一種仿古建筑的裝配式柱-梁結(jié)構(gòu)及其制備拼接方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于建筑領(lǐng)域，尤其涉及一種仿古建筑的裝配式柱?梁結(jié)構(gòu)及其制備拼接方法。所述柱?梁結(jié)構(gòu)包括預(yù)制圓柱、預(yù)制梁以及兩者連接節(jié)點(diǎn)處的連接機(jī)構(gòu)，該柱?梁結(jié)構(gòu)能夠滿足古建筑風(fēng)格的要求和抗震性能，具有良好的應(yīng)用前景、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益；本發(fā)明所述的制備拼接方法具有減少支模、拆模工序周期，現(xiàn)場作業(yè)量小等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種仿古建筑的裝配式柱-梁結(jié)構(gòu)及其制備拼接方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于建筑領(lǐng)域，尤其涉及一種仿古建筑的裝配式柱-梁結(jié)構(gòu)及其制備拼接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中國古建筑以木構(gòu)架為主的結(jié)構(gòu)方式，此結(jié)構(gòu)各個構(gòu)件之間采用斗拱和榫卯方式連接，且所用斗拱和榫卯又都有若干伸縮余地，構(gòu)成富有彈性的框架，有利于消耗地震的能量，因此在一定限度內(nèi)可減少地震發(fā)生對這種構(gòu)架所引起的危害。
[0003]而隨著旅游開發(fā)的需要及木材的減少，鋼筋混凝土仿古建筑應(yīng)運(yùn)而生，造型雄偉穩(wěn)重。相對現(xiàn)有技術(shù)中的鋼筋混凝土框架而言，仿古建筑梁的高度較高，而柱子的尺寸相對較小，且柱與梁為剛性連接，在荷載作用下，尤其是地震發(fā)生時，柱端承受彎矩、剪力和軸力的共同作用，應(yīng)力集中現(xiàn)象比較嚴(yán)重，柱子破壞往往發(fā)生于柱端。因此按目前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，很難達(dá)到“強(qiáng)柱弱梁”抗震規(guī)范的要求，具有很大的安全隱患。
[0004]據(jù)汶川大地震的調(diào)查結(jié)果表明，歷史文物中的建筑遺產(chǎn)大都沒倒塌，倒掉的多是近一二十年由鋼筋混凝土現(xiàn)饒而成的仿古建筑結(jié)構(gòu)，且其中大部分屬于因柱端破壞發(fā)生的倒塌，造成巨大的生命財產(chǎn)損失。
[0005]所以，現(xiàn)代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計理念如何合理化、規(guī)律化的在仿古建筑設(shè)計、施工中應(yīng)用，使現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的仿古建筑既保持濃郁的中國古代特色又具有很好的防震性能，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種仿古建筑的裝配式柱-梁結(jié)構(gòu)及其制備拼接方法，本發(fā)明所述技術(shù)方案具有減少支模、拆模工序周期，現(xiàn)場作業(yè)量小等優(yōu)點(diǎn)，而且所述柱-梁結(jié)構(gòu)且能夠滿足古建筑風(fēng)格的要求和抗震性能，具有良好的應(yīng)用前景、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種仿古建筑的裝配式柱-梁結(jié)構(gòu)，所述柱-梁結(jié)構(gòu)包括預(yù)制圓柱、預(yù)制梁以及兩者連接節(jié)點(diǎn)處的連接機(jī)構(gòu)；
所述預(yù)制圓柱包括由預(yù)應(yīng)力鋼筋、環(huán)箍預(yù)應(yīng)力鋼筋的圓箍以及將兩者澆筑的混凝土層組成的柱體，柱體在節(jié)點(diǎn)處固設(shè)肋板，肋板上設(shè)有數(shù)個通孔；
所述預(yù)制梁包括縱筋、環(huán)箍縱筋的方箍、設(shè)置在縱筋兩端的H型鋼板以及將兩者澆注的混凝土層組成的梁體，H型鋼板部分暴漏在混凝土層外部且腹板上設(shè)有數(shù)個通孔，縱筋端部折彎焊接在H型鋼板的翼緣板上；
