外包钢纤维砼型钢异形柱全螺栓连接框架体系及施工方法与流程

本技术属于结构工程，涉及一种构件全预制的异形柱装配式框架体系，具体涉及一种外包钢纤维砼型钢异形柱全螺栓连接框架体系及施工方法。

背景技术：

1、传统的建筑施工方式包括支模、现场绑扎钢筋、浇筑混凝土等过程，施工步骤多且不利于人员的综合调配，施工人员专业化水准低，现场施工的质量难以检测，并且施工质量难以保证。同时，在施工过程中，需要大量的一次性耗材，造成了材料的极大浪费；并且，施工工期长，人员工资开销大。装配式建造，所有构件在工厂中预制，运输到场地搭建，生产效率高、质量好，减少环境污染，提高建造效率。装配式建筑建造速度快，大幅度减少工人劳动强度和时间、交叉作业方便有序；建筑装配中可以确保建筑建造的质量；施工时噪音降低、物料堆放场地减少，有利于环境保护。

2、本技术发明人在研究中发现：现有装配式建筑中，存在以下问题：

3、1)梁柱节点常采用栓焊混合式节点的连接方式，这就要求装配式梁柱节点装配过程中精度要高，否则就会出现对接困难的问题；

4、2)现有的装配式梁柱节点多是在节点域外梁端产生塑性铰耗能；

5、3)型钢混凝土组合柱-柱节点多采用型钢焊接，预留钢筋在节点处现场浇筑的形式，现场工作量较多装配较复杂；

6、4)现有建筑混凝土中配置大量钢筋，用钢量大，结构自重大；

7、5)传统框架结构中，普遍存在建筑房间阴角处柱突出的现象，影响建筑使用空间。

技术实现思路

1、针对上述问题中存在的不足之处，本技术提供一种外包钢纤维混凝土型钢异形柱全螺栓连接多高层框架体系。

2、为解决上述技术问题，本技术采用的技术手段是：

3、一种外包钢纤维砼型钢异形柱全螺栓连接框架体系，包括：型钢混凝土异型柱模块、型钢混凝土梁模块、板模块和地下室模块；

4、所述型钢混凝土异型柱模块和所述地下室模块均包括钢纤维混凝土型钢异型柱和节点连接件，所述钢纤维混凝土型钢异型柱包括截面形状为l型、t型或十字型的型钢和外包钢纤维混凝土，并分别布置为角柱、边柱和中柱；所述节点连接件固定设置在所述钢纤维混凝土型钢异型柱的节点设计位置，包括下托板、外伸板、节点域连接板、负弯矩钢筋连接件，其中，下托板水平焊接在所述型钢的翼缘外侧面上，外伸板竖直焊接在所述型钢的翼缘外侧面上，下托板上表面和外伸板下表面之间预留容置空间，节点域连接板焊接在所述型钢的腹板上，所述负弯矩钢筋连接件焊接在所述节点域连接板和型钢上，所述下托板和外伸板上均开有螺栓孔；所述型钢混凝土异型柱模块的所述型钢的顶部和底部焊接有柱-柱连接件，所述钢纤维混凝土型钢异型柱之间通过所述柱-柱连接件螺栓连接；

5、所述型钢混凝土梁模块包括y形型钢混凝土梁，所述y形型钢混凝土梁由y形型钢和外包钢纤维混凝土组成；所述y形型钢的腹板与所述外伸板端面等高，所述y形型钢的下翼缘容置在所述预留容置空间内，并通过所述y形型钢的腹板和下翼缘的端部开设的螺栓孔，分别将所述y形型钢腹板与外伸板、所述y形型钢下翼缘与所述下托板之间通过高强螺栓连接；

