CN208815778U - 咬合式钢-混凝土组合柱与柱连接节点 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种咬合式钢‑混凝土组合柱与柱连接节点，应用于模块化装配式建筑中，节点包括：至少两个待连接的箱型钢柱，两个箱型钢柱相邻并水平连接，一个箱型钢柱与另一个箱型钢柱相对的侧面相互咬合在一起以使两个箱型钢柱协同工作，且箱型钢柱内浇筑混凝土。相邻两个箱型钢柱相连接的侧面设有卡插件和/或卡槽，一个箱型钢柱的卡插件插入另一个箱型钢柱的卡槽以使相邻两个箱型钢柱相对的面相互咬合在一起。本实用新型是一种现场施工方便、提高建筑生产效率、有效改善模块装配式柱‑柱连接结构受力性状和模块装配式房屋的抗震性能、增强结构整体性的咬合式钢‑混凝土组合柱与柱连接节点。

Description

咬合式钢-混凝土组合柱与柱连接节点

技术领域

本实用新型涉及模块化装配式建筑技术领域，尤其涉及一种现场施工方便、提高建筑生产效率、有效改善模块装配式柱-柱连接结构受力性状和模块装配式房屋的抗震性能、增强结构整体性的咬合式钢-混凝土组合柱与柱连接节点。

背景技术

在装配式建筑实际施工过程中，预制构件之间的连接处往往是施工的难点，吊装构件不易进行施工定位，进而降低施工质量和装配效率。对装配式建筑而言，柱与柱连接是保证结构安全关键所在；通过湿连接法进行装配式构件连接，大大提高了连接质量，目前大多数连接构件需要预留孔洞以泵送混凝土；部分新式连接节点通过设置定位板，确保上下柱快速定位；也有部分连接节点使用钢肋，加强混凝土与柱子连接强度。目前柱与柱的连接方式多采用螺栓连接、焊接连接等形式；(1)螺栓连接属于干式连接，施工过程方便、快捷，为保证柱柱之间的紧密连接需要现场密集施工，耗费时间较多，人力成本略高，且在动力作用下容易松动，同时对预制全装修建筑模块的墙体需要进行一定改造，如专利CN106759947A；(2)柱-柱焊接连接，虽具有抗震性能优越、连接可靠，但在需要拆卸时不易对焊接处进行拆卸；同时焊缝易存在各种缺陷，焊接过程中的焊缝质量较难控制，同时受焊接时的高温影响，焊缝附近的主体金属易导致材质变脆，因而导致构件内产生应力集中而使裂纹扩大；焊接后，连接处由于不均匀胀缩而使构件产生焊接残余变形，可能会使原为平面的钢板发生凹凸变形等，如专利CN106812215A；另外焊接工作在装配现场工作量大，质量不容易保证。因此亟待提出柱-柱之间连接静力性能优越、抗震性能优异、提高模块化柱群的工作效率和施工效率高且安全考考的柱-柱水平连接构造。

现有技术的缺点：

1.大多数节点的连接方式仅采用常用的螺栓连接或焊接的方式，新型连接方式较少，仅有连接节点并不能保证其具有良好的紧密性、安全性和稳定性等；

2.传统装配式柱-柱竖向连接节点为预制混凝土柱-柱搭接形式，通过套管连接输送混凝土灌浆料，由于现场施工工艺的差异，容易出现内部未灌满的情形，并且灌浆密实情况无法直观观察；

3.采用螺栓连接需要现场密集施工，耗费时间长，人工费高，造价高，在大荷载作用下，容易出现滑移、整体变形大等问题，且在动力作用下容易松动，火灾下螺栓容易爆裂，同时对预制全装修建筑模块的墙体需要进行改造，耗时耗力；

4.柱-柱焊接需将焊接机械搬运到安装层，由于现场施工工艺差异，焊缝的焊接质量难以保证；焊接后，连接处由于不均匀胀缩而使构件产生焊接残余变形，可能会使原为平面的钢板发生凹凸变形等，同时预埋钢板和焊缝易腐蚀，需要采取保护措施，增加了防腐处理费用。

