一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱及其施工方法
【專利摘要】一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱及其施工方法,其柱身是由鋼管外鋼筋砼、鋼管、鋼管內(nèi)砼三部分組成的疊合柱，鋼管和管內(nèi)砼貫通整個(gè)長柱，鋼管內(nèi)砼第一次預(yù)制形成鋼管砼柱，然后第二次預(yù)先澆注鋼管外節(jié)點(diǎn)處砼或者全部砼，鋼牛腿與鋼管焊接。本發(fā)明長柱有以下優(yōu)點(diǎn)：1、將多層框架柱制作成一根長柱，制作簡單、安裝方便；2、柱身采用疊合柱，抗壓承載力和抗剪承載力是同等截面鋼筋混凝土柱的2～4倍，顯著地提高了框架柱的承載力及抗震性能；3、設(shè)有鋼牛腿，與鋼梁或現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁均可連接，連接方便可靠；4、鋼管內(nèi)高強(qiáng)砼采用工廠預(yù)制，造價(jià)比現(xiàn)有疊合柱大大降低。因此，本發(fā)明的非常適合于各種多高層預(yù)制裝配式建筑，市場前景非常廣闊。
【專利說明】一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱及其施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種裝配式建筑中的框架柱，特別是一種用于多高層裝配式框架結(jié)構(gòu)的長柱及其施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)及框架-筒體結(jié)構(gòu)，其房間布局靈活，是現(xiàn)代建筑中應(yīng)用非常廣泛的結(jié)構(gòu)形式，其中，框架柱在各種建筑中都具有非常重要的作用。裝配式結(jié)構(gòu)在工廠里集中生產(chǎn)，是一種低碳環(huán)保的結(jié)構(gòu)形式，是現(xiàn)代建筑的發(fā)展趨勢。裝配式框架結(jié)構(gòu)目前主要有鋼結(jié)構(gòu)和預(yù)制裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)兩種。鋼結(jié)構(gòu)自重輕、延性好，但造價(jià)高、防火性能差。預(yù)制裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)造價(jià)低，耐久、防火性能好，是一種很有發(fā)展前景的結(jié)構(gòu)形式。但如何將鋼筋混凝土梁柱合理分割以便于制作和安裝，如何使梁柱連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡單、性能可靠，一直是困擾工程師們的兩大難題，這兩大難題至今仍未得到很好的解決，嚴(yán)重阻礙了預(yù)制裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用。
[0003]對于預(yù)制裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，以前在工程中進(jìn)行過多種形式的探索與實(shí)踐，其中以下兩種方案比較有代表性:
第一種是20世紀(jì)70年代北京市某建筑設(shè)計(jì)院提出的“鋼筋混凝土裝配式框架整澆梁柱節(jié)點(diǎn)”方案，它是一種“短柱方案”:將框架結(jié)構(gòu)劃分為每層一根柱、每跨一根梁，預(yù)制梁、預(yù)制柱在梁柱交接處現(xiàn)場澆注砼形成整體；節(jié)點(diǎn)混凝土分兩次澆灌:第一次澆灌到疊合梁上表面，第二次澆灌上柱下端。(詳見《鋼筋混凝土裝配式框架整澆梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)》及《鋼筋混凝土裝配式框架整澆和漿錨式梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與施工的建議》，《建筑結(jié)構(gòu)》1978年第4期)。該方案由于節(jié)點(diǎn)處柱和梁柱縱向鋼筋數(shù)量受到限制，因而樓層高度、柱距均受到很大限制；節(jié)點(diǎn)處鋼筋密集、施工困難；節(jié)點(diǎn)整澆采用二次填塞細(xì)石混凝土，操作比較落后，混凝土質(zhì)量難以保障，抗震性能差；吊裝的件數(shù)較多，層層校正，工作較繁瑣。雖然這種結(jié)構(gòu)在當(dāng)時(shí)一些試點(diǎn)工程中應(yīng)用過，但最終未能得到廣泛推廣。
