预制钢筋混凝土柱连接结构论文和设计

全文摘要

本实用新型涉及工、民建技术领域，具体而言为建筑用预制混凝土立柱连接结构。本实用新型包括：预制下柱、预制上柱及连接辅助；预制下柱与预制上柱之间采用钢筋焊接和混凝土浇筑连接；预制下柱内部均匀预置多根钢筋，钢筋在预制下柱的上端外部预留一段焊接部；预制下柱的顶端设置有连接插槽；预制上柱内部均匀预置多根钢筋，钢筋在预制上柱的下端外部预留一段焊接部；预制上柱的下端预置有插接型钢；连接辅助包括临时斜支撑及浇注模板；临时斜支撑设置在预制上柱的外部；浇注模板环绕设置在预制上柱与预制下柱连接处的外部，形成一个浇注腔。本实用新型的技术方案解决了现有技术中的水平抗剪能力较差，易发生接缝的滑移错位、施工繁琐、工期长、质量难以保证等问题。

主设计要求

1.一种预制钢筋混凝土柱连接结构，其特征在于，所述的预制钢筋混凝土柱连接结构包括：预制下柱(10)、预制上柱(1)及连接辅助；预制下柱(10)与预制上柱(1)之间采用钢筋焊接和混凝土浇筑连接；所述的预制下柱(10)内部均匀预置多根钢筋(2)，钢筋(2)在预制下柱(10)的上端外部预留一段焊接部(5)；预制下柱(10)的顶端设置有连接插槽(9)；所述的预制上柱(1)内部均匀预置多根钢筋(2)，钢筋(2)在预制上柱(1)的下端外部预留一段焊接部(5)；预制上柱(1)的下端预置有插接型钢(4)；所述的连接辅助包括临时斜支撑(3)及浇注模板(7)；临时斜支撑(3)设置在预制上柱(1)的外部；浇注模板(7)环绕设置在预制上柱(1)与预制下柱(10)连接处的外部，形成一个浇注腔(8)。

设计方案

1.一种预制钢筋混凝土柱连接结构，其特征在于，所述的预制钢筋混凝土柱连接结构包括：预制下柱(10)、预制上柱(1)及连接辅助；预制下柱(10)与预制上柱(1)之间采用钢筋焊接和混凝土浇筑连接；

所述的预制下柱(10)内部均匀预置多根钢筋(2)，钢筋(2)在预制下柱(10)的上端外部预留一段焊接部(5)；预制下柱(10)的顶端设置有连接插槽(9)；

所述的预制上柱(1)内部均匀预置多根钢筋(2)，钢筋(2)在预制上柱(1)的下端外部预留一段焊接部(5)；预制上柱(1)的下端预置有插接型钢(4)；

所述的连接辅助包括临时斜支撑(3)及浇注模板(7)；临时斜支撑(3)设置在预制上柱(1)的外部；浇注模板(7)环绕设置在预制上柱(1)与预制下柱(10)连接处的外部，形成一个浇注腔(8)。

2.根据权利要求1所述的预制钢筋混凝土柱连接结构，其特征在于，所述的浇注腔(8)外部一侧的浇注模板(7)上部向外倾斜，形成喇叭口(6)作为混凝土的浇筑入口。

3.根据权利要求1所述的预制钢筋混凝土柱连接结构，其特征在于，所述的插接型钢(4)预埋深度不小于两倍的型钢截面高度。

4.根据权利要求3所述的预制钢筋混凝土柱连接结构，其特征在于，所述的插接型钢(4)为钢棒、工字钢、角钢、钢管；插接型钢(4)为钢管时，钢管内灌实同标号的混凝土。

5.根据权利要求1所述的预制钢筋混凝土柱连接结构，其特征在于，所述的临时斜支撑(3)至少设置在预制上柱(1)外侧的两个方向上。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及工、民建技术领域，具体而言为建筑用预制混凝土立柱。

背景技术

为贯彻执行国家关于装配式建筑发展的政策，做到安全适用、技术先进、经济合理、节能环保，采用预制钢筋混凝土柱。在装配式建筑中，当预制钢筋混凝土上、下柱连接时，纵向受力钢筋通常都是采用套筒灌浆的连接方式；即在预制钢筋混凝土上柱内预埋金属套筒，在预制钢筋混凝土下柱预留纵向受力钢筋接头，然后将下柱钢筋插入上柱套筒内，并灌注水泥基灌浆料，实现的钢筋连接方式。采用套筒灌浆连接时，柱底接缝灌浆与套筒灌浆同时进行，采用同样的灌浆料一次完成。柱底接缝灌浆层厚度20mm。但这种连接方法存在着以下几个问题：