因此，亟需研发一种现场施工方便、建筑生产效率高、有效改善模块装配式柱-柱连接结构受力性状和模块装配式房屋的抗震性能、增强结构整体性的咬合式钢-混凝土组合柱与柱连接节点。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种现场施工方便、建筑生产效率高、有效改善模块装配式柱-柱连接结构受力性状和模块装配式房屋的抗震性能、增强结构整体性的咬合式钢-混凝土组合柱-柱连水平接节点。

为了实现上述目的，本实用新型提供的技术方案为：提供一种咬合式钢-混凝土组合柱与柱连接节点，包括：至少两个待连接的箱型钢柱，两个所述箱型钢柱相邻并水平连接，一个所述箱型钢柱与另一个所述箱型钢柱相连接的侧面相互咬合在一起，以使相邻两个所述箱型钢柱协同工作，且所述箱型钢柱内浇筑混凝土。

相邻两个所述箱型钢柱相连接的侧面设有卡插件和/或卡槽，一个所述箱型钢柱的所述卡插件插入另一个所述箱型钢柱的所述卡槽以使相邻两个所述箱型钢柱相连接的侧面相互咬合在一起。

一个所述箱型钢柱的所述卡插件与另一个所述箱型钢柱的所述卡槽分别沿各自的所述箱型钢柱纵向方向均匀地布设于所述箱型钢柱的侧面上。

相邻两个所述箱型钢柱相连接的侧面同时设有卡插件和卡槽，每个所述箱型钢柱上的所述卡插件和卡槽沿所述箱型钢柱纵向方向依次间隔布设于所述箱型钢柱的侧面上。

所述卡插件是通过钢筋弯折形成的一U型结构，并将两端焊接于所述箱型钢柱的侧面，所述卡槽贯穿所述箱型钢柱的侧面和内部空间。

一个所述箱型钢柱的所述卡插件插入另一个所述箱型钢柱的所述卡槽内时，所述U型结构整体通过所述卡槽进入该另一个所述箱型钢柱的内部。

一个所述箱型钢柱的所述卡插件插入另一个所述箱型钢柱的所述卡槽内时，所述U型结构整体进入该另一个所述箱型钢柱的内部，还包括纵向钢筋，所述纵向钢筋纵向布设于该另一个所述箱型钢柱的内部并在纵向方向穿过所述U型结构。

所述箱型钢柱的上端和下端可在纵向方向分别连接另一个所述箱型钢柱，且通过纵向钢筋将纵向方向布设的所述箱型钢柱进行连接。

为了实现上述目的，本实用新型还提供一种咬合式钢-混凝土组合柱与柱连接节点的方法，包括如下步骤：

1、按照设计要求制作箱型钢柱；

2、将钢筋按一定长度进行切割，对切割后的钢筋进行弯曲成U型结构；

3、将弯曲成U型结构的钢筋两端焊接于箱型钢柱待与另外一个箱型钢柱水平连接的侧面形成卡插件，该另一个箱型钢柱对应的侧面上开设卡槽，且卡槽贯穿该另一个箱型钢柱的侧面和内部空间；

4、将制作好卡插件和开设好卡槽的箱型钢柱运输至施工现场，有序地水平连接，一个箱型钢柱的卡插件插入另一个箱型钢柱的卡槽内，让U型结构整体通过卡槽进入该另一个箱型钢柱的内部；

5、待植筋完成后向内浇灌混凝土，并通过自然养护成型。

步骤4和步骤5之间还包括：还包括纵向钢筋放置步骤，让U型结构整体通过卡槽进入该另一个箱型钢柱的内部后，让纵向钢筋纵向布设于该另一个箱型钢柱的内部并穿过U型结构，并固定好纵向钢筋。

