一种型钢柱的板柱结构节点及其柱帽预制构件和施工方法与流程

本发明涉及混凝土结构和预制装配式建筑结构领域，具体为一种装配板柱结构体系及其柱帽预制构件和施工方法。

背景技术：

由于装配式建筑符合环保节能的生产方式，国家提出了用10年左右的时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30％的发展目标；而板柱结构具有在同等的使用空间前提可减少层高，在地下建筑和作为多层停车具有很好的经济性，板柱结构既能现场浇筑也可实现预制装配式也将有很大的市场空间。

把建筑结构拆分成构件和构件组装的节点结构是建筑工业化——装配式建筑的关键第一步。

目前装配式型钢柱板柱结构存在如下缺点：

(1)目前板柱结构的装配技术没有完善配套，型钢柱的板柱结构装配节点基本还是空白。

(2)目前板柱结构连接节点有已经公开的专利cn102071747a《方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接的节点及制作方法》和cn101457548a《圆钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接的节点及制作方发》，其存在问题：(1)其适用的是现浇混凝土结构，并不是装配结构、没有考虑装配需要解决的问题；(2)其只适用于型钢管材(圆钢管、方钢管)的连接节点；(3)其节点重点是解决管材型钢与梁的连接节点、没有很好针对板柱结构解决具体问题；(4)没有解决其他型钢柱的连接、没有针对装配施工特点解决施工问题。

技术实现要素：

本发明的目的一是提供一种型钢柱的板柱结构节点，能够实现型钢柱的板柱结构装配施工，施工难度低，支撑少，成本低，效率高。

本发明的目的二是提供一种型钢柱的板柱结构节点的预制柱帽或托板，能够实现型钢柱的板柱结构装配施工，施工难度低，支撑少，成本低，效率高。

本发明的目的三是提供一种型钢柱的板柱结构节点的施工方法，能够实现型钢柱的板柱结构装配施工，施工难度低，支撑少，成本低，效率高。

为实现上述目的一，本发明提供一种型钢柱的板柱结构节点，包括型钢柱、预制柱帽或托板、楼板预制构件及其连接结合面、钢筋和后浇连接混凝土；具体为所述节点平面为矩形、矩形的边线方向与板柱结构的主轴方向相同，型钢柱外表面设有至少一道抗剪环焊接在型钢柱外周，型钢柱还设有环形梁式的钢筋骨架、环形梁式的钢筋骨架其由不少于四根环形钢筋和与环形钢筋垂直的径向布置箍筋组成，环形钢筋在箍筋内与箍筋的角部和边缘绑扎形成的环梁式钢筋笼、环形梁式的钢筋骨架的箍筋从接近预制柱帽或托板底部到楼板的现浇层接近上表面；楼板预制构件在节点范围内对着型钢柱中间部分的板底配筋和上部配筋锚入环形梁式的钢筋骨架接近型钢柱表面、楼板预制构件在节点范围内对着型钢柱边缘部分的底筋和上部配筋锚入环形梁式的钢筋骨架接近型钢柱表面或绕过型钢柱边外侧由型钢柱两边锚入型钢柱相应边线以内、节点范围内在型钢柱截面以外的部分的楼板预制构件的板底配筋和上部配筋锚入型钢柱相应边线以内。

作为本发明的进一步改进，所述抗剪环采用钢板焊接在柱帽或托板的最下端位置，尺寸大于预制柱帽或托板中心预留的空洞。其好处是不用支撑和模板可以把柱帽或托板装配在节点的所需位置。

作为本发明的进一步改进，所述抗剪环上焊接有加强肋板，加强肋板一边与抗剪环焊接一边与型钢柱焊接。其优点是增加抗剪环刚度、提高抗剪承载力。

作为本发明的进一步改进，所述环形梁式的钢筋骨架的上部最小直径的环形钢筋其直径小于抗剪环直径。其优点是增加节点钢筋混凝土的抗剪承载力、使抗剪力变成钢筋受拉的力。

为实现上述目的二，本发明提供一种型钢柱的板柱结构节点的预制柱帽或托板，其由钢筋混凝土预制成，预制柱帽或托板平面为矩形、中心为孔洞，其配有不少于二根环形钢筋、并配有形状呈u形的预留钢筋，形状呈u形的预留钢筋底部预埋在预制柱帽或托板混凝土内、u形的预留钢筋向上伸出结构连接面，呈u形的预留钢筋的钢筋所在平面与环形钢筋垂直且为环形阵列布置、环形阵列布置的中心是环形钢筋的圆心，所配环形钢筋放置在u形的预留钢筋内的角部和边缘并绑扎。

作为本发明的进一步改进，所述预制柱帽或托板平面为矩形，其平面外尺寸大于环形钢筋最大直径。

为实现上述目的三，本发明提供一种型钢柱的板柱结构节点的施工方法，先在工厂预制好楼板预制构件，型钢柱及其抗剪环、预制好柱帽或托板，制作好所需钢筋，特征在于：在现场的施工工序如下：

