一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱及其施工方法

2024-01-24 21:28:15

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、鋼管內砼三部分組成的疊合柱，鋼管和管內砼貫通整個長柱，鋼管內砼第一次預製形成鋼管砼柱，然後第二次預先澆注鋼管外節點處砼或者全部砼，鋼牛腿與鋼管焊接。本發明長柱有以下優點：1、將多層框架柱製作成一根長柱，製作簡單、安裝方便；2、柱身採用疊合柱，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、設有鋼牛腿，與鋼梁或現澆鋼筋混凝土梁均可連接，連接方便可靠；4、鋼管內高強砼採用工廠預製，造價比現有疊合柱大大降低。因此，本發明的非常適合於各種多高層預製裝配式建築，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
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種裝配式建築中的框架柱，特別是一種用於多高層裝配式框架結構的長柱及其施工方法。
【背景技術】
[0002]框架結構、框架-剪力牆結構及框架-筒體結構，其房間布局靈活，是現代建築中應用非常廣泛的結構形式，其中，框架柱在各種建築中都具有非常重要的作用。裝配式結構在工廠裡集中生產，是一種低碳環保的結構形式，是現代建築的發展趨勢。裝配式框架結構目前主要有鋼結構和預製裝配式鋼筋混凝土結構兩種。鋼結構自重輕、延性好，但造價高、防火性能差。預製裝配式鋼筋混凝土框架結構造價低，耐久、防火性能好，是一種很有發展前景的結構形式。但如何將鋼筋混凝土梁柱合理分割以便於製作和安裝，如何使梁柱連接節點構造簡單、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，嚴重阻礙了預製裝配式鋼筋混凝土框架結構的推廣應用。
[0003]對於預製裝配式鋼筋混凝土框架結構，以前在工程中進行過多種形式的探索與實踐，其中以下兩種方案比較有代表性:
第一種是20世紀70年代北京市某建築設計院提出的「鋼筋混凝土裝配式框架整澆梁柱節點」方案，它是一種「短柱方案」:將框架結構劃分為每層一根柱、每跨一根梁，預製梁、預製柱在梁柱交接處現場澆注砼形成整體；節點混凝土分兩次澆灌: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點的設計》及《鋼筋混凝土裝配式框架整澆和漿錨式梁柱節點設計與施工的建議》，《建築結構》1978年第4期)。該方案由於節點處柱和梁柱縱向鋼筋數量受到限制，因而樓層高度、柱距均受到很大限制；節點處鋼筋密集、施工困難；節點整澆採用二次填塞細石混凝土，操作比較落後，混凝土質量難以保障，抗震性能差；吊裝的件數較多，層層校正，工作較繁瑣。雖然這種結構在當時一些試點工程中應用過，但最終未能得到廣泛推廣。
[0004]第二種方案是20世紀70年代末上海市某建築設計院提出的「無牛腿長柱方案」:將多層框架柱預製成一根長柱，長柱於每層節點處留出空檔、先不澆混凝土，空檔處由組合鋼筋或型鋼構成桁架，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柱內，待擱置好連繫梁、預應力空心板後，再澆灌節點，最後形成一個整體。(詳見《無牛腿長柱裝配整體多層框架結構的設計研究與試點工程》，《建築結構學報》1981年第10期)。該方案與第一種「短柱方案」相比，預製長柱安裝較方便，但梁柱節點施工困難的問題並沒有從根本上解決；節點空檔處鋼筋桁架剛度小，預製柱很長，吊裝困難、安裝風險大；當年採用的長柱為5?6層，長度很長，當建築超過5?6層時，沒有提供柱與柱的連接方法，因而無法向上續接以建造更多層數的建築；而且，這種長柱的柱縱向鋼筋數量也受到限制，因此其建築高度、柱距同樣受到很大限制，因此，也未能得到廣泛推廣。
[0005]中國專利申請號為98113739.3的發明專利申請文件(