与现有技术相比，由于在本实用新型咬合式钢-混凝土组合柱与柱连接节点及制作方法中，本实用新型采用钢-混凝土组合柱，即是在箱型钢柱内浇筑混凝土形成钢-混凝土组合柱，混凝土成型后具有良好的延性，耗能能力强，抗震性能良好；箱型钢柱通过工厂预制，箱型钢柱在连接过程中施工非常方便，由于模块结构、箱型钢柱是在工厂预制从而提高建筑生产率；混凝土受到箱型钢柱的约束，处于多向受压状态，避免混凝土发生过度变形；插入的纵向钢筋提供纵向和横向约束，吊装完成后灌入混凝土，尤其提升中柱节点区域水平拉结作用；焊接U型结构的钢筋可实现箍筋加密的功能，并联结纵向钢筋和受压区混凝土使其协同工作，有效改善装配式柱-柱连接结构整体受力性状和模块装配式房屋的抗震性能，增强结构整体性。

通过以下的描述并结合附图，本实用新型将变得更加清晰，这些附图用于解释本实用新型的实施例。

附图说明

图1所示为四个模块结构组装在一起的示意图。

图2所示为本实用新型咬合式钢-混凝土组合柱与柱连接节点的一个实施例的横截面示意图。

图3所示为箱型钢柱的一个实施例的示意图。

图4所示为箱型钢柱另一个角度的示图。

具体实施方式

现代模块装配式建筑中，将建筑模块化，每个模块结构在工厂进行预制全装修，然后在现场进行吊装，而各模块与模块之间的连接往往是施工的难点，而柱与柱之间的连接更是关键部位，也是模块化建筑能否得到更长足发展的关键，因此如何快速、牢固地将模块与模块进行连接是本领域技术人员亟待解决的技术问题，然而目前解决方案有限，大多通过大量的现场焊接实现柱与柱之间的连接，然而焊接的接缝存在各种缺陷，而且施工现场需要大量的人力物力，施工人力成本高、难度大，效率低，大大降低了模块化装配式建筑行业发展的积极性，不利于装配式建筑的推广应用。而在本实用新型中，重点在于对柱与柱之间的连接提出新的连接方案，能够在现场快速地进行吊装，方便快速地进行施工，极大地降低施工难度和人力成本，提高施工效率，还能很好地改善结构构件力学的性能。

现在参考附图描述本实用新型的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，如图2所示，本实用新型为了实现上述目的，本实用新型实施例提供的技术方案为：提供一种咬合式钢-混凝土组合柱与柱连接节点，本实施例中包括：四个待连接的箱型钢柱2，四个所述箱型钢柱2相邻并水平连接，四个箱型钢柱2的横截面均为正方形状，该四个所述箱型钢柱2中，每两个相邻的箱型钢柱2水平连接，一个所述箱型钢柱2与另一个所述箱型钢柱2相连接的侧面相互咬合在一起，以使相邻两个所述箱型钢柱2协同工作，且所述箱型钢柱2内浇筑混凝土5，达到让该两个箱型钢柱2咬合在一起的效果。需要说明的是，如图1所示，该四个箱型钢柱2分别是模块结构中的四个角柱，即如图1所示的模块一、模块二、模块三和模块四中的位于角部的柱子，通过该四个箱型钢柱2每两个相邻的箱型钢柱2之间水平连接，使得该四个模块结构连接在一起，其中如图1所示，四个具有填充图案的是模块一、模块二、模块三和模块四中的位于角部的柱子，即是本实施例中的箱型钢柱2。

一个实施例中，如图2和3所示，相邻两个所述箱型钢柱2相连接的侧面设有卡插件1和/或卡槽3，一个所述箱型钢柱2的所述卡插件1插入另一个所述箱型钢柱2的所述卡槽3以使相邻两个所述箱型钢柱2相连接的侧面相互咬合在一起。

