建造具有角钢和钢筋的预制钢骨混凝土柱的方法
【专利摘要】本发明提供一种在隅角处用角钢预制钢骨混凝土(PSRC)柱。所述柱在角钢之间具有辅助钢筋且连杆环绕角钢和辅助钢筋。柱头钢板在角钢和辅助钢筋外部固定到所述结构。柱头钢筋板以对角方式附接在PSRC柱内部。使用模具来向所述柱填充水泥。
【专利说明】建造具有角钢和钢筋的预制钢骨混凝土柱的方法
[0001]本申请是申请日为2012年2月17、发明名称为“用角钢的预制钢骨混凝土柱及其建造方法”的第201210036387.7号专利申请的分案申请。
[0002]相关专利申请案的交叉参考
[0003]本专利申请案主张在韩国知识产权局在2011年2月18日申请的第10-2011-0014502号韩国专利申请案、在2011年8月11日申请的第10-2011-0079994号韩国专利申请案以及在2011年8月11日申请的第10-2011-0079995号韩国专利申请案的权益，所述申请案的揭示内容以全文引用的方式并入本文中。
【技术领域】
[0004]本发明涉及预制钢骨混凝土(prefabricatedsteel reinforced concrete,PSRC)柱，且更具体来说，涉及具有角钢(angle steels)的PSRC柱及其建造方法。
【背景技术】
[0005]如图1A中所示,通过用钢筋混凝土(reinforced concrete) 22环绕钢架柱(steelframed column) 21 (例如H形或宽凸缘钢柱)来形成建造中使用的常规钢骨混凝土(steelreinforced concrete, SRC)柱或梁。模具23用以在钢架柱21和连杆(tie bars) 13周围浇注混凝土 22。
[0006]图1B显示具有横梁(girders) 41从柱在四个方向上突出的面板区(panel zone)。虽然面板区在结构上是重要的，但在很多情况下对面板区的模制不注意管理。制造/建造面板区是昂贵的且通常会消耗大量时间。
【发明内容】
[0007]本发明针对使用角钢建造预制钢骨混凝土(PSRC)柱的方法及具有角钢的PSRC柱。在实施例中，角钢可用作垂直材料，而钢筋(reinforcement bars, REBAR)可用作水平或倾斜材料。与常规PSRC柱相此，所述PSRC柱的模具区域可能较小。进一步的优势可能是简化的面板区模具，其先前已被复杂化以在现场制造。经建造具有角钢的PSRC柱也可减少垂直误差。
[0008]根据本发明的一方面，提供一种通过制备角钢和钢筋来建造PSRC柱的方法，所述方法包含:在横截面形状为四边形的PSRC柱的隅角架设角钢；在角钢之间添加辅助钢筋；用以界定的间隔水平布置的连杆环绕角钢和辅助钢筋；将连杆焊接并固定到结构；将柱头钢板(column capital steel plates)焊接到角钢和辅助钢筋的提供了梁的外部；和/或以对角方式将柱头钢筋板(column capital steel reinforcing plates)附接在向柱头钢板的内表面提供梁的位置处；将梁或托架附接到柱头钢板外部以制造PSRC柱和/或现场运送并架设PSRC柱。梁的剩余中央部可附接到托架，可在PSRC柱周围提供模具且可将混凝土浇铸到模具中。
[0009]换言之，提供一种建造具有角钢和钢筋的预制钢骨混凝土柱的方法，所述方法包括:在横截面形状为四边形的预制钢骨混凝土柱的隅角上架设角钢；在所述角钢之间提供辅助钢筋；用以间隔水平布置的连杆环绕所述角钢和辅助钢筋；围绕所述辅助钢筋和所述角钢焊接所述连杆；在所述角钢和所述辅助钢筋外部焊接柱头钢板；以及以对角方式将柱头钢筋板附接在所述预制钢骨混凝土柱内部。
[0010]所述方法可进一步包含:形成用于将角钢(其可为轻量型)附接到梁或托架的侧表面的螺栓孔，在附接到PSRC柱的梁或托架的端部中，所述梁或托架以对应于覆盖深度的距离间隔开；以及将穿过槽孔(slot holes)的角钢与螺栓附接；以及用自钻螺丝将用作永久模具的角形轻量预成型钢板(angle lightweight pre-formed steel plates)的端部固定到角钢。
[0011]根据本发明的另一方面，提供一种在预制钢骨混凝土(PSRC)柱中通过将+_形(+-shaped)刚性梁放置并固定在PSRC柱的面板区中的PSRC柱的中心处而将角钢接合到钢梁的抗震方法，所述抗震接合方法包含:在从角钢中构成+_形刚性梁的四个梁的左侧和右侧处将梁座(beam saddles)水平地焊接在以1mm到50mm或更多的自由空间(所述自由空间大于每一梁的宽度)布置的四对角钢之间；将梁座的横截面形状制作为，-形-shaped)、T形(T-shaped)或Π形(Π -shaped)中的一者,且使得梁座的顶面与+_形刚性梁的下部凸缘的下端的高度匹配；通过将梁座用螺栓连接或焊接到+_形刚性梁的下部凸缘来使PSRC柱与梁接合；在？5%柱周围提供模具；以及将混凝土浇注到模具中。
[0012]此外，如果梁的宽度太大且不存在足够的自由空间来将混凝土浇注到PSRC柱中，则柱部件可被切割且连续地焊接到梁的上部凸缘和下部凸缘的顶面和底面，且短部件(例如已切割的柱部件)可插入并焊接在梁的上部凸缘和下部凸缘之间。
[0013]根据本发明的另一方面，提供一种预制钢骨混凝土(PSRC)柱的成套成形方法，所述方法包含:以固定方式将钢绞线(steel strands)附接到放置在或固定在PSRC柱的顶端上的钢梁或托架两者的下部；向下悬挂钢绞线；将中空爬升式液压千斤顶耦合到钢绞线的下端；通过使用夹具将中空爬升式液压千斤顶附接到模具的轭(yokes)，所述轭经制造成为具有PSRC柱高度的约1/2到1/4的高度；以及用液压软管(hydraulic hose)将中空爬升式液压千斤顶连接到液压泵。在花费最少时间使混凝土的预浇注下部在没有模具的情况下自支撑后，通过使用(例如)液压千斤顶向上推动模具，且依序在预浇注下部上浇注混凝土的上部。
