CN106351401A - 半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及组合结构建筑领域，具体为一种半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构及制作方法，制作的半装配式超高强钢管注浆叠合柱可用于高层、超高层建筑中的承重结构。该结构包括：高强钢管柱、注浆孔、排气孔、通气口、连接隔板、高强灌浆料、坡口、高强纵向钢筋、箍筋、高强混凝土、高强纵向钢筋连接套筒。与普通钢管混凝土叠合柱相比，由于内置钢管采用高强钢管，钢管内的注浆为高强灌浆料，纵筋采用高强钢筋，混凝土采用高强混凝土，因此其强度远远高于一般钢管混凝土叠合柱，可达到一般混凝土叠合柱强度的3倍以上，可更好的满足实际高层、超高层建筑工程竖向承重结构的设计需要。

Description

半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构及制作方法

技术领域

本发明涉及组合结构建筑领域，具体为一种半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构及制作方法，制作的半装配式超高强钢管注浆叠合柱可用于高层、超高层建筑中的承重结构。

背景技术

随着社会的发展，出现了越来越多的高层和超高层建筑。这种建筑，由于楼层较高，因此要求用于承重的柱具有很高的承载能力。在柱承载能力相同时，用于承重的柱的强度越高，柱的横截面面积就越小，占用的建筑面积就越小，会留出更多使用空间。因此，研发高强柱，一直是建筑领域的重要方向之一。同时，减少建筑施工污染，追求绿色建筑也是近些年建筑领域的重要发展方向。为此，提出半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构及制作方法，该叠合柱具有很高的强度，可达到一般混凝土叠合柱强度的3倍以上，并且可部分采用装配的方法，符合绿色建筑的的发展要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构及制作方法，更好的满足实际高层、超高层建筑工程竖向承重结构的设计、施工需要。

本发明的技术方案是：

一种半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构，该结构包括：高强钢管柱、注浆孔、排气孔、通气口、连接隔板、高强灌浆料、坡口、高强纵向钢筋、箍筋、高强混凝土、高强纵向钢筋连接套筒，具体结构如下：

高强钢管柱的上端和下端做成坡口，高强钢管柱的上部侧面设置注浆孔，下部侧面设置排气孔；高强钢管柱内填充高强灌浆料；排气孔靠近高强灌浆料的一端密封，在排气孔的侧面设置通气口，通气口朝下；

在高强钢管柱的靠近注浆孔的端面设置连接隔板，连接隔板的外直径与高强钢管柱的内直径相同，其中环形连接隔板沿厚度方向，环形连接隔板的一半在高强钢管柱内，环形连接隔板的另一半露出高强钢管柱，露出的部分在连接另一高强钢管柱时，伸入另一高强钢管柱；

高强钢管柱外侧四周布置高强纵向钢筋，箍筋绑扎于高强纵向钢筋上。

所述的半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构，在一个高强钢管柱与另一个高强钢管柱连接时，位于上部灌注高强灌浆料的高强钢管柱靠近排气孔的端部，与位于下部灌注高强灌浆料的高强钢管柱对接。

所述的半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构，两个高强钢管柱连接时，采用对接坡口焊接。

所述的半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构，半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构的横截面为圆形或矩形，高强钢管柱的横截面为圆形或矩形，箍筋的横截面为圆形或矩形，连接隔板横截面为环形或矩形。

所述的半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构的具体制作方法，包括如下步骤：

(1)将高强钢管柱有排气孔的一端，采用胶泥或其它封堵材料封堵，胶泥或其它封堵材料的两个端面，一端与将高强钢管柱的端面平齐，另一端与排气孔的下边缘平齐，采用胶泥或其它封堵材料封堵排气孔；将高强灌浆料注入高强钢管柱内，最终注入灌浆料的上表面与注浆料孔的下边缘高度一致；待高强灌浆料凝固后，拿出胶泥或其它封堵材料；

