一种混凝土预制矩形管桩的装配式混凝土梁柱节点

技术领域

本发明属于装配式混凝土建筑结构技术，具体涉及一种混凝土预制矩形管桩的装配式混凝土梁柱节点。

背景技术

《装配式评价标准》(GB/T51129-2017)第3.0.3条规定，装配式建筑应满足主体结构部分的评价分值不低于20分，而在装配式建筑评分表中，主体结构满分为50分，其中，柱、支撑、承重墙、延性墙板等竖向构件比例达35％～80％，可获分值为20～30分，梁、板、楼梯、阳台、空调板等构件比例达70％～80％，可获分值为10～20分。倘若竖向构件不做预制，则梁、板、楼梯、阳台、空调板等构件比例需达80％，这将会给构件的拆分带来了极大的困难，因此，竖向构件也常做预制。

目前，在预制竖向构件中，用套筒灌浆连接方法的普通钢筋混凝土预制柱应用地十分广泛。但是，这种普通钢筋混凝土预制柱存在着以下缺点：

(1)造价很高，一立方米通常需要支付三千到四千的费用不等，并且由于体积较大，对起重机的性能要求较高。

(2)普通钢筋混凝土预制柱采用套筒灌浆连接方法，这对预制柱的制作和安装精度提出了较高要求，普通钢筋混凝土预制柱的容错率低，若有某一环节出错，预制柱将可能无法使用，需要预制构件厂重新制作，这无疑会影响施工进度，也同时增加了施工成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种施工方便、安全可靠、施工安装容错率低、可加快施工进度、降低施工成本的混凝土预制矩形管桩的装配式混凝土梁柱节点。

本发明的目的通过如下的技术方案来实现：一种混凝土预制矩形管桩的装配式混凝土梁柱节点，其特征在于，包括上层混凝土预制矩形管桩、下层混凝土预制矩形管桩和结构梁，所述上层混凝土预制矩形管桩、下层混凝土预制矩形管桩和结构梁之间为梁柱节点区，所述下层混凝土预制矩形管桩桩身中的钢筋向上伸至梁柱节点区中锚固，若干竖向的连接钢筋穿过梁柱节点区并分别伸入所述上层混凝土预制矩形管桩和下层混凝土预制矩形管桩的桩芯中锚固，使得上层混凝土预制矩形管桩下端与结构梁半刚性连接或铰接，而下层混凝土预制矩形管桩上端与结构梁刚接。

本发明使用混凝土预制矩形管桩(管桩的横截面为方形或者长方形)与结构梁装配连接形成梁柱节点，混凝土预制矩形管桩上端与梁刚接，可提高刚度，其下端与梁半刚接，现有的标准管桩本身具有固定的轴力和弯矩承载力，通过半刚接可对管桩的弯矩进行调整，方便将弯矩调整在管桩可承受范围内；此时，轴力是唯一变量，可根据不同实际工程中所需的不同轴力选择标准管桩，而且，可根据不同实际工程中所需的不同长度在已生产的标准管桩上截取符合需求的一段管桩用于实际工程即可，而不需要根据不同的实际工程中所需的不同轴力、弯矩和长度来生产预制柱，所以，本发明可实现量产化，而且造价低；本发明梁柱节点连接方式操作简单，施工方便，安全可靠，施工安装容错率低，可加快施工进度，降低施工成本。另外，本发明使用混凝土预制矩形管桩作为装配式混凝土建筑结构的预制柱，混凝土预制矩形管桩生产技术成熟，造价低，安装易，有利于装配式的发展，而且可以根据实际需求采用合适的管桩，并可以根据需要选择任意强度的灌浆料或混凝土进行灌浆，也可以使用任意种类的预应力或非预应力钢筋，因此本发明适用范围广泛，适于广泛推广和使用。

作为本发明的一种改进，所述梁柱节点区的混凝土等级和结构梁的混凝土等级相同，且所述梁柱节点区的横截面大于混凝土预制矩形管桩的横截面。

在梁柱混凝土强度相差较大的情况下，若梁柱节点区的混凝土等级和结构梁的混凝土等级相同，当柱的强度很大时，节点容易出现破坏，为了解决这个问题，现有做法是将节点与梁采用不同等级的混凝土分开浇筑，但是，此做法存在不方便施工、施工效率低的缺点，而本发明梁柱节点根据其承载力的不同，进行适当的面积放大来增强节点的承载力，降低节点破坏发生的可能性，梁柱节点可以使用与结构梁相同强度的混凝土，从而可以一次性浇筑完成，施工方便，效率高。