【公開日】為1998年01月22日)，公開了一種「鋼管高強砼疊合柱的結構設計與施工方法」，其斷面由外到內是鋼管外鋼筋砼、鋼管、鋼管內砼三部分組成，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留後澆孔；(3)當核心鋼管砼承受的施工期荷載約達到該柱的最大組合軸力的1/4?1/2時，再疊合澆注核心鋼管外圍的柱砼。這種柱強度高、防火性能好；但它的鋼管內砼、鋼管外鋼筋砼均是現場澆注的，施工工序多，施工工期長，綜合成本高，因此，目前僅用於軸力特別大的高層建築底層結構柱。

【發明內容】

[0006]本發明提供一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱及其施工方法，不僅要解決現有裝配式鋼筋混凝土框架節點構造複雜、安裝困難的技術問題；而且要大幅提高現有預製柱的軸壓承載力和抗剪承載力，以解決現有裝配式鋼筋混凝土框架抗震性能差的技術問題；還要使它施工速度快、綜合造價低，以解決現有裝配式鋼筋混凝土框架柱綜合造價高、推廣應用難的技術問題。
[0007]本發明為解決技術問題所採用的技術方案是:
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以上鋼牛腿節點；
所述長柱在各層間柱和鋼牛腿節點處的鋼管、第一次預先澆注的鋼管內砼以及綁紮在鋼管外的柱縱向鋼筋整體貫通，並在柱縱向鋼筋上橫向間隔綁紮有柱箍筋；
所述層間柱及鋼牛腿節點範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、鋼管內砼組成的疊合柱；
所述鋼牛腿節點位於樓層梁處，鋼牛腿節點處的鋼管外側焊接有鋼牛腿，鋼牛腿高度等於所連接的鋼梁高度或者等於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點範圍的鋼管外砼均為第二次預先澆注的鋼管外砼；或者僅鋼牛腿節點範圍的鋼管外輪為第二次預先燒注的鋼管外輪，其餘範圍的鋼管外輪均為現澆鋼管外砼；或者鋼管外砼全部為現澆鋼管外砼。
[0009]所述鋼牛腿包括與鋼管外側焊接的上蓋板、腹板及下蓋板，上蓋板和下蓋板上對應開有使柱縱向鋼筋穿過的穿筋孔；腹板在柱縱向鋼筋內側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，牛腿勁板同時與上蓋板、腹板及下蓋板焊接。
[0011]所述鋼管直徑或邊長大於500mm時，分別在鋼管內側與鋼牛腿的上蓋板、下蓋板對應位置設有內加強環。
[0012]所述鋼管內砼為C6(T100強度等級的高強混凝土，鋼管外砼為C25飛60強度等級
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，柱接頭處鋼管採用法蘭盤連接或者焊接，柱縱向鋼筋採用焊接或者套筒灌漿連接。
[0016]所述柱接頭處鋼管採用法蘭盤連接時，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於鋼牛腿節點連接的樓層梁以上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，製作鋼管，在鋼管上焊接鋼牛腿；
步驟二，第一次預先澆注鋼管內砼；
步驟三，對鋼管內砼進行養護，鋼管內砼固化後與鋼管結合為一體形成鋼管砼柱；步驟四，將鋼管砼柱平放，綁紮柱縱向鋼筋、柱箍筋；第二次預先澆注所有層間柱和鋼牛腿節點範圍的鋼管外砼，固化後與鋼管砼柱結合為一體形成長柱；或者僅第二次預先澆注鋼牛腿節點處的鋼管外砼，層間柱處的鋼管外砼在鋼管砼柱安裝後、承受軸力達到該柱軸壓力設計值的30%~60%再現場澆注，固化後與鋼管砼柱結合為一體形成長柱；或者鋼管外砼全部現澆。
[0019]所述鋼管內砼是在鋼管與水平面夾角不大於20°的狀態下進行預先澆注的；鋼管內砼的養護方式採用常溫澆水養護、常壓蒸汽養護，或者蒸壓釜內的高溫高壓蒸汽養護。
[0020]本發明的有益效果如下:
本發明的長柱，其鋼管內砼是在工廠室內的鋼管內澆注，不需模板；鋼管外鋼筋砼也可在工廠室內施工，採用定型模板，並在水平狀態下澆注，因此加工製作很方便。長柱上設有鋼牛腿，與鋼梁的連接完全與鋼結構類似，安裝非常方便；與現澆鋼筋混凝土梁連接時，將混凝土的柱縱向鋼筋焊接在鋼牛腿上，也很方便。
[0021]本發明的長柱，其鋼管只位於柱的核芯部分，鋼管截面比常規鋼管混凝土柱的鋼管要小得多，用鋼量小；而且鋼管位於柱的核芯部分，外圍有混凝土包裹，鋼管不需要塗刷防腐和防火塗料，因此本發明的長柱造價比常規鋼管混凝土柱低，耐火性強，耐久性好。
