢筋1.5之间的间距，使得预制结构主体的抗剪钢筋1.5穿设过环状内隔板4中间的方形孔槽；每块标准型钢管主壁板2.1/标准型钢管次壁板2.2的外侧面中部均焊接固定有垂直于壁板表面布置的耳板10。

如图1和图5所示，标准型矩形钢管的完整小板和大板的局部埋设于在钢筋混凝土预制结构主体的预制单元混凝土1内，标准型矩形钢管的大板未埋设于在预制单元混凝土1内的部分围成用于浇筑自密实混凝土13的后浇筑空间，环状内隔板4位于后浇筑空间的外侧；两块标准型钢管主壁板2.1分别平行靠近于周边箍筋1.3相对称的两边，每块标准型钢管主壁板2.1的大板外侧面的两端分别和自身平行靠近的周边箍筋1.3的边所在的两个角部纵向钢筋1.2内侧焊接，每块标准型钢管主次壁板2.1和2.2的小板外侧面的中部和自身平行靠近的周边箍筋1.3的边所在的中间纵向钢筋1.1焊接；导管中部埋设在钢筋混凝土预制结构主体的预制单元混凝土1上端或者下端的端部内，导管一端从标准型矩形钢管的小板之间的间隙中的预制单元混凝土1穿出，另一端从钢筋混凝土预制结构主体的预制单元混凝土1上端或者下端的端部穿出后伸入连通到后浇筑空间。

标准型钢管主壁板2.1与标准型钢管次壁板2.2对称布置，壁板内侧均焊接抗剪栓钉6，通过焊接围合成矩形钢管；矩形钢管在预制单元混凝土1外的外伸段的端部附近焊接带透气孔的环状内隔板4，见图5所示。

如图4所示，钢管主次壁板2.1和2.2在预制单元混凝土1内的内伸段变宽度，倒角缩小壁板宽度，壁板内伸段的端部附近焊接竖向加劲肋5，竖向加劲肋5在预制单元混凝土1内；预制单元中间纵向钢筋1.1与钢管主次壁板2.1和2.2的小板在预制单元混凝土1内的内伸段焊接；预制单元角部纵向钢筋1.2与标准型钢管主壁板2.1的大板在预制单元混凝土1内的内伸段焊接。

钢管主次壁板2.1和2.2在预制单元混凝土1内的内伸段均设置周边箍筋1.3和内部箍筋1.4，内部箍筋1.4穿越钢管主次壁板2.1和2.2固定，并在两个内部箍筋1.4交叉形成的方格四角内侧焊接抗剪钢筋1.5，抗剪钢筋1.5伸出预制单元混凝土1的浇筑面，见图1、图4所示。

钢筋混凝土预制结构主体的下端处还设置有抗剪钢筋1.5，抗剪钢筋1.5竖直布置在周边箍筋1.3两组中间边对应的两个内部箍筋1.4之间的四个交叉处，且每个交叉处布置一根抗剪钢筋1.5，共计四根抗剪钢筋1.5，抗剪钢筋1.5位于靠近预制单元混凝土1中心的内侧且和内部箍筋1.4焊接；四根抗剪钢筋1.5一端埋设在预制单元混凝土1内部，另一端伸出预制单元混凝土1后伸入到标准钢管端部结构的后浇筑空间。

加强钢管端部结构包括加强型钢管组件3、环状内隔板4、竖向加劲肋5、抗剪栓钉6、开孔内隔板7、牛腿翼缘8、牛腿腹板9、耳板10和导管；加强型钢管组件3包括两块加强型钢管主壁板3.1和两块加强型钢管次壁板3.2，加强型钢管主壁板3.1和加强型钢管次壁板3.2均为有一端小板和另一端大板的变宽度整板，小板在同一平面连接在大板的上端或者下端上。