(1)、这种连接的薄弱部位在预制钢筋混凝土柱底水平接缝处。在地震作用下当柱受拉时，水平接缝的抗剪能力较差，易发生接缝的滑移错动。计算水平接缝的受剪承载力时，《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1-2014给出的计算公式是：

其中：Vue---地震设计状况下接缝处受剪承载力设计值

fc---预制构件混凝土轴心抗压强度设计值

fy---垂直穿过结合面钢筋抗拉强度设计值

Asd---垂直于结合面的所有钢筋面积

N---垂直于结合面的轴力设计值

从上式可以看出预制钢筋混凝土柱接缝处受剪承载力设计值的大小与柱截面大小无关，主要取决于垂直穿过结合面所有钢筋面积。也就是说要想提高接缝处受剪承载力，最有效的方法是增加钢筋面积。而钢筋是不能无限增加的，按现行《混凝土结构设计规范》GB50010-2010的规定，框架柱周边全部纵向受力钢筋配筋率不应大于5％，如果要增加钢筋只能增大柱截面，这样会提高工程造价，还会影响建筑的使用功能。

(2)、这种连接方法施工很繁琐，质量难保证。首先，要将套筒埋入预制钢筋混凝土上柱内，以备下柱钢筋插入套筒内。一个套筒只连接一根对应的上、下柱钢筋。按照《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》JGJ355-2015规定，套筒和外露钢筋的中心位置偏差只允许2mm，精度要求较高，而预制钢筋混凝土柱内有较多钢筋，每根钢筋必须一一对应，中心位置偏差大了就无法安装或影响钢筋的握裹力。第二，要预留灌浆孔和出浆孔，并对其进行透光检查，清理孔内的杂物。第三，灌浆料是现场配置，灌浆过程人为因素较多，质量难掌控。而且灌浆料对环境要求较高，低于5℃时不宜施工，高于30℃时要采取降低灌浆料温度的措施。

(3)、这种连接方法因增加了较多的钢筋套筒，还需要灌浆，施工繁琐、工期长，所以造价较高。

针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的预制钢筋混凝土柱连接结构，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

发明内容

根据上述提出的现有预制混凝土立柱，由于结构及连接方式中存在的：1、在地震等外力作用下，连接处的水平抗剪能力较差，易发生接缝的滑移错位，如增加抗剪能力，又会提高工程造价；2、施工繁琐、工期长、质量难以保证等技术问题，而提供一种预制钢筋混凝土柱连接结构。本实用新型主要利用在预制钢筋混凝土上柱时，在上柱中心的下端预埋一个型钢(钢棒、工字钢、钢管等)，在预制钢筋混凝土下柱时，在上柱型钢对应位置预留一个槽孔，将上柱型钢插入下柱的槽孔内，设置临时斜支撑，并将上、下柱周边预留外露竖向受力钢筋焊接，再灌入混凝土，从而起到加强预制钢筋混凝土柱连接节点强度及水平抗剪能力的作用。

本实用新型的连接结构及连接方式起到一个加强预制钢筋混凝土柱连接节点的作用。预埋型钢穿过梁、柱连接节点，增加了节点的刚度，符合强柱弱梁、强剪弱弯、更强的节点这种概念。

本实用新型采用的技术手段如下：

一种预制钢筋混凝土柱连接结构包括：预制下柱、预制上柱及连接辅助；预制下柱与预制上柱之间采用钢筋焊接和混凝土浇筑连接；预制下柱内部均匀预置多根钢筋，钢筋在预制下柱的上端外部预留一段焊接部；预制下柱的顶端设置有连接插槽；预制上柱内部均匀预置多根钢筋，钢筋在预制上柱的下端外部预留一段焊接部；预制上柱的下端预置有插接型钢；连接辅助包括临时斜支撑及浇注模板；临时斜支撑设置在预制上柱的外部；浇注模板环绕设置在预制上柱与预制下柱连接处的外部，形成一个浇注腔。

进一步地，浇注腔外部一侧的浇注模板上部向外倾斜，形成喇叭口作为混凝土的浇筑入口。

进一步地，插接型钢预埋深度不小于两倍的型钢截面高度

进一步地，插接型钢为钢棒、工字钢、角钢、钢管；插接型钢为钢管时，钢管内灌实同标号的混凝土。

进一步地，临时斜支撑至少设置在预制上柱外侧的两个方向上。

本实用新型的结构和连接方式起到一个提高预制钢筋混凝土柱受剪承载力的作用；和套筒灌浆连接不同，这种预制钢筋混凝土柱连接新方式不存在两种不同建筑材料(混凝土和灌浆料)连接处的水平接缝，只存在预制混凝土和后浇混凝土同一种建筑材料之间的施工缝，可以按现行《组合结构设计规范》JGJ138-2016计算柱受剪承载力，

