一种装配式混凝土柱与钢梁的RCS组合件及其施工方法

一种装配式混凝土柱与钢梁的rcs组合件及其施工方法
技术领域
1.本发明属于建筑结构技术领域，具体涉及一种装配式混凝土柱与钢梁的rcs组合件及其施工方法。


背景技术：

2.钢筋混凝土柱-钢梁(rcs)组合结构是一种新型的结构形式，它是由钢筋混凝土柱(rc)和钢梁(s)组成的框架结构，rcs组合结构体系同时具备了传统的钢(s)结构和钢筋混凝土(rc)结构两种体系的优点。相比于钢柱，钢筋混凝土柱的侧向刚度要优于钢柱，并且造价也要比钢柱更加经济；对于梁体而言，钢梁变形性能要优于混凝土梁，在梁铰机制下，钢梁结构抗震性能更强，且钢梁施工速度也快于混凝土梁。rcs混合框架结构与普通钢筋混凝土框架结构相比，具有更轻的自重，更大的建筑可用空间，更快的施工速度等优点，并且在刚度、耐火性以及耐用性等方面都有更优异的表现。基于上述优点，rcs组合结构已经获得了世界各国工程界的重视。
3.在申请号为cn2020115801633的专利申请文本中公开了一种装配式rcs框架-recc剪力墙混合结构体系，其装配式rcs框架包括预制钢筋混凝土柱、预制钢梁以及预制端部钢梁，预制钢筋混凝土柱包括预制上柱与预制下柱，预制上柱与预制下柱通过钢筋连接件将上柱的纵筋与下柱的纵筋进行固定，后通过浇灌浆料进行连接，预制钢筋混凝土柱上设置有外包钢板，外包钢板上设置有钢腹板，预制钢梁通过预制端部钢梁连接在钢腹板上，预制钢梁与预制端部钢梁通过拼接板进行连接。此种上柱与下柱的灌浆套筒连接方式会使混凝土柱存在灌浆不饱满的隐患，且也不方便检验灌浆是否饱满，会使混凝土柱留下水平承载力不足以及抗震性能下降的隐患；此外预制横梁与预制钢筋混凝土柱连接方式较为复杂，需要连接部位较多，容易影响钢梁的结构性能和施工效率，并且预制横梁与预制混凝土柱连接节点处未设置箍筋，只通过外接钢板约束混凝土，在较大变形情况下会导致节点区域混凝土柱的承载力下降，延性降低，抗震性能也会有所下降。


技术实现要素：

4.针对上述所提到的技术问题，本发明提供了一种水平承载力高的装配式混凝土柱以及装配式混凝土柱与钢梁连接方式简单、节点区域承载力高、施工简单快捷效率高的rcs组合件，并且还提供了装配式混凝土柱与钢梁组合件的施工方法，解决了上述钢筋混凝土柱水平承载力不足、钢梁与混凝土柱节点区域承载力下降以及施工效率低的技术问题。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种装配式混凝土柱与钢梁的rcs组合件，包括混凝土柱与钢梁，所述混凝土柱包括上柱与下柱，所述下柱的顶端设置有外包钢板，所述外包钢板围绕所述下柱的柱体设置并形成方形筒体结构，其中两个相对的外包钢板上设置有通孔，所述通孔处设置有贯穿所述下柱柱体的栓杆，所述栓杆与外包钢板焊接固定，所述下柱与所述外包钢板以及所述栓杆为浇筑而成的一体式结构，所述上柱底部设置有横向贯穿柱体的第一孔洞，所述上柱通
过将底部柱体插入所述外包钢板形成的筒体中并在所述第一孔洞处设置贯穿所述上柱柱体的栓杆与所述下柱实现固定装配，并且所述栓杆与所述外包钢板焊接固定；所述钢梁包括梁体与连接板，所述梁体与所述连接板焊接固定；所述混凝土柱上设置有钢板箍，所述钢板箍为方形筒体结构，所述钢板箍套设在所述混凝土柱柱体上，所述钢板箍两个相对侧面上设置有第一螺栓孔，位于所述第一螺栓孔部位的混凝土柱柱体上设置有贯穿柱体的第二孔洞，所述连接板上设置有第二螺栓孔，所述连接板与所述钢板箍通过在所述第二孔洞处设置穿过所述第一螺栓孔与第二螺栓孔的螺栓实现固定连接；所述混凝土柱中设置有螺旋箍筋。
7.进一步的，所述上柱与外包钢板之间还浇灌有混凝土浆料。
8.进一步的，所述钢梁具有两根，且分别与所述钢板箍设置有第一螺栓孔的面固定连接。
9.进一步的，所述上柱底端与外包钢板的连接处柱体截面面积略小于上端柱体的截面面积，且在所述上柱与所述外包钢板的连接处设置有灌浆孔。
