CN115787827A - 一种钢管混凝土柱和节点一体化模块装配式结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢管混凝土柱和节点一体化模块装配式结构，用于钢结构模块间的连接，其特征在于，包括上模块柱、上模块梁、下模块柱、下模块梁、连接件，连接件包括水平连接板以及至少两个内套筒，内套筒与水平连接板固定，内套筒的侧面和沿轴向设有内栓钉，上模块柱及下模块柱的内壁设有向内突出的外栓钉，上模块柱包括上容纳腔和上浇筑腔，下模块柱包括下容纳腔和下浇筑腔，连接件的上部的内套筒设置于上容纳腔内，连接件的下部的内套筒设置于下容纳腔内，并在上容纳腔下、容纳腔内设置灌浆料，在上浇筑腔和下浇筑腔内浇筑混凝土，灌浆料及混凝土将上模块柱、下模块柱与连接件固定连接。本发明还提供了一种该连接节点的制造方法。

Description

一种钢管混凝土柱和节点一体化模块装配式结构

技术领域

本发明属于建设工程技术领域，具体涉及一种钢管混凝土柱和节点一体化模块装配式结构。

背景技术

在现有的钢结构或组合结构中，钢构件之间的连接一般采用螺栓连接或焊接连接，现有的连接形式大多数都是半刚性或者铰接连接，节点是结构的薄弱位置，而且模块堆叠需要对位的螺栓孔较多，对加工精度要求高，现场容易出现安装不上的情况。且在连接过程中需要一定的操作的空间、安装误差和较长的连接时间。而对于模块化钢结构，在柱节点位置布置有多个梁柱和多面墙体、楼板等构件，若采用现有的连接形式，则缺乏操作空间，无法在不破坏这些周围构件的情况下实现连接，并具有良好的承载及抗震性能。而为了满足施工装配要求，预留较大的施工误差又会影响节点传递荷载的效果。且使用全钢结构的组合会使得柱的竖向承载力和水平抗侧能力不足，且用钢量大，成本较高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种钢结构模块之间的套筒灌浆连接节点，当连接柱插入模块柱内的预先设定的位置处后，在预留灌浆口灌浆，即可实现钢构件之间的连接，不需要额外的操作过程，不影响模块化建筑的装修。可以容许较大的施工安装误差，后期通过无收缩灌浆料以及混凝土填充实现上下模块柱的可靠连接。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明提供一种钢管混凝土柱和节点一体化模块装配式结构，用于钢结构模块间的连接，包括上模块柱、上模块梁、下模块柱、下模块梁、连接件，连接件包括水平连接板以及设置在水平连接板的表面上的至少两个内套筒，内套筒与水平连接板固定，内套筒的侧面和沿轴向背离连接板的一侧设有向外突出的内栓钉，上模块柱及下模块柱的内壁设有向内突出的外栓钉，上模块柱包括上容纳腔和与上容纳腔连通的上浇筑腔，下模块柱包括下容纳腔和与下容纳腔连通的下浇筑腔，连接件的上部的每一内套筒分别设置于每一上模块柱的上容纳腔内，连接件的下部的每一内套筒分别设置于每一下模块柱的下容纳腔内，并在上容纳腔及连接件的上部之间、下容纳腔及接件的下部之间设置灌浆料，在上浇筑腔和下浇筑腔内浇筑混凝土，灌浆料及混凝土将上模块柱、下模块柱与连接件固定连接。

在一些实施例中，多个内栓钉在内套筒的周向侧面上排列为多个竖列，同时，多个外栓钉在上模块柱的上容纳腔以及下模块柱的下容纳腔的内壁内排列为多个竖列,其中内栓钉组成的竖列与外栓钉组成的竖列在水平方向上互相交错。