[0022]本發明的長柱柱身採用疊合柱，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]本發明的長柱，其梁柱節點處鋼管是貫通的，鋼管內外均預先澆注有混凝土，因此節點剛度很大，便於長柱的運輸和吊裝；由於有鋼管加強，抗剪承載力大大提高，而且節點構造簡單；其加工製作又是在工廠室內進行的，因此混凝土施工質量很可靠，大大提高了節點的抗震性能。
[0024]本發明的長柱，其柱與柱節頭，位於梁柱節點鋼牛腿以上0.3~1.5m範圍，施工操作方便，而且避開了梁柱節點受力複雜部位，簡化了梁柱節點構造，柱鋼筋連接也相對容易。
[0025]本發明的長柱，混凝土採用工廠預製，可加快施工速度、降低造價；尤其是鋼管內高強混凝土，在工廠採用高溫高壓蒸汽養護製作的高強混凝土比常溫常壓下現場澆注製作的高強混凝土要便宜得多，強度高，質量有保障；特別是對於小截面柱，現場澆注很困難，而工廠批量生產就很容易，因此，可以大大降低疊合柱的造價。
`[0026]本發明的長柱，當採用鋼管內外砼全部預製時，不僅適合於多層預製裝配式框架結構，也適合於各種高層建築上部軸力不是很大的柱；當只對鋼管內砼及節點處鋼管外混凝土進行預製、節點外輪採用現燒時，長柱截面也可以相當大，例如邊長1500xl500_的長柱，可滿足130層左右的超高層建築底層柱受力要求，因此，本發明帶鋼牛腿長柱的應用範圍將十分廣泛。
[0027]本發明的長柱，克服了工程上多種偏見，將有利於推動預製裝配式框架結構的發展。
[0028]1、克服了預製裝配式框架結構抗震性能不如現澆結構的偏見傳統觀點認為，預製裝配式框架的抗震性能比現澆框架差，這一觀點很大程度上阻礙了預製裝配式框架結構的發展。本發明具有如下特點:1)、柱身採用疊合柱，由於鋼管和高強混凝土的雙重作用，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，本發明的長柱構件和節點的承載力遠高於普通現澆混凝土結構；2)、梁柱節點處鋼筋密集，鋼筋綁紮困難，漏放箍筋、箍筋間距不合格等是現澆鋼筋混凝土框架的質量通病，而且梁柱節點處框架柱混凝土與梁基本上是同時澆注的，框架柱混凝土強度等級高於框架梁時，強度高的柱混凝土澆注困難、質量難以保證，而本發明鋼管外鋼筋綁紮在工廠施工、水平綁紮，節點處混凝土為預製，其鋼筋綁紮和混凝土澆注質量均優於現澆混凝土結構；3)、梁柱連接採用鋼牛腿節點，其節點抗震性能大大優於梁縱筋錨入於柱內的混凝土節點；4)、一般框架樓層4m高左右，採用現澆時每層框架柱縱向鋼筋均需要做連接接頭，而本發明採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量，從而減少了鋼筋連接不合格的質量隱患，同時節省了鋼筋接頭費用；5)、柱與柱節頭位於樓面梁以上0.3?1.5m,比在樓面梁頂連接操作要方便得多，有利於保證柱與柱連接節點的施工質量。因此，採用本發明的長柱的框架結構抗震承載力比常規現澆混凝土框架要好得多，將大大提高結構的抗震能力，可以廣泛應用於各種抗震設防烈度地區。
[0029]2、克服了多層框架中不採用高強度等級混凝土的偏見:多層框架柱軸力小，目前工程中一般只採用C20?40普通混凝土。高強度等級混凝土配比要求高、現場養護困難，而且混凝土強度越高，其延性就越低，因此目前現澆混凝土多層框架柱幾乎從不採用C60及以上高強混凝土。本發明的長柱，高強混凝土澆注於鋼管內，可在工廠採用蒸壓釜內進行高溫高壓蒸汽養護，很容易將混凝土強度提高到C60?C100，甚至更高；鋼管的包裹作用可以克服高強混凝土延性低的缺點，這樣就可以大量將C60?ClOO甚至更高強度等級的高強混凝土應用於軸力小的多層框架柱，減小框架柱截面，極大地擴大了高強混凝土的使用範圍，有利於高強材料的推廣使用，從而節省建築材料。
[0030]3、克服了疊合柱只用於軸力很大的高層建築底層結構柱的偏見:目前疊合柱的鋼管內、外砼均採用現場澆注，施工工序多，施工工期長，綜合成本高，僅用於軸力特別大的高層建築底層結構柱。本發明的長柱，將鋼管內混凝土、部分或全部鋼管外混凝土採用工廠預製，大大降低了疊合柱的施工難度和施工成本，不僅可以廣泛應用於多層框架和高層建築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，擴大了疊合柱的應用範圍，而且可以大大提高結構承載能力及抗震能力，提高結構安全度，可減少地震、火災等災害下結構破壞引起的人員與財產損失，具有重大經濟意義和社會價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0032]圖1為實施例一的長柱縱剖面圖。
