一种仿古建筑的装配式柱-梁结构及其制备拼接方法
【专利摘要】本发明属于建筑领域，尤其涉及一种仿古建筑的装配式柱?梁结构及其制备拼接方法。所述柱?梁结构包括预制圆柱、预制梁以及两者连接节点处的连接机构，该柱?梁结构能够满足古建筑风格的要求和抗震性能，具有良好的应用前景、经济效益和社会效益；本发明所述的制备拼接方法具有减少支模、拆模工序周期，现场作业量小等优点。
【专利说明】
一种仿古建筑的装配式柱-梁结构及其制备拼接方法
技术领域
[0001]本发明属于建筑领域，尤其涉及一种仿古建筑的装配式柱-梁结构及其制备拼接方法。
【背景技术】
[0002]中国古建筑以木构架为主的结构方式，此结构各个构件之间采用斗拱和榫卯方式连接，且所用斗拱和榫卯又都有若干伸缩余地，构成富有弹性的框架，有利于消耗地震的能量，因此在一定限度内可减少地震发生对这种构架所引起的危害。
[0003]而随着旅游开发的需要及木材的减少，钢筋混凝土仿古建筑应运而生，造型雄伟稳重。相对现有技术中的钢筋混凝土框架而言，仿古建筑梁的高度较高，而柱子的尺寸相对较小，且柱与梁为刚性连接，在荷载作用下，尤其是地震发生时，柱端承受弯矩、剪力和轴力的共同作用，应力集中现象比较严重，柱子破坏往往发生于柱端。因此按目前建筑结构设计方法，很难达到“强柱弱梁”抗震规范的要求，具有很大的安全隐患。
[0004]据汶川大地震的调查结果表明，历史文物中的建筑遗产大都没倒塌，倒掉的多是近一二十年由钢筋混凝土现饶而成的仿古建筑结构，且其中大部分属于因柱端破坏发生的倒塌，造成巨大的生命财产损失。
[0005]所以，现代钢筋混凝土结构设计理念如何合理化、规律化的在仿古建筑设计、施工中应用，使现代结构的仿古建筑既保持浓郁的中国古代特色又具有很好的防震性能，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种仿古建筑的装配式柱-梁结构及其制备拼接方法，本发明所述技术方案具有减少支模、拆模工序周期，现场作业量小等优点，而且所述柱-梁结构且能够满足古建筑风格的要求和抗震性能，具有良好的应用前景、经济效益和社会效益。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:
一种仿古建筑的装配式柱-梁结构，所述柱-梁结构包括预制圆柱、预制梁以及两者连接节点处的连接机构；
所述预制圆柱包括由预应力钢筋、环箍预应力钢筋的圆箍以及将两者浇筑的混凝土层组成的柱体，柱体在节点处固设肋板，肋板上设有数个通孔；
所述预制梁包括纵筋、环箍纵筋的方箍、设置在纵筋两端的H型钢板以及将两者浇注的混凝土层组成的梁体，H型钢板部分暴漏在混凝土层外部且腹板上设有数个通孔，纵筋端部折弯焊接在H型钢板的翼缘板上；
预制梁端部H型钢板的腹板和预制圆柱的肋板通过设有通孔的连接板和相应的螺栓连接，且预制梁与预制圆柱的连接节点处浇筑有微膨胀橡胶混凝土层。
[0008]优选的，所述预制圆柱的混凝土层在节点处预埋有圆钢管，圆钢管的内管面与浇筑在混凝土层中的栓钉焊接，肋板轴向设置在圆钢管的外管面上。
[0009]优选的，所述的肋板两端与沿圆钢管外管面周向设置的加强板连接。
[0010]优选的，所述预制圆柱的混凝土层中轴向设有非预应力钢筋。
[0011]优选的，所述预制梁的纵筋分布在H型钢板的上翼缘板上方和下翼缘板下方。
[0012]优选的，所述预制梁的纵筋端部折弯角度为30-60°。