在一些实施例中，内栓钉及每个外栓钉包括一个圆形顶板以及一个与圆形顶板的下表面固定连接的连接杆，连接杆的另一端与内套筒固定连接。

在一些实施例中，在上容纳腔的外壁底端以及下容纳腔的外壁顶端设置弹性材料，在水平连接板与上容纳腔及下容纳腔之间形成密闭空间。

在一些实施例中，在水平连接板的上侧及下侧各设置四个内套筒，四个上模块柱按二乘二阵列相邻排布，四个上模块梁两两分为两组，且两组上模块梁方向相反地设置在四个上模块柱两侧，四个下模块柱按二乘二阵列相邻排布，四个下模块梁两两分为两组，且两组下模块梁方向相反地设置在四个下模块柱两侧。

在一些实施例中，水平连接板的上侧及下侧上还分别固定地设置有一个十字形加强板，每一十字形加强板将四个连接柱分隔为二乘二的阵列。

在一些实施例中，上模块还包括两个上模块梁，其中两个上模块梁互相呈90°设置，两个上模块梁之间固定地设置有呈三角形的加强板，下模块还包括两个下模块梁，其中两个下模块梁互相呈90°设置，两个下模块梁之间固定地设置有呈三角形的加强板。

在一些实施例中，上容纳腔的侧面的轴向的上侧设置有向外侧贯通的上注入口，下容纳腔的侧面的轴向的上侧设置有向外侧贯通的下注入口。

本发明第二方面提供一种安装根据前述权利要求中任一项的一种钢管混凝土柱和节点一体化模块装配式结构的方法，包括以下步骤：

S1，将每一下模块的下模块柱竖直设置，其中下容纳腔朝向上方，并将四个下模块柱布置为二乘二阵列，将混凝土浇筑到下模块的下浇筑腔中，直至混凝土的高度临近下容纳腔；S2，待混凝土凝固后，将连接件的下部的四个内套筒分别与四个下容纳腔对齐，令连接件的内栓钉与下容纳腔中的外栓钉对齐，进而将连接件的下部插入下容纳腔，直至连接件的水平连接板的下表面与下容纳腔的外壁顶端抵顶；S3，由下注入口向连接件的下部与下容纳腔之间的固定空间中灌注灌浆料直至将固定空间填满，令灌浆料凝固；S4，将四个上模块分为组并相反布置，每一上模块的上容纳腔分别竖直地与连接件的上部的一个内套筒对齐，进而将上模块与下模块相对接合，使得每一上模块的上模块梁与一个下模块的下模块梁对齐；S5，由上注入口向连接件的上部与上容纳腔之间的固定空间中灌注灌浆料直至将固定空间填满，令灌浆料凝固；S6，在无收缩高强灌浆料凝固后，由上模块柱的另一端灌入混凝土，待混凝土凝固后即完成上模块与下模块的连接。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

本发明连接件当连接柱插入模块柱内的预先设定的位置处后，在预留灌浆口灌浆，即可实现钢构件之间的连接，不影响模块化建筑的装修，实现了可靠的连接，能够允许模块与连接柱间预留较大的施工安装误差，后面通过灌浆料填充，使得连接柱与模块柱之间能够传递荷载，该种节点具有在结构上简单可靠，在施工上快捷方便等特点。

附图说明

图1示出了本发明的一个实施例的一种钢管混凝土柱和节点一体化模块装配式结构的未安装状态的立体示意图；

图2示出了图1中A部分的局部放大图；

图3示出了图1中一种钢管混凝土柱和节点一体化模块装配式结构的未安装状态时的侧向剖视图；

图4示出了图3中的连接节点的在下模块中灌入混凝土状态时的侧向剖视图；

图5示出了图3中的连接节点的部分安装完成的状态的侧向剖视图；

图6示出了图3中的连接节点的全部安装完成的状态的侧向剖视图；

图7示出了图3中的连接节点的全部安装完成的状态的横向剖视图；

图8示出了本发明的一个实施例的一种钢管混凝土柱和节点一体化模块装配式结构的安装完成状态的立体示意图。

图9示出了根据本发明的一个实施例的一种钢管混凝土柱和节点一体化模块装配式结构的安装方法的流程图。

具体实施方式

以下详细描述是目前实现本发明的最佳方式。此描述不是限制性的，而仅仅是为了说明本发明实施例的一般原理。本发明的范围由所附权利要求最佳地限定。在某些情况下，省略了对众所周知的装置和机构的详细描述，以免不必要的细节使本发明的描述模糊。