两块加强型钢管主壁板3.1的大板长度尺寸大于两块加强型钢管次壁板3.2的大板长度尺寸，两块加强型钢管主壁板3.1布置在长方形对称的两边，两块加强型钢管主壁板3.1的两端之间均各自连接有一块加强型钢管次壁板3.2，相邻的加强型钢管主壁板3.1和加强型钢管次壁板3.2的大板之间均焊接，相邻的加强型钢管主壁板3.1和加强型钢管次壁板3.2的小板之间通过竖向加劲肋5焊接，这样两块加强型钢管主壁板3.1和两块加强型钢管次壁板3.2作为长方形的四个边交替地围成加强型矩形钢管，加强型矩形钢管对称两边的钢板为相同的加强型钢管主壁板3.1或者加强型钢管次壁板3.2；加强型钢管主壁板3.1和加强型钢管次壁板3.2的内侧面均焊接有抗剪栓钉6，加强型钢管主壁板3.1和加强型钢管次壁板3.2的大板和小板的内侧面均固定有抗剪栓钉6，一部分抗剪栓钉6位于钢筋混凝土预制结构主体的预制单元混凝土1内，另一部分位于后浇筑空间内。

如图1和图7所示，加强型矩形钢管的大板的外侧面中部设置有与框架梁相连的箱形牛腿，箱形牛腿端部连接到加强型矩形钢管的大板的外侧面，箱形牛腿可以连接到加强型钢管主壁板3.1的大板的外侧面，也可以是加强型钢管次壁板3.2大板的外侧面。并且，加强型矩形钢管的大板的一个外侧面连接箱形牛腿，也可以是两侧或者多个侧面。如果是两侧或者多个侧面，两侧或者多个侧面的箱形牛腿均对称布置。

箱形牛腿中，预制单元混凝土1上、下的牛腿翼缘8所在平面处的加强型矩形钢管内均布置有开孔内隔板7，开孔内隔板7周围均和加强型钢管主壁板3.1和加强型钢管次壁板3.2焊接，开孔内隔板7中间可开设有圆形孔槽，与牛腿上翼缘齐平的开孔内隔板7的外端面上焊接有抗剪栓钉6。

如图1和图6所示，箱形牛腿之上的每块加强型钢管主壁板3.1、加强型钢管次壁板3.2的外侧面中部均焊接固定有垂直于壁板表面布置的耳板10，耳板10布置在箱形牛腿远离加强型矩形钢管小板的一侧且和箱形牛腿的牛腿翼缘8表面焊接；耳板10所在的加强型矩形钢管中间布置有环状内隔板4，环状内隔板4周围均和加强型钢管主壁板3.1和加强型钢管次壁板3.2焊接，环状内隔板4中间可开设有方形孔槽。

两块加强型钢管主壁板3.1和两块加强型钢管次壁板3.2的完整小板和大板的局部埋设于在钢筋混凝土预制结构主体的预制单元混凝土1内，两块加强型钢管主壁板3.1和两块加强型钢管次壁板3.2的大板未埋设于在预制单元混凝土1内的部分围成用于浇筑自密实混凝土13的后浇筑空间，环状内隔板4位于后浇筑空间的最外侧；两块加强型钢管主壁板3.1分别平行靠近于周边箍筋1.3相对称的两边，每块加强型钢管主壁板3.1的大板外侧面的两端分别和自身平行靠近的周边箍筋1.3的边所在的两个角部纵向钢筋1.2内侧焊接，每块加强型钢管主次壁板3.1和3.2的小板外侧面的中部和自身平行靠近的周边箍筋1.3的边所在的中间纵向钢筋1.1焊接；导管安装在耳板10所在的加强型矩形钢管处，导管一端伸入到后浇筑空间，另一端从加强型矩形钢管的大板穿出。

箱形牛腿腹板9所在的加强型矩形钢管外侧面也焊接有抗剪栓钉6。

混合柱带牛腿预制单元见图1所示，上端设置了加强钢管端部结构。加强型钢管主壁板3.1与加强型钢管次壁板3.2通过焊接围合成的加强型矩形钢管穿过预制单元牛腿面向上延伸，在预制单元混凝土1外的钢管外伸段的端部附近焊接带透气孔的环状内隔板4。