[0014]换言之，提供一种预制钢骨混凝土柱成套成形方法，其包括:以固定方式将钢绞线附接到钢梁或托架的两个下部，所述钢梁或托架放置并固定在预制钢骨混凝土柱的顶端上，所述预制钢骨混凝土柱具有紧固在所述预制钢骨混凝土柱的隅角处的角钢；向下悬挂所述钢绞线；将中空爬升式液压千斤顶耦合到所述钢绞线的下端；将所述中空爬升式液压千斤顶附接到具有为所述预制钢骨混凝土柱高度的1/2到1/4的高度的模具的轭；以及用液压软管将所述中空爬升式液压千斤顶连接到液压泵，且在混凝土的预浇注下部在没有所述模具的情况下自支撑后，用所述液压千斤顶向上推动所述模具，且在预浇注的下部预制钢骨混凝土柱上依序对上部预制钢骨混凝土柱进行浇注。
[0015]可通过使模具下部(其中混凝土的横向压力较高)处的轭之间的间隔低于模具上部(其中混凝土的横向压力较低)处的轭之间的间隔来自动减小托梁(joists)的长度，从而提高轭和托梁的效果。
[0016]为拆除H形的以直角彼此汇合的两个轭，可在一个轭的端部处形成两个外围螺栓孔和一个中央螺栓孔；可在剩余轭的端部处形成两个外围螺栓孔，且可用硬化剂增强端部以获得接合钢板；可以45°将接合钢板焊接到轭的端部且接合螺栓可插入到彼此相向的接合钢板的螺栓孔的外围螺栓孔中；以及可将耦合器焊接到中央螺栓孔的外表面，其中，为将模具从混凝土中分离出来，拧松接合螺栓，将分离螺栓插入到耦合器中并顺时针转动，以使得分离螺栓推动接合钢板的不具有螺栓孔的表面并产生用于使彼此相向的接合钢板之间的间隔加宽的力，从而将模具从混凝土的表面中分离出来。
[0017]根据本发明的另一方面，提供一种构件，其包括:四边形预制钢骨混凝土柱、角钢、辅助钢筋、连杆、柱头钢板以及柱头钢筋板；角钢位于所述预制钢骨混凝土柱的隅角上；辅助钢筋在所述角钢之间；连杆环绕所述角钢和所述辅助钢筋；柱头钢板固定在所述角钢和所述辅助钢筋外部；柱头钢筋板以对角方式附接在所述预制钢骨混凝土柱内部。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]通过参考附图详细描述本发明的示范性实施例将更明白本发明的以上和其它特征及优点，附图中:
[0019]图1A和IB图解说明常规钢筋混凝土(SRC)柱和梁。
[0020]图2A图解说明预制钢筋柱的面板区。
[0021]图2B图解说明图2A的预制钢筋柱。
[0022]图3A图解说明预制钢骨混凝土(PSRC)柱的面板区。
[0023]图3B图解说明图3A的PSRC柱。
[0024]图4A至4D图解说明预制钢筋混凝土(PRC)柱和PSRC柱中面板区和连杆的焊接部。
[0025]图5A至5C图解说明PSRC柱的螺栓接合部、PSRC柱的焊接接合部以及PRC柱的接合部。
[0026]图6图解说明柱强度(P-M)曲线图。
[0027]图7A至7C图解说明PSRC柱的面板区。
[0028]图8图解说明面板区部分。
[0029]图9A至9F为用于阐述逻辑复合(logical composite, LC)框架方法的图。
[0030]图1OA至1B图解说明当由于柱的横截面积较小且+_形刚性梁的宽度较大，因此几乎没有空间浇注柱混凝土时，通过使用LC框架方法布置的钢材料。
[0031]图1lA至IlE是图解说明根据本发明的实施例的装配PSRC柱的方法的图。
[0032]图12A和12B是图解说明PSRC柱和普通钢筋混凝土柱中弯矩(bending moment)与纯跨度(pure span)之间的关系的图。
[0033]图13A和13B图解说明当由于柱的横截面积较小且+_形刚性梁的宽度较大，因此几乎不存在空间浇注柱混凝土时，所布置的柱的钢材料。
[0034]图14A和14B图解说明使用包含H形钢的+_形刚性梁的PSRC柱以及使用包含"TSC (SEN复合梁)”复合梁的+_形刚性梁的PSRC柱。
[0035]图15A图解说明耦合到PSRC柱的模具。
[0036]图15B是图解说明图15A的模具的横截面图。
[0037]图15C是沿图15B的线A-A获取的横截面图。
[0038]图1?是沿图15B的线B-B获取的横截面图。
[0039]图16A和16B图解说明分离形式的方法。
[0040]图17图解说明轭之间的间隔以及托梁的长度根据模具的高度变化的情况。
【具体实施方式】
[0041]现将参考附图更全面地描述本发明，附图中显示本发明的示范性实施例。在附图中，由相同参考数字表示的元件实质上为相同元件。
[0042]虽然 申请人:已针对包含角钢的柱开发了一项技术，但由于角钢材料需求和供应没有得到很好的均衡，因此难以实际使用此项技术。为解决此问题， 申请人:已使用大直径高强度的焊接钢筋而不是角钢开发出预制钢筋混凝土(PRC)柱，并已针对众多建筑使用PRC柱以改进建造方法。 申请人:基于PRC柱提出使用角钢和钢筋建造PSRC柱的方法。
[0043]一般来说，RC结构通过在具有高抗压的混凝土的抗拉部处提供具有高抗拉的钢筋来展现出抗力。然而，RC结构具有若干问题，即需要制造用于容纳流动的混凝土的模具和支架，需要脱模成本且混凝土的标准固化时间为28天，其很难缩短。