10.进一步的，所述上柱与外包钢板接触部位的侧面上设置有凹槽。
11.进一步的，所述外包钢板内侧焊接有钢板条，所述钢板条为四条钢板焊接而成。
12.进一步的，所述螺旋箍筋为方形结构。
13.进一步的，所述钢梁采用钢材料制成，所述梁体的截面为工字型，所述梁体上设置有正六边形孔。
14.同时本发明还提出了一种装配式混凝土柱与钢梁的rcs组合件的施工方法，包括以下步骤：
15.步骤一：在工厂内加工成钢梁、外包钢板、钢板箍、钢板条、栓杆、螺旋箍筋以及螺栓，并将钢板条与外包钢板焊接在一起；
16.步骤二：将螺旋箍筋与纵向钢筋绑扎成钢筋笼；
17.步骤三：将外包钢板布置在钢筋笼的下柱顶端处，并将外包钢板相互焊接固定，将栓杆设置在外包钢板的通孔处，并将栓杆与外包钢板焊接固定，在钢筋笼节点区预留出第一孔洞；将钢板箍布置在钢筋笼上，并在钢板箍设置有第一螺栓孔处的钢筋笼部位预留出设置螺栓的第二孔洞。
18.步骤四：调配混凝土，将调配好的混凝土浇筑在预制的混凝土柱模型中；
19.步骤五：将硬化成型的混凝土上柱底端装配至下柱上的外包钢板形成的筒体中，并在外包钢板的通孔处插入贯穿上柱柱体的栓杆，将栓杆与外包钢板焊接固定。
20.步骤六：从上柱预留的灌浆孔处进行灌浆，将上柱与外包钢板之间的间隙以及设置栓杆的第一孔洞中灌满浆料，待其凝固；
21.步骤七：将钢梁利用螺栓安装在混凝土柱体的钢板箍上。
22.进一步的，在将所述上柱装配至所述下柱上时，将所述上柱装配的位置提高3mm-5mm。
23.本发明具有的有益效果为：
24.1，通过将下柱与外包钢板以及栓杆浇筑成一体式结构，并将上柱插入下柱上外包钢板形成筒体中，再通过在上柱的第一孔洞处设置与外包钢板焊接固定的栓杆组装成装配式混凝土柱，可以防止柱体装配处出现灌浆不饱满从而导致水平承载力降低情况的发生，
并且连接装配方式也比较简单快捷，能够提高施工效率。
25.2，通过在混凝土柱上设置钢板箍与螺旋箍筋，可以使混凝土受到到钢板箍与螺旋箍筋的双重约束，增强梁柱节点区域的承压能力，提高装配式混凝土柱与钢梁rcs组合件的延性，从而提高装配式混凝土柱与钢梁rcs组合件的抗震性能。
附图说明
26.图1是本发明装配式混凝土柱与钢梁连接节点的主视结构示意图；
27.图2是本发明装配式混凝土柱与钢梁连接节点的侧视结构示意图；
28.图3是本发明上柱与下柱未装配时的主视结构示意图；
29.图4是本发明上柱与下柱未装配时的侧视结构示意图；
30.图5是本发明上柱与下柱装配时的结构示意图；
31.图6是本发明混凝土柱内螺旋箍筋侧视结构示意图；
32.图7是本发明混凝土柱内螺旋箍筋俯视结构示意图；
33.图8是本发明外包钢板与钢板条焊接固定的结构示意图；
34.图9是本发明钢板箍立体机构示意图；
35.图10是本发明钢梁立体结构示意图；
36.图中：1混凝土柱，10上柱,100第一孔洞，101灌浆孔，102凹槽，11下柱，111第二孔洞，2钢梁，20梁体，21连接板，210第二螺栓孔，3外包钢板，30通孔，4栓杆，5钢板箍，50第一螺栓孔，6螺栓，7螺旋箍筋，8钢板条。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.参照图1-10所示，本发明提供了一种装配式混凝土柱与钢梁的组合件，包括混凝土柱1与钢梁2，混凝土柱1为方形柱，混凝土柱1包括上柱10与下柱11，下柱11的顶端设置有外包钢板3，外包钢板3围绕下柱的柱体设置，分别设置在下柱的四个侧面上，相邻两块外包钢板通过焊接的方式固定连接，并且形成方形的筒体结构，其中两个相对外包钢板3上设置有通孔30，通孔30设置成4排，下方两排通孔30处设置有贯穿下柱11柱体的栓杆4，上方两排通孔30为空置状态，栓杆4与外包钢板3焊接固定，从而可将下柱11与外包钢板3以及栓杆4连接为一个整体结构，具体实施时，可通过浇筑而成，浇筑时，先将外包钢板3围筑在下柱11的