如图1、图3及图6所示，本发明的一个实施例的一种钢管混凝土柱和节点一体化模块装配式结构包括连接件10、上模块20以及下模块30，所述上模块20还包括一个沿竖直方向向上延伸的上模块柱22以及两个与所述上模块柱22垂直设置且互相交叉的上模块梁21。而所述下模块30还包括一个沿竖直方向向下延伸的下模块柱32以及两个与所述下模块柱32垂直设置且互相交叉的下模块梁31。其中，所述上模块20布置于所述连接件10的上侧，包括向下敞开的呈长方体形的上容纳腔25和与所述上容纳腔25连通的上浇筑腔37，所述下模块30布置于所述连接件10的下侧，包括向上敞开的呈长方体形的下容纳腔35和与所述下容纳腔35连通的下浇筑腔37。所述上模块20和所述下模块30相对接合，使得所述连接件10的上部插设于所述上容纳腔25中，所述连接件10的下部插设于所述下容纳腔35中，且所述连接件10的上侧与所述上容纳腔25之间及所述连接件10的下侧与所述下容纳腔35之间均具有固定空间，在所述固定空间中注入了无收缩高强灌浆料9，而在所述上浇筑腔27和下浇筑腔37中则灌入了混凝土38，从而将上模块20、连接件10、下模块30牢固地固定在一起。另外，在上模块柱或下模块柱的截面较小的情况下，也可使用由钢杆制成的连接件。

参考图1及图8，在本实施例中，设置了四个所述上模块20及四个所述下模块30同时与一个所述连接件10进行连接，其中所述上模块柱22及所述下模块柱32采用方形钢管，所述上模块梁21及所述下模块梁31采用H型钢，每一上模块20和每一下模块30的各自的梁柱之间采用全熔透对接焊缝连接。其中，所述上容纳腔25形成于所述上模块柱22的底端，所述下容纳腔35形成于所述下模块柱32的顶端。优选地，上模块柱22和下模块柱32内与相应的上模块梁21及下模块梁31的梁翼缘对应位置设置有焊钉34，从而可以传递梁翼缘的拉压力。两个所述上模块20并列排布，并与另两个同样并列排布但上模块梁21方向相反的上模块20相邻设置，使得四个上模块20的上模块柱22互相相邻设置。类似地，将四个所述下模块30分为两组，四个下模块柱32同样互相相邻地设置。可以理解地，在其它实施例中可以根据实际需要设置其他数量的所述上模块20及下模块30，并且将所述上模块梁21及所述下模块梁31设置为朝向不同的方向，例如设置两个与所述连接件10的上部连接的上模块20，其中两个上模块梁21互相呈90°设置，两上模块梁21之间还设置有加强板211，类似地，设置两个下模块30与所述连接件10进行连接，且两个下模块30的两个下模块梁31之间互相呈90°设置，两下模块梁31之间还设置有大致呈三角形的加强板311。所述加强板211及加强板311可有效的防止柱壁撕裂。在其它未示出的实施例中，所述加强板也可以由其它结构构成，例如由钢筋焊接而成等。

如图2所示，根据本发明的一个实施例的连接件10包括一个水平连接板12和两个十字形加强板121，在本实施例中，所述水平连接板12大致呈正方形板状，8个呈空心长方体状的连接柱11分为两组，分别通过焊接等方式固定地设置在所述水平连接板12的上表面和下表面，优选地，所述连接柱11内设置有混凝土38，所述两个十字形加强板121分别由两块方形板交叉结合而成，且所述两个十字形加强板121同样分别焊接于所述水平连接板12的上表面和下表面，且每一组所述连接柱11分别被相应的十字形加强板121分隔为2乘2的阵列。在本实施例中，所述连接柱11由方钢管构成。可以理解的是，在其它未示出的实施例中，可以根据需要在一个节点处连接的上模块20和下模块30的数量调整所述连接柱11的数量。每一所述连接柱11的一个轴向端与所述水平连接板12通过焊接等方式固定连接，另一轴向端沿垂直于所述水平连接板12的方向背离所述水平连接板12延伸。