在牛腿翼缘8上下对应位置的加强型矩形钢管内部分别焊接布置开孔内隔板7，开孔内隔板7带有浇筑孔和透气孔，其中更上层开孔内隔板7焊接抗剪栓钉6，预制单元混凝土1的上浇筑面至此，见图1、图6所示；牛腿翼缘8和牛腿腹板9与加强型矩形钢管的壁板外侧表面焊接，见图1、图7所示。

加强型钢管主壁板3.1与加强型钢管次壁板3.2在牛腿下翼缘以下的内伸段构造与标准钢管端部结构相似，与预制单元纵向钢筋1.1、1.2和箍筋1.3、1.4的连接方式相同；混合柱带牛腿预制单元上端的耳板10、进料导管14均设置在牛腿上翼缘之上，见图1所示。

具体实施中将两个混合柱带牛腿预制单元分别上下布置并连接，连接位置在楼层上方附近；混合柱带牛腿预制单元采用权利要求1-3任一混合柱带牛腿预制单元。

如图2和图8、图9所示，在上下相邻的两个混合柱带牛腿预制单元之间，上方的混合柱带牛腿预制单元的标准钢管端部结构和下方的混合柱带牛腿预制单元的加强钢管端部结构之间对接连接；在现场安装时候，标准钢管端部结构和加强钢管端部结构中的各块耳板10各自对齐后通过耳板连接板11和安装螺栓12固定连接，安装螺栓12穿过耳板10和耳板连接板11后将耳板10和耳板连接板11固定连接在一起，上方的混合柱带牛腿预制单元的标准钢管端部结构中的标准型矩形钢管和下方的混合柱带牛腿预制单元的加强钢管端部结构中的加强型矩形钢管的端部边缘对齐后通过坡口焊缝16焊接，两个混合柱带牛腿预制单元的两个后浇筑空间通过各自环状内隔板4、开孔内隔板7中间的孔槽连通形成总后浇筑空腔，总后浇筑空腔内现场浇筑自密实混凝土13。

上方的混合柱带牛腿预制单元的标准钢管端部结构中的导管为溢料导管15，下方的混合柱带牛腿预制单元的加强钢管端部结构中的导管为进料导管14，自密实混凝土13从进料导管14进入总后浇筑空腔，在灌满总后浇筑空腔后从溢料导管15溢出。

主要由多个混合柱预制单元加强连接节点在楼层上方附近搭建构成。

具体实施中，混合柱预制单元加强连接节点见图2所示，混合柱标准预制单元之间的连接可根据需要设在混合柱中间部位或在楼层上方处；

在柱中间部位连接时，下部为混合柱标准预制单元，上部为混合柱带牛腿预制单元；

在楼层上方处连接时，下部为混合柱带牛腿预制单元，上部为混合柱带牛腿预制单元；

连接节点为钢管混凝土结构，混合柱预制单元的壁板外伸端采用坡口焊缝16对接，总后浇筑空腔内灌注自密实混凝土13，见图2所示。

基于本发明以钢管混凝土结构作为连接节点的装配式混合柱体系的施工方法，具体步骤如下：

S1、混合柱带牛腿预制单元的工厂制作工序：

步骤一，钢管主壁板2.1、3.1和钢管次壁板2.2、3.2板材裁剪和倒角处理，在板材上焊接抗剪栓钉6；开孔内隔板7、牛腿翼缘8、牛腿腹板9、环状内隔板4、竖向加劲肋5、耳板10、耳板连接板11、进料导管14、溢料导管15均加工成钢组件，归类放置。

步骤二，以标准型钢管主壁板2.1为主材，焊接标准型钢管次壁板2.2和竖向加劲肋5，围合成标准型矩形钢管；以加强型钢管主壁板3.1为主材，焊接加强型钢管次壁板3.2、竖向加劲肋5、开孔内隔板7、牛腿翼缘8、牛腿腹板9，围合成加强型矩形钢管。

步骤三，绑扎制作钢筋笼，中间纵向钢筋1.1、角部纵向钢筋1.2与钢管壁板焊接，壁板内伸段处的内部箍筋1.4穿越壁板弯折连接，在内部箍筋1.4交叉形成的方格四角内侧焊接抗剪钢筋1.5，抗剪钢筋1.5至少与两道内部箍筋1.4点焊固定。