[0013]优选的，所柱预制梁的H型钢板位于混凝土层中的腹板上穿设有栓柱。
[0014]优选的，所述预制梁中部位置处的纵截面内纵筋密度大于预制梁两端处的纵截面内纵筋密度。
[0015]上述柱-梁结构的制备拼接方法，步骤如下:
1)制备预制圆柱
①采用数个圆箍绑扎数根预应力钢筋和非预应力钢筋制得架体；
②选择与架体配合的圆钢管并套设在架体外部，然后在圆钢管的外管面上焊接肋板和加强板，在圆钢管的内管面上周向焊接数个栓钉，肋板上冲压数个通孔；
③并通过混凝土将架体和圆钢管内管面浇筑成空心管柱，待空心管柱成型后，向其管腔内浇筑混凝土形成实心圆柱即得预制圆柱；
2)制备预制梁
①将数根纵筋分别置于两个H型钢板的翼缘板上、下方，然后将纵筋的两端折弯并焊接在H型钢板的翼缘板上，并通过方箍绑扎纵筋制得架体；
②在两H型钢板的腹板对向端部处垂直焊接数根栓柱，在两H型钢板的腹板背向端部贯穿数个通孔；
③采用混凝土将架体和H型钢板设有栓柱的部分浇筑即得预制梁；
3)主-梁拼接
①吊装预制圆柱并进行圆柱柱脚的节点装配，需保证圆柱的定位和垂直度准确无误，并采取必要的斜支撑保护措施；
②依照施工顺序吊装各层预制梁，用螺栓和连接板将预制梁H型钢腹板与预制圆柱圆钢管的肋板连接，并在预制梁与预制圆柱的连接节点处绑扎箍筋；
③用模板对预制梁与预制圆柱的连接节点处进行支模，并浇筑微膨胀橡胶混凝土，待微膨胀橡胶混凝土达到拆模强度后将模板拆除即可。
[0016]根据
【申请人】的多次试验结果皆表明本发明中所述的柱-梁结构的抗震效果远远高于现有技术的柱-梁结构，下从结构力学知识角度进行详细阐述原因:
现有技术中的柱-梁结构是由刚性节点组成的框架结构，梁端的弯矩为l/12qL2(式中q为线荷载，L为梁的跨度)，根据节点平衡，梁端弯矩将分配给柱，从而增加柱端弯矩，进而增加柱端混凝土的应力，导致柱体被破坏，进而造成最严重的建筑整体坍塌结果；
而如果柱-梁结构由铰接节点组成的框架结构，那么梁端的弯矩为0，根据节点平衡，梁传给柱端的弯矩也为0，有效限减少了混凝土柱端的应力，提高了柱子的安全度；
本发明中柱-梁结构的连接节点为半刚性半铰接状态，在正常情况下的使用荷载作用下，节点处的微膨胀橡胶混凝土和H型钢板共同承担荷载引起的内力，保证柱-梁结构体系不出现裂缝。当在地震荷载作用下，节点处的微膨胀橡胶混凝土进入塑性状态，节点变为铰接状态，有效提高了柱-梁结构体系的延性，从而保证了房屋的安全性能；同时，本发明中预制梁结构的纵筋密度是按梁端向梁中间的方向逐渐增多(由于纵筋的数量固定，但是所有纵筋的长度及端部位位置并非对齐状态，故预制梁两端的纵截面内纵筋密度要小于预制梁中部的纵截面内纵筋密度)，这样的钢筋布局方式和简支梁的弯矩呈两端小跨中大的分布状态相吻合，保证了预制梁的安全性能，同时也便于预制梁的工厂制作。
[0017]本发明与现有技术相比，具有如下优点:
I)本发明所述的柱-梁结构针对钢筋混凝土结构的实际建筑形式，采用特殊结构的预制梁和预制圆柱，并对两者的连接节点结构进行优化设计，改变了柱-梁结构在地震时的传力方式及破坏特点，形成装配整体式仿古建筑结构体系，很大程度地降低柱了柱-梁连接节点处的弯矩，使得柱以承受轴向力为主，进而提高了柱的承载力。
[0018]2)柱-梁连接节点结构的改进和微膨胀橡胶混凝土的应用，取代现有技术中的现浇混凝土梁，转变为真正的简支梁结构，独特的设计理念和方法有效地减弱了梁端部抵抗弯矩的能力，增强了地震时梁两端的延性和变形协调能力。因此在地震作用下，柱子的连接节点处不会发生柱端被弯、剪、压复合作用而破坏的情况，而破坏出现在梁的两端，从而实现了 “强柱弱梁”的抗震设计理念。
