全预制钢管混凝土框架结构及装配方法

技术领域

本发明涉及结构工程技术领域，尤其涉及一种全预制钢管混凝土框架结构及装配方法。

背景技术

当前我国在房屋建造方面，主要还是以现场施工为主，然而随着我国建筑行业劳动力的日益短缺，导致传统的现场施工的方式难以为继。为了响应国家政策的号召，倡导绿色施工，大力发展装配式建筑成为当前建筑业发展的主要任务方向。方钢管混凝土框架结构充分利用了方钢管混凝土的特性，具有整体性好、平面布局灵活、结构各部分刚性相对均匀、施工方便、施工周期短、施工速度快等特点。

然而现如今对于方形钢管混凝土框架的施工方式多基于现浇混凝土施工工艺，现场浇筑依赖于施工现场的环境及人员条件，比较容易导致混凝土浇筑的不均匀性，难以保证浇筑质量，影响框架结构的承载力性和整体强度，同时，现场浇筑混凝土受时间影响，必定导致施工效率低，很大程度的影响了建筑施工的效率，从而增加了施工成本。因此加快深入研究方钢管混凝土框架结构的研究是有必要的。

发明内容

本发明提供一种全预制钢管混凝土框架结构及装配方法，用以解决现有技术中施工场地现浇混凝土导致的施工效率低、浇筑质量低，影响构件承载力性能的缺陷，实现钢管混凝土框架的结构安全及快速装配。

本发明提供一种全预制钢管混凝土框架结构，包括：

立柱，包括钢管和所述钢管内部的混凝土，所述立柱上设有预制的节点，所述立柱端部设有空腔；

横梁，所述横梁端部设有连接部；

第一连接件，设于所述节点和所述连接部之间，用于固定连接所述立柱和所述横梁；

第二连接件，设于同一竖直方向上的两个所述立柱之间，所述第二连接件具有与所述空腔对应的端部，所述第二连接件的两端部对应嵌入所述两个立柱端部的所述空腔内，用于固定连接同一竖直方向上的所述两个立柱。

根据本发明提供的全预制钢管混凝土框架结构，所述节点包括第一贯通隔板、第二贯通隔板以及半穿心腹板，所述立柱包括依次设置的第一立柱、第二立柱以及第三立柱，所述第一贯通隔板固定连接在所述第一立柱和第二立柱之间，所述第二贯通隔板固定连接在所述第二立柱和第三立柱之间，所述半穿心腹板的一端插入所述第二立柱内部与混凝土固定连接，其相邻两端部对应与所述第一贯通隔板和所述第二贯通隔板固定连接，所述第一贯通隔板和所述第二贯通隔板中部均设有使混凝土贯穿的第一通孔，所述第一通孔边缘设有第一透气孔。

根据本发明提供的全预制钢管混凝土框架结构，所述立柱包括位于框架结构内部的中柱，位于框架结构边部的边柱，以及位于框架结构角部的角柱，所述中柱上的第一贯通隔板和第二贯通隔板呈十字型，所述边柱上的第一贯通隔板和第二贯通隔板呈T型，所述角柱上的第一贯通隔板和第二贯通隔板呈L型。

根据本发明提供的全预制钢管混凝土框架结构，所述第一连接件包括隔板连接板和腹板连接板，所述第一贯通隔板和所述第二贯通隔板通过所述隔板连接板与所述横梁的连接部螺栓连接，所述腹板通过所述腹板连接板与所述横梁的连接部螺栓连接。

根据本发明提供的全预制钢管混凝土框架结构，所述第二连接件为焊接内筒，包括外层钢管和内层混凝土，所述焊接内筒完全填充在两个所述立柱的空腔内，两个所述立柱的连接处设置有焊缝。

根据本发明提供的全预制钢管混凝土框架结构，所述第二连接件内部设有支撑板，所述支撑板上设有使混凝土贯穿的第二通孔，所述第二通孔边缘设有第二透气孔。

根据本发明提供的全预制钢管混凝土框架结构，所述第二连接件为栓接内筒，包括外层钢管和内层混凝土，所述栓接内筒内部设有贯穿并连通所述栓接内筒对立两侧的螺纹管，所述螺纹管具有外螺纹和内螺纹，所述立柱的空腔表面设有与所述螺纹管对应的安装孔，所述立柱与所述栓接内筒之间通过螺栓固定连接。