[0033]圖2為實施例一圖1 A-A橫剖面(方形柱-圓鋼管)的結構示意圖。[0034]圖3為實施例一圖1B-B橫剖面的結構示意圖。
[0035]圖4為實施例一圖1C-C橫剖面的結構示意圖。
[0036]圖5為實施例二圖1 A-A橫剖面(圓形柱-圓鋼管)的結構示意圖。
[0037]圖6為實施例三圖1A-A橫剖面(方形柱-方鋼管)的結構示意圖。
[0038]圖7為實施例四圖1A-A橫剖面(圓形柱-方鋼管)的結構示意圖。
[0039]圖8為實施例五長柱縱剖面圖。
[0040]圖9為實施例五圖8D-D橫剖面的結構示意圖。
[0041]圖10為實施例五圖8E-E橫剖面的結構示意圖。
[0042]附圖標記:1-層間柱、1.1-鋼管外鋼筋砼、1.2-鋼管、1.3-鋼管內砼、1.4-柱縱向鋼筋、1.5-柱箍筋；2_鋼牛腿節點、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-內加強環、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。
【具體實施方式】
[0043]實施例一，參見圖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和兩個以上鋼牛腿節點2 ；
所述長柱在各層間柱I和鋼牛腿節點2處的鋼管1.2、第一次預先澆注的鋼管內砼1.3以及綁紮在鋼管外的柱縱向鋼筋1.4整體貫通，並在柱縱向鋼筋1.4上橫向間隔綁紮有柱箍筋1.5 ;
所述層間柱I及鋼牛腿節點2範圍的鋼管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、鋼管內砼1.3組成的疊合柱；
所述鋼牛腿節點2位於樓層梁處，鋼牛腿節點2處的鋼管1.2外側焊接有鋼牛腿，鋼牛腿高度等於所連接的鋼梁高度或者等於所連接的鋼筋混凝土梁鋼筋骨架的高度。
[0044]所述層間柱I及鋼牛腿節點2範圍的鋼管外砼均為第二次預先澆注的鋼管外砼。
[0045]參見圖1、圖3所示，所述鋼牛腿節點2位於樓層梁處，鋼牛腿節點2處的鋼管1.2外側焊接有鋼牛腿，並在鋼管1.2外側預先澆注有鋼管外鋼筋砼1.1，鋼牛腿高度等於所連接的鋼梁高度或者等於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，對增強節點承載力有很好的作用；由於鋼管外鋼筋砼1.1是在水平或者略微傾斜狀態下澆注的，為了使梁柱節點處混凝土澆注密實，腹板2.2在柱縱向鋼筋1.4內側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增強了鋼牛腿節點2的剛度，提高了鋼梁及柱混凝土的局部承壓能力，還可以增強節點的整體性。
[0046]由於設置了鋼牛腿，長柱與鋼梁連接時，可以採用栓焊連接、高強螺栓連接、或者全焊接，完全等同於鋼框架結構梁柱的連接；與鋼筋混凝土梁連接時，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在鋼牛腿節點2處是預製的，在鋼牛腿節點2以外樓層範圍採用現澆，或者鋼管外鋼筋砼1.1全部採用現澆；鋼管外鋼筋砼1.1固化後與鋼管砼柱結合為一體。
[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採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採用法蘭盤連接時，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，現場連接速度快，但現場偏差調整的餘地較小。柱接頭3也可以採用焊接連接:將鋼管內接頭處預留約30(T500mm的混凝土先不澆，並在留空處下端預留後澆混凝土澆注孔、上端預留排氣孔，待上下柱對齊後焊接鋼管，最後用高強混凝土或者灌漿料將鋼管內留空處澆實。焊接連接雖然增加了現場焊接工作量，但傳力效果更好。核芯鋼管砼柱連接好後，對柱縱向鋼筋1.4進行連接，連接方式可採用焊接或者套筒灌漿連接，最後現場澆注柱接頭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位於鋼牛腿節點2連接的樓層梁以上