(1)、安装竖向支撑，包括柱帽或托板的支撑和预制楼板构件所需支撑，楼板楼板构件为整厚楼板预制构件或叠合楼板预制构件；

(2)、在已经安装好的竖向支撑顶端套入柱帽或托板，安装准确到位和满足平整要求。

(3)、吊装柱帽或托板一个方向的楼板预制构件，楼板预制构件长度端与柱帽或托板对接或搭接，先吊装的楼板预制构件的上部钢筋向上弯起，，再吊装另一方向的楼板预制构件，另一楼板预制构件长度端也与柱帽或托板对接或搭接；形成后浇混凝土的浇筑槽。

(4)、绑扎钢筋；先把原先弯起的整厚楼板预制构件的上部钢筋就位或在叠合楼板预制构件的叠合层上绑扎楼板上部钢筋完成，附加钢筋也绑扎好，再把环形骨架钢筋的上部环形钢筋套入预制柱帽或托板的呈u形的预留钢筋内，把呈u形的预留钢筋弯折成闭合箍筋，完成环形骨架。

(5)、浇筑后浇连接混凝土，混凝土凝固达到强度后拆除竖向支撑，完成节点施工。

与现有技术相比，本发明的板柱结构装配体系和楼板预制构件及施工方法的有益效果如下：

(1)为装配式型钢柱的板柱结构提供一种新的节点、填补装配式板柱结构的型钢柱与预制楼板连接节点的空白。而专利cn102071747a《方钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接的节点及制作方法》和cn101457548a《圆钢管混凝土柱与钢筋混凝土楼盖连接的节点及制作方发》，公开的是现浇混凝土结构节点。

(2)板柱结构装配节点适用于任何形式截面的型钢柱，其极大地简化预制构件形式、减少施工难度、更好标准化生产。而专利cn102071747a和cn101457548a，只适用于管材型钢(圆钢管和矩形钢管)。

(3)板柱结构装配节点可以实现免模板施工。

(4)板柱结构装配节点力传递路径明确，一大半的柱上板带钢筋能到达传统方式的锚固或连接，只有少部分通过环形钢筋骨架传递。而专利cn102071747a和cn101457548a所述节点全部钢筋通过环梁箍筋传递、使还梁配筋多和密施工困难和成本高。

(5)柱结构装配的施工方法能简化施工工序、减少支撑的安装工作、提高效率。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为本发明案例一的节点平面图；

图2为图1的a-a剖面；

图3为图1的b-b剖面；

图4为图1的抗剪环大样图，其中(a)为上部环平面图、(b)为下部环平面图；

图5为图1的柱帽示意图，其中(a)为柱帽俯视图、(b)为i-i剖面、(c)为ⅱ-ⅱ剖面、(d)为ⅲ-ⅲ剖面；

图6为本发明案例二的节点平面图；

图7为图6的节点(a-a剖面)拆分图；

图8为图6的(a-a剖面)装配过程图；

图9为图6的(a-a剖面)装配完成图；

图10为图6的柱托板示意图，其中(a)为柱帽俯视图、(b)为i-i剖面、(c)为ⅱ-ⅱ剖面、(d)为ⅲ-ⅲ剖面。。

图中：1-板柱连接节点，2-楼板预制构件，3-预制柱帽，4-预制托板，5-型钢柱，6-后浇连接混凝土，7-跨度方向板底配筋，其中：7a-节点内对着柱中间部分的板底配筋、7b-楼节点内对着柱边缘部分的板底配筋、7c-节点内楼在柱截面以外的部分的板底配筋，8-跨度方向板上部配筋，其中：8a-节点内对着柱中间部分的配筋、8b-节点内对着柱边缘部分配筋、8c-节点内在柱截面以外的部分配筋，9-抗剪环，10-加强肋，11-柱帽或托板u形钢筋——节点环形钢筋骨架的箍筋的过程形状，11a-节点环形钢筋骨架的箍筋，12-节点环形钢筋骨架的环形钢筋，13-柱帽附加钢筋，14-柱帽附加径向箍筋。

l-环形钢筋骨架外径，l1-环形钢筋骨架外径到柱帽或托板边缘尺寸，d-柱帽或托板中心空洞尺寸，h-楼板预制构件厚度，b-为型钢柱相应边宽度。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

