混凝土预制矩形管桩作为上层柱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作为上层柱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作为上层柱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作为上层柱的装配式混凝土梁柱节点，包括上层柱、下层混凝土构件和结构梁，所述上层柱、下层混凝土构件和结构梁之间为梁柱节点区，其特征在于，所述上层柱是上层混凝土预制矩形管桩，所述上层混凝土预制矩形管桩的下端面有其自带的钢环，所述结构梁位于梁柱节点区的梁顶部设有环形钢板，所述钢环与环形钢板的中部开孔均与上层混凝土预制矩形管桩的桩芯孔相对应，所述钢环的下表面与所述环形钢板的上表面相连，在所述梁柱节点区设有若干钢筋，所述钢筋的上端连接在所述环形钢板的下表面上，下端则向下伸入梁柱节点区锚固。

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)作为上层柱与结构梁装配连接形成梁柱节点，混凝土预制矩形管桩与节点之间刚接，可满足刚度要求。本发明使用混凝土预制矩形管桩作为上层预制柱，可在已生产的标准管桩上截取符合需求的一段管桩，且该段管桩包含了标准管桩的底部，从而使得底部带有钢环的该段管桩也可以作为预制柱适用于梁柱节点中，而且，本发明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，实现量产化，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。

本发明所述下层混凝土构件是基础、下层现浇柱、下层预制混凝土柱或下层混凝土预制矩形管桩。

本发明所述环形钢板的外径大于所述钢环的外径。

本发明所述下层混凝土构件是下层混凝土预制矩形管桩，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。

作为本发明的一种改进，所述装配式混凝土梁柱节点包括插筋，所述插筋穿过梁柱节点区并分别伸入上层混凝土预制矩形管桩和下层混凝土构件中锚固；或者所述装配式混凝土梁柱节点包括插筋，所述插筋的两端分别伸入梁柱节点区和下层混凝土构件中锚固。

作为本发明的一种优选实施方式，所述插筋是若干连接钢筋，所述连接钢筋沿桩芯周边分布；或者所述插筋是主要由若干连接钢筋和箍筋组成的钢筋笼，所述连接钢筋沿桩芯周边分布，所述箍筋抱箍住所述连接钢筋。

作为本发明的一种实施方式，所述插筋沿混凝土预制矩形管桩的桩芯通长设置。

作为本发明的另一种实施方式，所述插筋在混凝土预制矩形管桩的桩芯中伸入一段。

作为本发明的优选实施方式，所述环形钢板位于所述结构梁的板筋或者梁箍筋与梁表面之间，若二者间距较小，所述环形钢板也可以略高于梁表面，装修时铺平即可。

本发明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或等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。

当梁柱节点区较小时，在所述梁柱节点区设置的钢筋锚入长度可能不够，为了增加锚入长度，本发明所述钢筋的下端弯折。而当钢筋的锚入长度足够时，其下端可以不弯曲，即钢筋为竖向的直线形。

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。

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设有水平钢筋，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。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。

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作为上层柱与结构梁装配连接形成梁柱节点，混凝土预制矩形管桩与节点之间刚接，可满足刚度要求。

(2)本发明使用混凝土预制矩形管桩作为预制柱，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，且该段管桩包含了标准管桩的底部，从而使得底部带有钢环的该段管桩也可以作为预制柱适用于梁柱节点中。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)本发明采用混凝土预制矩形管桩作为现场灌注的模板，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)本发明在梁柱节点区设有水平钢筋，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。