(2)完成上述步骤后，在高强钢管柱的靠近注浆口的端面点焊环形连接隔板，环形连接隔板的外直径与高强钢管柱的内直径相同，其中环形连接隔板沿厚度方向，环形连接隔板的一半在高强钢管柱内，环形连接隔板的另一半露出高强钢管柱，露出的部分在连接另一高强钢管柱时，伸入另一高强钢管柱；

(3)将灌入高强灌浆料的高强钢管柱固定好，在其四周布置高强纵向钢筋，将箍筋绑扎于高强纵向钢筋上，于箍筋外侧设置混凝土模具；

(4)在混凝土模具内浇筑高强混凝土，浇筑的高强混凝土的上表面与高强钢管柱内高强灌浆料的上表面高度相同；

(5)将上部灌注高强灌浆料的高强钢管柱靠近排气孔的端部，与下部灌注高强灌浆料的高强钢管柱对接；

重复上述过程，可完成半装配式超高强钢管注浆叠合柱的施工。

所述的半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构的具体制作方法，对接时，下部环形连接隔板伸入上部高强钢管柱内，在对接坡口处施焊，再通过下部高强钢管柱的注浆孔灌注高强灌浆料，直至高强灌浆料从上部高强钢管柱的排气孔流出，完成灌注高强灌浆料的高强钢管柱的连接。

所述的半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构的具体制作方法，混凝土模具为上下分体对接结构。

本发明具有以下特点及有益效果：

1、本发明的半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构，与普通钢管混凝土叠合柱相比，由于内置钢管采用高强钢管，钢管内的注浆为高强灌浆料，纵筋采用高强钢筋，混凝土采用高强混凝土，因此其强度远远高于一般钢管混凝土叠合柱，可达到一般混凝土叠合柱强度的3倍以上，可更好的满足实际高层、超高层建筑工程竖向承重结构的设计需要。

2、本发明的半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构，在高强钢管内注入高强灌浆料，在高强钢管外灌入高强混凝土，高强混凝土强度低于高强灌浆料，在柱的周围设置高强纵向钢筋，更加符合高层、超高层柱的受力要求，即高层、超高层建筑柱的中部以轴心受压为主，因此在柱中的高强钢管内注入高强灌浆料，四周以受压或受拉为主，并且受压强度高于中部，因此四周布置了强度更高的高强纵向钢筋，材料分配合理。

3、本发明的半装配式超高强钢管注浆叠合柱制作方法，与普通钢管混凝土叠合柱相比，高强钢管及高强钢管内部灌浆料的注入，高强纵筋和箍筋的绑扎均可在工厂预制完成，现场施工简单，安装快捷，符合绿色节能建筑的理念。

附图说明

图1是高强圆形截面钢管柱三维图。

图2是注入高强灌浆料后高强圆形截面钢管柱的俯视图。

图3是图2沿A-A方向的剖面图。

图4是排气孔三维图。

图5是环形连接隔板三维图。

图6是环形连接隔板与高强圆形截面钢管柱焊接的过程图。

图7是环形连接隔板与高强圆形截面钢管柱焊接后的俯视图。

图8是图7沿B-B方向的剖面图。

图9是高强纵向钢筋的三维图。

图10是普通圆形截面箍筋的三维图。

图11是高强圆形截面钢管柱，高强纵向钢筋和普通圆形截面箍筋组装完成的三维图。

图12是图11安装混凝土模具组装过程的三维图。

图13是浇筑混凝土后的高强圆形截面钢管柱俯视图。

图14是图13沿C-C方向的剖面图。

图15是两个注浆后的带环形隔板的高强圆形截面钢管柱对接安装过程的三维图。

图16是其它截面形式Ⅰ的半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构的俯视图。

图17是其它截面形式Ⅱ的半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构的俯视图。

图中，1高强圆形截面钢管柱；2注浆孔；3排气孔；4通气口；5环形连接隔板；6高强灌浆料；7坡口；8高强纵向钢筋；9普通圆形截面箍筋；10混凝土模具；11高强混凝土；12高强纵向钢筋连接套筒；13普通矩形截面箍筋；14高强矩形截面钢管柱；15胶泥或其它封堵材料。