钢筋笼上，再将栓杆4焊接在外包钢板3的通孔处，最后再进行浇筑即可；上柱10的底部设置有横向贯穿柱体的第一孔洞100，上柱10通过将底部柱体插入外包钢板3形成的筒体中并在第一孔洞100处设置贯穿上柱柱体的栓杆4与下柱11实现固定装配，在对上下柱进行装配时，将上柱10的底部插入下柱11上的外包钢板3形成的筒体中，此时外包钢板3上的上半部两排通孔30与上柱11上的第一孔洞100相对应，再在外包钢板3的通孔30处插入贯穿第一孔洞100的栓杆4，栓杆4从外包30两个相对面上的螺栓孔30处穿出，最后再将栓杆4与外包钢板3焊接在一起，便可将上柱10与下柱11装配固定；为了方便将上柱10装配到外包钢板3形
成的筒体中，上柱10底部与外包钢板3连接处的柱体截面面积略小于上端柱体的截面面积；为了提高上柱10与下柱11以及外包钢板3三者装配成型后的结构性能，在上柱10装配到外包钢板3形成的筒体之中后，还需要对上柱10与外包钢板3之间的空隙进行灌浆操作，为了方便进行灌浆且使浆料充满全部的空隙，在上柱10底部与外包钢板3的上边缘连接处设置有灌浆孔101，在上柱10与外包钢板接触部位的侧面上设置有凹槽102，灌浆孔101可以方便将浆料灌进上柱10与外包钢板3之间的空隙中，凹槽102可以将浆料引入栓杆4与第一孔洞100之间的间隙中去，通过灌浆操作，可以将上柱10、外包钢板3以及下柱11三者连接成一个紧密的整体，从而进一步提高装配式混凝土柱紧密度与结构性能；为了增加外包钢板3内表面的粗糙程度，增大灌浆料与外包钢板3之间的摩擦，在外包钢板3内表面还设置有钢板条8，钢板条8为四条钢板焊接而成的结构，钢板条8焊接在外包钢板3上，同时钢板条8也可以防止外包钢板3的通处截面局部削弱过大，导致外包钢板3的强度降低，当外包钢板3与上柱10连接时，钢板条8会嵌入凹槽102内。为提高装配式混凝土柱中混凝土的约束力以及柱承载力，混凝土柱柱体中还设置有螺旋箍筋7，螺旋箍筋7为方形结构，通过设置螺旋箍筋，可以对混凝土提供较高的约束力，并且可以防止出现梁柱节点处调位困难、少放或者不放节点箍筋，从而导致框架节点抗震能力下降情况的发生，同时，浇注混凝土时也比较容易，不会出现造成孔洞与露筋等情况。
39.钢梁2包括梁体20与连接板21，梁体20与连接板21采用q345设计强度的钢材料制成，梁体20的截面为工字型，梁体20与连接板21通过焊接的方式固定连接，梁体20垂直于连接板21设置，在所述混凝土柱1的柱体上设置有钢板箍5，钢板箍5安装的部位不是上柱与下柱的连接节点处，它可以是上柱10柱体也可以是下柱11柱体部位，钢板箍5同样为方形筒体结构，钢板箍5套设在混凝土柱1柱体上，钢板箍5两个相对侧面上设置有第一螺栓孔50，位于第一螺栓50孔部位的混凝土柱1柱体上设置有贯穿柱体的第二孔洞111，具体实施时，可先将钢板箍5套设在混凝土柱1的钢筋笼上，然后在钢筋笼上与第一螺栓孔50相对位置处布置塑料管预留出第二孔洞111，最后再浇筑混凝土；连接板21的形状与钢板箍5侧面形状相同，并且连接板21上设置有与钢板箍5单面第一螺栓孔50数量相同的第二螺栓孔210，连接板21与钢板箍5通过在第二孔洞11处设置穿过第一螺栓孔50与第二螺栓孔210的螺栓6实现固定连接，螺栓6采用高强螺栓，具体进行连接时，连接板21可与钢板箍5的侧面贴合，当连接板21与钢板箍5的侧面贴合时，连接板21上的第二螺栓孔210与钢板箍5上的第一螺栓孔50相重合，并且钢板箍5上的螺栓6可从连接板21上的第二螺栓孔210处伸出，最后再在螺栓6上拧上螺母即可将连接板21与钢板箍5进行固定，即将钢梁2安装到装配式混凝土柱上形成rcs组合件；钢梁2具有两根且分别安装在钢板箍5设置有第一螺栓孔50的两个侧面上；为了节省钢材，同时又不削弱钢梁2的承载力，在梁体21上设置有正六边形孔。
40.本发明还提供了装配式混凝土柱与钢梁rcs组合件的施工方法，具体施工步骤如下：