根据本发明提供的全预制钢管混凝土框架结构，所述立柱上至少设置有两个所述节点。

根据本发明提供的全预制钢管混凝土框架结构，所述立柱的水平截面呈方形状，所述立柱端部的空腔以及所述第二连接件的水平截面均对应呈方形状。

本发明还提供一种全预制钢管混凝土框架装配方法，包括如下步骤：

通过第一连接件将横梁固定连接在两个平行立柱的节点之间，多个所述立柱之间通过所述横梁固定；

将第二连接件置于两个立柱端部的空腔中，通过所述第二连接件将两个所述立柱沿同一直线拼接固定形成框架结构。

本发明提供的全预制钢管混凝土框架结构，由于带节点的立柱及连接件等预制件是在工厂焊接成型的，混凝土浇筑也是在工厂完成的，可以有效降低现场操作的误差，有效保证焊缝质量，保证浇筑的密实性，确保混凝土的强度。与现场施工相比，提高了构件的制作质量及受力性能。该框架结构通过节点和第一连接件实现水平连接，通过第二连接件实现竖向连接，施工方便、装配效率高，有效提高了现场施工的效率，而且框架结构整体性好、质量也容易得到保证，易于推动方钢管混凝土结构的装配式发展。

进一步的，本发明提供的全预制钢管混凝土框架装配方法，由于立柱和连接件都是预制成型的，施工时将立柱之间通过第二连接件进行竖向装配连接，通过第一连接件将立柱和横梁进行水平连接，快速形成整体的方钢管混凝土框架结构；框架整体性好、平面布局灵活、结构各部分刚性相对均匀、施工方便、施工周期短、施工速度快，质量可控，提高了预制方钢管混凝土框架结构的整体连接强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的全预制钢管混凝土框架结构整体结构示意图；

图2是本发明提供的全预制钢管混凝土框架结构的中柱结构示意图；

图3是本发明提供的全预制钢管混凝土框架结构的边柱结构示意图；

图4是本发明提供的全预制钢管混凝土框架结构的角柱结构示意图；

图5是本发明提供的全预制钢管混凝土框架结构中柱节点结构示意图；

图6是本发明提供的全预制钢管混凝土框架结构边柱节点结构示意图；

图7是本发明提供的全预制钢管混凝土框架结构角柱节点结构示意图；

图8是本发明提供的全预制钢管混凝土框架结构节点安装结构示意图；

图9是本发明提供的全预制钢管混凝土框架结构的焊接内筒连接示意图；

图10是本发明提供的全预制钢管混凝土框架结构的立柱与焊接内筒连接后的结构示意图；

图11是本发明提供的全预制钢管混凝土框架结构的栓接内筒连接示意图；

图12是本发明提供的全预制钢管混凝土框架结构的立柱与栓接内筒连接后的结构示意图。

附图标记：

1：立柱； 11：中柱； 12：边柱；

13：角柱； 101：空腔； 102：安装孔；

2：节点； 21：第一贯通隔板； 22：半穿心腹板；

23：第二贯通隔板； 24：第一通孔； 25：第一透气孔；

3：第一连接件； 31：隔板连接板； 32：腹板连接板；

4：横梁； 5：第二连接件； 51：焊接内筒；

511：支撑板； 512：第二透气孔； 513：第二通孔；

514：焊缝； 52：栓接内筒； 521：螺纹管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

下面结合图1-图12描述本发明的具体实施例：

本实施例提供一种全预制钢管混凝土框架结构，如图1所示，包括若干个立柱1和若干个横梁4。立柱1优选为方钢管结构，当然，立柱1也可以采用圆柱、矩形柱等，其形状不做限定。方钢管内部浇筑混凝土。立柱1上设有预制的节点2，节点2与横梁4通过第一连接件3水平连接，同一竖直方向上的两个立柱1之间通过第二连接件5进行竖向连接，立柱1又分为中柱11、边柱12和角柱13，其相互之间通过横梁4连接形成整体的方钢管混凝土框架结构。其中，中柱11位于框架结构的内部，同一中柱11水平方向上连接有四个横梁4，边柱12位于框架结构的边部，同一边柱12水平方向上连接有三个横梁4，角柱13则位于框架结构的角部，同一边柱12水平方向上连接有两个横梁4，其各自的数量根据实际框架所占空间成比例设置。