具体实施方式

本发明半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构的截面形式可以是圆形，也可以是其它截面形式Ⅰ和其它截面形式Ⅱ。如图1-图17所示，本发明的半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构，主要包括：高强圆形截面钢管柱1、注浆孔2、排气孔3、通气口4、环形连接隔板5、高强灌浆料6、坡口7、高强纵向钢筋8、普通圆形截面箍筋9、混凝土模具10、高强混凝土11、高强纵向钢筋连接套筒12、普通矩形截面箍筋13、高强矩形截面钢管柱14、胶泥或其它封堵材料15，具体结构如下：

如图1-图4所示，高强圆形截面钢管柱1的上端和下端做成坡口7，目的是两个高强圆形截面钢管柱1连接时，可以采用对接坡口焊。

高强圆形截面钢管柱1的上部侧面设置注浆孔2，下部侧面设置排气孔3，注浆孔2的下边缘距离高强圆形截面钢管柱1上端面的距离以及排气孔下边缘距离高强圆形截面钢管柱1下端面的距离，需要根据连接处需要高强灌浆料6的长度计算确定。

其中，设置注浆料孔2的目的是为了使一个高强圆形截面钢管柱1与另一个高强圆形截面钢管柱1连接时，可以从注浆料孔2注入高强灌浆料6，完成高强圆形截面钢管柱的连接。排气孔3靠近高强灌浆料6的一端密封，在排气孔3的侧面设置通气口4，通气口4朝下，这样能保证灌注高强灌浆料6时，高强灌浆料6不会封堵通气口4，同时高强灌浆料6也可灌注到预定位置。设置排气孔3的目的是为了使从注浆料孔2注入高强灌浆料6时，高强圆形截面钢管柱1与另一个高强圆形截面钢管柱1连接部分的空气可以排出，同时也可用来观察高强灌浆料6是否完全填满连接部分。

本发明圆形截面的半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构的具体制作方法如下：

如图1-图3所示，将高强圆形截面钢管柱1有排气孔3的一端，采用胶泥或其它封堵材料15封堵，胶泥或其它封堵材料15的两个端面，一端与高强圆形截面钢管柱1的端面平齐，另一端与排气孔3的下边缘平齐；采用胶泥或其它封堵材料15封堵住注浆孔2和排气孔3，以免灌浆料因施工问题导致注浆孔2和排气孔3被高强灌浆料6堵塞。将高强灌浆料6注入高强圆形截面钢管柱1内，最终注入灌浆料的上表面与注浆料孔2的下边缘高度一致。待高强灌浆料凝固后，拿出全部胶泥或其它封堵材料15。

如6-图8所示，完成上述步骤后，在高强圆形截面钢管柱1的靠近注浆口2的端面点焊环形连接隔板5，环形连接隔板5的外直径与高强圆形截面钢管柱1的内直径相同，其中环形连接隔板5沿厚度方向，环形连接隔板5的一半在高强圆形截面钢管柱1内，环形连接隔板5的另一半露出高强圆形截面钢管柱1，露出的部分在连接另一高强圆形截面钢管柱1时，可伸入另一高强圆形截面钢管柱1。

如图11所示，首先将灌入高强灌浆料6的高强圆形截面钢管柱1固定好，然后在其四周布置高强纵向钢筋8(图9)，高强纵向钢筋8的根数根据结构配筋计算确定，然后将普通圆形截面箍筋9(图10)按设计间距绑扎于高强纵向钢筋8上。其中，将普通圆形截面箍筋9(图10)按设计间距绑扎于高强纵向钢筋8上，该步工作也可在工厂预制完成。