如图2、3所示的实施例中，相邻两个所述箱型钢柱2相连接的侧面同时设有卡插件1和卡槽3，一个所述箱型钢柱2的所述卡插件1和卡槽3与另一个所述箱型钢柱2的所述卡槽3和卡插件1相互插入，以使相邻两个所述箱型钢柱2相连接的侧面相互咬合在一起。其中，如图3所示，所述箱型钢柱2与另一个箱型钢柱2相连接的侧面设有所述卡插件1和卡槽3，在吊装的过程中，只需将两个箱型钢柱2吊装在一起，然后慢慢移动将一个箱型钢柱2的卡插件1和另一个箱型钢柱2的卡槽3卡接在一起，即让一个箱型钢柱2的卡插件1进入另一个箱型钢柱2的卡槽3，便可完成两个箱型钢柱2的水平连接，无需任何现场焊接的工序，如此能极大地提高柱与柱之间连接的现场施工效率，降低现场施工难度，降低现场施工耗能、降低劳动力成本。

如图4所示的实施例中，一个所述箱型钢柱2的所述卡插件1与另一个所述箱型钢柱2的所述卡槽3分别沿各自的所述箱型钢柱2纵向方向均匀地布设于所述箱型钢柱2的侧面上。如此设置将卡插件1和卡槽2很好地进行咬合，让两个水平连接的箱型钢柱2整体很好地咬合在一起。需要说明的是，由于两个水平连接的箱型钢柱2的结构是一样的，因此图3、4示例性地给出了其中一个箱型钢柱2的立体示意图，从图4能够直观地、简洁地看出卡插件1和卡槽3沿纵向方向布设于箱型钢柱2的侧面上，在本实施例中，所述箱型钢柱2两个需要与另一个所述箱型钢柱2相连接的侧面。

一个实施例中，相邻两个所述箱型钢柱2相连接的侧面同时设有卡插件1和卡槽3，每个所述箱型钢柱2上的所述卡插件1和卡槽3沿所述箱型钢柱2纵向方向依次间隔布设于所述箱型钢柱2的侧面上。本实施例中，卡插件1和卡槽3是沿箱型钢柱2纵向方向依次间隔布设，需要将所述卡插件1和卡槽3的宽度设计到约三分之二个所述箱型钢柱2的侧面的宽度，以使两个水平连接的箱型钢柱2连接更加方便，咬合效果更佳、协同性更高。

一个实施例中，如图3所示，所述卡插件1是通过钢筋弯折形成的一U型结构，并将两端焊接于所述箱型钢柱2的侧面，所述卡槽3贯穿所述箱型钢柱2的侧面和内部空间。需要说明的是，所述卡槽3可通过在所述箱型钢柱2的侧面上切割形成。

一个实施例中，如图3所示，一个所述箱型钢柱2的所述卡插件1插入另一个所述箱型钢柱2的所述卡槽3内时，所述U型结构整体通过所述卡槽3进入该另一个所述箱型钢柱2的内部。因此，所述箱型钢柱2通过所述卡插件1插入另一个所述箱型钢柱2，为了提高咬合效果，让所述U型结构整体通过所述卡槽3进入另一个所述箱型钢柱2的内部，如此能够极大地提升两个箱型钢柱之间的咬合效果，提高两个箱型钢柱2的协同性。

一个实施例中，如图1所示，一个所述箱型钢柱2的所述卡插件1插入另一个所述箱型钢柱2的所述卡槽3内时，所述U型结构整体进入该另一个所述箱型钢柱2的内部，还包括纵向钢筋4，所述纵向钢筋4纵向布设于该另一个所述箱型钢柱2的内部并在纵向方向穿过所述U型结构。插入纵向钢筋4，能够提供纵向和横向约束，吊装完成并水平连接好后填充混凝土，能够很好地提升柱柱节点区域水平拉结作用；焊接U型结构的钢筋可实现箍筋加密的功能，并联结纵向钢筋4和受压区混凝土使其协同工作，有效改善模块化装配式建筑柱柱连接结构受力性状和模块装配式房屋的抗震性能，增强结构整体性。此外，纵向钢筋4还起到与下柱进行连接的作用，与水平箱型钢柱通过卡插件穿过卡槽，然后讲纵向钢筋纵向插入卡插件的U型结构进行连接，吊装完成后向箱型钢柱2内浇筑混凝土5，极大地提高模块化装配式建筑的整体性能。

