一种全装配式核心筒结构

技术领域

本发明总体上涉及建筑结构工程领域，主要涉及一种全装配式核心筒结构，具体可应用于全装配式建筑中。

背景技术

发展装配式建筑是促进建筑工业化的发展、提高和保证工程质量重要方法之一，也是促进当前建筑业转型升级、走向现代化的重要举措，有利于提高生产效率、节约能源。目前在实际工程中应用最多的装配式结构为装配式混凝土结构、装配式钢结构以及装配式木结构。由于相对低廉的成本，装配式混凝土结构仍然占据着装配式建筑的半壁江山。装配式混凝土结构主要有装配式框架结构、装配式框架-剪力墙结构以及装配式剪力墙结构。对于更高的核心筒结构，则鲜有采用装配的形式。这主要是因为相关的研究不足，现有的装配式结构的拼接技术很难在结构高度高、承受荷载大的高层和超高层建筑中实现装配的可靠。另外，高层和超高层建筑如果均采用普通的混凝土结构，则需要很大的构件截面，整个结构的自重会成倍增加，空间实用性以及经济性能将会大打折扣。因此高层和超高层建筑中的主要受力构件大都采用劲性混凝土结构。劲性混凝土结构中有型钢的加持，而型钢之间的连接又增加装配的难度，这也从另一方面增大了高层或超高层建筑采用装配式结构的难度。

装配式结构的连接方式可以分为“湿式”连接和“干式”连接。顾名思义，“湿式”连接是指结构在完成拼接后仍需要后浇筑混凝土，仍需要进行大量的湿作业。虽然采用这种连接方式的建筑整体性稍好，但是其施工操作复杂，不同受力条件的结构构件适应性差，所需的建造工期得不到明显的缩短，因此此种连接方式不能充分体现装配式建筑方便、快捷的建造优势。而“干式”连接是指不需要或者仅仅需要很少量的后浇作业便能完成结构装配的连接方法，虽然该种连接方式大多需要较高的施工精度以及结构整体性差等缺点，但是采用该种连接方式的结构施工周期短，成本低，建筑的品质高，能够最大化的体现装配式建筑的优势。劲性混凝土核心筒结构是高层和超高层建筑最主要的抗侧力构件，实现劲性混凝土核心筒的“干式”全装配连接，是突破装配式建筑的高度限制，实现更高层建筑装配化的关键环节，具有十分重要的实际工程应用价值。

发明内容

本发明的目的在于突破上述现有技术的瓶颈，提出一种全装配式核心筒结构，具体是一种新型全装配式劲性混凝土核心筒结构，能够满足高层建筑中对核心筒结构刚度和承载力的需求，同时该种劲性混凝土核心筒的连接方法简单实用，操作便捷，湿作业量极少，通用性强，可能应用于高层和超高层建筑的装配中。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明首先提供一种全装配式核心筒结构，包括：

约束边柱，装配在核心筒结构的边缘处，由边柱主体部、自边柱主体部的一侧伸出的边缘连接部构成，边柱主体部的上下至少一端连接一端部连接件，边缘连接部的外边缘设置一边缘连接件；

约束转角柱，装配在核心筒结构的转角处，由转角柱主体部、自转角柱主体部的至少两侧伸出的边缘连接部构成，转角柱主体部的上下至少一端连接一端部连接件，边缘连接部的外边缘设置一边缘连接件；

剪力墙板，具有剪力墙板主体部，剪力墙板主体部四周设置边缘连接件；

所述约束边柱、约束转角柱分别通过边缘连接件与所述剪力墙板连接固定。

在一个实施例中，所述边缘连接件上开设有螺栓孔并贯通边缘连接部、剪力墙板主体部混凝土，所述约束边柱、约束转角柱分别通过连接钢板和高强螺栓与剪力墙板连接固定。

在一个实施例中，所述边缘连接件为由两翼缘板和腹板构成的U型槽钢，所述螺栓孔按设计要求开设在两翼缘板上，两翼缘板扣合在约束边柱、约束转角柱的边缘连接部以及剪力墙板主体部混凝土上。