其中：Vc---地震设计状况下受剪承载力设计值

λ---柱计算剪跨比

b---柱截面宽度

ho---柱截面有效高度

ft---混凝土轴心抗拉强度设计值

fyv---钢筋抗拉强度设计值

Asv---箍筋截面面积

s---箍筋间距

fa---型钢抗拉强度设计值

tw---型钢腹板厚度

hw---型钢腹板高度

N---柱轴向拉力设计值

γ_{RE<\/sub>---承载力抗震调整系数}

从上式可以看出柱受剪承载力设计值的大小不仅与柱截面大小有关，还和型钢腹板截面大小有关。也就是说增加了柱截面和型钢腹板截面的受剪承载力。此处柱的含钢率不大于15％即可。若按现行《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1-2014计算柱施工缝处受剪承载力时，因增加了型钢面积，受剪承载力也相应提高。

这种连接新工艺中预埋型钢起到一个支撑预制钢筋混凝土上柱的作用。将上柱型钢插入下柱的槽孔内，并在上柱的两个方向设置临时斜支撑，就可以将上、下柱周边预留外露竖向受力钢筋焊接，然后灌入混凝土。这种连接新工艺施工简单方便，能降低工程造价，也容易保证工程质量。

这种连接新工艺中预埋型钢比预制钢筋混凝土上柱下端周边预留外露竖向受力钢筋长，在吊装、运输、安装过程中起到保护此钢筋不被碰撞的作用。

较现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型提供的预制钢筋混凝土柱连接结构，通过在上下柱的结合端设置插接型钢和连接插槽，实现了上下柱之间的精准定位；

2、本实用新型提供的预制钢筋混凝土柱连接结构，通过在上下柱的结合端设置插接型钢，大幅提高了柱连接处水平抗剪能力；

3、本实用新型提供的预制钢筋混凝土柱连接结构，通过设置临时斜支撑，确保预制上柱在浇注连接时稳定不移位；

4、本实用新型提供的预制钢筋混凝土柱连接结构，通过设置带有喇叭口的浇注腔方便浇注，

5、本实用新型提供的预制钢筋混凝土柱连接结构，施工简单方便，能降低工程造价，保证工程质量。

综上，应用本实用新型的技术方案解决了现有技术中的水平抗剪能力较差，易发生接缝的滑移错位、施工繁琐、工期长、质量难以保证等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型连接结构示意图。

图2为本实用新型预制上柱结构示意图。

图3为本实用新型预制下柱结构示意图。

图4为现行预制混凝土立柱连接示意图。

图中：1、预制上柱 2、钢筋 3、临时斜支撑 4、插接型钢 5、焊接部 6、喇叭口 7、浇注模板 8、浇注腔 9、连接插槽 10、预制下柱。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和\/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和\/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

如图1-3所示，在制作预制上柱1时，在柱下端中心预埋一个插接型钢4，插接型钢4为钢棒、工字钢、角钢、钢管等型钢，如果预埋的插接型钢4为钢管时，将钢管内灌实与预制上柱1同标号的混凝土，并留出预制上柱1周边竖向受力钢筋2以备焊接；在制作预制下柱10时，要在插接型钢4对应位置预留一个连接插槽9，并留出预制下柱10周边竖向受力钢筋2以备焊接。

安装时用起重设备将预制上柱1吊起，并将预制上柱1的插接型钢4插入预制下柱10预留的连接插槽9内，位置校准后，在连接插槽9内用楔形钢筋四周固定，同时在预制上柱1两个方向设置临时斜支撑3，保证预制上柱1的稳定性。

预制上柱1固定后，焊接上、下柱周边预留外露竖向受力钢筋2，单面焊接长度10d(d---受力钢筋直径)，双面焊接长度5d，如有需要焊接部位也可错开，不在同一个部位焊接。

在预制上柱1和预制下柱10连接处支浇注模板7，并在一个侧面留喇叭口6，混凝土从喇叭口6处浇注，所浇注的混凝土强度等级不低于预制上、下柱的混凝土强度等级。待混凝土硬化后拆除喇叭口6处浇注模板7，凿除多余混凝土。

梁内个别纵向受力钢筋遇到型钢时，因型钢截面都不大，能绕过的最好绕过，不能绕过的弯折焊在型钢上。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

设计图

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