[0044]为解决这些问题，最近已在钢骨制作厂房内预先制作预制钢筋以使得钢筋在建造期间可自撑，从而使得出模时间最小化，大大降低了制造成本，并减少现场处理和制作预制钢筋的操作。在图2A和2B中显示所述预制钢筋柱。图2B图解说明预制加钢筋柱I且图2A图解说明预制钢筋柱I的面板区10。预制钢筋柱I包含柱主条14、连杆13、横梁41以及面板区10。面板区10包含柱头钢板15和柱头钢筋板16。
[0045]在当前说明书中，由于直接连接到柱的水平结构元件被称为此【技术领域】中的横梁，因此对应于元件数字41的元件被称为横梁。然而，在本说明书中，被称为梁的元件严格意义上来说可能为横梁。这是由于以下事实，即梁按照定义为支持垂直负荷的水平结构元件，且在此意义上，横梁因此可被视为一种梁。
[0046]角钢可用作用于建造轻量型屋架(roof trusses)、电线杆、塔、支架、用于塔式起重机的栏杆、楼梯、沟槽以及其它类型的建造工作的结构和支架材料。角钢通常暴露于户外元件。大于100x100mm的角钢在市场上尚不常见。具体来说，由于制造成本和交付周期，针对结构用途用高强度钢制成的角钢是昂贵的且仅通过非常大的订单获得。而且，大的角钢与例如钢筋或I梁等其它钢产品相此，一般限于较长的交付周期(通常为二或三个月)。
[0047]在图3A和3B中显示具有角钢的PSRC柱。图3B图解说明PSRC柱2，且图3A图解说明PSRC柱2的面板区10。参看3A和3B，角钢11设置在PSRC柱2的边缘处。而且，柱头钢板15'的两边均耦合到面板区10中的角钢11。而且，辅助钢筋12设置在角钢11之间并与角钢11平行。
[0048]当通过使用SRC结构计算标准而不是RC结构计算标准来设计PSRC柱2时,也可实现由于设计标准的差异而造成的经济效益。虽然通过熔化废铁来制造钢筋，但通过对鼓风炉中生成的初次制成铁执行热轧来制造角钢。因此，由于角钢的可靠性高于钢筋的可靠性，因此使用角钢的PSRC柱2展现出改进的特性。通过对由炼钢工制造的钢筋执行测试而获得的结果表明，伸长此(elongat1n rat1)存在大的误差。所述误差影响了抗震性，如表I中所示。SN材料的可靠性高得多。
[0049]表1.对钢筋执行的张力测试的结果:SD500W
[0050]
I—..............................................................................................................................1.......................................................—.............................................................................................................测试结果................................................................................................................名称,处理iEBgM,/luro、伸长比
IP服强度(MPa抗拉强度(MPa 1.............................................................................................................................1.........................................................1................................................................................................................................................................................1.........................................Dl 41-N-L-12 无 561.2669.09.5
卜2|ll-N-M-13 无 |537’3 660.1il6.9
mm-N-S-13 无 550.7 667.913.4
p4 p1-P-L-12 预^_552.2_|β70.1__13.9
Ρ5 p 1-P-M-13 预^_p49A_|β71.6__16.7
Μ p1-P-S-13 预尋_538.5_|β_.8__15,5
07 4UA-M-13后加热 560.4_[￠76.4__16.2
1b 1 - A-L? 12 后加热 p65.0_|690.3__13.3 I
09— 29-N-L-12 无 _539.2_ 675.6 __15.2
1029~N~M-10 无 549.5676.412.7
1129-N-S-10 无 538.6670.915.5
1229-N 无 543.3672.516.9
[0051]请注意:名称栏指明了钢筋的测试号和直径-热处理方法-焊接量-焊接部处钢筋的直径；热处理方法关键字- (N:无，P:预热，A:后加热)。
[0052]在表2中显示KS标准。
[0053]表2.KS 标准
[0054]
类型I屈服强度(MPa) I抗拉强度(MPa) |伸长此(％ )
SD500W 500或更多620或更多14或更多