6、所述板模块包括形成为一体的预制桁架钢筋混凝土叠合板和现浇层，所述现浇层包括与所述预制桁架钢筋混凝土叠合板的桁架钢筋方向垂直布置的现浇层钢筋和现浇混凝土；

7、所述地下室模块的角柱、边柱和中柱的型钢底部焊有基础连接板，所述基础连接板与筏板基础连接。

8、进一步地，所述地下室模块的角柱和边柱的所述基础连接板上焊有加劲肋，并与筏板基础刚接，所述地下室模块的中柱的基础连接板与筏板基础铰接。

9、进一步地，所述现浇层钢筋直接架设在y形型钢混凝土梁上。

10、进一步地，节点域连接板采用纵向异形加劲板使混凝土浇筑更加顺利，所述负弯矩钢筋连接件由铸造件和钢筋螺纹套筒组成；钢筋螺纹套筒固定设置在铸造件上开设的凹槽中，钢筋螺纹套筒连接负弯矩钢筋。

11、进一步地，型钢混凝土异型柱模块在反弯点处断开，使用槽钢连接件，形成柱-柱装配式连接方式。

12、进一步地，所述型钢混凝土异型柱模块的所述角柱、边柱、和中柱的保护层小于组合结构设计规范jgj 138-2016中保护层厚度要求，但满足结构受力要求。

13、进一步地，所述y形型钢由工字型钢去掉上部翼缘，并切割腹板、间隔向两侧冷弯形成抗剪键而成，抗剪件、负弯矩钢筋以及楼板形成组合梁共同作用。

14、进一步地，所述钢纤维混凝土型钢异型柱之间通过所述柱-柱连接件螺栓连接是指：位于下部的钢纤维混凝土型钢异型柱的柱顶腹板设置有螺栓孔，并与所述柱-柱连接件的螺栓孔对齐，高强螺栓插入螺栓孔并固定。

15、另一方面，本技术还保护如前述之一所述的一种外包钢纤维砼型钢异形柱全螺栓连接框架体系的施工方法，包括以下步骤：

16、步骤1：工厂预制所述型钢混凝土异型柱模块、型钢混凝土梁模块，制造后运输至施工现场进行下一步安装，具体包括：

17、步骤11：工厂预制所述型钢混凝土异型柱模块：首先切割钢材焊接制作柱内型钢，随后在内部型钢节点设计位置焊接下托板、外伸板、节点域连接板、负弯矩钢筋连接件，底部焊接柱-柱连接件，之后在工厂中支模浇筑外包钢纤维混凝土；

18、步骤12：工厂预制所述型钢混凝土梁模块：首先切割钢材焊接制作梁y形型钢，预制时在梁的中部浇筑钢纤维混凝土，上部预留100mm，后期在板上浇筑现浇混凝土层时用以连接梁板；

19、步骤2：吊装柱和梁，具体包括：

20、步骤21：首先将所述地下室模块的角柱、边柱和中柱底部的基础连接板与筏板基础上预留的的地锚螺栓连接，接着现场浇筑钢纤维混凝土形成外层混凝土半方柱和挡土墙；然后用所述柱-柱连接件分别连接所述型钢混凝土异型柱模块的角柱、边柱和中柱；

21、步骤22：将所述y形型钢混凝土梁进行吊装，使得所述下托板、外伸板上的螺栓孔分别与y形型钢混凝土梁上下翼缘和腹板上所开螺栓孔对齐，所述下托板上表面与所述y形型钢混凝土梁下翼缘下表面处于同一水平面，所述外伸板内表面与y形型钢混凝土梁腹板端面处于同一平面，然后将所述y形型钢混凝土梁与所述下托板、外伸板螺栓连接；

22、步骤3：选用商品化预制桁架钢筋混凝土叠合板，将所述预制桁架钢筋混凝土叠合板吊装搭接在所述y形型钢混凝土梁上；在所述预制桁架钢筋混凝土叠合板上布置与楼板桁架钢筋的方向垂直的现浇层钢筋，同时安装支座处的负弯矩钢筋；在所述y形型钢混凝土梁与所述预制桁架钢筋混凝土叠合板上部浇筑混凝土，包裹所述y形型钢混凝土梁的y形抗剪件与所述现浇层钢筋形成现浇楼板。