[0004]第二種方案是20世紀(jì)70年代末上海市某建筑設(shè)計(jì)院提出的“無牛腿長柱方案”:將多層框架柱預(yù)制成一根長柱，長柱于每層節(jié)點(diǎn)處留出空檔、先不澆混凝土，空檔處由組合鋼筋或型鋼構(gòu)成桁架，混凝土留空的高度與迭合主梁的高度相等，以便迭合主梁能伸進(jìn)柱內(nèi)，待擱置好連系梁、預(yù)應(yīng)力空心板后，再澆灌節(jié)點(diǎn)，最后形成一個(gè)整體。(詳見《無牛腿長柱裝配整體多層框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究與試點(diǎn)工程》，《建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)》1981年第10期)。該方案與第一種“短柱方案”相比，預(yù)制長柱安裝較方便，但梁柱節(jié)點(diǎn)施工困難的問題并沒有從根本上解決；節(jié)點(diǎn)空檔處鋼筋桁架剛度小，預(yù)制柱很長，吊裝困難、安裝風(fēng)險(xiǎn)大；當(dāng)年采用的長柱為5?6層，長度很長，當(dāng)建筑超過5?6層時(shí)，沒有提供柱與柱的連接方法，因而無法向上續(xù)接以建造更多層數(shù)的建筑；而且，這種長柱的柱縱向鋼筋數(shù)量也受到限制，因此其建筑高度、柱距同樣受到很大限制，因此，也未能得到廣泛推廣。
[0005]中國專利申請?zhí)枮?8113739.3的發(fā)明專利申請文件(
【公開日】為1998年01月22日)，公開了一種“鋼管高強(qiáng)砼疊合柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工方法”，其斷面由外到內(nèi)是鋼管外鋼筋砼、鋼管、鋼管內(nèi)砼三部分組成，它的施工方法為三步:(1)先安裝核心鋼管，澆注管中的高強(qiáng)砼，形成鋼管混凝土柱；(2)以此核心鋼管砼柱為支柱，澆注本層及以上各層的肋形樓蓋，在樓板與柱穿過處預(yù)留后澆孔；(3)當(dāng)核心鋼管砼承受的施工期荷載約達(dá)到該柱的最大組合軸力的1/4?1/2時(shí)，再疊合澆注核心鋼管外圍的柱砼。這種柱強(qiáng)度高、防火性能好；但它的鋼管內(nèi)砼、鋼管外鋼筋砼均是現(xiàn)場澆注的，施工工序多，施工工期長，綜合成本高，因此，目前僅用于軸力特別大的高層建筑底層結(jié)構(gòu)柱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱及其施工方法，不僅要解決現(xiàn)有裝配式鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜、安裝困難的技術(shù)問題；而且要大幅提高現(xiàn)有預(yù)制柱的軸壓承載力和抗剪承載力，以解決現(xiàn)有裝配式鋼筋混凝土框架抗震性能差的技術(shù)問題；還要使它施工速度快、綜合造價(jià)低，以解決現(xiàn)有裝配式鋼筋混凝土框架柱綜合造價(jià)高、推廣應(yīng)用難的技術(shù)問題。
[0007]本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
這種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，包括兩層以上的層間柱和兩個(gè)以上鋼牛腿節(jié)點(diǎn)；
所述長柱在各層間柱和鋼牛腿節(jié)點(diǎn)處的鋼管、第一次預(yù)先澆注的鋼管內(nèi)砼以及綁扎在鋼管外的柱縱向鋼筋整體貫通，并在柱縱向鋼筋上橫向間隔綁扎有柱箍筋；
所述層間柱及鋼牛腿節(jié)點(diǎn)范圍的鋼管外澆注有鋼管外砼，鋼管外砼與柱縱向鋼筋和柱箍筋結(jié)合形成鋼管外鋼筋砼；
所述長柱是由鋼管外鋼筋砼、鋼管、鋼管內(nèi)砼組成的疊合柱；
所述鋼牛腿節(jié)點(diǎn)位于樓層梁處，鋼牛腿節(jié)點(diǎn)處的鋼管外側(cè)焊接有鋼牛腿，鋼牛腿高度等于所連接的鋼梁高度或者等于所連接的鋼筋混凝土梁鋼筋骨架的高度。
[0008]所述層間柱及鋼牛腿節(jié)點(diǎn)范圍的鋼管外砼均為第二次預(yù)先澆注的鋼管外砼；或者僅鋼牛腿節(jié)點(diǎn)范圍的鋼管外輪為第二次預(yù)先燒注的鋼管外輪，其余范圍的鋼管外輪均為現(xiàn)澆鋼管外砼；或者鋼管外砼全部為現(xiàn)澆鋼管外砼。
[0009]所述鋼牛腿包括與鋼管外側(cè)焊接的上蓋板、腹板及下蓋板，上蓋板和下蓋板上對應(yīng)開有使柱縱向鋼筋穿過的穿筋孔；腹板在柱縱向鋼筋內(nèi)側(cè)的板面上開有混凝土澆注孔。
[0010]所述鋼牛腿還包括牛腿勁板，牛腿勁板同時(shí)與上蓋板、腹板及下蓋板焊接。
[0011]所述鋼管直徑或邊長大于500mm時(shí)，分別在鋼管內(nèi)側(cè)與鋼牛腿的上蓋板、下蓋板對應(yīng)位置設(shè)有內(nèi)加強(qiáng)環(huán)。