預(yù)制梁端部H型鋼板的腹板和預(yù)制圓柱的肋板通過設(shè)有通孔的連接板和相應(yīng)的螺栓連接，且預(yù)制梁與預(yù)制圓柱的連接節(jié)點(diǎn)處澆筑有微膨脹橡膠混凝土層。
[0008]優(yōu)選的，所述預(yù)制圓柱的混凝土層在節(jié)點(diǎn)處預(yù)埋有圓鋼管，圓鋼管的內(nèi)管面與澆筑在混凝土層中的栓釘焊接，肋板軸向設(shè)置在圓鋼管的外管面上。
[0009]優(yōu)選的，所述的肋板兩端與沿圓鋼管外管面周向設(shè)置的加強(qiáng)板連接。
[0010]優(yōu)選的，所述預(yù)制圓柱的混凝土層中軸向設(shè)有非預(yù)應(yīng)力鋼筋。
[0011]優(yōu)選的，所述預(yù)制梁的縱筋分布在H型鋼板的上翼緣板上方和下翼緣板下方。
[0012]優(yōu)選的，所述預(yù)制梁的縱筋端部折彎角度為30-60°。
[0013]優(yōu)選的，所柱預(yù)制梁的H型鋼板位于混凝土層中的腹板上穿設(shè)有栓柱。
[0014]優(yōu)選的，所述預(yù)制梁中部位置處的縱截面內(nèi)縱筋密度大于預(yù)制梁兩端處的縱截面內(nèi)縱筋密度。
[0015]上述柱-梁結(jié)構(gòu)的制備拼接方法，步驟如下:
1)制備預(yù)制圓柱
①采用數(shù)個圓箍綁扎數(shù)根預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋制得架體；
②選擇與架體配合的圓鋼管并套設(shè)在架體外部，然后在圓鋼管的外管面上焊接肋板和加強(qiáng)板，在圓鋼管的內(nèi)管面上周向焊接數(shù)個栓釘，肋板上沖壓數(shù)個通孔；
③并通過混凝土將架體和圓鋼管內(nèi)管面澆筑成空心管柱，待空心管柱成型后，向其管腔內(nèi)澆筑混凝土形成實(shí)心圓柱即得預(yù)制圓柱；
2)制備預(yù)制梁
①將數(shù)根縱筋分別置于兩個H型鋼板的翼緣板上、下方，然后將縱筋的兩端折彎并焊接在H型鋼板的翼緣板上，并通過方箍綁扎縱筋制得架體；
②在兩H型鋼板的腹板對向端部處垂直焊接數(shù)根栓柱，在兩H型鋼板的腹板背向端部貫穿數(shù)個通孔；
③采用混凝土將架體和H型鋼板設(shè)有栓柱的部分澆筑即得預(yù)制梁；
3)主-梁拼接
①吊裝預(yù)制圓柱并進(jìn)行圓柱柱腳的節(jié)點(diǎn)裝配，需保證圓柱的定位和垂直度準(zhǔn)確無誤，并采取必要的斜支撐保護(hù)措施；
②依照施工順序吊裝各層預(yù)制梁，用螺栓和連接板將預(yù)制梁H型鋼腹板與預(yù)制圓柱圓鋼管的肋板連接，并在預(yù)制梁與預(yù)制圓柱的連接節(jié)點(diǎn)處綁扎箍筋；
③用模板對預(yù)制梁與預(yù)制圓柱的連接節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行支模，并澆筑微膨脹橡膠混凝土，待微膨脹橡膠混凝土達(dá)到拆模強(qiáng)度后將模板拆除即可。
[0016]根據(jù)
【申請人】的多次試驗(yàn)結(jié)果皆表明本發(fā)明中所述的柱-梁結(jié)構(gòu)的抗震效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)的柱-梁結(jié)構(gòu)，下從結(jié)構(gòu)力學(xué)知識角度進(jìn)行詳細(xì)闡述原因:
現(xiàn)有技術(shù)中的柱-梁結(jié)構(gòu)是由剛性節(jié)點(diǎn)組成的框架結(jié)構(gòu)，梁端的彎矩為l/12qL2(式中q為線荷載，L為梁的跨度)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)平衡，梁端彎矩將分配給柱，從而增加柱端彎矩，進(jìn)而增加柱端混凝土的應(yīng)力，導(dǎo)致柱體被破壞，進(jìn)而造成最嚴(yán)重的建筑整體坍塌結(jié)果；
而如果柱-梁結(jié)構(gòu)由鉸接節(jié)點(diǎn)組成的框架結(jié)構(gòu)，那么梁端的彎矩為0，根據(jù)節(jié)點(diǎn)平衡，梁傳給柱端的彎矩也為0，有效限減少了混凝土柱端的應(yīng)力，提高了柱子的安全度；