23、与现有建筑建造技术相比，本技术具有以下的优点：

24、1、本技术的梁-柱连接和柱-柱连接均采用全螺栓连接，现场无焊接作业，便于施工，操作方便，装配速度快，可以保证施工质量，实现工厂化模块化生产，现场快速装配；

25、2、本技术梁柱节点位置的带肋下托板、外伸板在装配时起到对梁的精确定位的作用，而且承担部分梁端弯矩提升节点的承载力，全螺栓装配式节点下托座在受力过程中与梁端产生滑移摩擦耗能，增大节点延性，防止梁的下翼缘发生局部屈曲，节点域内型钢柱翼缘腹板之间采用纵向异形加劲板，增强节点域刚度，同时使混凝土更加顺利浇筑；

26、3、本技术中使用的一种新型的槽钢柱柱节点，在型钢上预留螺栓孔，柱柱之间通过槽钢连接件连接，再浇筑混凝土形成柱柱连接，与传统型钢混凝土组合柱柱节点多采用型钢焊接预留钢筋在节点处现场浇筑的形式相比，现场工作量较少，装配简单便于柱与柱之间的安装，同时槽钢连接件与预留孔洞降低螺栓的对齐难度，保证了柱与柱之间的稳固连接，节点一体性好，刚度大；

27、4、本技术y形型钢混凝土梁将上翼缘转变为y形抗剪键，抗剪键和负弯矩钢筋同时作用，与楼板形成组合梁，抗剪件和负弯矩钢筋共同作用提高楼板与梁之间的抗剪能力，使其形成强有力的组合作用，防止楼板在支座范围内开裂，满足组合梁抗剪需要，同时无上翼缘的构造使梁与楼板桁架的垂直方向的钢筋容易布置，同时减少钢材用量；

28、5、本技术的型钢混凝土异型柱模块(a)、型钢混凝土梁模块(b)均使用钢纤维混凝土材料，钢纤维的加入增强了混凝土的抗裂性能、提高混凝土强度、提高材料耐久性，钢纤维的参入满足了构件在工作状态下的受力要求，在梁柱中不再配置钢筋，能够降低结构体系钢筋用量，减少框架体系全生命周期的碳排放量；

29、6、本技术的l型钢纤维混凝土异型柱角柱(1)、t型钢纤维混凝土异型柱边柱(2)以及十字型钢纤维混凝土异型柱中柱(3)保护层小于《组合结构设计规范》jgj 138-2016中保护层厚度要求，但试验证明其满足结构受力要求，同时外包混凝土提高了柱的耐火性能，混凝土的存在也防止了柱在受力过程中产生整体是失稳的情况，此外异形柱均将柱子突出的角部隐藏入墙中，建筑内空间更加规整，提高建筑使用面积使用率。

30、7、本技术所提出的一种外包钢纤维混凝土型钢异形柱全螺栓连接多高层框架体系包含异型柱模块(a)、型钢混凝土梁模块(b)、板模块(c)和地下室模块(d)，各模块中基本均采用工厂预制生产，只有地下室模块(d)中的部分混凝土部分由于结构设计要求采用现场浇筑。模块化的建造方式减少了建筑在现场建造时的人工误差，同时各模块工厂预制减少了现场施工造成的各种环境污染问题。本技术的结构体系，满足了建筑“强柱弱梁”、“强节点、弱构件”的要求。

31、8、本技术所提出的一种外包钢纤维混凝土型钢异形柱全螺栓连接多高层框架体系采用钢纤维混凝土降低了框架的钢筋使用量，同时无配筋带来了建筑寿命结束回收时，混凝土的回收便利，其再生粗骨料质量更好。新材料的使用使得本技术全生命周期的碳排放量低。

32、9、在施工过程中，叠合板可以作为其在搭接完成后现浇混凝土部分的模版使用，在整个建造过程中大量节省模版的使用量，极大的降低了建筑的整体碳排放量。