实施例一

图1-5所示：(图1的上半部和左半边表示节点的上部配筋、下半部和右半边表示节点的下部配筋)；型钢柱的板柱结构节点1包括型钢柱5、预制柱帽3、楼板预制构件2(为叠合楼板预制件)及其连接结合面、钢筋和后浇连接混凝土6(后浇混凝土要求使用比连接预制构件强度高一等级的微膨胀混凝土)；节点平面为矩形、矩形的边线方向与板柱结构的主轴方向相同，型钢柱5外表面设有二道抗剪环9焊接在工字型钢即型钢柱5外周，其中上部的抗剪环9为方钢，用角焊缝并围焊焊接在型钢柱5外面(图5a)、抗剪环9的平面为“口”字形状，下部的抗剪环9为钢板钢，用角焊缝并围焊焊接在型钢柱5外面(图5b)、环的平面为正方形形状、内部冲孔与型钢柱截面一致；型钢柱5还设有环形梁式的钢筋骨架、钢筋骨架由上下各四根环形钢筋12和与环形钢筋垂直的径向四支箍箍筋11a组成，环形钢筋12在箍筋11a内与箍筋11a的角部和边缘绑扎形成的笼骨架环形梁式的钢筋骨架。箍筋11a从预制柱帽3底部到楼板的现浇层接近上表面，(图1所示)楼板预制构件2在节点范围内的楼板底筋对着型钢柱5中间部分的配筋7a和楼板上部筋对着型钢柱5中间部分的配筋8a锚入环形梁式的钢筋骨架接近型钢柱5表面(应该满足锚固要求、如直线段不够采用钢筋端部弯折90°，满足有关规定)，楼板预制构件2在节点范围内的底筋对着柱边缘部分配筋7b和楼板上部筋对着型钢柱5边缘部分配筋8b绕过型钢柱5由型钢柱5两边锚入柱相应边线以内满足锚固长度、楼板预制构件2在节点范围内的底筋在型钢柱5截面以外的部分配筋7c和面筋在柱截面以外的部分配筋8c锚入型钢柱5相应边线以内满足锚固长度；钢筋锚固长度按规范规定值。

图5所示，为型钢柱5的板柱结构节点的预制柱帽3，由钢筋混凝土预制成，预制柱帽3平面为矩形、中心为方形洞，其配有三根(不少于二根)环形钢筋12和形状呈u形的二根预留钢筋11(其完成后是节点1的环形骨架的箍筋11a)，形状呈u形的预留钢筋11底部预埋在柱帽混凝土内、u形的预留钢筋11向上伸出结构连接面，呈u形的预留钢筋11的钢筋所在平面与环形钢筋12垂直且环形阵列布置、环形阵列布置的中心是环形钢筋12的圆心，环形钢筋12放置在u形的预留钢筋11内的角部和边缘并绑扎。预制柱帽3还配有附加钢筋即外边缘和内空洞边缘的柱帽附加钢筋13，和预制柱帽3的外四个角部柱帽附加径向箍筋14。预制柱帽3的预制尺寸满足规范规定，其大于等于柱宽度b+4倍连接板厚度h，预制柱帽3厚度大于等于连接板即楼板预制构件2的厚度h；中心空洞尺寸d大于b+100mm和小于b+200mm为宜，(即b+200mm≥d≥b+100mm为宜)，本案例的预制柱帽3宽度为l加钢筋保护层，(l建议值为：b+4xh≥l≥d+2xh)。

节点施工方法：

先在工厂预制好构件楼板预制构件2(为叠合楼板预制构件)和预制柱帽3，型钢柱5及其抗剪环9、制作好所需钢筋，特征在于：在现场的施工工序如下：

(1)、安装竖向支撑，包括预制柱帽3的支撑和楼板预制构件2所需支撑，如型钢柱5等；

(2)、在已经安装好的型钢柱5顶端套入预制柱帽3，安装在抗剪环9上面。

(3)、吊装预制柱帽3一个方向的楼板预制构件2(为叠合楼板预制构件)，楼板预制构件2长度端与预制柱帽3边缘对接，再吊装另一方向的楼板预制构件2，楼板预制构件2长度端也与预制柱帽3边缘对接；形成后浇混凝土的浇筑槽。

(4)、绑扎钢筋；先绑扎楼板预制构件2(叠合楼板现浇层)的上部钢筋8，再把环形骨架钢筋的上部环形钢筋12套入预制柱帽3呈u形的预留钢筋11内，把呈u形的预留钢筋11弯折成闭合箍筋11a、如果有附加钢筋也绑扎好；完成环形骨架。(图3所示，是完成此步是的图)