如图12、13所示所示，将普通圆形截面箍筋9按设计间距绑扎于高强纵向钢筋8上后，于普通圆形截面箍筋9外侧设置混凝土模具10，混凝土模具10为上下分体对接结构。

如图13、14所示，在混凝土模具10内浇筑高强混凝土11，浇筑的高强混凝土11的上表面与高强圆形截面钢管柱1内高强灌浆料6的上表面高度相同。

如图15所示，将上部灌注高强灌浆料6的高强圆形截面钢管柱1靠近排气孔3的端部，与下部灌注高强灌浆料6的高强圆形截面钢管柱1对接。对接时，下部环形连接隔板5伸入上部高强圆形截面钢管柱1内，然后在对接坡口7处施焊，再通过下部高强圆形截面钢管柱1的注浆孔2灌注高强灌浆料6，直至高强灌浆料6从上部高强圆形截面钢管柱1的排气孔3流出，完成灌注高强灌浆料6后的高强圆形截面钢管柱1的连接。另外，位于下部的高强混凝土11中设置高强纵向钢筋连接套筒12，位于上部的高强纵向钢筋8与所述高强纵向钢筋连接套筒12相对应，通过所述高强纵向钢筋连接套筒12对位于上部的高强纵向钢筋8进行定位。

重复上述过程，可完成圆形截面的半装配式超高强钢管注浆叠合柱的施工。

如图16所示，其它截面形式Ⅰ的半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构，其结构主要包括：高强灌浆料6、高强纵向钢筋8、高强混凝土11、普通矩形截面箍筋13、高强矩形截面钢管柱14，其具体制作方法同圆形截面的半装配式超高强钢管注浆叠合柱：

首先，将灌入高强灌浆料6的高强矩形截面钢管柱14固定好，然后在其四周布置高强纵向钢筋8；再将普通矩形截面箍筋13按设计间距绑扎于高强纵向钢筋8上后，于普通矩形截面箍筋13外侧设置混凝土模具10，在混凝土模具10内浇筑高强混凝土11，浇筑的高强混凝土11的上表面与高强矩形截面钢管柱14内高强灌浆料6的上表面高度相同。

如图17所示，其它形式Ⅱ的半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构，其结构主要包括：高强圆形截面钢管柱1、高强灌浆料6、高强纵向钢筋8、高强混凝土11、普通矩形截面箍筋13等，其具体制作方法同圆形截面的半装配式超高强钢管注浆叠合柱。

首先，将灌入高强灌浆料6的高强圆形截面钢管柱1固定好，然后在其四周布置高强纵向钢筋8；再将普通矩形截面箍筋13按设计间距绑扎于高强纵向钢筋8上后，于普通矩形截面箍筋13外侧设置混凝土模具10，在混凝土模具10内浇筑高强混凝土11，浇筑的高强混凝土11的上表面与高强圆形截面钢管柱1内高强灌浆料6的上表面高度相同。

本发明中，高强圆形截面钢管柱为Q420-Q690，其屈服强度420MPa-690MPa；高强灌料的为CGMJM-Ⅵ，其抗压强度100MPa-120MPa；高强纵向钢筋为Ⅳ级钢筋，其屈服强度≥540MPa；高强混凝土的标号为C60-C80，其抗压强度≥72MPa；高强矩形截面钢管柱为Q420-Q690，其屈服强度420MPa-690MPa。

另外，本发明半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构的性能指标范围如下：

高强圆形截面钢管柱外直径尺寸需满足：按高强圆形截面钢管柱外直径计算的圆形面积>35％半装配式超高强钢管注浆叠合柱横截面面积；

高强矩形截面钢管柱外边长尺寸需满足：按高强矩形截面钢管柱外边缘计算的矩形面积>35％半装配式超高强钢管注浆叠合柱横截面面积；

半装配式超高强钢管注浆叠合柱边缘屈服强度：≥540MPa；

半装配式超高强钢管注浆叠合柱截面中部高强灌料部分抗压强度：150MPa-180MPa(该部分强度因为高强钢管及高强混凝土的约束，比单独高强灌料的抗压强度高)；

半装配式超高强钢管注浆叠合柱高强混凝土部分抗压强度：≥72MPa；

半装配式超高强钢管注浆叠合柱整体抗压强度：120MPa-160MPa。

Claims (7)