[0012]所述鋼管內(nèi)砼為C6(T100強(qiáng)度等級的高強(qiáng)混凝土，鋼管外砼為C25飛60強(qiáng)度等級
的普通混凝土。
[0013]所述鋼管截面為圓形、矩形或者方形，所述鋼管外鋼筋砼截面為圓形、矩形或者方形。
[0014]所述鋼管直徑或邊長為15(Tl000mm。
[0015]所述長柱端部有與相鄰長柱連接用的柱接頭，柱接頭包括向外伸出長柱的鋼管和柱縱向鋼筋，柱接頭處鋼管采用法蘭盤連接或者焊接，柱縱向鋼筋采用焊接或者套筒灌漿連接。
[0016]所述柱接頭處鋼管采用法蘭盤連接時(shí)，柱接頭還包括連接在鋼管端部的法蘭連接板，法蘭連接板中心開有混凝土澆注孔，法蘭連接板的板面四周間隔分布有加勁肋和連接螺栓孔。
[0017]所述長柱上端的柱接頭位于鋼牛腿節(jié)點(diǎn)連接的樓層梁以上0.3^1.5m。
[0018]這種裝配式框架帶鋼牛腿長柱的施工方法，施工步驟如下:
步驟一，制作鋼管，在鋼管上焊接鋼牛腿；
步驟二，第一次預(yù)先澆注鋼管內(nèi)砼；
步驟三，對鋼管內(nèi)砼進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，鋼管內(nèi)砼固化后與鋼管結(jié)合為一體形成鋼管砼柱；步驟四，將鋼管砼柱平放，綁扎柱縱向鋼筋、柱箍筋；第二次預(yù)先澆注所有層間柱和鋼牛腿節(jié)點(diǎn)范圍的鋼管外砼，固化后與鋼管砼柱結(jié)合為一體形成長柱；或者僅第二次預(yù)先澆注鋼牛腿節(jié)點(diǎn)處的鋼管外砼，層間柱處的鋼管外砼在鋼管砼柱安裝后、承受軸力達(dá)到該柱軸壓力設(shè)計(jì)值的30%~60%再現(xiàn)場澆注，固化后與鋼管砼柱結(jié)合為一體形成長柱；或者鋼管外砼全部現(xiàn)澆。
[0019]所述鋼管內(nèi)砼是在鋼管與水平面夾角不大于20°的狀態(tài)下進(jìn)行預(yù)先澆注的；鋼管內(nèi)砼的養(yǎng)護(hù)方式采用常溫澆水養(yǎng)護(hù)、常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)，或者蒸壓釜內(nèi)的高溫高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)。
[0020]本發(fā)明的有益效果如下:
本發(fā)明的長柱，其鋼管內(nèi)砼是在工廠室內(nèi)的鋼管內(nèi)澆注，不需模板；鋼管外鋼筋砼也可在工廠室內(nèi)施工，采用定型模板，并在水平狀態(tài)下澆注，因此加工制作很方便。長柱上設(shè)有鋼牛腿，與鋼梁的連接完全與鋼結(jié)構(gòu)類似，安裝非常方便；與現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁連接時(shí)，將混凝土的柱縱向鋼筋焊接在鋼牛腿上，也很方便。
[0021]本發(fā)明的長柱，其鋼管只位于柱的核芯部分，鋼管截面比常規(guī)鋼管混凝土柱的鋼管要小得多，用鋼量??；而且鋼管位于柱的核芯部分，外圍有混凝土包裹，鋼管不需要涂刷防腐和防火涂料，因此本發(fā)明的長柱造價(jià)比常規(guī)鋼管混凝土柱低，耐火性強(qiáng)，耐久性好。
[0022]本發(fā)明的長柱柱身采用疊合柱，豎向抗壓承載力及抗剪承載力是同等截面鋼筋混凝土柱的2~4倍，顯著地提高了框架柱的承載力及抗震性能。
[0023]本發(fā)明的長柱，其梁柱節(jié)點(diǎn)處鋼管是貫通的，鋼管內(nèi)外均預(yù)先澆注有混凝土，因此節(jié)點(diǎn)剛度很大，便于長柱的運(yùn)輸和吊裝；由于有鋼管加強(qiáng)，抗剪承載力大大提高，而且節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡單；其加工制作又是在工廠室內(nèi)進(jìn)行的，因此混凝土施工質(zhì)量很可靠，大大提高了節(jié)點(diǎn)的抗震性能。
[0024]本發(fā)明的長柱，其柱與柱節(jié)頭，位于梁柱節(jié)點(diǎn)鋼牛腿以上0.3~1.5m范圍，施工操作方便，而且避開了梁柱節(jié)點(diǎn)受力復(fù)雜部位，簡化了梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，柱鋼筋連接也相對容易。
[0025]本發(fā)明的長柱，混凝土采用工廠預(yù)制，可加快施工速度、降低造價(jià)；尤其是鋼管內(nèi)高強(qiáng)混凝土，在工廠采用高溫高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)制作的高強(qiáng)混凝土比常溫常壓下現(xiàn)場澆注制作的高強(qiáng)混凝土要便宜得多，強(qiáng)度高，質(zhì)量有保障；特別是對于小截面柱，現(xiàn)場澆注很困難，而工廠批量生產(chǎn)就很容易，因此，可以大大降低疊合柱的造價(jià)。