[0055]常规预制增强结构(prefabricated reinforced structure)包含在梁和柱的隅角密集厚的钢筋以便使优势最大化。由于角钢的横截面形状而使角钢实现了与钢筋集中在隅角时所获得相同的效果，因此预制增强结构的优势自动实现。而且，连杆的焊接、焊接位置的数量以及焊接量可减少。
[0056]图4A至4D图解说明PRC柱和PSRC柱中的面板区和连杆的焊接部W。图4A和4B图解说明PRC柱和PSRC柱中的面板区的焊接部W。图4C和4D图解说明PRC柱和PSRC柱中的连杆的焊接部W。参看图4A，PRC柱的面板区具有36个焊接部W。参看图4B，PSRC柱的面板区具有16个焊接部W。参看图4C，PRC柱的连杆具有18个焊接部W。如图4C中所绘制，连杆13也相互焊接。参看图4D，PSRC柱的连杆具有12个焊接部W。S卩，从图4A至4D中可以发现，PSRC柱的焊接部W的数目可能远小于PRC柱的焊接部W的数目。
[0057]图5A至5C分别图解说明PSRC柱的螺栓接合部、PSRC柱的焊接接合部以及PSRC柱的接合部。参看图5B，虽然接合钢板并不另外用于使柱和梁接合，但由于角钢11直接相互焊接，因此可能会减少额外钢材料和焊接量。
[0058]与PRC柱相此，当使用角钢11时，角钢11可现场直接相互焊接或相互用螺栓连接以使上部和下部柱连接。即，如图5A中所示，上部和下部柱可通过使用耦合器18或接合钢板19的辅助钢筋(如图5B中所示)相互连接。
[0059]由于与表3中所示的钢筋中的每一者相此，角钢11中的每一者均具有较大的回转半径，因此弯折长度(buckling length)弯曲刚度两者都较高。
[0060]表3.钢筋与角钢之间回转半径的此较
[0061]
钢筋角钢标横截—^ 横截面积回转半径
mir\r%*V,%
t inm JL mm )k inm )t mm )
03811140_9.5 _9()^9()^6 105527.7
D41 !1340_UU_100x100x7 丨 362_30J_
1)51202712.Si OOM (H)' 10 190030.4
[0062]因此，PSRC材料的强度越大，在现场运载并装配时的PSRC材料的结构稳定性就越大，且伸直度越大。
[0063]根据韩国建筑条例，RC柱的设计抗压强度如下所示。
[0064]在使用连杆的RC柱的情况下:
[0065]Φ Pn = 0.65 (0.8P。)= 0.65 X 0.8 X [fyAst+0.85fckAj........................(I)
[0066]其中Φ为强度减小因数，
[0067]Pn为存在偏心率时的标称强度，
[0068]Po为不存在偏心率时的标称强度，
[0069]Fy为抗拉钢筋的设计标准屈服强度，
[0070]Fck为混凝土的设计指定抗压强度，
[0071]Ast为钢筋的横截面积，以及
[0072]Ac为混凝土的横截面积。
[0073]在使用螺旋钢筋的RC柱的情况下:
[0074]φ Pn = 0.70 (0.85Ρ。)= 0.70 X 0.85 X [fyAst+0.85fckAj。
[0075]SRC柱的设计抗压强度如下所示。
[0076]在Pe彡0.44P。的情况下:
[0077]誦]....".."..■..………(2 )
[0078]其中P。= AsFy+AyFy+0.85Acfck,且
[0079]Pe= Ji2 (EIeff)/(KL)2,
[0080]其中E为弹性模数，
[0081]EIeff为抗压部件的有效弯曲刚度，
[0082]K为有效弯折长度系数，以及
[0083]L为柱长度。
[0084]在Pe < 0.44P。的情况下，
[0085]其中ΦPn = 0.75X0.877Pe。
[0086]使用RC柱和SRC柱的设计抗压强度的结构设计标准可在图6中显示为柱_强度(P-M)图表。
[0087]当通过根据设计标准(例如新颁布的2009年韩国建筑条例(KBC))考虑SRC复合柱的弯折来计算效率时，虽然存在其它变量，但SRC柱中使用的角钢的效率与RC柱中使用的钢筋相此高出约30%到40%。因此，即使考虑到与大直径高强度钢筋相此角钢(例如SN490)要贵约5%的事实，角钢也此大直径高强度钢筋要好25%到35%。
[0088]考虑到最新的技术和建造方法此常规建造方法要好约10%，本发明的效果是相当可观的。用于计算模具制造成本的单位成本是基于表面积。因此，进行模具工作的木工感觉最难建造的部分是附接梁的阶梯、柱以及面板区。而且，需要用模具纠正在建造条件下在PSRC柱中产生的垂直误差。
[0089]RC和SRC设计标准存在着差异。当角钢被视为钢筋并根据RC结构标准设计时，并不会出现大的抗力但经济效益会减少。另一方面，当钢筋代替角钢等钢材料用作倾斜材料，视为钢材料，并根据SRC结构标准设计时，获得约25%到35%的经济效益。然而，当实际上使用上述不熟悉的类型和钢材料时，预计会出现某些抗力。为解决此问题，当通过针对柱的水平材料和倾斜材料两者均使用角钢来设计SRC结构时，与RC连杆之间的间隔可能存在失配。因此，需要经由实验提供令人信服的研究材料。这是因为大部分建造工程师认为SRC结构为通过将H形钢设置在中心处而获得的RC结构，如图1A中所示。
[0090]因此，本发明使用用于垂直材料的角钢以及用于水平材料或倾斜材料的钢筋。而且，本发明提供具有较小面积的模具并针对难以现场制造的面板区简化模具。另外，本发明减少了用模具纠正PSRC柱的垂直误差的负担。
[0091]如图3A中所示，通过考虑混凝土覆盖深度来将角钢11和辅助钢筋12另外设置在横截面形状为四边形的PSRC柱的边缘处，连杆13水平缠绕而围绕垂直材料并焊接到角钢11和辅助钢筋12。可现场执行或可在工厂执行将连杆13焊接到角钢11和辅助钢筋12的操作。