本發(fā)明中柱-梁結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)為半剛性半鉸接狀態(tài)，在正常情況下的使用荷載作用下，節(jié)點(diǎn)處的微膨脹橡膠混凝土和H型鋼板共同承擔(dān)荷載引起的內(nèi)力，保證柱-梁結(jié)構(gòu)體系不出現(xiàn)裂縫。當(dāng)在地震荷載作用下，節(jié)點(diǎn)處的微膨脹橡膠混凝土進(jìn)入塑性狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)變?yōu)殂q接狀態(tài)，有效提高了柱-梁結(jié)構(gòu)體系的延性，從而保證了房屋的安全性能；同時，本發(fā)明中預(yù)制梁結(jié)構(gòu)的縱筋密度是按梁端向梁中間的方向逐漸增多(由于縱筋的數(shù)量固定，但是所有縱筋的長度及端部位位置并非對齊狀態(tài)，故預(yù)制梁兩端的縱截面內(nèi)縱筋密度要小于預(yù)制梁中部的縱截面內(nèi)縱筋密度)，這樣的鋼筋布局方式和簡支梁的彎矩呈兩端小跨中大的分布狀態(tài)相吻合，保證了預(yù)制梁的安全性能，同時也便于預(yù)制梁的工廠制作。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
I)本發(fā)明所述的柱-梁結(jié)構(gòu)針對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際建筑形式，采用特殊結(jié)構(gòu)的預(yù)制梁和預(yù)制圓柱，并對兩者的連接節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，改變了柱-梁結(jié)構(gòu)在地震時的傳力方式及破壞特點(diǎn)，形成裝配整體式仿古建筑結(jié)構(gòu)體系，很大程度地降低柱了柱-梁連接節(jié)點(diǎn)處的彎矩，使得柱以承受軸向力為主，進(jìn)而提高了柱的承載力。
[0018]2)柱-梁連接節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和微膨脹橡膠混凝土的應(yīng)用，取代現(xiàn)有技術(shù)中的現(xiàn)澆混凝土梁，轉(zhuǎn)變?yōu)檎嬲暮喼Я航Y(jié)構(gòu)，獨(dú)特的設(shè)計理念和方法有效地減弱了梁端部抵抗彎矩的能力，增強(qiáng)了地震時梁兩端的延性和變形協(xié)調(diào)能力。因此在地震作用下，柱子的連接節(jié)點(diǎn)處不會發(fā)生柱端被彎、剪、壓復(fù)合作用而破壞的情況，而破壞出現(xiàn)在梁的兩端，從而實(shí)現(xiàn)了 “強(qiáng)柱弱梁”的抗震設(shè)計理念。
[0019]3)由于柱承受的彎矩、剪力很小，以承受軸向力為主，因此柱的預(yù)應(yīng)力鋼筋即縱向鋼筋的長度可適當(dāng)降低，另外柱采用高強(qiáng)度混凝土澆筑，可減少柱的截面尺寸，減少混凝土用量，為預(yù)制管粧作為建筑柱子的應(yīng)用提供了技術(shù)支持。
[0020]4)結(jié)合古建筑柱子以圓柱為主的特點(diǎn)，采用預(yù)制管粧作為柱子，這樣古建筑柱子一次成形，減少了上下管柱之間的連接次數(shù)，提高了框架結(jié)構(gòu)的裝配程度、抗震性能。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為【具體實(shí)施方式】中柱-梁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為【具體實(shí)施方式】中預(yù)制圓柱的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為【具體實(shí)施方式】中預(yù)制圓柱的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為【具體實(shí)施方式】中預(yù)制圓柱的空心管柱的橫截面機(jī)構(gòu)示意圖；