`[0026]本發(fā)明的長柱，當(dāng)采用鋼管內(nèi)外砼全部預(yù)制時(shí)，不僅適合于多層預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)，也適合于各種高層建筑上部軸力不是很大的柱；當(dāng)只對鋼管內(nèi)砼及節(jié)點(diǎn)處鋼管外混凝土進(jìn)行預(yù)制、節(jié)點(diǎn)外輪采用現(xiàn)燒時(shí)，長柱截面也可以相當(dāng)大，例如邊長1500xl500_的長柱，可滿足130層左右的超高層建筑底層柱受力要求，因此，本發(fā)明帶鋼牛腿長柱的應(yīng)用范圍將十分廣泛。
[0027]本發(fā)明的長柱，克服了工程上多種偏見，將有利于推動(dòng)預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)的發(fā)展。
[0028]1、克服了預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)抗震性能不如現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的偏見傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，預(yù)制裝配式框架的抗震性能比現(xiàn)澆框架差，這一觀點(diǎn)很大程度上阻礙了預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)的發(fā)展。本發(fā)明具有如下特點(diǎn):1)、柱身采用疊合柱，由于鋼管和高強(qiáng)混凝土的雙重作用，其軸向抗壓承載力和水平抗剪承載力均為同等截面鋼筋混凝土柱的2?4倍，本發(fā)明的長柱構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的承載力遠(yuǎn)高于普通現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)；2)、梁柱節(jié)點(diǎn)處鋼筋密集，鋼筋綁扎困難，漏放箍筋、箍筋間距不合格等是現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架的質(zhì)量通病，而且梁柱節(jié)點(diǎn)處框架柱混凝土與梁基本上是同時(shí)澆注的，框架柱混凝土強(qiáng)度等級高于框架梁時(shí)，強(qiáng)度高的柱混凝土澆注困難、質(zhì)量難以保證，而本發(fā)明鋼管外鋼筋綁扎在工廠施工、水平綁扎，節(jié)點(diǎn)處混凝土為預(yù)制，其鋼筋綁扎和混凝土澆注質(zhì)量均優(yōu)于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)；3)、梁柱連接采用鋼牛腿節(jié)點(diǎn)，其節(jié)點(diǎn)抗震性能大大優(yōu)于梁縱筋錨入于柱內(nèi)的混凝土節(jié)點(diǎn)；4)、一般框架樓層4m高左右，采用現(xiàn)澆時(shí)每層框架柱縱向鋼筋均需要做連接接頭，而本發(fā)明采用多層框架柱形成一根長柱，大大減少了柱縱向鋼筋接頭數(shù)量，從而減少了鋼筋連接不合格的質(zhì)量隱患，同時(shí)節(jié)省了鋼筋接頭費(fèi)用；5)、柱與柱節(jié)頭位于樓面梁以上0.3?1.5m,比在樓面梁頂連接操作要方便得多，有利于保證柱與柱連接節(jié)點(diǎn)的施工質(zhì)量。因此，采用本發(fā)明的長柱的框架結(jié)構(gòu)抗震承載力比常規(guī)現(xiàn)澆混凝土框架要好得多，將大大提高結(jié)構(gòu)的抗震能力，可以廣泛應(yīng)用于各種抗震設(shè)防烈度地區(qū)。
[0029]2、克服了多層框架中不采用高強(qiáng)度等級混凝土的偏見:多層框架柱軸力小，目前工程中一般只采用C20?40普通混凝土。高強(qiáng)度等級混凝土配比要求高、現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)困難，而且混凝土強(qiáng)度越高，其延性就越低，因此目前現(xiàn)澆混凝土多層框架柱幾乎從不采用C60及以上高強(qiáng)混凝土。本發(fā)明的長柱，高強(qiáng)混凝土澆注于鋼管內(nèi)，可在工廠采用蒸壓釜內(nèi)進(jìn)行高溫高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)，很容易將混凝土強(qiáng)度提高到C60?C100，甚至更高；鋼管的包裹作用可以克服高強(qiáng)混凝土延性低的缺點(diǎn)，這樣就可以大量將C60?ClOO甚至更高強(qiáng)度等級的高強(qiáng)混凝土應(yīng)用于軸力小的多層框架柱，減小框架柱截面，極大地?cái)U(kuò)大了高強(qiáng)混凝土的使用范圍，有利于高強(qiáng)材料的推廣使用，從而節(jié)省建筑材料。