如图2-图4所示，根据上述情况，分别位于中柱11、边柱12和角柱13上的节点2的形状各不相同，位于中柱11上的节点2在平面上呈十字型，便于与四周的横梁4连接；位于边柱12上的节点2在平面上呈T形状，便于与两边以及内部的横梁4连接；位于角柱13上的节点2在平面上呈L型，便于与两边的横梁4连接。这样，中柱11、边柱12和角柱13与横梁4共同形成稳定的框架结构。

如图5-图7所示，在本实施例中，节点2包括第一贯通隔板21、第二贯通隔板23以及半穿心腹板22。具体的，将立柱1分为第一立柱、第二立柱以及第三立柱，即分成上、中、下三段，第一贯通隔板21固定连接在第一立柱和第二立柱之间，第二贯通隔板23固定连接在第二立柱和第三立柱之间，并将半穿心腹板22固定连接在第一贯通隔板21、第二贯通隔板23以及第二立柱之间，优选的，将半穿心腹板22对正于第一贯通隔板21、第二贯通隔板23以及第二立柱的中部。值得一提的是，第二立柱的中部对应于半穿心腹板22的位置处设置有孔道，半穿心腹板22的一端插入孔道内与混凝土连接，实现半穿心腹板22与立柱1的固定连接，保证半穿心腹板22与立柱1连接的稳定性。半穿心腹板22竖直设置且同时连接第一贯通隔板21、第二贯通隔板23以及立柱1，可以传递剪力，起到抗剪作用，同时利于混凝土浇筑振捣，对整个节点2的结构强度具有强化的作用。这里的固定连接方式优选采用焊接方式，将带有节点2的方钢管提前焊接预制完成，然后再向方钢管内部浇筑混凝土得到立柱1。

值得一提的是，为了保证混凝土贯穿节点2，在第一贯通隔板21和第二贯通隔板23中部均设有使混凝土贯通的第一通孔24，以使立柱1上、中、下三段均浇筑有混凝土结构，保证立柱1的结构强度。进一步的，在第一贯通隔板21和第二贯通隔板23位于立柱1内部的边角处部分设置有第一透气孔25，第一透气孔25环绕第一通孔24设置，第一透气孔25起到透气贯通的作用，使混凝土在浇筑时更容易贯穿第一通孔24，同时第一透气孔25设置在第一贯通隔板21和第二贯通隔板23的边角处，可以让混凝土顺利填充到边角处，保证立柱1内部混凝土填充的更加密实，保证立柱1的结构强度。

由上述内容可知，中柱11上的第一贯通隔板21和第二贯通隔板23呈十字型状，边柱12上的第一贯通隔板21和第二贯通隔板23呈T字型状，角柱13上的第一贯通隔板21和第二贯通隔板23呈L型状，且上述第一贯通隔板21和第二贯通隔板23以及半穿心腹板22上设有螺栓孔。

由于节点2通过第一贯通隔板21和第二贯通隔板23以及半穿心腹板22在垂直断面形成工字型，所以在本实施例中，横梁4采用H型钢梁。如图8所示，横梁4的两端为连接部，同样设置有螺栓孔，横梁4与节点2之间通过第一连接件3连接。这里，第一连接件3包括六个隔板连接板31和两个腹板连接板32，其中，六个隔板连接板31包括两个大隔板连接板31和4个小隔板连接板31，两个大隔板连接板31对应布置在H型钢梁的外侧上下两面，其中一个位于第一贯通隔板21和H型钢梁的顶部将两者通过螺栓连接，另一个位于第二贯通隔板23和H型钢梁的底部将两者通过螺栓连接。4个小隔板连接板31对应布置在H型钢梁的内侧上下两面将H型钢梁与第一贯通隔板21和第二贯通隔板23螺栓连接。两个腹板连接板32对称贴合在半穿心腹板22和H型钢梁的两侧将半穿心腹板22与H型钢梁螺栓连接。当然，这里的连接方式不限于螺栓连接，也包括其他的可拆卸式的固定连接结构。

如图9-图12所示，在本实施例中，为了实现同一竖直方向上的两个立柱1之间通过第二连接件5进行竖向连接，在立柱1内部进行浇筑混凝土时将立柱1的两端部留有空腔101，同时第二连接件5具有与空腔101对应的端部，第二连接件5的两端部对应嵌入两个立柱1端部的空腔101内，将同一竖直方向上的两个立柱1连接。因此，本实施例提供两种结构的第二连接件5。