(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的剖面图；

图5是本发明实施例4的平面图(没有画出浇筑混凝土)；

图6是本发明实施例4的剖面图；

图7是本发明实施例5的平面图(没有画出浇筑混凝土)；

图8是本发明实施例6的平面图(没有画出浇筑混凝土)；

图9是本发明实施例7的剖面图。

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作为上层柱的装配式混凝土梁柱节点，包括上层柱、下层混凝土构件和结构梁3，上层柱、下层混凝土构件和结构梁3之间为梁柱节点区4，上层柱是上层混凝土预制矩形管桩1，在本实施例中，下层混凝土构件是下层混凝土预制矩形管桩2，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可以为预制梁、现浇梁或叠合梁等，结构梁3内设有板筋10和底筋11，梁柱节点区4设有梁箍筋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。上层混凝土预制矩形管桩1的下端面有其自带的钢环5，结构梁3位于梁柱节点区4的梁顶部设有环形钢板6，钢环5与环形钢板6的中部开孔均与上、下层混凝土预制矩形管桩的桩芯孔相对应，且环形钢板6的外径大于钢环5的外径，钢环5的下表面焊接在环形钢板6的上表面上，在梁柱节点区4设有钢筋7，钢筋7的上端焊接在环形钢板6的下表面上并沿其圆周排列分布，下端则向下伸入梁柱节点区4锚固，且在本实施例中，该钢筋7为竖向设置的直线形，其锚入长度足够，可实现锚固稳固。在其它实施例中，当梁柱节点区较小，钢筋锚入长度不够时，为了增加锚入长度，钢筋的下端可以弯折。

本实施例的装配式混凝土梁柱节点还包括插筋，插筋穿过梁柱节点区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，可根据实际情况选择合适的插筋型式。在本实施例中，插筋是主要由若干连接钢筋8和箍筋9组成的钢筋笼，也可以是其它的插筋型式。连接钢筋8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，且连接钢筋8沿桩芯周边分布，箍筋9抱箍住连接钢筋8。钢筋笼在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的桩芯中伸入一段，在其它实施例中，插筋沿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通长设置。

在其它实施例中，插筋是若干连接钢筋，连接钢筋沿桩芯周边分布，插筋沿下层混凝土预制矩形管桩的桩芯通长设置，或者插筋在下层混凝土预制矩形管桩的桩芯中伸入一段。

上层混凝土预制矩形管桩1的下端与结构梁3刚接，即上层混凝土预制矩形管桩1的下端通过环形钢板6、钢筋7、钢筋笼和灌浆料(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之间以及上层混凝预制矩形土管桩1的下端与梁柱节点区4之间均不设坐浆层。

本发明的装配式混凝土梁柱节点可以与其它普通框架、斜撑、剪力墙形成结构体系。

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混凝土预制矩形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。在其它实施例中，根据实际情况，梁柱节点区的横截面也可以等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。

本实施例的施工过程是：

S1、将下层混凝土预制矩形管桩2或者基础和梁板的浇筑模具安装好。

S2、将环形钢板6安装在结构梁3位于梁柱节点区4的梁顶部，具体位于板筋10或者箍筋12到梁表面之间；若此位置过小，环形钢板可略微高出梁表面，装修时铺平即可。

S3、在环形钢板6的下表面上焊接一段钢筋7，钢筋7伸入梁柱节点区4内，若锚入长度足够，则不需要弯折；若锚入长度不足，根据实际需求，可将钢筋7进行弯折，从而增加锚入长度。

S4、将钢筋笼插入下层混凝土预制矩形管桩2的桩芯孔，再安装上层混凝土预制矩形管桩1，并向上层混凝土预制矩形管桩的桩芯孔内灌入合适的混凝土，从而将上、下层混凝土预制矩形管桩的桩芯、节点与梁浇筑好。

上层混凝土预制矩形管桩和下层混凝土预制矩形管桩与节点之间均无坐浆层。

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：插筋沿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的桩芯通长设置。

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：在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的桩芯中不设置插筋。因此，可根据实际施工情况，选择是否在桩芯中插入钢筋。

实施例4

如图5、6所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：梁柱节点的面积未进行放大。

实施例5

如图7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。

实施例6

如图8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的横截面形状是圆形，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。

实施例7

如图9所示，本实施例与实施例3的不同之处在于：在梁柱节点4区设有水平钢筋，水平钢筋包括沿横向设置的横向钢筋13和沿纵向设置的纵向钢筋14，横向钢筋13和纵向钢筋14分别穿过梁柱节点区4且其两端伸入相对应的结构梁中，横向钢筋13在竖向和纵向上分别并列排布为若干根，纵向钢筋14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和梁箍筋12相互穿插。

实施例8

本实施例与实施例1的不同之处在于：不设置插筋，下层混凝土预制矩形管桩桩身中的钢筋伸入梁柱节点区，当钢筋在板柱节点区深入长度不足时，钢筋伸入板柱节点区的部分为弯曲状，而当钢筋在板柱节点区深入长度足够时，钢筋伸入板柱节点区的部分可为竖直状。

实施例9

本实施例与实施例1的不同之处在于：插筋的上端没有伸入上层混凝土预制矩形管桩，插筋的两端分别伸入梁柱节点区和下层混凝土预制矩形管桩中锚固。

在其它实施例中，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。