0.3^1.5m0柱接頭3範圍鋼管外砼待鋼管砼柱連接後再現場澆注。這種柱接頭高出樓面，不但避開了梁柱接頭受力複雜的部位，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]所述鋼管內砼1.3為C60-100、甚至更高強度等級的高強混凝土，鋼管外砼為C25飛60強度等級的普通混凝土。對於承受軸力較小的長柱，所述鋼管內砼1.3也可以採用強度等級較低的普通混凝土。
[0051]為了獲得良好的經濟性，長柱製作長度宜儘可能地長，以減少現場拼接接頭；不過還應滿足運輸及吊裝起重量限制的要求。對於一般樓層，可以採用2~4層高作為一根柱，長度8~12m左右，這樣安裝較方便；對於多高層建築底層柱，安裝條件比樓層好，也可以採用5~10層、約20~40m作為一根柱。
[0052]對於底層柱腳，可採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澆，待長柱安裝定位後現場澆注。
[0053]對於頂層柱，可以按照鋼框架的做法，在距梁頂約60mm位置設置柱頂鋼蓋板，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對鋼管內混凝土 1.3約束作用大，對改善高強混凝土延性、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
一般多層建築及高層建築頂部的受力要求。
[0056]以下通過計算，說明本發明實施例一長柱的抗壓承載力及抗剪承載力增強效果: 算例1、邊長500mmx500mm的鋼筋混凝土柱，C30混凝土，縱筋12D20，鋼筋採用HRB400 ；
箍筋Φ 80100 (4)，鋼筋採用HPB300。按《混凝土結構設計規範》GB50010-2010公式6.2.15及6.3.4分別計算抗壓承載力和抗剪承載力，不計穩定係數的影響，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，採用Q345，管內C80混凝土，管外C40混凝土 ；縱筋12D20，鋼筋採用HRB400 ;箍筋Φ 80100 (4)，鋼筋採用HPB300。按《鋼管混凝土疊合柱結構技術規程》CECS 188:2005公式6.2.7-1及6.2.10-1分別計算抗壓承載力和抗剪承載力，不計穩定係數的影響，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，可以再計算出C40混凝土柱、鋼管D245x7/管外C60/管內C80疊合柱、以及鋼管D245xl6/管外C60/管內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
【權利要求】
1.一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，其特徵在於:包括兩層以上的層間柱(I)和兩個以上鋼牛腿節點(2)； 所述長柱在各層間柱(I)和鋼牛腿節點(2)處的鋼管(1.2)、第一次預先澆注的鋼管內砼(1.3)以及綁紮在鋼管外的柱縱向鋼筋(1.4)整體貫通，並在柱縱向鋼筋(1.4)上橫向間隔綁紮有柱箍筋(1.5)； 所述層間柱(I)及鋼牛腿節點(2)範圍的鋼管(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)、鋼管內砼(1.3)組成的疊合柱； 所述鋼牛腿節點(2)位於樓層梁處，鋼牛腿節點(2)處的鋼管(1.2)外側焊接有鋼牛腿，鋼牛腿高度等於所連接的鋼梁高度或者等於所連接的鋼筋混凝土梁鋼筋骨架的高度。
2.根據權利要求1所述的一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，其特徵在於:所述層間柱(I)及鋼牛腿節點(2)範圍的鋼管外砼均為第二次預先澆注的鋼管外砼；或者僅鋼牛腿節點(2)範圍的鋼管外輪為第二次預先燒注的鋼管外輪,其餘範圍的鋼管外輪均為現燒鋼管外砼；或者鋼管外砼全部為現澆鋼管外砼。