圖5為【具體實(shí)施方式】中預(yù)制梁的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為【具體實(shí)施方式】中預(yù)制梁的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為【具體實(shí)施方式】中預(yù)制梁中H型鋼板的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]—種仿古建筑的裝配式柱-梁結(jié)構(gòu)，所述柱-梁結(jié)構(gòu)包括預(yù)制圓柱1、預(yù)制梁2以及兩者連接節(jié)點(diǎn)處的連接機(jī)構(gòu)；
所述預(yù)制圓柱I包括由非預(yù)應(yīng)力鋼筋11、預(yù)應(yīng)力鋼筋10、環(huán)箍預(yù)應(yīng)力鋼筋的圓箍12以及將三者澆筑的混凝土層13組成的柱體，混凝土層13在節(jié)點(diǎn)處預(yù)埋有圓鋼管14，圓鋼管14的內(nèi)管面與澆筑在混凝土層13中的栓釘15焊接，肋板16軸向設(shè)置在圓鋼管14的外管面上，肋板16上設(shè)有數(shù)個通孔，肋板16兩端與沿圓鋼管14外管面周向設(shè)置的加強(qiáng)板17連接。
[0024]所述預(yù)制梁包括兩H型鋼板23，分布在H型鋼板23的上翼緣板25上方和下翼緣板26下方且端部22折彎30-60°后與相應(yīng)翼緣板焊接的縱筋20、環(huán)箍縱筋的方箍21以及將三者澆注的混凝土層24組成的梁體，H型鋼板23部分暴漏在混凝土層24外部且腹板27上設(shè)有數(shù)個通孔28，H型鋼板23位于混凝土層中的腹板27上穿設(shè)有栓柱29;
預(yù)制梁2端部H型鋼板23的腹板27和預(yù)制圓柱I的肋板16通過設(shè)有通孔的連接板3和相應(yīng)的螺栓連接，且預(yù)制梁2與預(yù)制圓柱I的連接節(jié)點(diǎn)處澆筑有微膨脹橡膠混凝土層4。
[0025]上述柱-梁結(jié)構(gòu)的制備拼接方法，步驟如下:
1)制備預(yù)制圓柱
①采用數(shù)個圓箍12綁扎數(shù)根預(yù)應(yīng)力鋼筋10和非預(yù)應(yīng)力鋼筋11制得架體；
②選擇與架體配合的圓鋼管14并套設(shè)在架體外部，然后在圓鋼管14的外管面上焊接肋板16和加強(qiáng)板17，在圓鋼管14的內(nèi)管面上周向焊接數(shù)個栓釘15，肋板16上沖壓數(shù)個通孔；
③并通過混凝土13將架體和圓鋼管內(nèi)管面澆筑成空心管柱，待空心管柱成型后，向其管腔內(nèi)澆筑混凝土形成實(shí)心圓柱即得預(yù)制圓柱I;
2)制備預(yù)制梁
①將數(shù)根縱筋20分別置于兩個H型鋼板23的翼緣板上、下方，然后將縱筋20的兩端22折彎并焊接在H型鋼板23的翼緣板上，并通過方箍21綁扎縱筋制得架體；
②在兩H型鋼板23的腹板27對向端部處垂直焊接數(shù)根栓柱29，在兩H型鋼板23的腹板27背向端部貫穿數(shù)個通孔28;
③采用混凝土24將架體和H型鋼板設(shè)有栓柱29的部分澆筑即得預(yù)制梁2;
3)主-梁拼接
①吊裝預(yù)制圓柱I并進(jìn)行圓柱柱腳的節(jié)點(diǎn)裝配，需保證圓柱的定位和垂直度準(zhǔn)確無誤，并采取必要的斜支撐保護(hù)措施；
②依照施工順序吊裝各層預(yù)制梁2，用螺栓和連接板3將預(yù)制梁H型鋼腹板27與預(yù)制圓柱圓鋼管14的肋板16連接，并在預(yù)制梁2與預(yù)制圓柱I的連接節(jié)點(diǎn)處綁扎箍筋5;
③用模板對預(yù)制梁2與預(yù)制圓柱I的連接節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行支模，并澆筑微膨脹橡膠混凝土4，待微膨脹橡膠混凝土 4達(dá)到拆模強(qiáng)度后將模板拆除即可。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種仿古建筑的裝配式柱-梁結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述柱-梁結(jié)構(gòu)包括預(yù)制圓柱、預(yù)制梁以及兩者連接節(jié)點(diǎn)處的連接機(jī)構(gòu)； 所述預(yù)制圓柱包括由預(yù)應(yīng)力鋼筋、環(huán)箍預(yù)應(yīng)力鋼筋的圓箍以及將兩者澆筑的混凝土層組成的柱體，柱體在節(jié)點(diǎn)處固設(shè)肋板，肋板上設(shè)有數(shù)個通孔； 所述預(yù)制梁包括縱筋、環(huán)箍縱筋的方箍、設(shè)置在縱筋兩端的H型鋼板以及將兩者澆注的混凝土層組成的梁體，H型鋼板部分暴漏在混凝土層外部且腹板上設(shè)有數(shù)個通孔，縱筋端部折彎焊接在H型鋼板的翼緣板上； 預(yù)制梁端部H型鋼板的腹板和預(yù)制圓柱的肋板通過設(shè)有通孔的連接板和相應(yīng)的螺栓連接，且預(yù)制梁與預(yù)制圓柱的連接節(jié)點(diǎn)處澆筑有微膨脹橡膠混凝土層。