具体的，如图9-图10所示，第二连接件5可以是焊接内筒51，焊接内筒51包括外层方钢管和内层的混凝土。焊接内筒51的长度正好等于两个空腔101的深度，这样，将焊接内筒51的两端分别插入两个立柱1对接的空腔101内，立柱1将焊接内筒51完全包裹，此时，两个立柱1的端部接触，可以通过将两个立柱1的端部进行焊接形成焊缝514，将两个立柱1进行进一步固定。

焊接内筒51的内部还可以设置有两个水平固定的支撑板511，支撑板511可以增加焊接内筒51的结构强度，增加其抗折抗剪强度。在支撑板511的表面还设有第二通孔513和第二透气孔512，第二通孔513保证混凝土浇筑时贯通整个焊接内筒51，提高焊接内筒51的结构强度。第二透气孔512与上述的第一透气孔25作用原理相同，保证混凝土浇筑时能够贯穿第二通孔513，使混凝土能够高效填充入焊接内筒51中以及填充到焊接内筒51的内部边角处，保证焊接内筒51的密实性，为焊接内筒51提供必要的结构强度。

同样，如图11-图12所示，第二连接件5可以是栓接内筒52，栓接内筒52包括外层方钢管和内层混凝土，栓接内筒52内部设有贯穿并连通栓接内筒52对立两侧的螺纹管521，螺纹管521具有外螺纹和内螺纹，内螺纹用于与螺栓连接，外螺纹可加强混凝土的有效粘结，提高栓接内筒52的连接强度。立柱1的空腔101表面设有与螺纹管521对应的安装孔102，将栓接内筒52的两端分别插入两个立柱1对接的空腔101内，安装孔102与螺纹管521对应，通过螺栓贯穿安装孔102与螺纹管521将两个立柱1进行固定连接。

值得一提的是，本实施例中，立柱1上设置有两个节点2，节点2的间距或数量根据实际作业要求制定。

本实施例的带有节点2的立柱1、第一连接件3以及第二连接件5都是在工厂提前预制的，施工时，将上述部件运输至现场，通过第一连接件3将立柱1和横梁4连接，通过第二连接件5将同一竖直方向上的两个立柱1连接，形成整体框架结构。由于预制件是在工厂焊接成型的，混凝土浇筑也是在工厂完成的，可以有效降低现场操作的误差，有效保证焊缝质量，保证浇筑的密实性，确保混凝土的强度。与现场施工相比，提高了构件的制作质量及受力性能。该框架结构施工方便、装配效率高、整体性好、质量也容易得到保证，易于推动方钢管混凝土结构的装配式发展。

另一方面，本实施例还提供一种全预制钢管混凝土框架装配方法，包括如下步骤：

步骤1：将方钢管、第一贯通隔板21、第二贯通隔板23和半穿心腹板22进行焊缝连接，形成带2个节点的方钢管柱；向带两个节点2的预制方钢管柱中浇筑混凝土，并在顶、底端部位置均留置空腔101，得到带两个节点2的立柱1。

步骤2：将多个立柱1与多个横梁4通过第一连接件3以及高强摩擦螺栓连接。

步骤3：将两个立柱1采用第二连接件5进行竖向连接，第二连接件5包括焊接内筒51和栓接内筒52。

当采用焊接内筒51连接时，将焊接内筒51放置于同一竖直方向上的两个立柱1之间，将焊接内筒51的上下两端对应插入两个立柱1近端的空腔101内，并使上下设置的两个立柱1的连接端部完全包裹焊接内筒51且相互接触，将两个立柱1的连接端部沿着焊接内筒51周侧壁进行焊缝连接。

当采用栓接内筒52连接时，将栓接内筒52放置于同一竖直方向上的两个立柱1之间，将栓接内筒52的上下两端对应插入两个立柱1近端的空腔101内，使立柱1上的安装孔102对应于栓接内筒52上的螺纹管521，通过穿心螺栓与螺纹管521的螺栓连接实现两个立柱1之间的竖向连接。

本实施例提供的全预制钢管混凝土框架装配方法，施工时通过在工厂预制带两个节点2的方钢管混凝土柱以及H型钢梁运往现场，通过第二连接件5进行竖向装配连接，通过高强摩擦螺栓及第一连接件3进行水平连接，形成整体的方钢管混凝土框架结构。本发明的框架整体性好、平面布局灵活、结构各部分刚性相对均匀、施工方便、施工周期短、施工速度快，质量可控，提高了预制方钢管混凝土框架结构的整体连接强度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。