在一个实施例中，所述边柱主体部和转角柱主体部均由型钢边缘构件、分布在型钢边缘构件四周的纵向受力钢筋、约束箍筋和混凝土构成，边缘连接部由竖向分布钢筋、水平分布钢筋和混凝土构成，水平分布钢筋一端锚固在纵向受力钢筋上，另一端延伸至U型槽钢的槽内并焊接在U型槽钢的翼缘板上。

在一个实施例中，所述剪力墙板主体部由水平分布钢筋、竖向分布钢筋、拉结筋和混凝土构成，水平分布钢筋两端分别延伸至竖向U型槽钢的槽内并焊接在U型槽钢的翼缘板上，竖向分布钢筋两端分别延伸至水平向U型槽钢的槽内并焊接在U型槽钢的翼缘板上。

在一个实施例中，所述U型槽钢两翼缘板之间的距离加上两翼缘板厚度之和，等于约束边柱、约束转角柱的边缘连接部以及剪力墙板主体部的厚度，使得约束边柱、约束转角柱的边缘连接部以及剪力墙板主体部在边缘连接件处形成为连续、平整的表面。

在一个实施例中，所述端部连接件为π型连接件和/或T型连接件，π型连接件和T型连接件的翼缘板上开设有螺栓孔，底层柱上端连接π型连接件，π型连接件翼缘板向上，顶层柱下端连接T型连接件，T型连接件翼缘板向下，中间层柱上下两端分别连接π型连接件、T型连接件。

在一个实施例中，所述边柱主体部和转角柱主体部的型钢边缘构件以及分布在型钢边缘构件四周的纵向受力钢筋与π型连接件、T型连接件的腹板焊接连接，且腹板完全埋入混凝土中。

在一个实施例中，底层柱的边缘连接部底部与主体部底部持平，顶部位于π型连接件翼缘板高度一半处，中间层柱的边缘连接部底部、顶部分别位于T型连接件、π型连接件翼缘板高度一半处，顶层柱的边缘连接部底部位于T型连接件翼缘板高度一半处，顶部与主体部顶部持平。

本发明进一步提供一种全装配式核心筒结构的施工工艺，包括如下步骤：

S10：预制约束边柱、约束转角柱以及剪力墙板；

S20：将底层约束边柱、约束转角柱和剪力墙板精准定位，并将约束边柱、约束转角柱的边缘连接件分别与剪力墙板的边缘连接件对接；

S30：采用连接钢板和高强螺栓将约束边柱、约束转角柱与剪力墙板连接固定，完成底层核心筒的装配；

S40：吊装中间层约束边柱、约束转角柱和剪力墙板，中间层约束边柱和约束转角柱的T型连接件的翼缘板插入底层约束边柱和约束转角柱π型连接件的两个翼缘板之间，再以高强螺栓插入π型连接件和T型连接件的螺栓孔内，完成上、下层约束边柱、约束转角柱的连接，约束边柱、约束转角柱与剪力墙板之间的竖缝以及剪力墙板之间的水平缝，均采用连接钢板和高强螺栓连接；

S50：按照同样的装配方法逐步装配，完成整个全装配式核心筒结构的拼装和连接固定；

S60：在T-π型连接件的连接处浇筑后浇混凝土，完成整个核心筒结构的装配。

本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明的提出的一种新型全装配式劲性混凝土核心筒结构，装配式劲性混凝土约束边柱、约束转角柱和装配式混凝土剪力墙板均具有较大的侧向刚度和较高的承载能力，能够满足高层建筑中对核心筒结构刚度和承载力的需求；由于构件中有型钢以及螺栓孔的设置，因此约束边柱、约束转角柱与混凝土剪力墙板之间以及混凝土剪力墙板之间的拼接均可以采用钢结构的连接方式，直接运用螺栓和连接钢板实现整体核心筒结构的拼接，连接方法简单实用，操作便捷，湿作业量极少，通用性强，可能应用于高层和超高层建筑的装配中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。