步骤四，放入进料导管14、溢料导管15，管口加封盖。

步骤五，支设柱单元浇筑用的配套钢模板，特制模板嵌入预制单元上下端钢管内部。

步骤六，浇筑柱单元的混凝土，振捣密实。

步骤七，待柱单元成型养护后脱模。

步骤八，在钢管外伸段端部焊接环状内隔板4，在钢管壁板上焊接耳板10，完成混合柱带牛腿预制单元的预制工序。

S2、装配式混合柱的现场装配工序：

步骤一，先期完成现浇嵌固层的施工，钢管预埋就位。

步骤二，可自下而上分批将柱预制单元成品运至施工现场，等待安装；

步骤三，起吊起始层柱预制单元，柱预制单元下端钢管通过耳板10、耳板连接板11和安装螺栓12与现浇嵌固层的预埋钢管临时固定。

步骤四，柱预制单元下端钢管与现浇嵌固层的预埋钢管采用坡口焊缝16进行竖向连接。

步骤五，重复步骤二、三、四，完成起始层柱预制单元的竖向安装。

步骤六，吊装二层梁预制单元与柱预制单元顶部牛腿进行拼装，形成稳定的框架。

步骤七，起吊上一层柱预制单元，重复步骤三至步骤六直至顶层柱预制单元，完成整个框架梁柱的拼装焊接。

步骤八，每个柱预制单元下端通过进料导管14在总后浇筑空腔注入自密实混凝土，待溢料导管15溢出混凝土时停注。

步骤九，待灌注的自密实混凝土达到设计强度的70％，拆除柱预制单元上的安装螺栓、耳板连接件，割除耳板和导管，完成整个装配式混合柱体系现场施工工序。

Claims (6)

1.一种装配式混合柱带牛腿预制单元，其特征在于：

所述的混合柱带牛腿预制单元主要由钢筋混凝土预制结构主体以及连接设置在钢筋混凝土预制结构主体上端的加强钢管端部结构、连接设置在钢筋混凝土预制结构主体下端的标准钢管端部结构构成；

所述的钢筋混凝土预制结构主体主要由柱体的预制单元混凝土（1）以及浇筑埋设在预制单元混凝土（1）中的钢筋笼组成，钢筋笼由中间纵向钢筋（1.1）、角部纵向钢筋（1.2）、周边箍筋（1.3）和内部箍筋（1.4）共同构成，四根角部纵向钢筋（1.2）竖直布置在预制单元混凝土（1）内部的四角，沿角部纵向钢筋（1.2）方向，预制单元混凝土（1）内部间隔布置多根周边箍筋（1.3），四根角部纵向钢筋（1.2）组成方环形结构，每根周边箍筋（1.3）围绕方环形结构布置，每根角部纵向钢筋（1.2）布置在周边箍筋（1.3）一角落的内侧并且和周边箍筋（1.3）焊接；

周边箍筋（1.3）的四边中部均设有两根间隔竖直布置的中间纵向钢筋（1.1），且每根中间纵向钢筋（1.1）均位于周边箍筋（1.3）内侧且和周边箍筋（1.3）焊接；周边箍筋（1.3）的四边以在两侧对称的两边为一组而分为两组中间边，每组中间边所设的中间纵向钢筋（1.1）外沿中间纵向钢筋（1.1）方向的预制单元混凝土（1）内部间隔布置多根内部箍筋（1.4），每根内部箍筋（1.4）围绕在自身一组中间边所设的四根中间纵向钢筋（1.1）组成的长方环形布置，每根中间纵向钢筋（1.1）布置在内部箍筋（1.4）一角落的内侧并且和内部箍筋（1.4）焊接；

所述的标准钢管端部结构包括标准型钢管组件（2）、环状内隔板（4）、竖向加劲肋（5）、抗剪栓钉（6）、耳板（10）和导管；标准型钢管组件（2）包括两块标准型钢管主壁板（2.1）和两块标准型钢管次壁板（2.2），标准型钢管主壁板（2.1）和两块标准型钢管次壁板（2.2）均为主要由一端的小板和另一端的大板共同一体连接构成的变宽度整板；