所述连接柱11的周向外侧和沿轴向背离所述连接板12的一侧通过焊接等方式固定地设置有多个向外突出的内栓钉13。所述上模块20的上容纳腔25以及所述下模块30的下容纳腔35的内壁内均设有向内突出的外栓钉34。所述连接柱11的各向宽度与其对应的各表面的内栓钉13的长度之和小于相应的所述上容纳腔25或所述下容纳腔35的各向宽度，且所述上容纳腔25或所述下容纳腔35的各向宽度与其对应的各表面的内栓钉13的长度之差大于所述连接柱11的相应的各向宽度，即所述连接件10的上部和下部的每一连接柱11均能够分别插入一个对应的所述上容纳腔25或所述下容纳腔35。在本实施例中，所述内栓钉13以及所述外栓钉34均包括一个圆形顶板以及一个与该顶板的下表面固定连接的连接杆，所述连接杆的另一端与所述连接柱11固定连接。该内栓钉13及外栓钉34的结构用于在灌注无收缩高强灌浆料9之后与凝固后的无收缩高强灌浆料9形成稳固的连接，其圆形顶板增大了栓钉与凝固的灌浆料或混凝土的接触面积，进而提升了栓钉的固定效果以及抗剪强度。可以理解的是，本实施例仅示出了所述内栓钉13和所述外栓钉34的形状的一种可能选择，在保证足够的固定效果和抗剪强度的前提下，所述内栓钉13和所述外栓钉34也可以设置为其它形状，例如，在所述上容纳腔25及所述下容纳腔35的内侧设置一圈抗剪肋，或者使用螺纹钢筋代替所述连接件上下表面上的内栓钉13。所述上容纳腔25的外壁底端以及所述下容纳腔35的外壁顶端优选地设置有例如橡胶等粘弹性材料，从而在所述水平连接板12与所述上容纳腔25及下容纳腔35之间形成密闭空间，防止模块堆叠后灌浆时灌浆料流出。在连接完成后，所述水平连接板12将上容纳腔25与下容纳腔35分隔开，且所述水平连接板12能够传递各模块间的拉压力。

另外参见图7，优选地，多个所述内栓钉13在所述连接柱11的周向侧面上沿所述连接柱的轴向排列为多个竖列，同时，多个所述外栓钉34在所述上模块20的上容纳腔25以及所述下模块30的下容纳腔35的内壁内沿所述上容纳腔25和下容纳腔35的内壁的轴向排列为多个竖列。其中所述内栓钉13组成的竖列与所述外栓钉34组成的竖列在水平方向上互相交错，使得在将所述连接件10设置于所述上容纳腔25和下容纳腔35中后，所述内栓钉13的多个竖列穿插于所述外栓钉34的多个竖列之间，从而令所述内栓钉13与所述外栓钉34在水平方向上互相交错布置。在灌注无收缩高强灌浆料9之后，所述内栓钉13与所述外栓钉34之间通过凝固的灌浆料相对固定，且由于所述内栓钉13与所述外栓钉34交错布置，使得在固定后连接柱11与上模块20、下模块30之间的载荷分布更加均匀，固定效果更加可靠。

参考图3至图6，每一所述上容纳腔25的侧面的轴向的上侧设置有向外侧贯通的上注入口26，类似地，每一所述下容纳腔35的侧面的轴向的上侧设置有向外侧贯通的下注入口36。所述上注入口26和所述下注入口36用于在安装过程中作为灌浆料40的注入口，如图5所示，所述灌浆料40填充于所述连接件10的上侧与所述上容纳腔25之间及所述连接件10的下侧与所述下容纳腔35之间的固定空间内，从而将所述连接件10、上模块20以及下模块30固定在一起。优选地，在所述上容纳腔25和所述下容纳腔35的多个侧面上分别设置所述上注入口26及下注入口36，使得灌浆时操作更加方便。

