装配式钢混结合柱结构及其实施方法与流程

本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种装配式钢混结合柱结构及其实施方法。

背景技术：

在目前建筑工程中，采用柱的结构形式主要有：钢筋混凝土柱、钢管混凝土柱及型钢混凝土柱等。钢筋混凝土柱的建造模式主要采用传统现场浇筑施工，难以进行工业化大生产，施工周期长，此种建造模式存在高能耗、高污染、低效率、粗放式等问题，与当前的新型城镇化、工业化、信息化发展要求不相适应。钢管混凝土柱，可以通过螺栓或焊接的方式进行装配化施工，但难以进行工厂化生产，由于用钢增加使得建造成本高，钢管的防腐防火需要进行技术处理，且钢管混凝土柱由于混凝土振捣不密实而导致柱发生局部弯曲。型钢混凝土柱通过外包混凝土解决钢材的防腐防火问题，但浇筑外包混凝土比较困难，用钢量比钢筋混凝土柱高，与混凝土梁的连接较为复杂。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种经济实用、结构简单、施工方便的装配式钢混结合柱结构及其实施方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案如下：

装配式钢混结合柱结构，包括混凝土柱、钢混结合段、短钢柱；钢混结合段是混凝土柱和短钢柱的连接段；混凝土柱包括混凝土、钢筋、制孔装置和精扎螺纹钢；短钢柱包括型钢、加劲肋及连接板；钢混结合段由剪力键、混凝土、加劲肋、锚固体系、钢筋、端板、左钢翼缘板及右钢翼缘板构成；钢混结合段的混凝土与端板、左钢翼缘板及右钢翼缘板通过剪力键进行连接，共同承受外力；加劲肋用于提高短钢柱的稳定性；在短钢柱端部设置连接板；混凝土柱为钢筋混凝土结构，为加强混凝土柱与钢混结合段间的连接，在混凝土柱与钢混结合段内部安装精轧螺纹钢。

钢混结合段内的剪力键均匀对称的焊接在端板、左钢翼缘板及右钢翼缘板围合而成的内侧面上；剪力键的尺寸和规格根据施加在钢混结合柱上的恒载和活载的大小，通过现有规范的计算方法确定。

短钢柱的型钢截面形式采用H型或箱型截面，短钢柱的加劲肋的布置根据规范确定.

在钢混结合段处通过剪力键和精轧螺纹钢将混凝土和钢材这两种不同材料紧密连接，提高其整体性，并且在短钢柱的外端设置连接板，采用螺栓和焊接两种混合方式与外部钢节点连接。

装配式钢混结合柱结构的实施方法，具体步骤如下：

步骤1：在工厂根据设计图纸加工短钢柱，在钢混结合段端焊接端板、左钢翼缘板及右钢翼缘板，将剪力键均匀对称的焊接在端板、上钢翼缘板及下钢翼缘板围合而成的内侧面上；在钢混结合段另一端焊接与钢节点相连的连接板，并在连接板以及与短钢柱相连接的端板上预留螺栓孔洞；

步骤2：将工厂加工好的两片短钢柱固定好，在短钢柱之间安装模板，按设计绑扎钢筋，在混凝土柱和钢混结合段内预先安装制孔装置和精轧螺纹钢；

步骤3：浇筑混凝土柱和钢混结合段，在工厂内对梁进行养护，待混凝土柱强度达到天强度后，拆除模板体系；

步骤4：在钢混结合段的端板上安装锚固体系，按设计控制张拉力将精轧螺纹钢张拉到位；

步骤5：将钢混结合柱运送至施工现场，通过螺栓和焊接两种混合方式与外部钢节点连接，完成安装。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、可以进行工厂化生产，保证结构质量

采用本发明，可以全过程结合信息技术进行工厂化预制，保证结构质量，提高了其耐久性，并在生产过程中对其进行编码，对柱在生产过程的性能和品质进行全寿命追溯。

2、可采用快速装配式施工，加快施工进度，对周围环境影响小、

采用本发明，与传统柱结构相比，成品梁在工厂生产完后，运至施工现场，采用螺栓和焊接两种混合方式与钢节点连接，减少现场湿作业，采用快速装配化施工，大大加快了工程施工进度，节约成本，对周围环境影响大大减小。

3、充分利用钢材与混凝土的优点，经济指标低

采用本发明，装配式钢混结合柱结构中采用钢混结合，既发挥混凝土结构的优点，又发挥了钢与钢连接的易于施工性。与钢结构相比大大减少了钢用量降低成本，减少钢结构防腐防火和后期维护养护成本；与现浇混凝土柱相比，梁柱节点处没有湿接缝，使施工速度加快，缩短工期，节约成本。