[0030]3、克服了疊合柱只用于軸力很大的高層建筑底層結(jié)構(gòu)柱的偏見:目前疊合柱的鋼管內(nèi)、外砼均采用現(xiàn)場澆注，施工工序多，施工工期長，綜合成本高，僅用于軸力特別大的高層建筑底層結(jié)構(gòu)柱。本發(fā)明的長柱，將鋼管內(nèi)混凝土、部分或全部鋼管外混凝土采用工廠預(yù)制，大大降低了疊合柱的施工難度和施工成本，不僅可以廣泛應(yīng)用于多層框架和高層建筑頂部若干層軸力小的框架柱，以替代承載力小的普通鋼筋混凝土柱，擴(kuò)大了疊合柱的應(yīng)用范圍，而且可以大大提高結(jié)構(gòu)承載能力及抗震能力，提高結(jié)構(gòu)安全度，可減少地震、火災(zāi)等災(zāi)害下結(jié)構(gòu)破壞引起的人員與財(cái)產(chǎn)損失，具有重大經(jīng)濟(jì)意義和社會價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0032]圖1為實(shí)施例一的長柱縱剖面圖。
[0033]圖2為實(shí)施例一圖1 A-A橫剖面(方形柱-圓鋼管)的結(jié)構(gòu)示意圖。[0034]圖3為實(shí)施例一圖1B-B橫剖面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖4為實(shí)施例一圖1C-C橫剖面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖5為實(shí)施例二圖1 A-A橫剖面(圓形柱-圓鋼管)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖6為實(shí)施例三圖1A-A橫剖面(方形柱-方鋼管)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖7為實(shí)施例四圖1A-A橫剖面(圓形柱-方鋼管)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖8為實(shí)施例五長柱縱剖面圖。
[0040]圖9為實(shí)施例五圖8D-D橫剖面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041]圖10為實(shí)施例五圖8E-E橫剖面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]附圖標(biāo)記:1-層間柱、1.1-鋼管外鋼筋砼、1.2-鋼管、1.3-鋼管內(nèi)砼、1.4-柱縱向鋼筋、1.5-柱箍筋；2_鋼牛腿節(jié)點(diǎn)、2.1-上蓋板、2.2-腹板、2.3-下蓋板、2.4-穿筋孔、
2.5-牛腿勁板、2.6-混凝土澆注孔、2.7-內(nèi)加強(qiáng)環(huán)、3-柱接頭、3.1_法蘭連接板、3.2-加勁肋、3.3-連接螺栓孔、3.4-混凝土澆注孔；4_柱頂鋼蓋板。
【具體實(shí)施方式】
[0043]實(shí)施例一，參見圖1-4所示，這種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，包括兩層以上的層間柱I和兩個(gè)以上鋼牛腿節(jié)點(diǎn)2 ；
所述長柱在各層間柱I和鋼牛腿節(jié)點(diǎn)2處的鋼管1.2、第一次預(yù)先澆注的鋼管內(nèi)砼1.3以及綁扎在鋼管外的柱縱向鋼筋1.4整體貫通，并在柱縱向鋼筋1.4上橫向間隔綁扎有柱箍筋1.5 ;
所述層間柱I及鋼牛腿節(jié)點(diǎn)2范圍的鋼管1.2外澆注有鋼管外砼，鋼管外砼與柱縱向鋼筋1.4和柱箍筋1.5結(jié)合形成鋼管外鋼筋砼1.1 ；
所述長柱是由鋼管外鋼筋砼1.1、鋼管1.2、鋼管內(nèi)砼1.3組成的疊合柱；
所述鋼牛腿節(jié)點(diǎn)2位于樓層梁處，鋼牛腿節(jié)點(diǎn)2處的鋼管1.2外側(cè)焊接有鋼牛腿，鋼牛腿高度等于所連接的鋼梁高度或者等于所連接的鋼筋混凝土梁鋼筋骨架的高度。
[0044]所述層間柱I及鋼牛腿節(jié)點(diǎn)2范圍的鋼管外砼均為第二次預(yù)先澆注的鋼管外砼。