图1为本发明一个实施例的核心筒结构约束边柱（底层、中间层、顶层）的结构示意图；

图2为约束边柱的配筋示意图；

图3为本发明一个实施例的核心筒结构约束转角柱（底层、中间层、顶层）的结构示意图；

图4为约束转角柱的配筋示意图；

图5为本发明一个实施例的混凝土剪力墙板的结构示意图；

图6为混凝土剪力墙板的配筋示意图；

图7为本发明一个实施例的约束边柱与剪力墙板的装配连接示意图；

图8为本发明一个实施例的型钢边缘构件结构示意图；

图9为本发明一个实施例的连接钢板、高强螺栓结构示意图；

图10为本发明一个实施例的边缘连接件结构示意图；

图11为本发明一个实施例的π型连接件、T型连接件结构示意图；

图12为本发明一个实施例的单层核心筒结构的装配拼接示意图；

图13为上、下层约束边柱、约束转角柱的装配连接示意图；

图14为本发明一个实施例的全装配式劲性混凝土核心筒多层结构的装配拼接示意图。

图中：

100-约束边柱；200-约束转角柱；300-剪力墙板；

1—约束边柱主体部；11—型钢边缘构件；12—纵向受力钢筋；13—约束箍筋；2—边缘连接部；21—水平分布钢筋；22—竖向分布钢筋；3—约束转角柱主体部；4—边缘连接件；41—翼缘板；42—腹板；43—边缘连接件的螺栓孔；5—π型连接件；51—π型连接件的翼缘板；52—π型连接件的腹板；53—π型连接件的螺栓孔；6—T型连接件；61—T型连接件的翼缘板；62—T型连接件的腹板；63—T型连接件的螺栓孔；7—剪力墙板；71—剪力墙板的竖向分布钢筋；72—剪力墙板的水平分布钢筋；73—剪力墙板的拉筋；8—高强螺栓；81—螺母；9—连接钢板；91—连接钢板的螺栓孔；10—后浇混凝土。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例作进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

需要理解的是，术语“包括/包含”、“由……组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

还需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参照附图对本发明的技术方案进行具体阐述。

本发明首先提供一种全装配式核心筒结构，包括约束边柱100、约束转角柱200以及剪力墙板300，并且，约束边柱100设置在核心筒结构的边缘处，约束转角柱200设置在核心筒结构的转角处，剪力墙板300两侧与约束边柱100、约束转角柱200连接固定，形成全装配式核心筒结构。

参见图1，约束边柱100由边柱主体部1、与边柱主体部1一体形成的边缘连接部2构成，边柱主体部1的上下至少一端连接一端部连接件，边缘连接部2由边柱主体部1的一侧伸出，边缘连接部2的外边缘设置一边缘连接件4。

本发明中，如图2所示，边柱主体部1由型钢边缘构件11、分布在型钢边缘构件四周的纵向受力钢筋12、约束箍筋13和混凝土构成，边缘连接部2由竖向分布钢筋22、水平分布钢筋21和混凝土构成。

再参见图3，约束转角柱200由转角柱主体部3、与转角柱主体部3一体形成的边缘连接部2构成，转角柱主体部3的上下至少一端连接一端部连接件，边缘连接部2由转角柱主体部3的至少两侧伸出，边缘连接部2的外边缘设置一边缘连接件4。

本发明的约束边柱和约束转角柱可根据在核心筒结构中与剪力墙板连接的具体情况，在柱子的立面上一侧或多侧设置边缘连接部分，从而制作成L型、T型或十字型等不同的截面形式用以连接剪力墙板，解决了转角墙难以预制装配的问题。

本发明中，如图4所示，与边柱主体部1类似，转角柱主体部3由型钢边缘构件11、分布在型钢边缘构件四周的纵向受力钢筋12、约束箍筋13和混凝土构成，边缘连接部2由竖向分布钢筋22、水平分布钢筋21和混凝土构成。

继续参见图5，剪力墙板300具有剪力墙板主体部7，剪力墙板主体部7四周设置边缘连接件4。

本发明中，如图6所示，剪力墙板主体部7由竖向分布钢筋71、水平分布钢筋72、拉结筋73和混凝土构成。

参见图7，较佳的，边缘连接件4上开设有螺栓孔并贯通边缘连接部、剪力墙板主体部混凝土，约束边柱、约束转角柱分别通过连接钢板9和高强螺栓8与剪力墙板连接固定，连接钢板宽度与所连接处的两个边缘连接件的宽度之和相等，其高度与所连接处的边缘连接部的高度相等。