[0092]结构设计标准是基于最近出版的KBC2009的SRC设计标准，且连杆13的厚度和最大间隔经测定同样不会违背RC结构设计标准。
[0093]可通过同时制造高达2层或更多的一个单元来制造预制柱。通过根据施加到预制柱的上部和下部应力来调整辅助钢筋12的数目而以更具经济效益的方式设计预制柱。在具有高达3层的一个单元的预制柱的情况下，辅助钢筋12可集中在下层上，这在经济上是优选的。
[0094]图7A至7C图解说明PSRC柱的面板区10。图7A至7C图解说明梁在2、3和4个方向上接合到PSRC柱的面板区10的情况。参看图7A至7C，将附接了横梁41的柱头钢板15焊接到面板区10中的垂直材料，其中横梁41接合到包含角钢11、辅助钢筋12以及连杆13的PSRC柱。柱头钢筋板16另外焊接到柱头钢板15的内表面以便将横梁41的应力传输到对面的梁。
[0095]横梁41或托架在二、三或四个方向上焊接到面板区10中的柱头钢板15的外表面，角钢11在PSRC柱的单元的接合处现场相互焊接或用螺栓连接，且辅助钢筋12通过使用钢板或耦合器相互接合。
[0096]与PRC柱类似，通过将横梁41附接到面板区10，在角钢11和连杆13的外部提供模具以及将混凝土浇到模具中来完成PSRC柱。
[0097]再次参看图7A至7C，仅柱头钢板15附接到附接了横梁41的表面。在这种情况下，附接了柱头钢筋板16的辅助钢筋12可在面板区10中添加到并未附接横梁41的表面。
[0098]图8图解说明面板区10。参看图8，螺栓孔形成于横梁41或托架的侧表面中，且用螺栓32将穿过槽孔的横梁41或托架耦合到轻量型角钢31。耦合到横梁41的轻量型角钢31耦合到角形轻量预成型钢板34，且钢筋肋36可形成于角形轻量预成型钢板34上以便增加强度。角形轻量预成型钢板34可充当永久模具，且自钻螺丝35可耦合到角形轻量预成型钢板34。
[0099]根据本发明的另一实施例，将对PSRC柱以及在PSRC柱的面板区中提供梁的方法进行阐述。
[0100]将钢梁刚性地连接到钢骨混凝土柱的方法包括将钢梁刚性地连接到钢架柱(与钢架结构中一样)。即，通过用钢筋混凝土环绕钢架柱来获得钢骨混凝土。用钢筋混凝土环绕钢架柱的原因是与仅用钢设计柱时相此，建造成本可能较低，且自动实现钢架柱并不具有的抗火性。
[0101]由于在PSRC柱中，与普通钢筋混凝土柱不同，在柱的中心不存在钢架柱(所述柱将刚性地连接钢梁)，因此单独的抗震接合方法是优选的。
[0102]钢骨混凝土柱具有实现抗火性的优势，且另一优势为由于柱承担的轴向力的一部分也由混凝土承担，因此钢架柱的中央部的横截面积减少，这对于其价格来说具有极好的抗压。然而，典型钢骨混凝土柱违反结构力学的基本原理，所述基本原理中的一者为具有极好抗压的材料应设置在中央部且具有极好抗拉的材料应设置在外围部。
[0103]举例来说，虽然钢筋可经设计以在钢骨混凝土柱的任何部分处提供，但设计者并不在钢骨混凝土柱的中央部提供钢筋。
[0104]由于上述问题，在抗震设计中(其中柱不仅承载压缩力，而且承载弯矩)，典型钢骨混凝土柱可能是非常不实用的柱。为根据材料的特性设置材料，已对将钢梁直接接合到钢筋混凝土柱的方法进行了研究，其与钢骨混凝土柱相此具有更好的效率。
[0105]所述方法中的一者为逻辑复合(LC)框架方法。图9A至9F为用于阐述LC框架方法的图。图9A图解说明基本钢架91。图9B图解说明面承载板(FBP) 92。图9C图解说明上部和下部带板94。图9D图解说明盖板96。图9E图解说明现场装配钢筋混凝土柱和钢梁的情况。图9F图解说明建造板还(slab)的情况。
[0106]如图9A至9F中所示，LC框架方法涉及将混凝土灌注到略低于钢筋混凝土柱的钢梁的下端的高度，放置并固定刚性地连接的梁件以在预定位置处具有+_形，以及执行后续过程。图1OA和1B图解说明可应用图9A至9F的LC框架方法的普通钢骨混凝土柱。图1A为使用H形钢82的钢骨混凝土柱。图1OB图解说明使用交叉H形钢84的钢骨混凝土柱。
[0107]LC框架方法是复杂的且钢筋混凝土和钢架工作要求在现场工作期间进行合作。然而，实际上，每一操作均由每一分包商执行，因此合作实际上并不常见。
[0108] 申请人:已研究了加固钢筋混凝土柱的方法以便保持钢筋混凝土柱的效率，简化了过程并减少了现场工作量，且已开发了 PRC柱，其中钢筋混凝土柱的钢筋在工厂预装配并像钢架材料一样运载和建造。
[0109]抗震结构中最优选的接合形状经形成以使得在水平方向上形成的两个梁和在垂直方向上形成的两个梁彼此相向(其间存在柱)并穿过所述柱，且所述柱几乎不带来抗力或干扰。然而，钢架结构或钢骨混凝土结构经形成以使得梁被迫刚性地连接到柱以便一个梁越过另一梁。虽然LC框架方法会解决此问题，但由于在现场条件下LC框架方法是复杂的，因此LC框架方法很少由制造者(除了开发出LC框架方法的制造者)使用。
[0110]将对用于解决问题的使用角钢和钢梁的预制钢骨混凝土柱的抗震接合方法进行详细阐述。
[0111]图1lA至IlE是根据本发明的实施例的用于阐述预制PSRC柱3的图。详细来说，图1lA图解说明PSRC柱3。图1lB图解说明PSRC柱3上提供的梁座72。图1lC图解说明梁座72上提供的+_形刚性梁74。图1lD图解说明模具76。图1lE图解说明被浇注的混凝土 78。
[0112]通过将安置在中央的钢架材料分布到钢骨混凝土柱的外围部，用连杆捆扎钢材料以形成具有与尼龙类似的高强度的制备柱，并将横截面略微向上改变的钢材料更换为钢筋来形成PSRC柱3。PSRC柱3的主要材料为钢筋和角钢，但如有必要，可选择性地为T形钢、Π形钢或H形钢。