一个实施例中，所述箱型钢柱2的上端和下端可在纵向方向分别连接另一个所述箱型钢柱2，且通过纵向钢筋4将纵向方向布设的所述箱型钢2柱进行连接。如此能够极大地减少所述箱型钢柱2在纵向方向与其他箱型钢柱2进行连接的难度，而且也极大地提高了所述箱型钢柱在纵向方向连接的现场施工效率，实现模块化建筑快速拼装的效果。此外，纵向钢筋与卡插件承担结构在水平荷载如地震作用来抵抗水平荷载产生的剪力，使得四个柱共同作用从而提升抗弯性能，提高柱整体承载效率。纵向钢筋与卡插件的组合区域对核心混凝土施加二次约束效应，在箱型钢柱和组合区域的双重约束作用下混凝土的受力性能明显提高，同时能够防止纵向钢筋过早屈服，使得纵向钢筋能够与箱型钢柱较好地协同工作直至构件破坏，有效地利用了材料。

本实用新型实施例还提供一种咬合式钢-混凝土组合柱与柱连接节点的方法，包括如下步骤：

1、按照设计要求制作箱型钢柱，箱型钢柱是按照设计要求的尺寸进行制作，横截面可以是正方形、长方形等形状，本实施例中选用横截面为正方形的箱型钢柱，此外，还可以是型钢；

2、将钢筋按一定长度进行切割，依靠弯曲机对切割后的钢筋进行弯曲成U型结构，钢筋可以是圆钢或者螺纹钢；

3、将弯曲成U型结构的钢筋两端焊接于箱型钢柱待与另外一个箱型钢柱水平连接的侧面形成卡插件，该另一个箱型钢柱对应的侧面上开设卡槽，且卡槽贯穿该另一个箱型钢柱的侧面和内部空间，两个需要水平连接的两个箱型钢柱相对的侧面中，均可以同时焊接卡插件和开设卡槽，一种情况是卡插件和卡槽是沿纵向方向依次间隔布设于箱型钢柱的侧面，另外一种情况是卡插件和卡槽并排地纵向方向布设于箱型钢柱的侧面，确保需要水平连接的两个箱型钢柱相连接的侧面能够很好地水平连接在一起；

4、将制作好卡插件和开设好卡槽的箱型钢柱运输至施工现场，有序地水平连接，具体是，将制作好卡插件和开设好卡槽的箱型钢柱用于模块化装配式结构，接着将带柱模块结构运输至施工现场，有序地进行竖向和水平连接，一个箱型钢柱的卡插件插入另一个箱型钢柱的卡槽内，让U型结构整体通过卡槽进入该另一个箱型钢柱的内部；因此，所述箱型钢柱通过所述卡插件1插入另一个所述箱型钢柱，为了提高咬合效果，让所述U型结构整体通过所述卡槽进入另一个所述箱型钢柱的内部，如此能够极大地提升两个箱型钢柱之间的咬合效果，提高两个箱型钢柱的协同性。

5、待拼接完成后向内浇灌混凝土，并通过自然养护成型。

步骤4和步骤5之间还包括：还包括纵向钢筋放置步骤，让U型结构整体通过卡槽进入该另一个箱型钢柱的内部后，让纵向钢筋纵向布设于该另一个箱型钢柱的内部并穿过U型结构。插入纵向钢筋，提供纵向和横向约束，吊装完成并水平连接好后灌入混凝土，能够很好地提升柱柱节点区域水平拉结作用；