本发明所述梁柱节点区的混凝土等级和所述混凝土预制矩形管桩的混凝土等级之差大于5MPa。

当梁柱节点区较小时，下层混凝土预制矩形管桩桩身中的钢筋不能伸入节点区足够深度，为了锚固稳固，本发明所述下层混凝土预制矩形管桩桩身中的钢筋伸入梁柱节点区的部分为弯曲状。而当钢筋插入节点区的足够深度时，可以不弯曲，即所述下层混凝土预制矩形管桩桩身中的钢筋伸入梁柱节点区的部分为竖直状。

本发明所述梁柱节点区的横截面形状是矩形、菱形或圆形，也可以根据实际工程需要采用其它形状，使用灵活，便于实际安装操作。

本发明所述结构梁为预制梁、现浇梁或叠合梁。

本发明所述下层混凝土预制矩形管桩的上端与梁柱节点区之间以及上层混凝土预制矩形管桩的下端与梁柱节点区之间均设有坐浆层。

优选的，本发明所述混凝土预制矩形管桩是有预应力或者无预应力钢筋的PHC/PC/PRCI/PRCII空心管桩，还可以使用任意其他强度、型号的管桩。

本发明在所述梁柱节点区内设有若干水平钢筋。水平钢筋相当于箍筋，可以约束混凝土，提高混凝土强度，而且可以减少裂缝，尤其是可以减少竖缝，水平钢筋可以提高节点的抗震性能。

本发明所述水平钢筋包括沿横向设置的横向钢筋和沿纵向设置的纵向钢筋，所述横向钢筋和纵向钢筋分别穿过所述梁柱节点区且其两端伸入相对应的结构梁中，所述横向钢筋在竖向和纵向上分别并列排布为若干根，所述纵向钢筋在竖向和横向上分别并列排布为若干根。

与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：

(1)本发明使用混凝土预制矩形管桩与结构梁装配连接形成梁柱节点，混凝土预制矩形管桩上端与梁刚接，可提高刚度，其下端与梁半刚接，现有的标准管桩本身具有固定的轴力和弯矩承载力，通过半刚接可对管桩的弯矩进行调整，方便将弯矩调整在管桩可承受范围内。

(2)可根据不同实际工程中所需的不同轴力选择标准管桩，而且，可根据不同实际工程中所需的不同长度在已生产的标准管桩上截取符合需求的一段管桩用于实际工程即可，而不需要根据不同的实际工程中所需的不同轴力、弯矩和长度来生产预制柱，所以，本发明可实现量产化，而且造价低。

(3)本发明梁柱节点连接方式操作简单，施工方便，安全可靠，施工安装容错率低，可加快施工进度，降低施工成本。

(4)本发明使用混凝土预制矩形管桩作为装配式混凝土建筑结构的预制柱，混凝土预制矩形管桩生产技术成熟，造价低，安装易，有利于装配式的发展。

(5)本发明梁柱节点根据其承载力的不同，进行适当的面积放大来增强节点的承载力，降低节点破坏发生的可能性，梁柱节点可以使用与结构梁相同强度的混凝土，从而可以一次性浇筑完成，施工方便，效率高。

(6)本发明设于梁柱节点区的水平钢筋相当于箍筋，可以约束混凝土，提高混凝土强度，而且可以减少裂缝，尤其是可以减少竖缝，水平钢筋可以提高节点的抗震性能。

(7)本发明可以根据实际工程需要，使用有预应力或者无预应力钢筋的PHC/PC等其它强度的管桩，而且并可以根据需要选择任意强度的灌浆料或混凝土进行灌浆，也可以使用任意种类的预应力或非预应力钢筋，因此本发明适用范围广泛，适于广泛推广和使用。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明实施例1的平面图(没有画出连接钢筋和浇筑混凝土)；