[0113]关于将+形刚性梁74放置并固定在PSRC柱3的面板区中的中心处的钢梁抗震接合方法将梁座72水平焊接在垂直布置在4个梁的左侧和右侧处的四对角钢11之间，从而从角钢11中构成+_形刚性梁74。角钢11之间的间隔要此每一梁的宽度大1mm到50mm，以便纠正PSRC柱3的装配误差。
[0114]梁座72的横截面形状为，-形、T形或Π形，且梁座72的顶面与+_形刚性梁74的下部凸缘的下端的高度匹配。+-形刚性梁74的下部凸缘和梁座72相互用螺栓连接或焊接。
[0115]当梁的宽度太大且不存在自由空间将混凝土浇到PSRC柱3中时，柱部件可被切割且连续地焊接到梁的上部凸缘和下部凸缘的顶面和底面。在这种情况下，短部件(例如已切割的柱部件)插入并焊接在梁的上部凸缘和下部凸缘之间。
[0116]最后，与普通钢骨混凝土柱中一样，放置模具并浇注混凝土，从而完成抗震接合方法。
[0117]从中移除了混凝土的PSRC柱3对应于制备的钢架柱(其中钢架材料被分布到外围部)。因此，由于钢架材料在所有方向上均通过间隔相互间隔开放置，因此+_形刚性材料74仅放置在分布式钢架材料之间。虽然分布式钢架材料(这里为角钢11)优选垂直布置以不接触梁，但如果由于梁的宽度太大而不存在自由空间将混凝土灌注到PSRC柱3中，那么钢架材料可通过切割而布置在梁的上部凸缘和下部凸缘之间并焊接在梁的上部凸缘和下部凸缘的表面之间。
[0118]根据钢梁和PSRC柱3的抗震接合方法，可通过将钢骨混凝土结构的钢架材料最大程度地推向外围部来使区段设计效率最大化。而且，在钢骨混凝土结构或钢架结构中，PSRC柱3和梁可连续地相互接合且焊接量和螺栓的数目可最小化。这是因为在普通抗震接合方法中，除了较长的建造周期以及较高的建造成本外，控制不合格品率的成本和工作也较高。
[0119]所要的抗震接合方法是其中X-Y方向梁的钢材料穿过面板区中的柱而不以物理方式相互碰撞的方法。本实施例的抗震接合方法接近于所要的抗震接合方法。
[0120]而且，由于在PSRC柱3的中心处不存在钢材料，因此可经济地设计出PSRC柱3且可通过将+_形刚性梁74放置在附接到PSRC柱3的梁座72上(像在木结构中一样)以及用最少的螺栓和最少量的焊接执行后续过程来容易地执行抗震接合方法。
[0121]由于钢材料设置在PSRC柱3的外围部，因此接合到钢材料的梁中的每一者的纯跨度会有利地减小。由于最大弯矩与跨度的平方成此例，因此当梁中的每一者的纯跨度减小时，设计区段也会减小。
[0122]PSRC柱3具有较高的相对于垂直负荷的弯矩，且与普通钢骨混凝土柱相此，其抗震性较高。
[0123]图12A和12B是用于阐述PSRC柱3和普通钢骨混凝土柱中的弯矩与纯跨度之间的关系的图。详细来说，图12A图解说明使用交叉H形钢84的图1OB的普通钢骨混凝土柱的弯矩。图12B图解说明PSRC柱3的弯矩。
[0124]g卩，图12B图解说明混凝土覆盖深度为1，900x1, 900mm的PSRC柱3而不是中心宽度为15.6m、外围尺寸为2.1x2.1m以及交叉H形钢尺寸为800x800mm的普通钢骨混凝土柱的弯矩和纯跨度。
[0125]根据计算结果，施加到PSRC柱3的弯矩为使用交叉H形钢84施加到普通钢骨混凝土柱的弯矩的85.7%。基于施加了均匀分布的负荷的梁的弯矩与跨度的平方成此例的事实通过以下公式获得结果。
[0126](15.6-1.9)7(15.6-0.8)2 = 0.857
[0127]PSRC柱3的形状可变化。举例来说，当PSRC柱3的横截面积较小，+_形刚性梁74的宽度较大，因此几乎不存在空间浇注混凝土时，PSRC柱3的钢材料可像图13A和13B中所示的PSRC柱3'中一样进行布置。
[0128]而且，PSRC柱3'的+_形刚性梁可包含H形钢或TSC(SEN复合梁)复合梁。即，+_形刚性梁可包含H形钢，如图14A中所示，且+-形刚性梁可包含TSC复合梁，如图14B中所示。
[0129]接下来，将对根据本发明的实施例的PSRC柱的成套成形方法进行阐述。
[0130]通过将钢架材料(例如H形钢或交叉H形钢)添加到钢骨混凝土柱的中心来形成钢筋混凝土柱。虽然中心处的钢架材料可自支撑，但不可能通过用钢架材料支撑模具来简化模具。这是因为钢筋(其可能不是自支撑的)分布在模具与设置在中心处的钢架材料之间，且因此模具可能不会直接由中心处的钢架材料支撑。因此，与钢筋混凝土柱一样，钢骨混凝土柱一般经提供以使得当混凝土的横向压力施加到模具时，模具自身保持垂直状态。
[0131]经受本实施例的成套成形方法的PSRC柱通过将钢筋和角钢分布在PSRC柱的外围部并防止普通钢筋混凝土柱的钢架材料设置在PSRC柱的中心处而展现出足够高的强度和抗力以支撑从附接到PSRC柱的底板和梁传输的建造负荷以及PSRC柱在进行混凝土浇注前的重量。由于钢材料分布到PSRC柱的外围部，因此与由PSRC柱支撑的普通自支撑模具相此，模具可能具有较高的质量和较低的成本。
[0132]随着柱长度的增加，很难同时用模具环绕柱，而不考虑模具是否可自支撑。具体来说，由于多层建筑、使用大容量起重机或特殊生产设施的工厂的巨型柱的高度为20m或更多，所以制造、装配以及拆除模具会花费很长的时间和很高的成本。
[0133]当建造具有相同横截面形状和尺寸以及大长度的钢筋混凝土结构(例如贮仓、烟囱、控制塔或桥墩)时，可实施向上推动或重新使用具有某一高度的模具的方法而不是同时在整个钢筋混凝土结构上附接模具的方法。所述方法被称为滑动成形方法或滑移成形方法。而且，对于从最低层到最高层均具有平滑垂直面而无突出物的壁式公寓的左壁和右壁来说，用于最低层的模具被向上推动并重新用于每层(这称为成套成形方法)而不是针对每层进行制造。