41.步骤一：在工厂内加工成横梁、钢板箍、钢板条、栓杆以及螺旋箍筋，并将钢板条与钢板箍焊接在一起；
42.步骤二：将螺旋箍筋与纵向钢筋绑扎成钢筋笼；
43.步骤三：将外包钢板布置在钢筋笼的下柱顶端处，并将外包钢板相互焊接固定，将栓杆设置在外包钢板的通孔处，并将栓杆与外包钢板焊接固定，在钢筋笼节点区预留出第
一孔洞；将钢板箍布置在钢筋笼上，并在钢板箍设置有第一螺栓孔处的钢筋笼部位预留出设置螺栓的第二孔洞。
44.步骤四：调配混凝土，将调配好的混凝土浇筑在预制的混凝土柱模型中；
45.步骤五：将硬化成型的混凝土上柱底端装配进下柱上的外包钢板中，并在外包钢板的通孔处插入贯穿上柱柱体的栓杆，并将栓杆与外包钢板焊接固定；
46.步骤六：从上柱预留的灌浆孔处进行灌浆，将上柱与钢板箍之间的间隙以及设置栓杆的孔洞中灌满浆料，待其凝固；
47.步骤七：将钢梁利用螺栓安装在混凝土柱体的钢板箍上。
48.在装配灌浆的过程中，为了能方便后期观察灌浆料是否灌满，在将上柱装配之下柱上时，将所述上柱10装配的位置提高3mm-5mm的距离，通过此操作可以使上柱10装配至外包钢板形成的筒体中时不会与外包钢板3的上边缘完全接触，并可以留下方便观察灌浆情况的空隙；同时为了保证灌浆的质量，减少灌浆过程中产生过多气泡，灌浆方式选用手动打浆，在进行灌浆时，将手动灌浆枪对准上柱10上设置的灌浆孔101处缓慢灌浆并通过上柱与钢板箍之间的空隙观察四周浆料是否灌满。
49.本发明通过将下柱11与外包钢板3以及栓杆4浇筑成一体式结构，并将上柱10插入下柱11上外包钢板3形成筒体中，再通过在上柱10的第一孔洞100处设置与外包钢板3焊接固定的栓杆4组装成装配式混凝土柱，可以防止柱体装配处出现灌浆不饱满从而导致水平承载力降低情况的发生，并且连接装配方式也比较简单快捷，能够提高施工效率；同时，通过在混凝土柱1上设置钢板箍5与螺旋箍筋7，可以使混凝土受到到钢板箍5与螺旋箍筋7的双重约束，增强梁柱节点区域的承压能力，提高装配式混凝土柱与钢梁rcs组合件的延性，从而提高装配式混凝土柱与钢梁rcs组合件的抗震性能。
50.以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种装配式混凝土柱与钢梁的rcs组合件，包括混凝土柱(1)与钢梁(2)，其特征在于：所述混凝土柱(1)包括上柱(10)与下柱(11)，所述下柱(11)的顶端设置有外包钢板(3)，所述外包钢板(3)围绕所述下柱的柱体设置并形成方形筒体结构，其中两个相对的外包钢板上设置有通孔(30)，所述通孔(30)处设置有贯穿所述下柱(11)柱体的栓杆(4)，所述栓杆(4)与外包钢板(3)焊接固定，所述下柱(11)与所述外包钢板(3)以及所述栓杆(4)为浇筑而成的一体式结构，所述上柱(10)底部设置有横向贯穿柱体的第一孔洞(100)，所述上柱(10)通过将底部柱体插入所述外包钢板(3)形成的筒体中并在所述第一孔洞(100)处设置贯穿所述上柱柱体的栓杆(4)与所述下柱(11)实现固定装配，并且所述栓杆(4)与所述外包钢板(3)焊接固定；所述钢梁(2)包括梁体(20)与连接板(21)，所述梁体(20)与所述连接板(21)焊接固定；所述混凝土柱(1)上设置有钢板箍(5)，所述钢板箍(5)为方形筒体结构，所述钢板箍(5)套设在所述混凝土柱(1)柱体上，所述钢板箍(5)两个相对侧面上设置有第一螺栓孔(50)，位于所述第一螺栓孔(50)部位的混凝土柱(1)柱体上设置有贯穿柱体的第二孔洞(111)，所述连接板(21)上设置有第二螺栓孔(210)，所述连接板(21)与所述钢板箍(5)通过在所述第二孔洞(11)处设置穿过所述第一螺栓孔(50)与第二螺栓孔(210)的螺栓(6)实现固定连接；所述混凝土柱(1)中设置有螺旋箍筋(7)。2.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土柱与钢梁的rcs组合件，其特征在于：所述上柱与外包钢板之间还浇灌有混凝土浆料。