3.根據權利要求1所述 的一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，其特徵在於:所述鋼牛腿包括與鋼管(1.2)外側焊接的上蓋板(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)內側的板面上開有混凝土澆注孔(2.6)。
4.根據權利要求3所述的一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，其特徵在於:所述鋼牛腿還包括牛腿勁板(2.5)，牛腿勁板(2.5)同時與上蓋板(2.1)、腹板(2.2)及下蓋板(2.3)焊接。
5.根據權利要求3所述的一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，其特徵在於:所述鋼管(1.2)直徑或邊長大於500mm時，分別在鋼管(1.2)內側與鋼牛腿的上蓋板(2.1)、下蓋板(2.3)對應位置設有內加強環(2.7)。
6.根據權利要求1所述的一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，其特徵在於:所述鋼管內砼(1.3)為C6(T100強度等級的高強混凝土，鋼管外砼為C25飛60強度等級的普通混凝土。
7.根據權利要求1所述的一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，其特徵在於: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.根據權利要求1所述的一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，其特徵在於:所述鋼管(1.2)直徑或邊長為15(Tl000mm。
9.根據權利要求1所述的一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，其特徵在於: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)採用法蘭盤連接或者焊接，柱縱向鋼筋(1.4)採用焊接或者套筒灌漿連接。
10.根據權利要求9所述的一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，其特徵在於:所述柱接頭(3)處鋼管(1.2)採用法蘭盤連接時，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.根據權利要求9所述的一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱，其特徵在於:所述長柱上端的柱接頭(3)位於鋼牛腿節點(2)連接的樓層梁以上0.3^1.5m。
12.—種權利要求1~11任意一項所述一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱的施工方法，其特徵在於施工步驟如下: 步驟一，製作鋼管(1.2)，在鋼管(1.2)上焊接鋼牛腿； 步驟二，第一次預先澆注鋼管內砼(1.3)； 步驟三，對鋼管內砼(1.3)進行養護，鋼管內砼(1.3)固化後與鋼管(1.2)結合為一體形成鋼管砼柱； 步驟四，將鋼管砼柱平放，綁紮柱縱向鋼筋(1.4)、柱箍筋(1.5);第二次預先澆注所有層間柱(I)和鋼牛腿節點(2)範圍的鋼管外砼，固化後與鋼管砼柱結合為一體形成長柱；或者僅第二次預先澆注鋼牛腿節點(2)處的鋼管外砼，層間柱(I)處的鋼管外砼在鋼管砼柱安裝後、承受軸力達到該柱軸壓力設計值的30%~60%再現場澆注，固化後與鋼管砼柱結合為一體形成長柱；或者鋼管外 砼全部現澆。
13.根據權利要求12所述的一種裝配式框架帶鋼牛腿長柱的施工方法，其特徵在於:所述鋼管內砼(1.3)是在鋼管(1.2)與水平面夾角不大於20°的狀態下進行預先澆注的；鋼管內砼(1.3)的養護方式採用常溫澆水養護、常壓蒸汽養護，或者蒸壓釜內的高溫高壓蒸汽養護。
【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 優先權日:2013年10月31日
【發明者】鄒劍強, 付佳宏 申請人:中國航空規劃建設發展有限公司