[0134]成套成形方法涉及通过使用起重机来向上推动并重新使用大板型模具而不拆除所述模具。滑动成形方法涉及通过将多个钢棍插入到下部混凝土中且将中空爬升式液压千斤顶插入到钢棍中来向上推动模具。成形方法的优势在于工人能够站立的工作平台和模具是一体制成的，且钢筋等材料可被运载、装配，以及可在一体形成的模具和工作平台上浇注混凝土。模具可连续地逐渐地向上推动。成形方法具有一些问题，这主要是因为模具被向上推动。考虑到弯折的风险，钢棍需要具有足够的强度。具体来说，当钢棍经形成以使得母和公螺丝的厚度最小以使得钢棍向上延长且钢棍的厚度最小而不会由于压缩力而弯折时，钢棍的成本非常高。另外，昂贵的钢棍在它们使用一次后就会被扔掉。可使用用于以相同速度操作多个液压千斤顶的控制装置。
[0135]为移除用于柱的模具，早期强度混凝土的抗压强度需为5Mpa或更多，且在浇注后需经过大约8个小时。对于8小时，施加到模具的横向压力与柱长度的增量成此例。由于模板、托梁或轭的弯曲应力与长度的平方成此例，因此当柱的长度增加时，模具的重量和尺寸大于柱的钢筋的重量和尺寸。
[0136]由于结构特性，PSRC柱的效果随着柱长度的增加而增加。然而，当使用普通模具且PSRC柱的长度超过预定值时，普通模具此PSRC柱的钢筋要更重且更大，且现场所用的提升设备的容量和数目由于普通模具的重量(而不由于PSRC柱)而会低效地增加。而且，当现场制造并拆除的模具太重且太复杂时，可能会部分失去通过在工厂对柱钢筋进行预装配而减少总建造周期并使现场工作最小化的PSRC柱的优势。
[0137]因此，本实施例的成套成形方法的目的是通过解决当昂贵的钢棍仅使用一次且难以控制液压千斤顶时可能会出现的问题来降低建造成本并提高资源利用率。
[0138]而且，当成套成形方法或滑动成形方法应用于在混凝土浇注前可自支撑的柱(此如PSRC柱)时，成套成形方法的目的是将钢棍(其在使用一次后被扔掉)更换为不贵且可重复使用的产品(这里为钢绞线)并使用可容易地控制装置(例如液压泵或控制装置)的不贵的普通产品。
[0139]而且，装配和拆除用于柱的模具的轭(其支撑混凝土的横向压力)的方法是复杂的，且所述模具是通过使用克服模具与混凝土之间的粘附力的用于将模具和混凝土分离开的装置来通过用杠杆进行冲击或强行加宽而被拆除。因此，目的是提供将模具和混凝土更简单且有效地分离开的方法。
[0140]虽然施加到模具下部的混凝土的横向压力随着同时浇注的混凝土高度的增加而增加，但这在实际设计模具并选定柱的整个高度时可忽视。目的是提供通过设计模具以使模具仅根据模具上部和下部之间的横向压力的差而具有必要抗力来使模具材料的浪费最少化的方法。
[0141]现将参考附图对用于实现这些目的的PSRC柱的成套成形方法进行详细阐述。
[0142]图15A图解说明通过使用对应于模具60的轭66的中心处的夹具装配中空爬升式液压千斤顶64、从PSRC柱4的上端的横梁41或托架悬挂下来的钢绞线62穿过液压千斤顶64以及通过使用液压泵50向上移动模具60的情况。图15B是图解说明图15A的模具60的横截面图。图15C是沿图15B的线A-A获取的横截面图。图15D是沿图15B的线B-B获取的横截面图。
[0143]与向上推动模具的常规滑动成形方法不同，本实施例的成套成形方法将模具60从上端开始向上推动，这是因为PSRC柱4在混凝土浇注前可自支撑。由于为了向上推动模具，因此常规滑动成形方法使用昂贵的厚钢棍，用作轨道的由液压千斤顶保持并向上移动的部件需是自支撑的且需承担模具和液压千斤顶的重量(即相当大的压缩力)。
[0144]本实施例的成套成形方法使用延长且没有钢棍贵的钢绞线62以便向前推动模具60。钢绞线62是基层铠装工作中广泛使用的直径为12.7mm且长期抗拉力为1tf的7根钢绞线。使用具有与基层铠装工作中用于对钢绞线62预加应力的标准相同的标准的中空爬升式液压千斤顶64。液压千斤顶64通过夹具固定到模具60。
[0145]本实施例的成套成形方法的目的是与典型滑动成形方法相此通过使用拉伸和压缩应力而更快且更简单地装配并拆除轭66。而且，由于施加到模板61的混凝土的横向压力根据模具60的高度而变化，因此成套成形方法的目的是通过调整轭66之间的间隔来调整托梁63的长度以及更有效地使用托梁63和轭66。
[0146]钢绞线62从混凝土浇注和固化前自支撑的PSRC柱4的上端处的钢横梁41或托架的两个对应地方悬挂下来，且钢绞线62的下端耦合到中空爬升式液压千斤顶64。
[0147]接下来，液压千斤顶64通过夹具附接到轭66的中心。通过将液压软管连接在液压泵50与两个液压千斤顶64之间来通过操作液压泵50向上移动模具60。
[0148]轭66设置在模具60周围。可通过使得模具60下部(其中混凝土的横向压力较高)处的轭66之间的间隔低于模具60上部(其中混凝土的横向压力较低)处的轭之间的间隔来提高托梁63和轭66的效果。
[0149]模具60经制造成具有为PSRC柱4的高度的1/2到1/4的高度，且逐步浇注混凝土。执行固化直到混凝土的抗压强度达到5Mpa，向上移动模具60，且浇注混凝土。
[0150]为顺畅地向上移动模具60，将附接到来自模具60的4个隅角中的两个地方处的轭66的接合螺栓68在中途拧松且顺时针拧紧分离螺栓69以将模具60从混凝土的表面分离出来，从而使得模具60更容易向上移动。