两块标准型钢管主壁板（2.1）布置在长方形对称的两边，两块标准型钢管主壁板（2.1）的两端之间均各自连接有一块标准型钢管次壁板（2.2），相邻的标准型钢管主壁板（2.1）和标准型钢管次壁板（2.2）的大板之间均焊接，相邻的标准型钢管主壁板（2.1）和标准型钢管次壁板（2.2）的小板之间通过竖向加劲肋（5）焊接，这样两块标准型钢管主壁板（2.1）和两块标准型钢管次壁板（2.2）作为长方形的四个边交替地围成标准型矩形钢管；标准型钢管主壁板（2.1）和标准型钢管次壁板（2.2）的内侧面均焊接有抗剪栓钉（6）；

标准型矩形钢管的大板之间布置有环状内隔板（4），环状内隔板（4）周围均和标准型钢管主壁板（2.1）和标准型钢管次壁板（2.2）焊接，每块标准型钢管主壁板（2.1）和标准型钢管次壁板（2.2）的外侧面均焊接固定有垂直于壁板表面布置的耳板（10）；

标准型矩形钢管的完整小板和大板的局部埋设在钢筋混凝土预制结构主体的预制单元混凝土（1）内，两块标准型矩形钢管的大板未埋设在预制单元混凝土（1）内的部分围成用于浇筑自密实混凝土（13）的后浇筑空间；两块标准型钢管主壁板（2.1）分别平行靠近于周边箍筋（1.3）相对称的两边，每块标准型钢管主壁板（2.1）的大板外侧面的两端分别和自身平行靠近的周边箍筋（1.3）的边所在的两个角部纵向钢筋（1.2）内侧焊接，每块标准型钢管主壁板（2.1）、钢管次壁板（2.2）的小板外侧面的中部和自身平行靠近的周边箍筋（1.3）的边所在的中间纵向钢筋（1.1）焊接；导管中部埋设在钢筋混凝土预制结构主体的预制单元混凝土（1）端部内，导管一端从标准型矩形钢管的小板之间的间隙中的预制单元混凝土（1）穿出，另一端从钢筋混凝土预制结构主体的预制单元混凝土（1）端部穿出后伸入连通到后浇筑空间；

所述的加强钢管端部结构包括加强型钢管组件（3）、环状内隔板（4）、竖向加劲肋（5）、抗剪栓钉（6）、开孔内隔板（7）、牛腿翼缘（8）、牛腿腹板（9）、耳板（10）和导管；加强型钢管组件（3）包括两块加强型钢管主壁板（3.1）和两块加强型钢管次壁板（3.2），加强型钢管主壁板（3.1）和加强型钢管次壁板（3.2）均为由一端的小板和另一端的大板共同一体连接构成的变宽度整板；

两块加强型钢管主壁板（3.1）布置在长方形对称的两边，两块加强型钢管主壁板（3.1）的两端之间均各自连接有一块加强型钢管次壁板（3.2），相邻的加强型钢管主壁板（3.1）和加强型钢管次壁板（3.2）的大板之间均焊接，相邻的加强型钢管主壁板（3.1）和加强型钢管次壁板（3.2）的小板之间通过竖向加劲肋（5）焊接，这样两块加强型钢管主壁板（3.1）和两块加强型钢管次壁板（3.2）作为长方形的四个边交替地围成加强型矩形钢管；加强型钢管主壁板（3.1）和加强型钢管次壁板（3.2）的内侧面均焊接有抗剪栓钉（6）；

加强型矩形钢管的大板的外侧面中部设置有箱形牛腿，预制单元混凝土（1）上、下的牛腿翼缘（8）所在平面处的加强型矩形钢管内均布置有开孔内隔板（7），开孔内隔板（7）周围均和加强型钢管主壁板（3.1）和加强型钢管次壁板（3.2）焊接，远离预制单元混凝土（1）的开孔内隔板（7）的外端面上焊接有抗剪栓钉（6）；箱形牛腿之上的每块加强型钢管主壁板（3.1）和加强型钢管次壁板（3.2）的外侧面均焊接固定有垂直于壁板表面布置的耳板（10），耳板（10）所在的加强型矩形钢管中间布置有环状内隔板（4），环状内隔板（4）周围均和加强型钢管主壁板（3.1）和加强型钢管次壁板（3.2）焊接；