附图说明

图1(a)本发明的钢混结合柱平面布置图；

图1(b)本发明的钢混结合柱平面布置图；

图2本发明的钢混结合段布置图；

图3本发明的混凝土柱剖面图；

图4本发明的钢混结合段剖面图；

图5本发明的短钢柱剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

装配式钢混结合柱结构，包括混凝土柱1、钢混结合段2、短钢柱3；钢混结合段2是混凝土柱1和短钢柱3的连接段。其中，混凝土柱1由混凝土4、钢筋5、制孔装置6和精扎螺纹钢7组成，短钢柱3由型钢8、加劲肋9及连接板10组成，钢混结合段2由剪力键11、混凝土4、加劲肋9、锚固体系12、钢筋5、端板13、左钢翼缘板14及右钢翼缘板15构成，钢混结合段2是混凝土柱1与短钢柱3的过渡段，钢混结合段2的混凝土4与端板13、左钢翼缘板14及右钢翼缘板15通过剪力键11进行连接，共同承受外力。加劲肋9则是提高短钢柱3的稳定性，避免其发生局部屈曲。为方便钢混结合柱间易于连接，在短钢柱3端部设置连接板10，采用螺栓和焊接相结合方式与钢节点连接。混凝土柱1为钢筋混凝土结构，为加强混凝土柱1与钢混结合段2间的连接，在它们内部安装精轧螺纹钢7。

本发明装配式钢混结合柱结构由混凝土柱1、钢混结合段2、短钢柱3构成，凝土柱1、钢混结合段2、短钢柱3的尺寸和构造，根据结构形式和外荷载大小，通过现有规范计算确定。

本发明中，混凝土柱1内的钢筋5等级规格及配筋率，根据外荷载大小和梁尺寸，根据现有规范计算方法确定。

本发明中，钢混结合段2由剪力键11、混凝土4、加劲肋9、锚固体系12、钢筋5、端板13、左钢翼缘板14及右钢翼缘板15组成，钢混结合段2内的钢筋5配筋率和等级，根据施加在钢混结合段上荷载的大小，通过现有规范的计算方法决定。

本发明中，钢混结合段2内的剪力键11的应均匀对称布置，剪力键11的尺寸和规格根据施加在钢混结合柱上的恒载和活载的大小，通过现有规范的计算方法确定。

本发明中，钢混结合段2和混凝土柱1内精轧螺纹钢7的长度、数量及布置，根据恒载和活载的大小以及柱的尺寸，通过现有规范的计算方法确定。

本发明中，短钢柱3由型钢8、加劲肋9及连接板10组成，短钢柱3的型钢8截面形式采用H型或箱型截面，短钢柱3的加劲肋9的布置根据规范确定。

装配式钢混结合柱由混凝土柱1、钢混结合段2、短钢柱3构成，钢混结合柱采用钢筋混凝土柱，在钢混结合段2处通过剪力键11和精轧螺纹钢7将混凝土和钢材这两种不同材料紧密连接，提高其整体性，并且在柱两端设置连接板10，采用螺栓和焊接两种混合方式与钢节点连接，减少连接节点处的湿作业，采用快速装配化施工，加快施工进度，节约工期。

装配式钢混结合柱结构的实施方法，具体步骤如下：

步骤1：在工厂根据设计图纸加工短钢柱3，在钢混结合段2一端焊接端板13、左钢翼缘板14及右钢翼缘板15，将剪力键11均匀对称的焊接在端板13、左钢翼缘板14及右钢翼缘板15围合而成的内侧面上；在钢混结合段2另一端焊接与钢节点相连的连接板10，并在连接板10以及与短钢柱3相连接的端板13上预留螺栓孔洞。

步骤2：将加工好的两片工厂短钢柱3固定好，在短钢柱3之间安装模板，按设计绑扎钢筋，在混凝土柱1和钢混结合段2内预先安装制孔装置6和精轧螺纹钢7。

步骤3：浇筑混凝土柱1和钢混结合段2，在工厂内对梁进行养护，待混凝土柱强度达到28天强度后，拆除模板体系。

步骤4：在钢混结合段2的端板13上安装锚固体系12，按设计控制张拉力将精轧螺纹钢7张拉到位。

步骤5：将钢混结合柱运送至施工现场，通过螺栓和焊接两种混合方式与钢节点连接，完成安装。

实施例：

本实施例的装配式钢混结合柱布置如图1(a)、1(b)和2所示。钢混结合柱长3～4米，柱的尺寸为400mm×400mm。由混凝土柱1、钢混结合段2和短钢柱3组成，钢混组合段2的长为250mm，高为400mm，宽为400mm；短钢柱3由H型钢8、加劲肋9及连接板10组成，H型钢8的翼缘和腹板厚度按照相应规范计算得出，

本实施例的混凝土柱1和钢混结合段2如图3～4所示，混凝土柱1内布置一定数量的纵向钢筋5，其配筋率根据实际工程计算得出，且在钢混结合处进行箍筋加密，钢混结合段2由多个剪力键11、端板13、左钢翼缘板14及右钢翼缘板15组成，端板13、左钢翼缘板14及右钢翼缘板15厚20mm，剪力键11直径为10mm，键长为70mm，剪力键11间的间距根据规范计算得出。

本实施例的短钢柱3如图5所示，采用螺栓和焊接来中混合方式连接钢节点，螺栓和焊缝尺寸按照相应规范计算得出，连接板厚20mm。