[0019]3)由于柱承受的弯矩、剪力很小，以承受轴向力为主，因此柱的预应力钢筋即纵向钢筋的长度可适当降低，另外柱采用高强度混凝土浇筑，可减少柱的截面尺寸，减少混凝土用量，为预制管粧作为建筑柱子的应用提供了技术支持。
[0020]4)结合古建筑柱子以圆柱为主的特点，采用预制管粧作为柱子，这样古建筑柱子一次成形，减少了上下管柱之间的连接次数，提高了框架结构的装配程度、抗震性能。
【附图说明】
[0021 ]图1为【具体实施方式】中柱-梁结构的结构示意图；
图2为【具体实施方式】中预制圆柱的结构示意图；
图3为【具体实施方式】中预制圆柱的横截面结构示意图；
图4为【具体实施方式】中预制圆柱的空心管柱的横截面机构示意图；
图5为【具体实施方式】中预制梁的结构示意图；
图6为【具体实施方式】中预制梁的侧视结构示意图；
图7为【具体实施方式】中预制梁中H型钢板的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0023]—种仿古建筑的装配式柱-梁结构，所述柱-梁结构包括预制圆柱1、预制梁2以及两者连接节点处的连接机构；
所述预制圆柱I包括由非预应力钢筋11、预应力钢筋10、环箍预应力钢筋的圆箍12以及将三者浇筑的混凝土层13组成的柱体，混凝土层13在节点处预埋有圆钢管14，圆钢管14的内管面与浇筑在混凝土层13中的栓钉15焊接，肋板16轴向设置在圆钢管14的外管面上，肋板16上设有数个通孔，肋板16两端与沿圆钢管14外管面周向设置的加强板17连接。
[0024]所述预制梁包括两H型钢板23，分布在H型钢板23的上翼缘板25上方和下翼缘板26下方且端部22折弯30-60°后与相应翼缘板焊接的纵筋20、环箍纵筋的方箍21以及将三者浇注的混凝土层24组成的梁体，H型钢板23部分暴漏在混凝土层24外部且腹板27上设有数个通孔28，H型钢板23位于混凝土层中的腹板27上穿设有栓柱29;
预制梁2端部H型钢板23的腹板27和预制圆柱I的肋板16通过设有通孔的连接板3和相应的螺栓连接，且预制梁2与预制圆柱I的连接节点处浇筑有微膨胀橡胶混凝土层4。
[0025]上述柱-梁结构的制备拼接方法，步骤如下:
1)制备预制圆柱
①采用数个圆箍12绑扎数根预应力钢筋10和非预应力钢筋11制得架体；
②选择与架体配合的圆钢管14并套设在架体外部，然后在圆钢管14的外管面上焊接肋板16和加强板17，在圆钢管14的内管面上周向焊接数个栓钉15，肋板16上冲压数个通孔；
③并通过混凝土13将架体和圆钢管内管面浇筑成空心管柱，待空心管柱成型后，向其管腔内浇筑混凝土形成实心圆柱即得预制圆柱I;
2)制备预制梁
①将数根纵筋20分别置于两个H型钢板23的翼缘板上、下方，然后将纵筋20的两端22折弯并焊接在H型钢板23的翼缘板上，并通过方箍21绑扎纵筋制得架体；
②在两H型钢板23的腹板27对向端部处垂直焊接数根栓柱29，在两H型钢板23的腹板27背向端部贯穿数个通孔28;
③采用混凝土24将架体和H型钢板设有栓柱29的部分浇筑即得预制梁2;
3)主-梁拼接
①吊装预制圆柱I并进行圆柱柱脚的节点装配，需保证圆柱的定位和垂直度准确无误，并采取必要的斜支撑保护措施；