1.一种半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构，其特征在于，该结构包括：高强钢管柱、注浆孔、排气孔、通气口、连接隔板、高强灌浆料、坡口、高强纵向钢筋、箍筋、高强混凝土、高强纵向钢筋连接套筒，具体结构如下：

高强钢管柱的上端和下端做成坡口，高强钢管柱的上部侧面设置注浆孔，下部侧面设置排气孔；高强钢管柱内填充高强灌浆料；排气孔靠近高强灌浆料的一端密封，在排气孔的侧面设置通气口，通气口朝下；

在高强钢管柱的靠近注浆孔的端面设置连接隔板，连接隔板的外直径与高强钢管柱的内直径相同，其中环形连接隔板沿厚度方向，环形连接隔板的一半在高强钢管柱内，环形连接隔板的另一半露出高强钢管柱，露出的部分在连接另一高强钢管柱时，伸入另一高强钢管柱；

高强钢管柱外侧四周布置高强纵向钢筋，箍筋绑扎于高强纵向钢筋上。

2.按照权利要求1所述的半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构，其特征在于，在一个高强钢管柱与另一个高强钢管柱连接时，位于上部灌注高强灌浆料的高强钢管柱靠近排气孔的端部，与位于下部灌注高强灌浆料的高强钢管柱对接。

3.按照权利要求2所述的半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构，其特征在于，两个高强钢管柱连接时，采用对接坡口焊接。

4.按照权利要求1所述的半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构，其特征在于，半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构的横截面为圆形或矩形，高强钢管柱的横截面为圆形或矩形，箍筋的横截面为圆形或矩形，连接隔板横截面为环形或矩形。

5.一种权利要求1至4之一所述的半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构的具体制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将高强钢管柱有排气孔的一端，采用胶泥或其它封堵材料封堵，胶泥或其它封堵材料的两个端面，一端与将高强钢管柱的端面平齐，另一端与排气孔的下边缘平齐，采用胶泥或其它封堵材料封堵排气孔；将高强灌浆料注入高强钢管柱内，最终注入灌浆料的上表面与注浆料孔的下边缘高度一致；待高强灌浆料凝固后，拿出胶泥或其它封堵材料；

(2)完成上述步骤后，在高强钢管柱的靠近注浆口的端面点焊环形连接隔板，环形连接隔板的外直径与高强钢管柱的内直径相同，其中环形连接隔板沿厚度方向，环形连接隔板的一半在高强钢管柱内，环形连接隔板的另一半露出高强钢管柱，露出的部分在连接另一高强钢管柱时，伸入另一高强钢管柱；

(3)将灌入高强灌浆料的高强钢管柱固定好，在其四周布置高强纵向钢筋，将箍筋绑扎于高强纵向钢筋上，于箍筋外侧设置混凝土模具；

(4)在混凝土模具内浇筑高强混凝土，浇筑的高强混凝土的上表面与高强钢管柱内高强灌浆料的上表面高度相同；

(5)将上部灌注高强灌浆料的高强钢管柱靠近排气孔的端部，与下部灌注高强灌浆料的高强钢管柱对接；

重复上述过程，可完成半装配式超高强钢管注浆叠合柱的施工。

6.按照权利要求5所述的半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构的具体制作方法，其特征在于，对接时，下部环形连接隔板伸入上部高强钢管柱内，在对接坡口处施焊，再通过下部高强钢管柱的注浆孔灌注高强灌浆料，直至高强灌浆料从上部高强钢管柱的排气孔流出，完成灌注高强灌浆料的高强钢管柱的连接。

7.按照权利要求5所述的半装配式超高强钢管注浆叠合柱结构的具体制作方法，其特征在于，混凝土模具为上下分体对接结构。