3.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土柱与钢梁的rcs组合件，其特征在于：所述钢梁(2)具有两根，且分别与所述钢板箍(5)设置有第一螺栓孔(50)的面固定连接。4.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土柱与钢梁的rcs组合件，其特征在于：所述上柱(10)底端与外包钢板(3)的连接处柱体截面面积略小于上端柱体的截面面积，且在所述上柱(10)与所述外包钢板(3)的连接处设置有灌浆孔(101)。5.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土柱与钢梁的rcs组合件，其特征在于：所述上柱(10)与外包钢板接触部位的侧面上设置有凹槽(102)。6.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土柱与钢梁的rcs组合件，其特征在于：所述外包钢板(3)内侧焊接有钢板条(8)，所述钢板条(8)为四条钢板焊接而成。7.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土柱与钢梁的rcs组合件，其特征在于：所述螺旋箍筋(7)为方形结构。8.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土柱与钢梁的rcs组合件，其特征在于：所述钢梁(2)采用钢材料制成，所述梁体(20)的截面为工字型，所述梁体(20)上设置有正六边形孔。9.一种装配式混凝土柱与钢梁的rcs组合件的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：在工厂内加工成钢梁、外包钢板、钢板箍、钢板条、栓杆、螺旋箍筋以及螺栓，并将钢板条与外包钢板焊接在一起；步骤二：将螺旋箍筋与纵向钢筋绑扎成钢筋笼；步骤三：将外包钢板布置在钢筋笼的下柱顶端处，并将外包钢板相互焊接固定，将栓杆设置在外包钢板的通孔处，并将栓杆与外包钢板焊接固定，在钢筋笼节点区预留出第一孔洞；将钢板箍布置在钢筋笼上，并在钢板箍设置有第一螺栓孔处的钢筋笼部位预留出设置螺栓的第二孔洞；
步骤四：调配混凝土，将调配好的混凝土浇筑在预制的混凝土柱模型中；步骤五：将硬化成型的混凝土上柱底端装配至下柱上的外包钢板形成的筒体中，并在外包钢板的通孔处插入贯穿上柱柱体的栓杆，将栓杆与外包钢板焊接固定；步骤六：从上柱预留的灌浆孔处进行灌浆，将上柱与外包钢板之间的间隙以及设置栓杆的第一孔洞中灌满浆料，待其凝固；步骤七：将钢梁利用螺栓安装在混凝土柱体的钢板箍上。10.根据权利要求9所述的一种装配式混凝土柱与钢梁的rcs组合件的施工方法，其特征在于：在将所述上柱(10)装配至所述下柱(11)上时，将所述上柱(10)装配的位置提高3mm-5mm。

技术总结
本发明提供了一种装配式混凝土柱与钢梁的RCS组合件及其施工方法，属于建筑结构技术领域。本发明包括混凝土柱与钢梁，混凝土柱包括上柱与下柱，下柱上设置有外包钢板，上柱底部设置有第一孔洞，上柱通过将底部柱体插入外包钢板形成的筒体中并在第一孔洞处设置贯穿上柱柱体的栓杆与下柱实现固定装配；钢梁包括梁体与连接板，混凝土柱上设置有钢板箍，位于第一螺栓孔部位的混凝土柱柱体上设置第二孔洞，连接板上设置有第二螺栓孔，连接板与钢板箍通过在第二孔洞处设置穿过第一螺栓孔与第二螺栓孔的螺栓实现固定连接，混凝土柱中设置有螺旋箍筋。本发明提供的RCS组合件可以提高混凝土柱的水平承载力与梁柱节点区域的承压能力以及抗震性能。能力以及抗震性能。能力以及抗震性能。


技术研发人员：周玲玲 李升才
受保护的技术使用者：闽南理工学院
技术研发日：2021.12.14
技术公布日：2022/3/8