通过在柱、剪力墙板的边缘设置边缘连接件，既能实现柱与剪力墙板的干式连接，又增大了柱与剪力墙板自身的刚度，从而提高了核心筒结构的抗侧能力。

如图8，约束边柱、约束转角柱的型钢边缘构件11采用“十”字型截面型钢或者是其他双轴截面惯性矩相等的轴对称截面，具有较大的侧向刚度和较高的承载能力，能够满足高层建筑中对核心筒结构刚度和承载力的要求。

连接钢板9上的螺栓孔91的位置和直径均与所连接处的边缘连接件上的螺栓孔一致，使得连接钢板9、边缘连接件4以及混凝土均能形成通孔，便于高强螺栓8从一侧插入并在另一侧通过螺母81进行连接，如图9所示。

较佳的，如图10所示，边缘连接件4为U型槽钢，U型槽钢的长度与边缘连接部2的高度一致，U型槽钢具有两翼缘板41和腹板42，翼缘板41上按设计要求开设有螺栓孔43，边缘连接部、剪力墙板主体部混凝土上对应开设有通孔，螺栓孔43贯通边缘连接部、剪力墙板主体部上的通孔，两翼缘板41扣合在约束边柱、约束转角柱的边缘连接部以及剪力墙板主体部混凝土上。U型槽钢的扣合，能够对边缘混凝土形成约束作用，防止边缘混凝土发生局部破坏，另外U型槽钢的包裹作用，在浇筑混凝土时在构件边缘处能够兼作为模板使用。

再参见图2、图4，较佳的，约束边柱、约束转角柱的边缘连接部2中布设的水平分布钢筋21一端锚固在边柱主体部1、转角柱主体部3的纵向受力钢筋12上，另一端延伸至U型槽钢的槽内并焊接在U型槽钢的翼缘板41上，如此使得约束边柱、约束转角柱的边柱主体部1、转角柱主体部3和边缘连接部2的钢筋骨架整体绑扎，整体浇筑，边缘连接部2的钢筋骨架一端与边柱主体部1、转角柱主体部3的钢筋骨架形成拉结作用，增强边缘连接部2的强度以及与主体部的一体性，另一端与U型槽钢焊接固定，浇筑混凝土后钢筋骨架与U型槽钢整体锚固在混凝土内，增强了边缘连接件4即U型槽钢的锚固强度，防止U型槽钢在连接处与混凝土面之间发生松动、脱离。

水平分布钢筋21与边缘连接件4的翼缘板41的焊接长度应根据水平分布钢筋21的受拉应力计算确定，保证焊缝不先于钢筋破坏。

基于同样的设计要求，剪力墙板主体部7的竖向分布钢筋71两端分别延伸至水平向U型槽钢的槽内并焊接在U型槽钢的翼缘板上，水平分布钢筋72两端分别延伸至竖向U型槽钢的槽内并焊接在U型槽钢的翼缘板上，如图6所示，也是为了增强了边缘连接件4即U型槽钢与剪力墙板混凝土的锚固强度，防止U型槽钢在连接处与混凝土面之间发生松动、脱离。

再参见图1、图3，U型槽钢两翼缘板之间的距离加上两翼缘板厚度之和，等于约束边柱、约束转角柱的边缘连接部以及剪力墙板主体部的厚度，使得约束边柱、约束转角柱的边缘连接部以及剪力墙板主体部在边缘连接件处形成为连续、平整的表面，如此在墙柱结构装配后形成的墙面内外部表面平整、美观，便于布置其他附属设备。

继续参见图11，较佳的，端部连接件为π型连接件5和/或T型连接件6，底层柱上端连接π型连接件，π型连接件翼缘板51向上，顶层柱下端连接T型连接件，T型连接件翼缘板61向下，中间层柱上下两端分别连接π型连接件、T型连接件。

π型连接件和T型连接件的翼缘板51、61上开设有螺栓孔53、63，用于上、下层的装配式劲性混凝土约束边柱装配时，上层约束边柱的T型连接件插入下层约束边柱的π型连接件后，连接件上的螺栓孔能够形成通孔，便于用高强螺栓实现T型连接件与π型连接件的连接，从而实现上、下层装配式劲性混凝土约束边柱的连接。