下面结合附图具体说明根据本发明的一个实施例的一种钢管混凝土柱和节点一体化模块装配式结构的安装方法。参考图9，首先在步骤S1中，将每一所述下模块30的下模块柱32竖直设置，其中所述下容纳腔35朝向上方，将混凝土38浇筑到下模块30的下浇筑腔37中，直至所述混凝土38的高度临近所述下容纳腔35。之后在步骤S2中，待所述混凝土38凝固至有一定强度后，将4个所述下模块30分为两组并相反布置(参见上文)。将所述连接件10的下部的4个连接柱11分别与4个所述下容纳腔35对齐，令所述连接件10的内栓钉13与所述下容纳腔35中的外栓钉34对齐。进而将所述连接件10的下部插入所述下容纳腔35，直至所述连接件10的水平连接板12的下表面与所述下容纳腔35的外壁顶端抵顶。之后在步骤S3中，由所述下注入口36向所述连接件10的下部与所述下容纳腔35之间的固定空间中灌注无收缩高强灌浆料9直至将所述固定空间填满，在所述无收缩高强灌浆料9凝固之后，所述连接件10即与四个所述下模块30完成连接。在此之后的步骤S4中，将4个所述上模块20分为2组并相反布置(参见上文)，每一上模块20的上容纳腔25分别竖直地与所述连接件10的上部的一个连接柱11对齐，进而将上模块20与下模块30相对接合，使得所述每一上模块20的两个上模块梁21与所述下模块30的两个下模块梁31分别对齐。之后，在步骤S5中，由所述上注入口26向所述连接件10的上部与所述上容纳腔25之间的固定空间中灌注无收缩高强灌浆料9直至将所述固定空间填满。之后，在步骤S6中，在所述无收缩高强灌浆料9凝固后，由上模块柱22的另一端灌入混凝土38，待混凝土38彻底凝固后，所述连接件10便与所述上模块20固定连接，从而完成所述上模块20与所述下模块30的连接。

根据本发明的一种钢管混凝土柱和节点一体化模块装配式结构采用简单的结构加强了钢结构间连接的稳定性。该种连接节点制造简单快捷，无需在制造连接时在连接部附近预留较大的操作空间，且无需焊接操作，对安装人员的技术要求低，误差容许范围大。同时，除了在连接件附近灌浆，在各个模块柱之中在现场使用混凝土进行填充，从而形成了钢管混凝土柱和连接件一体化模块装配式结构，提高了柱的竖向承载力和水平抗侧能力，钢管混凝土柱和连接件一体灌浆连接可满足模块化结构适用于高层建筑的要求，极大地减小用钢量，是一种经济的连接方式，节约了成本，提升建筑质量，十分适合在各种建筑应用领域推广使用。

需要说明的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本发明的创造精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种钢管混凝土柱和节点一体化模块装配式结构，用于钢结构模块间的连接，其特征在于，包括上模块柱、上模块梁、下模块柱、下模块梁、连接件，所述连接件包括水平连接板以及设置在所述水平连接板的表面上的至少两个内套筒，所述内套筒与所述水平连接板固定，所述内套筒的侧面和沿轴向背离所述连接板的一侧设有向外突出的内栓钉，所述上模块柱及所述下模块柱的内壁设有向内突出的外栓钉，所述上模块柱包括上容纳腔和与所述上容纳腔连通的上浇筑腔，所述下模块柱包括下容纳腔和与所述下容纳腔连通的下浇筑腔，所述连接件的上部的每一所述内套筒分别设置于每一所述上模块柱的所述上容纳腔内，所述连接件的下部的每一所述内套筒分别设置于每一所述下模块柱的所述下容纳腔内，并在所述上容纳腔及所述连接件的上部之间、所述下容纳腔及所述接件的下部之间设置灌浆料，在所述上浇筑腔和所述下浇筑腔内浇筑混凝土，所述灌浆料及所述混凝土将所述上模块柱、所述下模块柱与所述连接件固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土柱和节点一体化模块装配式结构，其特征在于，多个所述内栓钉在所述内套筒的周向侧面上排列为多个竖列，同时，多个所述外栓钉在所述上模块柱的上容纳腔以及所述下模块柱的下容纳腔的内壁内排列为多个竖列,其中所述内栓钉组成的竖列与所述外栓钉组成的竖列在水平方向上互相交错。