②依照施工顺序吊装各层预制梁2，用螺栓和连接板3将预制梁H型钢腹板27与预制圆柱圆钢管14的肋板16连接，并在预制梁2与预制圆柱I的连接节点处绑扎箍筋5;
③用模板对预制梁2与预制圆柱I的连接节点处进行支模，并浇筑微膨胀橡胶混凝土4，待微膨胀橡胶混凝土 4达到拆模强度后将模板拆除即可。
【主权项】
1.一种仿古建筑的装配式柱-梁结构，其特征在于，所述柱-梁结构包括预制圆柱、预制梁以及两者连接节点处的连接机构； 所述预制圆柱包括由预应力钢筋、环箍预应力钢筋的圆箍以及将两者浇筑的混凝土层组成的柱体，柱体在节点处固设肋板，肋板上设有数个通孔； 所述预制梁包括纵筋、环箍纵筋的方箍、设置在纵筋两端的H型钢板以及将两者浇注的混凝土层组成的梁体，H型钢板部分暴漏在混凝土层外部且腹板上设有数个通孔，纵筋端部折弯焊接在H型钢板的翼缘板上； 预制梁端部H型钢板的腹板和预制圆柱的肋板通过设有通孔的连接板和相应的螺栓连接，且预制梁与预制圆柱的连接节点处浇筑有微膨胀橡胶混凝土层。2.如权利要求1所述的柱-梁结构，其特征在于，所述预制圆柱的混凝土层在节点处预埋有圆钢管，圆钢管的内管面与浇筑在混凝土层中的栓钉焊接，肋板轴向设置在圆钢管的外管面上。3.如权利要求2所述的柱-梁结构，其特征在于，所述的肋板两端与沿圆钢管外管面周向设置的加强板连接。4.如权利要求1所述的柱-梁结构，其特征在于，所述预制圆柱的混凝土层中轴向设有非预应力钢筋。5.如权利要求1所述的柱-梁结构，其特征在于，所述预制梁的纵筋分布在H型钢板的上翼缘板上方和下翼缘板下方。6.如权利要求1所述的柱-梁结构，其特征在于，所述预制梁的纵筋端部折弯角度为30-60。。7.如权利要求1所述的柱-梁结构，其特征在于，所柱预制梁的H型钢板位于混凝土层中的腹板上穿设有栓柱。8.如权利要求1所述的柱-梁结构，其特征在于，所述预制梁中部位置处的纵截面内纵筋密度大于预制梁两端处的纵截面内纵筋密度。9.权利要求1-8所述柱-梁结构的制备拼接方法，其特征在于，步骤如下: 1)制备预制圆柱 ①采用数个圆箍绑扎数根预应力钢筋和非预应力钢筋制得架体； ②选择与架体配合的圆钢管并套设在架体外部，然后在圆钢管的外管面上焊接肋板和加强板，在圆钢管的内管面上周向焊接数个栓钉，肋板上冲压数个通孔； ③并通过混凝土将架体和圆钢管内管面浇筑成空心管柱，待空心管柱成型后，向其管腔内浇筑混凝土形成实心圆柱即得预制圆柱； 2)制备预制梁 ①将数根纵筋分别置于两个H型钢板的翼缘板上、下方，然后将纵筋的两端折弯并焊接在H型钢板的翼缘板上，并通过方箍绑扎纵筋制得架体； ②在两H型钢板的腹板对向端部处垂直焊接数根栓柱，在两H型钢板的腹板背向端部贯穿数个通孔； ③采用混凝土将架体和H型钢板设有栓柱的部分浇筑即得预制梁； 3)主-梁拼接 ①吊装预制圆柱并进行圆柱柱脚的节点装配，需保证圆柱的定位和垂直度准确无误，并采取必要的斜支撑保护措施； ②依照施工顺序吊装各层预制梁，用螺栓和连接板将预制梁H型钢腹板与预制圆柱圆钢管的肋板连接，并在预制梁与预制圆柱的连接节点处绑扎箍筋； ③用模板对预制梁与预制圆柱的连接节点处进行支模，并浇筑微膨胀橡胶混凝土，待微膨胀橡胶混凝土达到拆模强度后将模板拆除即可。
【文档编号】E04B1/30GK105863058SQ201610384822
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】岳建伟, 赵维林, 曹智锋, 韩利伟, 岳婷婷, 徐安全
【申请人】河南大学, 河南正阳建设工程有限公司