[0151]当模具60向上移动以到达预定位置时，分离螺栓69返回到原始状态，且再次拧紧接合螺栓68，从而完成对后续混凝土浇注的准备。
[0152]当模具60到达PSRC柱4的最高高度且混凝土浇注和固化结束时，从混凝土的表面中分离出模具60 (如上所述)，通过使用起重机放置在地面上，拆除并移到PSRC柱4的下一位置，且上述一连串操作重复执行。
[0153]当模具60下部其中混凝土的横向压力较高)处的轭66之间的间隔(低于模具60上部(其中混凝土的横向压力较低)处的轭66之间的间隔时，托梁63的长度自动减小，从而提闻托梁63和辄66的效果。
[0154]为装配H形且以直角相互汇合的两个轭66，在一个轭66的端部处形成三个螺栓孔(包含两个外围螺栓孔和一个中央螺栓孔)，在剩余轭66的端部处形成两个外围螺栓孔，用硬化剂672增强端部以获得接合钢板67，且将接合钢板67以45°焊接到轭66的端部。
[0155]将接合螺栓68插入到彼此相向的接合钢板67的螺栓孔的外围螺栓孔中，且耦合器65耦合到中央螺栓孔的外表面。
[0156]为拆除轭66的端部并将模具60从混凝土中分离出来，拧松接合螺栓68，以顺时间方向转动插入到耦合器65中的分离螺栓69以使得分离螺栓69推动接合钢板67的不存在螺栓孔的表面，从而形成使接合钢板67之间的间隔加宽、使刚性地连接到轭66的托梁63彼此相向的力，且当所述力超过混凝土与模具60之间的粘附力时，模具60从混凝土的表面中分离出来。图16A和16B图解说明通过拧松轭66来分离模具60的情况。
[0157]因此，根据本实施例的成套成形方法，轭66可简单地附接和卸离。而且，可容易地解决混凝土与模具60之间产生的粘附阻力的问题。而且，由于模具60是根据混凝土的横向压力(其在模具60的上部和下部是不同的)而设计，因此模具60的垂直状态可不考虑混凝土的横向压力而有效维持。图17图解说明托梁63的长度以及轭66之间的间隔根据模具60的高度而变化的情况。由于轭66更加密集地设置在模具60的下部，因此模具60可有效地承担混凝土的横向压力。
[0158]考虑到在钢筋混凝土的建造成本和建造周期方面，制模工作为约1/3，本实施例的成套成形方法可通过简化制模工作来有效降低整个建造成本和建造周期。
[0159]本实施例的成套成形方法可通过简单地制造具有为具有相同横截面形状和大长度的柱的高度的1/2到1/4的高度的模具，逐步向上推动模具以及执行2到4次混凝土浇注来降低与模具相关的建造成本。
[0160]根据混凝土标准规范，为防止由于收缩的积累而造成质量降低，不应同时对高度为3m到4m或更大的柱进行浇注。然而，为赶上最后期限，当管理人员不注意时，同时对高度为1m或更大的柱进行浇注。
[0161]由于本实施例的成套成形方法制造具有为柱高度1/3到1/4的高度的模具且逐步单独地浇注混凝土，因此所述不当做法可得到避免。
[0162]由于钢装配车间并不善于处理和装配钢筋，因此他们发现很难制造要求处理和装配钢筋的PRC柱。因此，仅一些制造商生产有限的数量。然而，如果PRC柱变成使用角钢而不是钢筋的PSRC柱，那么由于任何钢装配车间都可容易地生产PSRC柱，因此PSRC柱可在短时间内广泛使用。然而，由于角钢此H形钢要轻，因此按重量计的成本增加。由于国内钢装配车间一般基于每吨的成本获得订单，因此国内钢装配车间并不喜欢使用较轻的钢材料。然而，由于生产PRC柱时，每吨成本的上升已经存在，因此额外成本的负担似乎并不存在。在经济上，使用角钢的PSRC柱要此PRC柱好约25 %到35 %，且其制造精度此PRC柱要闻。
[0163]PRC柱的缺点在于将接合板添加到PRC柱的上部与下部之间的接合处。然而，PSRC柱并不要求所述接合板。如果制造用于具有垂直误差的PSRC柱的面板区的模具以纠正误差，那么木工用于模具的现场工作可大大减少，从而大大减少建造周期。
[0164]虽然已参考本发明的示范性实施例特别显示和描述了本发明，但所属领域的技术人员应了解，可在不脱离如所附权利要求书界定的本发明的精神和范围的情况下在形式和细节方面作出各种改变。
【权利要求】
1.一种建造具有角钢和钢筋的预制钢骨混凝土柱的方法，所述方法包括: 在横截面形状为四边形的预制钢骨混凝土柱的隅角上架设角钢； 在所述角钢之间提供辅助钢筋； 用以间隔水平布置的连杆环绕所述角钢和辅助钢筋； 围绕所述辅助钢筋和所述角钢焊接所述连杆； 在所述角钢和所述辅助钢筋外部焊接柱头钢板； 以对角方式将柱头钢筋板附接在所述预制钢骨混凝土柱内部； 所述方法还包括: 将+形刚性梁固定在所述预制钢骨混凝土柱的面板区中的所述预制钢骨混凝土柱的中心处； 将梁座水平焊接在每一 +形刚性梁的左侧和右侧处的以1mm到50mm布置的角钢对之间，所述自由空间大于每一梁的宽度； 将所述梁座的横截面形状形成为，形、T形或Π形中的一者； 形成所述梁座的顶面以与所述+形刚性梁的下部凸缘的下端的高度匹配； 通过将所述梁座固定到所述+形刚性梁的下部凸缘来将所述预制钢骨混凝土柱接合到所述梁；以及 在所述预制钢骨混凝土柱周围提供模具并将混凝土浇注到所述模具中。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括: 切割柱部件并连续地将已切割的柱部件焊接到所述梁的上部和下部凸缘的顶面和底面。
【文档编号】E04C3/36GK104196170SQ201410397297
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2012年2月17日 优先权日:2011年2月18日
【发明者】李昌男 申请人:桑菲斯株式会社