3.根据权利要求2所述的一种钢管混凝土柱和节点一体化模块装配式结构，其特征在于，所述内栓钉及每个所述外栓钉包括一个圆形顶板以及一个与所述圆形顶板的下表面固定连接的连接杆，所述连接杆的另一端与所述内套筒固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种钢管混凝土柱和节点一体化模块装配式结构，其特征在于，在所述上容纳腔的外壁底端以及所述下容纳腔的外壁顶端设置弹性材料，在所述水平连接板与所述上容纳腔及下容纳腔之间形成密闭空间。

5.根据权利要求1所述一种一种钢管混凝土柱和节点一体化模块装配式结构，其特征在于，在所述水平连接板的上侧及下侧各设置四个内套筒，四个所述上模块柱按二乘二阵列相邻排布，四个上模块梁两两分为两组，且两组所述上模块梁方向相反地设置在四个所述上模块柱两侧，四个所述下模块柱按二乘二阵列相邻排布，四个下模块梁两两分为两组，且两组所述下模块梁方向相反地设置在四个所述下模块柱两侧。

6.根据权利要求1所述一种一种钢管混凝土柱和节点一体化模块装配式结构，其特征在于，所述水平连接板的上侧及下侧上还分别固定地设置有一个十字形加强板，每一所述十字形加强板将所述四个连接柱分隔为二乘二的阵列。

7.根据权利要求1所述一种一种钢管混凝土柱和节点一体化模块装配式结构，其特征在于，所述上模块还包括两个上模块梁，其中两个所述上模块梁互相呈90°设置，两个上模块梁之间固定地设置有呈三角形的加强板，所述下模块还包括两个下模块梁，其中两个所述下模块梁互相呈90°设置，两个下模块梁之间固定地设置有呈三角形的加强板。

8.根据权利要求1所述一种一种钢管混凝土柱和节点一体化模块装配式结构，其特征在于，所述上容纳腔的侧面的轴向的上侧设置有向外侧贯通的上注入口，所述下容纳腔的侧面的轴向的上侧设置有向外侧贯通的下注入口。

9.一种安装根据前述权利要求中任一项所述的一种钢管混凝土柱和节点一体化模块装配式结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将每一所述下模块的下模块柱竖直设置，其中所述下容纳腔朝向上方，并将四个所述下模块柱布置为二乘二阵列，将所述混凝土浇筑到所述下模块的所述下浇筑腔中，直至所述混凝土的高度临近所述下容纳腔；

S2，待所述混凝土凝固后，将所述连接件的下部的四个所述内套筒分别与四个所述下容纳腔对齐，令所述连接件的内栓钉与所述下容纳腔中的外栓钉对齐，进而将所述连接件的下部插入所述下容纳腔，直至所述连接件的水平连接板的下表面与所述下容纳腔的外壁顶端抵顶；

S3，由所述下注入口向所述连接件的下部与所述下容纳腔之间的固定空间中灌注灌浆料直至将所述固定空间填满，令所述灌浆料凝固；

S4，将四个所述上模块分为组并相反布置，每一所述上模块的所述上容纳腔分别竖直地与所述连接件的上部的一个所述内套筒对齐，进而将所述上模块与所述下模块相对接合，使得所述每一所述上模块的所述上模块梁与一个所述下模块的所述下模块梁对齐；

S5，由所述上注入口向所述连接件的上部与所述上容纳腔之间的固定空间中灌注所述灌浆料直至将所述固定空间填满，令所述灌浆料凝固；

S6，在所述无收缩高强灌浆料凝固后，由所述上模块柱的另一端灌入所述混凝土，待所述混凝土凝固后即完成所述上模块与所述下模块的连接。

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