焊接U型结构的钢筋可实现箍筋加密的功能，并联结纵向钢筋4和受压区混凝土使其协同工作，有效改善模块化装配式建筑柱柱连接结构受力性状和模块装配式房屋的抗震性能，增强结构整体性。此外，纵向钢筋4还起到与下柱进行连接的作用，与水平箱型钢柱通过卡插件穿过卡槽，然后讲纵向钢筋纵向插入卡插件的U型结构进行连接，吊装完成后向箱型钢柱2内浇筑混凝土5，极大地提高模块化装配式建筑的整体结构。

一个实施例中，所述箱型钢柱的上端和下端可在纵向方向分别连接另一个所述箱型钢柱，且通过纵向钢筋4将纵向方向布设的所述箱型钢柱进行连接。如此能够极大地减少所述箱型钢柱在纵向方向与其他箱型钢柱进行连接的难度，而且也极大地提高了所述箱型钢柱在纵向方向连接的现场效率，实现模块化建筑快速拼装的效果。此外，纵向钢筋与卡插件承担结构在水平荷载如地震作用以抵抗水平荷载产生的剪力。纵向钢筋与卡插件的组合区域对核心混凝土施加二次约束效应，在箱型钢柱和组合区域的双重约束作用下混凝土的受力性能明显提高，同时能够防止纵向钢筋过早屈服，使得纵向钢筋能够与箱型钢柱较好地协同工作直至构件破坏，有效地利用了材料强度。

以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种咬合式钢-混凝土组合柱与柱连接节点，其特征在于，包括：至少两个待连接的箱型钢柱，两个所述箱型钢柱相邻并水平连接，一个所述箱型钢柱与另一个所述箱型钢柱相连接的侧面相互咬合在一起，且所述箱型钢柱内浇筑混凝土。

2.如权利要求1所述的咬合式钢-混凝土组合柱与柱连接节点，其特征在于，相邻两个所述箱型钢柱相连接的侧面设有卡插件和/或卡槽，一个所述箱型钢柱的所述卡插件插入另一个所述箱型钢柱的所述卡槽以使相邻两个所述箱型钢柱相连接的侧面相互咬合在一起。

3.如权利要求2所述的咬合式钢-混凝土组合柱与柱连接节点，其特征在于，一个所述箱型钢柱的所述卡插件与另一个所述箱型钢柱的所述卡槽分别沿各自的所述箱型钢柱纵向方向均匀地布设于所述箱型钢柱的侧面上。

4.如权利要求2所述的咬合式钢-混凝土组合柱与柱连接节点，其特征在于，相邻两个所述箱型钢柱相连接的侧面同时设有卡插件和卡槽，每个所述箱型钢柱上的所述卡插件和卡槽沿所述箱型钢柱纵向方向依次间隔布设于所述箱型钢柱的侧面上。

5.如权利要求2～4任一项所述的咬合式钢-混凝土组合柱与柱连接节点，其特征在于，所述卡插件是通过钢筋弯折形成的一U型结构，并将两端焊接于所述箱型钢柱的侧面，所述卡槽贯穿所述箱型钢柱的侧面和内部空间。

6.如权利要求5所述的咬合式钢-混凝土组合柱与柱连接节点，其特征在于，一个所述箱型钢柱的所述卡插件插入另一个所述箱型钢柱的所述卡槽内时，所述U型结构整体通过所述卡槽进入该另一个所述箱型钢柱的内部。

7.如权利要求5所述的咬合式钢-混凝土组合柱与柱连接节点，其特征在于，一个所述箱型钢柱的所述卡插件插入另一个所述箱型钢柱的所述卡槽内时，所述U型结构整体进入该另一个所述箱型钢柱的内部，还包括纵向钢筋，所述纵向钢筋纵向布设于该另一个所述箱型钢柱的内部并在纵向方向穿过所述U型结构。

8.如权利要求7所述的咬合式钢-混凝土组合柱与柱连接节点，所述箱型钢柱的上端和下端可在纵向方向分别连接另一个所述箱型钢柱，且通过纵向钢筋将纵向方向布设的所述箱型钢柱进行连接。