图2是本发明实施例1的剖面图；

图3是本发明实施例2的剖面图；

图4是本发明实施例3的平面图(没有画出连接钢筋和浇筑混凝土)。

具体实施方式

实施例1

如图1、2所示，是本发明一种混凝土预制矩形管桩的装配式混凝土梁柱节点，包括上层混凝土预制矩形管桩1、下层预制矩形混凝土管桩2和结构梁3，上层混凝土预制矩形管桩1、下层混凝土预制矩形管桩2和结构梁3之间为梁柱节点区4，在本实施例中，上层混凝土预制矩形管桩1和下层混凝土预制矩形管桩2均是横截面为正方形的方形管桩，在其它实施例中，混凝土预制矩形管桩可以是横截面为长方形的长方形管桩。结构梁3为预制梁、现浇梁或叠合梁。结构梁3内设有面筋10和底筋11，梁柱节点区4设有箍筋12。上层混凝土预制矩形管桩1和下层混凝土预制矩形管桩2可以是使用有预应力或者无预应力钢筋的PHC/PC/PRCI/PRCII空心管桩。下层混凝土预制矩形管桩2桩身中的钢筋5向上伸至梁柱节点区4中锚固，且在本实施例中，该钢筋5伸入梁柱节点区4的部分为弯曲状，以便钢筋不能伸入节点区足够深度的情况下，实现锚固稳固。在其它实施例中，当钢筋插入节点区的足够深度时，可以不弯曲，即下层混凝土预制矩形管桩桩身中的钢筋伸入梁柱节点区的部分为竖直状。若干竖向的连接钢筋6穿过梁柱节点区4并分别伸入上层混凝土预制矩形管桩1和下层混凝土预制矩形管桩2的桩芯中锚固，使得上层混凝土预制矩形管桩1的下端与结构梁3半刚性连接或铰接，即上层混凝土预制矩形管桩1的下端通过连接钢筋6和灌浆料(或混凝土)与结构梁3连接，为半刚接或铰接；下层混凝土预制矩形管桩2的上端与结构梁3刚接。即下层混凝土预制矩形管桩2的上端通过钢筋5、连接钢筋6和灌浆料(或混凝土)与结构梁3连接，为刚接。下层混凝土预制矩形管桩2的上端与梁柱节点区4之间以及上层混凝土预制矩形管桩1的下端与梁柱节点区4之间均设有坐浆层7。

本发明梁柱节点可以与其它普通框架、斜撑、剪力墙形成结构体系。

现有的现浇柱和预制柱都是刚接，在梁柱节点施工时，预制柱下端连接难度大，现有技术是通过套筒灌浆连接或者留孔插入钢筋的方式进行连接，但是，这两种连接方式都属于刚接，连接工序十分繁琐、施工复杂、难度大，且造价成本高，而且，由于套筒灌浆连接法的检测方法不完善，这种连接方法的安全性无法保证。

本发明混凝土预制矩形管桩的上端采用和现浇结构相同的刚接，虽然这是装配式中的预制柱上端刚接连接方式，但是和普通的现浇结构一样施工方便，并且，混凝土预制矩形管桩一端使用刚接可提高刚度(若两端都是半刚接，刚度可能过低)，混凝土预制矩形管桩下端为半刚接，可以降低连接成本、难度和不确定性，且可以适当地调整管桩弯矩，将变量减少至只有轴力，达到量产化目的。

在一般情况下，梁柱强度相差较大，若节点区使用与梁相同等级的混凝土，经过本申请人在实验室试验和工地试验进行验证，当柱子的强度非常大时，节点会出现破坏。但在实际工程中，节点不应该出现破坏。若节点使用与柱相同等级的混凝土，节点和梁混凝土强度就会不同，节点与梁需分开浇筑，十分不方便。

为了解决上述问题，在梁柱节点区的混凝土等级和预制混凝土管桩的混凝土等级之差大于5MPa的情况下，本发明梁柱节点区4的混凝土等级和结构梁3的混凝土等级相同，且梁柱节点区4的横截面大于混凝土预制矩形管桩的横截面。在本实施例中，梁柱节点区4的横截面形状为正方形，其面积大于混凝土预制矩形管桩的横截面的面积，即是相比于现有梁柱节点，本申请人通过理论分析和计算得出，梁柱节点可根据其承载力的不同，进行适当的面积放大，以此来增强节点的承载力，降低节点破坏发生的可能性，如此，梁柱节点可以使用与结构梁相同强度的混凝土，从而可以一次性浇筑完成，施工方便，效率高。