两块加强型钢管主壁板（3.1）和两块加强型钢管次壁板（3.2）的完整小板和大板的局部埋设于在钢筋混凝土预制结构主体的预制单元混凝土（1）内，两块加强型钢管主壁板（3.1）和两块加强型钢管次壁板（3.2）的大板未埋设于预制单元混凝土（1）内的部分围成用于浇筑自密实混凝土（13）的后浇筑空间；两块加强型钢管主壁板（3.1）分别平行靠近于周边箍筋（1.3）相对称的两边，每块加强型钢管主壁板（3.1）的大板外侧面的两端分别和自身平行靠近的周边箍筋（1.3）的边所在的两个角部纵向钢筋（1.2）内侧焊接，每块加强型钢管主壁板（3.1）、加强型钢管次壁板（3.2）的小板外侧面的中部和自身平行靠近的周边箍筋（1.3）的边所在的中间纵向钢筋（1.1）焊接；导管安装在耳板（10）所在的加强型矩形钢管处，导管一端伸入到后浇筑空间，另一端从加强型矩形钢管的大板穿出。

2.根据权利要求1所述的一种装配式混合柱带牛腿预制单元，其特征在于：

所述的钢筋混凝土预制结构主体的下端处还设置有抗剪钢筋（1.5），抗剪钢筋（1.5）竖直布置在周边箍筋（1.3）两组中间边对应的两个内部箍筋（1.4）之间的四个交叉处，且每个交叉处布置一根抗剪钢筋（1.5），共计四根抗剪钢筋（1.5），抗剪钢筋（1.5）位于靠近预制单元混凝土（1）中心的内部箍筋（1.4）内侧且和内部箍筋（1.4）焊接；四根抗剪钢筋（1.5）一端埋设在预制单元混凝土（1）内部，另一端伸出预制单元混凝土（1）后伸入到标准钢管端部结构的后浇筑空间。

3.根据权利要求1所述的一种装配式混合柱带牛腿预制单元，其特征在于：

所述的箱形牛腿的牛腿腹板（9）所在的加强型矩形钢管外侧面也焊接有抗剪栓钉（6）。

4.一种混合柱预制单元加强连接节点，其特征在于：

两个混合柱带牛腿预制单元分别上下布置并连接，并且在上下两个混合柱带牛腿预制单元之间的附近布置楼板；所述的混合柱带牛腿预制单元采用权利要求1-3任一所述混合柱带牛腿预制单元。

5.根据权利要求4所述的一种混合柱预制单元加强连接节点，其特征在于：

在上下相邻的两个混合柱带牛腿预制单元之间，上方的混合柱带牛腿预制单元的标准钢管端部结构和下方的混合柱带牛腿预制单元的加强钢管端部结构之间对接连接；在现场安装时候，标准钢管端部结构和加强钢管端部结构中的各块耳板（10）各自对齐后通过耳板连接板（11）和安装螺栓（12）固定连接， 上方的混合柱带牛腿预制单元的标准钢管端部结构中的标准型矩形钢管和下方的混合柱带牛腿预制单元的加强钢管端部结构中的加强型矩形钢管的端部边缘对齐后通过坡口焊缝（16）焊接，两个混合柱带牛腿预制单元的两个后浇筑空间通过各自环状内隔板（4）、开孔内隔板（7）中间的孔槽连通形成总后浇筑空腔，总后浇筑空腔内浇筑自密实混凝土（13）。

6.根据权利要求4所述的一种混合柱预制单元加强连接节点，其特征在于：

上方的混合柱带牛腿预制单元的标准钢管端部结构中的导管为溢料导管（15），下方的混合柱带牛腿预制单元的加强钢管端部结构中的导管为进料导管（14），自密实混凝土（13）从进料导管（14）进入总后浇筑空腔，在灌满总后浇筑空腔后从溢料导管（15）溢出。