2.如權(quán)利要求1所述的柱-梁結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述預(yù)制圓柱的混凝土層在節(jié)點(diǎn)處預(yù)埋有圓鋼管，圓鋼管的內(nèi)管面與澆筑在混凝土層中的栓釘焊接，肋板軸向設(shè)置在圓鋼管的外管面上。3.如權(quán)利要求2所述的柱-梁結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的肋板兩端與沿圓鋼管外管面周向設(shè)置的加強(qiáng)板連接。4.如權(quán)利要求1所述的柱-梁結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述預(yù)制圓柱的混凝土層中軸向設(shè)有非預(yù)應(yīng)力鋼筋。5.如權(quán)利要求1所述的柱-梁結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述預(yù)制梁的縱筋分布在H型鋼板的上翼緣板上方和下翼緣板下方。6.如權(quán)利要求1所述的柱-梁結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述預(yù)制梁的縱筋端部折彎角度為30-60。。7.如權(quán)利要求1所述的柱-梁結(jié)構(gòu)，其特征在于，所柱預(yù)制梁的H型鋼板位于混凝土層中的腹板上穿設(shè)有栓柱。8.如權(quán)利要求1所述的柱-梁結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述預(yù)制梁中部位置處的縱截面內(nèi)縱筋密度大于預(yù)制梁兩端處的縱截面內(nèi)縱筋密度。9.權(quán)利要求1-8所述柱-梁結(jié)構(gòu)的制備拼接方法，其特征在于，步驟如下: 1)制備預(yù)制圓柱 ①采用數(shù)個圓箍綁扎數(shù)根預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋制得架體； ②選擇與架體配合的圓鋼管并套設(shè)在架體外部，然后在圓鋼管的外管面上焊接肋板和加強(qiáng)板，在圓鋼管的內(nèi)管面上周向焊接數(shù)個栓釘，肋板上沖壓數(shù)個通孔； ③并通過混凝土將架體和圓鋼管內(nèi)管面澆筑成空心管柱，待空心管柱成型后，向其管腔內(nèi)澆筑混凝土形成實(shí)心圓柱即得預(yù)制圓柱； 2)制備預(yù)制梁 ①將數(shù)根縱筋分別置于兩個H型鋼板的翼緣板上、下方，然后將縱筋的兩端折彎并焊接在H型鋼板的翼緣板上，并通過方箍綁扎縱筋制得架體； ②在兩H型鋼板的腹板對向端部處垂直焊接數(shù)根栓柱，在兩H型鋼板的腹板背向端部貫穿數(shù)個通孔； ③采用混凝土將架體和H型鋼板設(shè)有栓柱的部分澆筑即得預(yù)制梁； 3)主-梁拼接 ①吊裝預(yù)制圓柱并進(jìn)行圓柱柱腳的節(jié)點(diǎn)裝配，需保證圓柱的定位和垂直度準(zhǔn)確無誤，并采取必要的斜支撐保護(hù)措施； ②依照施工順序吊裝各層預(yù)制梁，用螺栓和連接板將預(yù)制梁H型鋼腹板與預(yù)制圓柱圓鋼管的肋板連接，并在預(yù)制梁與預(yù)制圓柱的連接節(jié)點(diǎn)處綁扎箍筋； ③用模板對預(yù)制梁與預(yù)制圓柱的連接節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行支模，并澆筑微膨脹橡膠混凝土，待微膨脹橡膠混凝土達(dá)到拆模強(qiáng)度后將模板拆除即可。
【文檔編號】E04B1/30GK105863058SQ201610384822
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月2日
【發(fā)明人】岳建偉, 趙維林, 曹智鋒, 韓利偉, 岳婷婷, 徐安全
【申請人】河南大學(xué), 河南正陽建設(shè)工程有限公司