[0045]參見圖1、圖3所示，所述鋼牛腿節(jié)點(diǎn)2位于樓層梁處，鋼牛腿節(jié)點(diǎn)2處的鋼管1.2外側(cè)焊接有鋼牛腿，并在鋼管1.2外側(cè)預(yù)先澆注有鋼管外鋼筋砼1.1，鋼牛腿高度等于所連接的鋼梁高度或者等于所連接的鋼筋混凝土梁鋼筋骨架的高度。鋼牛腿包括與鋼管1.2外側(cè)焊接的上蓋板2.1、腹板2.2及下蓋板2.3，上蓋板2.1和下蓋板2.3上對應(yīng)開有使柱縱向鋼筋1.4穿過的穿筋孔2.4，柱縱向鋼筋1.4從穿筋孔2.4穿過，起到了比箍筋更好的約束作用，對增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)承載力有很好的作用；由于鋼管外鋼筋砼1.1是在水平或者略微傾斜狀態(tài)下澆注的，為了使梁柱節(jié)點(diǎn)處混凝土澆注密實(shí)，腹板2.2在柱縱向鋼筋1.4內(nèi)側(cè)的板面上開有混凝土澆注孔2.6。鋼牛腿還包括牛腿勁板2.5，牛腿勁板2.5同時(shí)與上蓋板2.1、腹板2.2及下蓋板2.3焊接。牛腿勁板2.5增強(qiáng)了鋼牛腿節(jié)點(diǎn)2的剛度，提高了鋼梁及柱混凝土的局部承壓能力，還可以增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的整體性。
[0046]由于設(shè)置了鋼牛腿，長柱與鋼梁連接時(shí)，可以采用栓焊連接、高強(qiáng)螺栓連接、或者全焊接，完全等同于鋼框架結(jié)構(gòu)梁柱的連接；與鋼筋混凝土梁連接時(shí)，可以將鋼筋混凝土梁的上下鋼筋焊接鋼牛腿的上蓋板2.1和下蓋板2.3上，非常方便，連接可靠。
[0047]所述鋼管外鋼筋砼1.1在鋼牛腿節(jié)點(diǎn)2處是預(yù)制的，在鋼牛腿節(jié)點(diǎn)2以外樓層范圍采用現(xiàn)澆，或者鋼管外鋼筋砼1.1全部采用現(xiàn)澆；鋼管外鋼筋砼1.1固化后與鋼管砼柱結(jié)合為一體。
[0048]參見圖1、圖4所示，所述長柱端部有與相鄰長柱連接用的柱接頭3，柱接頭3包括向外伸出長柱的鋼管1.2和柱縱向鋼筋1.4，柱接頭3處鋼管1.2采用法蘭盤連接或者焊接。圖1中所示為法蘭連接:柱接頭3處鋼管1.2采用法蘭盤連接時(shí)，柱接頭3還包括連接在鋼管1.2端部的法蘭連接板3.1，法蘭連接板3.1中心開有混凝土澆注孔3.4，法蘭連接板3.1的板面四周間隔分布有加勁肋3.2和連接螺栓孔3.3。法蘭連接承受壓力可靠，現(xiàn)場連接速度快，但現(xiàn)場偏差調(diào)整的余地較小。柱接頭3也可以采用焊接連接:將鋼管內(nèi)接頭處預(yù)留約30(T500mm的混凝土先不澆，并在留空處下端預(yù)留后澆混凝土澆注孔、上端預(yù)留排氣孔，待上下柱對齊后焊接鋼管，最后用高強(qiáng)混凝土或者灌漿料將鋼管內(nèi)留空處澆實(shí)。焊接連接雖然增加了現(xiàn)場焊接工作量，但傳力效果更好。核芯鋼管砼柱連接好后，對柱縱向鋼筋1.4進(jìn)行連接，連接方式可采用焊接或者套筒灌漿連接，最后現(xiàn)場澆注柱接頭3處鋼管外鋼筋--仝1.1，完成長柱連接。
[0049]參見圖1所示，所述長柱上端的柱接頭3位于鋼牛腿節(jié)點(diǎn)2連接的樓層梁以上
0.3^1.5m0柱接頭3范圍鋼管外砼待鋼管砼柱連接后再現(xiàn)場澆注。這種柱接頭高出樓面，不但避開了梁柱接頭受力復(fù)雜的部位，而且與在樓板頂面連接的短柱方案相比，接頭施工要方便得多。
[0050]所述鋼管內(nèi)砼1.3為C60-100、甚至更高強(qiáng)度等級的高強(qiáng)混凝土，鋼管外砼為C25飛60強(qiáng)度等級的普通混凝土。對于承受軸力較小的長柱，所述鋼管內(nèi)砼1.3也可以采用強(qiáng)度等級較低的普通混凝土。
[0051]為了獲得良好的經(jīng)濟(jì)性，長柱制作長度宜盡可能地長，以減少現(xiàn)場拼接接頭；不過還應(yīng)滿足運(yùn)輸及吊裝起重量限制的要求。對于一般樓層，可以采用2~4層高作為一根柱，長度8~12m左右，這樣安裝較方便；對于多高層建筑底層柱，安裝條件比樓層好，也可以采用5~10層、約20~40m作為一根柱。
[0052]對于底層柱腳，可采用插入式柱腳或者埋入式柱腳。插入或者埋入部分的鋼管外鋼筋砼1.1外表面鑿毛，或者其中的混凝土不預(yù)澆，待長柱安裝定位后現(xiàn)場澆注。
[0053]對于頂層柱，可以按照鋼框架的做法，在距梁頂約60mm位置設(shè)置柱頂鋼蓋板，參見圖8所示。
[0054]參見圖2~3，所述鋼管1.2截面為圓形，圓形鋼管1.2對鋼管內(nèi)混凝土 1.3約束作用大，對改善高強(qiáng)混凝土延性、提高混凝土承載力能力有利。所述鋼管外鋼筋砼1.1截面為方形。
[0055]鋼管1.2直徑適宜尺寸為150-500mm，長柱橫截面單邊長為350-800mm，可以滿足
一般多層建筑及高層建筑頂部的受力要求。
[0056]以下通過計(jì)算，說明本發(fā)明實(shí)施例一長柱的抗壓承載力及抗剪承載力增強(qiáng)效果: 算例1、邊長500mmx500mm的鋼筋混凝土柱，C30混凝土，縱筋12D20，鋼筋采用HRB400 ；