本发明混凝土预制矩形管桩的装配式混凝土梁柱节点的施工方法，在本实施例中，结构梁3是现浇梁，具体包括以下步骤：

S1、安装梁柱节点区及结构梁的浇筑模板；

S2、将下层混凝土预制矩形管桩2桩身中的钢筋5凿出，露出一段于其上端面上，管桩与节点底面保留2cm的坐浆层7。先将管桩的接合面清理干净，在管桩上方，及节点下方放三个垫片，复核楼面上所示的垫片厚度与位置是否正确，再在管桩外围用模板设置一个方盒，高度为结构面下5cm。使用合适的灌浆料或坐浆料对坐浆层进行坐浆。将下层混凝土预制矩形管桩2吊装至安装位置，并将钢筋5的上端伸入梁柱节点区内。

S3、先将管桩的接合面清理干净，在管桩下方，及节点上方放三个垫片，复核楼面上所示的垫片厚度与位置是否正确，再在管桩的外围用模板设置一个方盒，高度为结构面上5cm。使用合适的灌浆料或坐浆料对坐浆层进行坐浆。将上层混凝土预制矩形管桩1吊装至安装位置。

本实施例采用先坐浆，再吊装的施工顺序，更为方便，垫片可以保持坐浆层厚度，避免构件安装时把浆料压扁，方盒可以把坐浆区域围住，使得坐浆料不会到处流动。一般，坐浆料采用比灌芯的灌浆料强度大一些的坐浆料或者灌浆料。

在其它实施例中，也可以采用先放构件再坐浆的工序，可根据具体施工情况确定。

S4、将连接钢筋6插入上层混凝土预制矩形管桩1中并使之穿过梁柱节点区4伸入至下层混凝土预制矩形管桩2内至设计长度，对连接钢筋6进行固定；

S5、将合适的、同样强度的灌浆料或者混凝土从上层混凝土预制矩形管桩1的上端灌入上层混凝土预制矩形管桩1桩芯及其坐浆层、梁柱节点区、结构梁、下层混凝土预制矩形管桩2的坐浆层及其桩芯，直至灌满，即一次性浇筑上层混凝土预制矩形管桩1的桩芯、坐浆层、梁柱节点区4、现浇梁3和下层混凝土预制矩形管桩2的坐浆层、桩芯。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：在梁柱节点区4内设有若干水平钢筋，水平钢筋可以提高梁柱节点的抗震性能。水平钢筋包括沿横向设置的横向钢筋8和沿纵向设置的纵向钢筋9，横向钢筋8和纵向钢筋9分别穿过梁柱节点区4且其两端伸入相对应的结构梁3中，横向钢筋8在竖向和纵向上分别并列排布为若干根，纵向钢筋9在竖向和横向上分别并列排布为若干根，横向钢筋8、纵向钢筋9和箍筋12相互穿插。

实施例3

如图4所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例根据梁柱节点实际承载力情况，将梁柱节点进行适当的面积放大，梁柱节点区4的横截面形状是菱形，可以增强节点的承载力，降低节点破坏发生的可能性，梁柱节点与结构梁使用相同强度的混凝土，可一次性浇筑完成。

在其它实施例中，梁柱节点也可以是圆形等形状，可根据实际工程需求对梁柱节点采用合适的形状，使用灵活，便于实际安装操作。

在其它实施例中，可以根据实际工程需要，使用有预应力或者无预应力钢筋的PHC/PC等其它强度和型号的管桩。

在其它实施例中，可以根据需要选择任意强度的灌浆料或混凝土进行灌浆。

在其它实施例中，可以根据需要使用任意种类的预应力或非预应力钢筋。钢筋可以使用任意合适实际需求的种类、数量和强度等；

在其它实施例中，结构梁为预制梁或叠合梁，施工方法与实施例1的施工方法类似，梁柱节点均为现场浇筑，具体步骤可根据现场实际情况及结构梁的种类不同进行调整。

本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。