装配式劲性混凝土约束边柱、约束转角柱采用T-π型连接件连接，装配方式简单，装配节点受力明确，刚度大，传力路径清晰，能够承受核心筒结构中较大的弯矩荷载。

较佳的，在此基础上，边柱主体部1和转角柱主体部3的型钢边缘构件11以及分布在型钢边缘构件四周的纵向受力钢筋12与π型连接件、T型连接件的腹板52、62焊接连接，且腹板完全埋入混凝土中，通过将T型连接件和π型连接件分别与约束柱内部的型钢焊接，共同形成约束柱的受力钢骨，约束柱的纵向受力钢筋的两端分别点焊在T型连接件和π型连接件的腹板上，受力钢骨、纵向受力钢筋和约束箍筋共同构成劲性混凝土约束柱的受力骨架，能够大大提高柱的整体强度和刚度，也能够防止端部连接件发生节点破坏。

本发明设计π型连接件两个翼缘板之间的净距略大于T型连接件翼缘板的厚度，以便于上、下层约束柱拼接时，上层的T型连接件能够顺利的与下层的π型连接件连接。

较佳的如图1、图3所示，底层柱的边缘连接部底部与主体部底部持平，顶部位于π型连接件翼缘板高度一半处，中间层柱的边缘连接部底部、顶部分别位于T型连接件、π型连接件翼缘板高度一半处，顶层柱的边缘连接部底部位于T型连接件翼缘板高度一半处，顶部与主体部顶部持平，如此使得上下层柱能够恰好对接，即上下层柱连接后边缘连接部也能够紧密连接；且对接后π型连接件、T型连接件之间所形成的水平缝与边缘连接部混凝土之间所形成的水平缝错开。

本发明提出了一种新型全装配式劲性混凝土核心筒结构，其中装配式劲性混凝土约束边柱、约束转角柱和装配式混凝土剪力墙板均具有较大的侧向刚度和较高的承载能力，能够满足高层建筑中对核心筒结构刚度和承载力的需求；约束边柱之间，约束边柱、约束转角柱与混凝土剪力墙板之间以及混凝土剪力墙板之间的拼接均采用钢结构的连接方式，直接运用螺栓和连接钢板实现整体核心筒结构的拼接。该种劲性混凝土核心筒的连接方法简单实用，操作便捷，湿作业量极少，通用性强，可应用于高层和超高层建筑的装配中。

参见图12-14，本发明全装配式核心筒结构的施工工艺为：

S10：预制约束边柱100、约束转角柱200以及剪力墙板300；

S20：将底层约束边柱、约束转角柱和剪力墙板精准定位，并将约束边柱100、约束转角柱200的边缘连接件4分别与剪力墙板300的边缘连接件4对接；

S30：采用连接钢板和高强螺栓将约束边柱100、约束转角柱200与剪力墙板300连接固定，完成底层核心筒的装配；

S40：吊装中间层约束边柱、约束转角柱和剪力墙板，中间层约束边柱和约束转角柱的T型连接件的翼缘板插入底层约束边柱和约束转角柱π型连接件的两个翼缘板之间，再以高强螺栓插入π型连接件和T型连接件的螺栓孔内，完成上、下层约束边柱、约束转角柱的连接，约束边柱、约束转角柱与剪力墙板之间的竖缝以及剪力墙板之间的水平缝，均采用连接钢板和高强螺栓连接；

S50：按照同样的装配方法逐步装配，完成整个全装配式核心筒结构的拼装和连接固定；

S60：在T-π型连接件的连接处浇筑后浇混凝土10，完成整个核心筒结构的装配。

本发明全装配式核心筒结构的施工工艺，约束边柱、约束转角柱和剪力墙板均可以在预制工厂内预制生产，保证了约束边柱、约束转角柱和剪力墙板的制作质量，从而提高了整体核心筒的建造质量；柱与剪力墙板之间以及剪力墙板之间的连接通过高强螺栓和连接钢板实现，拼接方法简单易行，连接可靠；整个核心筒结构干式连接，大大缩短了传统现浇核心筒结构的建造周期，节约了时间成本，也克服了传统现浇核心筒结构由于大体积混凝土的浇筑、养护等工作产生裂缝的问题，保证了核心筒结构的工程质量。

至此，本领域技术人员应认识到，虽本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍然可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。