箍筋Φ 80100 (4)，鋼筋采用HPB300。按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010公式6.2.15及6.3.4分別計(jì)算抗壓承載力和抗剪承載力，不計(jì)穩(wěn)定系數(shù)的影響，Npo取0.3fc.Ao0
[0057]鋼筋混凝土柱的抗壓承載力:
Nc=0.9.(fc.Ac+ fy.As)=0.9* (14.3*500*500+360*314*12) /1000=4438 kN鋼筋混凝土柱的抗剪承載力:
Vc=Vcs+Vp=l.75/ ( λ +1).ft.b.ho+ fyv.Asv.ho/s+0.07Npo)
= (1.75/4*1.43*500*465+270*50.3*4*465/100+0.07*0.3*14.3*500*500)/1000
=473 kN
算例2、邊長500mmx500mm的鋼管混凝土疊合柱，鋼管D245x7，采用Q345，管內(nèi)C80混凝土，管外C40混凝土 ；縱筋12D20，鋼筋采用HRB400 ;箍筋Φ 80100 (4)，鋼筋采用HPB300。按《鋼管混凝土疊合柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS 188:2005公式6.2.7-1及6.2.10-1分別計(jì)算抗壓承載力和抗剪承載力，不計(jì)穩(wěn)定系數(shù)的影響，N取0.3fc0.A。
[0058]管外鋼筋混凝土抗壓承載力為:
Nu.co=0.9.(fco *Aco+ fy ?As)=0.9* (19.1* (500*500-3.14*245*245/4)+360*314*12)/1000
=4708 kN
Θ=fa.Aa/(fee.Acc)=310*(245*245-231*231)*3.14/4/(35.9*231*231*3.14/4)=1.078
鋼管混凝土抗壓承載力為:
Nu.cc=fcc *Acc(l+ 1.8.θ) = 35.9*231*231*3.14/4* (1+1.8*1.078)/1000 =4421
kN
則疊合柱的抗壓承載力:Nu= Nu.co+ Nu.cc=4708+4421=9129 kN 疊合柱柱的抗剪承載力:
Vc=Vcs+Vp=l.75/ ( λ +1) ?fto *b *ho+ fyv *Asv.ho/s+2.5fa *Aa/ (1+4 λ 2) 1/2+0.07N
= (1.75/4*1.71*500*465+270*50.3*4*465/100+2.5*310*(245*245-231*231)
*3.14/4/sqrt (l+4*3*3)/1000+0.07*0.3*19.1*500*500)/1000 =1192 kN同樣，可以再計(jì)算出C40混凝土柱、鋼管D245x7/管外C60/管內(nèi)C80疊合柱、以及鋼管D245xl6/管外C60/管內(nèi)ClOO疊合柱等3種情況的抗壓和抗剪承載力，列表對比如下:邊長500mmx500mm的疊合柱與鋼筋混凝土柱抗壓、抗剪承載力對比表
【權(quán)利要求】
1.一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，其特征在于:包括兩層以上的層間柱(I)和兩個(gè)以上鋼牛腿節(jié)點(diǎn)(2)； 所述長柱在各層間柱(I)和鋼牛腿節(jié)點(diǎn)(2)處的鋼管(1.2)、第一次預(yù)先澆注的鋼管內(nèi)砼(1.3)以及綁扎在鋼管外的柱縱向鋼筋(1.4)整體貫通，并在柱縱向鋼筋(1.4)上橫向間隔綁扎有柱箍筋(1.5)； 所述層間柱(I)及鋼牛腿節(jié)點(diǎn)(2)范圍的鋼管(1.2)外澆注有鋼管外砼，鋼管外砼與柱縱向鋼筋(1.4)和柱箍筋(1.5)結(jié)合形成鋼管外鋼筋砼(1.1)； 所述長柱是由鋼管外鋼筋砼(1.1 )、鋼管(1.2)、鋼管內(nèi)砼(1.3)組成的疊合柱； 所述鋼牛腿節(jié)點(diǎn)(2)位于樓層梁處，鋼牛腿節(jié)點(diǎn)(2)處的鋼管(1.2)外側(cè)焊接有鋼牛腿，鋼牛腿高度等于所連接的鋼梁高度或者等于所連接的鋼筋混凝土梁鋼筋骨架的高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，其特征在于:所述層間柱(I)及鋼牛腿節(jié)點(diǎn)(2)范圍的鋼管外砼均為第二次預(yù)先澆注的鋼管外砼；或者僅鋼牛腿節(jié)點(diǎn)(2)范圍的鋼管外輪為第二次預(yù)先燒注的鋼管外輪,其余范圍的鋼管外輪均為現(xiàn)燒鋼管外砼；或者鋼管外砼全部為現(xiàn)澆鋼管外砼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，其特征在于:所述鋼牛腿包括與鋼管(1.2)外側(cè)焊接的上蓋板(2.1)、腹板(2.2)及下蓋板(2.3)，上蓋板(2.1)和下蓋板(2.3)上對應(yīng)開有使柱縱向鋼筋(1.4)穿過的穿筋孔