(5)、浇筑后浇连接混凝土6，混凝土凝固达到强度后拆除竖向支撑，完成节点1施工(图4所示，是完成的图)。

实施案例二

图6-10所示：(图6的上半部和左半边表示节点的上部配筋、下半部和右半边表示节点的下部配筋)；型钢柱的板柱结构节点1包括型钢柱5、预制托板4、楼板预制构件2(为整体厚度预制楼板)及其连接结合面、钢筋和后浇连接混凝土6构成；节点平面为矩形、矩形的边线方向与板柱结构的主轴方向相同，型钢柱5外表面设有一道抗剪环9焊接在方管形状的型钢柱5外周，抗剪环9为钢板，用角焊缝并围焊焊接在型钢柱5外面(图7的抗剪环大样图)、抗剪环9的平面为圆环形状、内部孔为正方形与型钢柱5截面一致；型钢柱5还设有环形梁式的钢筋骨架、钢筋骨架由上下各三根环形钢筋12和与环形钢筋垂直的径向箍筋11a组成，环形钢筋12在箍筋11a内与箍筋11a的角部和边缘绑扎形成的笼骨架环形梁式的钢筋骨架。箍筋11a从预制托板4底部到楼板的现浇层接近上表面，(图6所示)楼板预制构件2在节点范围内的楼板底筋对着型钢柱5中间部分的配筋7a和楼板上部筋对着型钢柱5中间部分的配筋8a锚入环形梁式的钢筋骨架4接近型钢柱5表面(应该满足锚固要求、如直线段不够采用钢筋端部弯折90°，满足有关规定)，楼板预制构件2在节点范围内的底筋对着柱边缘部分配筋7b和楼板上部筋对着柱边缘部分配筋8b绕过柱由柱两边锚入柱相应边线以内满足锚固长度、楼板预制构件2在节点范围内的底筋在柱截面以外的部分配筋7c和面筋在柱截面以外的部分配筋8c锚入柱相应边线以内满足锚固长度。

本案例的抗剪环9采用钢板焊接在预制托板4的最下端位置，抗剪环9外尺寸为d+50mm(大于预制托板4中心预留的空洞d)。其好处是不用支撑和模板可以把预制板4装配在节点的所需位置；抗剪环9上焊接有加强肋板10，加强肋板10一边与抗剪环9焊接一边与型钢柱5焊接。其优点是增加抗剪环刚度、提高抗剪承载力；环形梁式的钢筋骨架的上部最小直径的环形钢筋12其直径小于抗剪抗剪环外直径，箍筋11a也向内倾斜。

本案例的矩管型钢柱可以在矩形钢管内填充混凝土变成方管混凝土柱。

图10所示，为型钢柱5的板柱结构节点的预制托板4，由钢筋混凝土预制成，预制托板4平面为矩形、中心为圆形洞，其配有三根(不少于二根)环形钢筋12和形状呈u形的二根预留钢筋11(其完成后是节点1的环形骨架的箍筋11a)，形状呈u形的预留钢筋11底部预埋在柱帽混凝土内、u形的预留钢筋11向上伸出结构连接面，呈u形的预留钢筋11的钢筋所在平面与环形钢筋12垂直环形阵列布置、环形阵列布置的中心是环形钢筋12的圆心，三环形钢筋12(环的直径是不相同的)放置在u形的预留钢筋11内的角部和中心边缘并绑扎。预制托板4还配有附加钢筋即外边缘和内空洞边缘的柱帽附加钢筋13，预制托板4的预制尺寸满足规范规定，其宽度大于等于柱宽度b+4倍连接板即楼板预制构件2的厚度h(即托板宽度≥b+4xh)，本案例的预制托板4宽度为l+l1、(l建议值为b+4xh≥l≥d+2xh，l1取50-100mm为宜)，规范规定预制托板4厚度大于等于连接板厚度h/4(本案例取h/2)；中心空洞尺寸d大于b+100mm和小于b+200mm为宜，(即b+200mm≥d≥b+100mm为宜)。

节点施工方法：如图6所示

先在工厂预制好构件楼板预制件2(整厚楼板预制制件)和预制托板4，型钢柱5及其抗剪环9、制作好所需钢筋，特征在于：在现场的施工工序如下：

1、安装竖向支撑，包括预制托板4的支撑和楼板预制构件2所需支撑，如型钢柱5等；

2、在已经安装好的型钢柱5顶端套入预制托板4，安装在抗剪环9上面(图7所示)。

3、吊装一个方向的楼板预制构件2，楼板预制构件2长度端与预制托板4搭接，先吊装的楼板预制构件2的上部钢筋8应该向上弯起(用于规避另一方向预制楼板底筋钢筋7就位)，再吊装另一方向的楼板预制构件2，楼板预制构件2长度端也与预制托板4搭接；形成后浇混凝土的浇筑槽(图8所示)。

4、绑扎钢筋；先把原先弯起钢筋8就位，环形骨架钢筋的上部环形钢筋12套入预制托板4的呈u形的预留钢筋11内，把呈u形的预留钢筋11弯折成闭合箍筋11a、如果有附加钢筋也绑扎好；完成环形骨架(图9所示)。

5、浇筑后浇连接混凝土6，混凝土凝固达到强度后拆除竖向支撑，完成节点1施工(图9所示)。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不局限于上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。