(2.4);腹板(2.2)在柱縱向鋼筋(1.4)內(nèi)側(cè)的板面上開有混凝土澆注孔(2.6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，其特征在于:所述鋼牛腿還包括牛腿勁板(2.5)，牛腿勁板(2.5)同時(shí)與上蓋板(2.1)、腹板(2.2)及下蓋板(2.3)焊接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，其特征在于:所述鋼管(1.2)直徑或邊長大于500mm時(shí)，分別在鋼管(1.2)內(nèi)側(cè)與鋼牛腿的上蓋板(2.1)、下蓋板(2.3)對應(yīng)位置設(shè)有內(nèi)加強(qiáng)環(huán)(2.7)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，其特征在于:所述鋼管內(nèi)砼(1.3)為C6(T100強(qiáng)度等級的高強(qiáng)混凝土，鋼管外砼為C25飛60強(qiáng)度等級的普通混凝土。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，其特征在于:所述鋼管(1.2)截面為圓形、矩形或者方形，所述鋼管外鋼筋砼(1.1)截面為圓形、矩形或者方形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，其特征在于:所述鋼管(1.2)直徑或邊長為15(Tl000mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，其特征在于:所述長柱端部有與相鄰長柱連接用的柱接頭(3),柱接頭(3)包括向外伸出長柱的鋼管(1.2)和柱縱向鋼筋(1.4)，柱接頭(3)處鋼管(1.2)采用法蘭盤連接或者焊接，柱縱向鋼筋(1.4)采用焊接或者套筒灌漿連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，其特征在于:所述柱接頭(3)處鋼管(1.2)采用法蘭盤連接時(shí)，柱接頭(3)還包括連接在鋼管(1.2)端部的法蘭連接板(3.1)，法蘭連接板(3.1)中心開有混凝土澆注孔(3.4)，法蘭連接板(3.1)的板面四周間隔分布有加勁肋(3.2)和連接螺栓孔(3.3)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，其特征在于:所述長柱上端的柱接頭(3)位于鋼牛腿節(jié)點(diǎn)(2)連接的樓層梁以上0.3^1.5m。
12.—種權(quán)利要求1~11任意一項(xiàng)所述一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱的施工方法，其特征在于施工步驟如下: 步驟一，制作鋼管(1.2)，在鋼管(1.2)上焊接鋼牛腿； 步驟二，第一次預(yù)先澆注鋼管內(nèi)砼(1.3)； 步驟三，對鋼管內(nèi)砼(1.3)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，鋼管內(nèi)砼(1.3)固化后與鋼管(1.2)結(jié)合為一體形成鋼管砼柱； 步驟四，將鋼管砼柱平放，綁扎柱縱向鋼筋(1.4)、柱箍筋(1.5);第二次預(yù)先澆注所有層間柱(I)和鋼牛腿節(jié)點(diǎn)(2)范圍的鋼管外砼，固化后與鋼管砼柱結(jié)合為一體形成長柱；或者僅第二次預(yù)先澆注鋼牛腿節(jié)點(diǎn)(2)處的鋼管外砼，層間柱(I)處的鋼管外砼在鋼管砼柱安裝后、承受軸力達(dá)到該柱軸壓力設(shè)計(jì)值的30%~60%再現(xiàn)場澆注，固化后與鋼管砼柱結(jié)合為一體形成長柱；或者鋼管外 砼全部現(xiàn)澆。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱的施工方法，其特征在于:所述鋼管內(nèi)砼(1.3)是在鋼管(1.2)與水平面夾角不大于20°的狀態(tài)下進(jìn)行預(yù)先澆注的；鋼管內(nèi)砼(1.3)的養(yǎng)護(hù)方式采用常溫澆水養(yǎng)護(hù)、常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)，或者蒸壓釜內(nèi)的高溫高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)。
【文檔編號】E04C3/34GK103556781SQ201310527768
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】鄒劍強(qiáng), 付佳宏 申請人:中國航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司