一种贯穿多楼层的连续预制混凝土管空心柱的制作方法

1.本实用新型涉及建筑结构技术领域，尤其涉及一种贯穿多楼层的连续预制混凝土管空心柱。


背景技术：

2.随着我国老龄化问题日益突出，劳动力持续减少及人力资本的显著提高，对土木结构工程产业形态产生了深刻的影响。随着劳动力价格的不断攀升，劳动力缺口逼迫土木结构工程产业持续转型升级，向工业化和智能化方向发展。大力发展装配式建筑是我国面向未来经济社会发展的总体趋势之一，是推动可持续发展，实现碳达峰、碳中和目标的重要载体。
3.目前我国装配式建筑仍以装配式混凝土结构为主，而在量大面广的装配式混凝土框架结构中，作为关键抗侧力和竖向承重构件的预制混凝土柱在标准化、工业化和受力性能等方面不乏存在诸多问题。例如传统预制混凝土实心柱存在人工依赖程度大、生产效率低、工期长和造价高等缺点。另一方面，实心柱自重大，增加了基础造价，给运输和吊装带来困难，而传统预制混凝土实心柱单层预制生产，连接节点多，施工复杂且造价高。此外，梁柱节点处钢筋密集，混凝土浇注困难，易使节点成为结构抗震的薄弱部位。
4.因此，为推动装配式建筑发展，促进装配式建筑应用，提高预制混凝土竖向构件标准化和工业化程度，提高施工效率，降低综合造价，改善预制混凝土竖向构件的受力性能，确保梁柱节点受力性能成为建筑领域亟待解决的关键问题之一。
5.而空心柱具有自重小、强度/质量比和刚度/质量比大，能够减小构件自重、降低基础造价和减小地震作用，在桥梁结构和基础工程中得到了广泛应用。然而，传统的空心柱标准化程度不高、生产效率较低，且当空心率较大时会因横向约束不足而发生脆性破坏。当通过配筋增加横向约束时，则会导致混凝土出现浇注不密实等问题。此外，空心柱因截面严重削弱易成为强弯弱剪型构件，受剪承载力和变形能力大幅降低。如何提高空心柱标准化和工业化程度，确保空心柱受力性能，使其适用于低多层装配式框架结构等工程，也成为空心柱未来可持续发展的关键。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题是提供标准化、工业化程度高，质量可靠，造价低且具有良好受力性能的一种贯穿多楼层的连续预制混凝土管空心柱。
7.本实用新型是通过以下技术方案予以实现：
8.一种贯穿多楼层的连续预制混凝土管空心柱，由一根预制混凝土管组成或由多根预制混凝土管连接而成，每根所述预制混凝土管包括混凝土管体、纵向钢筋、横向螺旋箍筋及钢套箍，所述纵向钢筋为多根，所述横向螺旋箍筋固定缠绕于多根纵向钢筋外围，横向螺旋箍筋与纵向钢筋形成钢筋笼预埋于混凝土管体中，所述钢套箍预埋于混凝土管体中且位于每层梁柱连接节点处，所述钢套箍中部开设有浇注孔，多根所述纵向钢筋分别穿过钢套
箍。
9.进一步，所述钢套箍包括节点核心区钢管、贯通隔板及钢板带，所述节点核心区钢管两端分别固定安装贯通隔板，所述钢板带与节点核心区钢管截面相同且分别固定安装于贯通隔板上，所述贯通隔板上开设浇注孔及多个纵向钢筋孔。
10.优化的，节点核心区钢管截面尺寸及钢板带截面尺寸略小于混凝土管体截面尺寸，贯通隔板截面尺寸与混凝土管体截面尺寸相同。
11.进一步，节点核心区钢管及钢板带内侧壁上分别固定设有多个抗剪键。
12.优化的，混凝土管体的横截面形状为外方内圆结构。
13.优化的，每根所述预制混凝土管的混凝土管体、钢筋笼及钢套箍的几何中心重合，每根所述预制混凝土管的重心位于其几何中心。
14.进一步，每根所述预制混凝土管的纵向钢筋及横向螺旋箍筋分为多层，且相邻层的纵向钢筋与横向螺旋箍筋交错布置或采用横向拉结筋连接。
15.进一步，多根预制混凝土管叠加部位处上层预制混凝土管与下层预制混凝土管相对应的纵向钢筋通过灌浆套筒或挤压套筒连接，纵向钢筋上固定缠绕有多道横向箍筋，叠加部位现浇混凝土管。
16.优化的，每层混凝土管体、钢筋笼及钢套箍的几何中心全部重合。
17.优化的，连接部位的高度为1/3—1/2层高。
18.本实用新型的有益效果
19.本实用新型所保护的一种贯穿多楼层的连续预制混凝土管空心柱，具有如下优点：
20.1.结构简单，制作方便，可实现工厂预制，标准化、工业化程度高；
21.2.空心结构自重小，可以降低运输、吊装成本，降低基础造价和减小地震作用；
22.3.单根空心柱贯穿多楼层，减少柱柱连接节点，可以极大地提高施工效率，降低连接造价和施工成本。
23.4.钢套箍有效约束梁柱节点核心区混凝土，提高梁柱节点受剪承载力，增强节点核心区变形性能。
附图说明
24.图1为本实用新型的三维结构示意图；
25.图2为本实用新型的不含混凝土管体的三维结构示意图；
26.图3为图1中的局部节点放大图；
27.图4为图2中的局部节点放大图；
28.图5为连接部位结构示意图；
29.图6为钢套箍三维结构示意图；
30.图7为钢套箍三维结构分解示意图；
31.图8为图1中a-a剖视图；
32.图中1.混凝土管体，2.纵向钢筋，3.横向螺旋箍筋，4.钢套箍，5.灌浆套筒或挤压套筒,6.横向箍筋,40.节点核心区钢管，41.贯通隔板,42.钢板带，43.抗剪键,410.纵向钢筋孔，411.浇注孔。
具体实施方式
33.一种贯穿多楼层的连续预制混凝土管空心柱，由一根预制混凝土管组成或由多根预制混凝土管连接而成，每根所述预制混凝土管包括混凝土管体1、纵向钢筋2、横向螺旋箍筋3及钢套箍4，所述纵向钢筋为多根，所述横向螺旋箍筋固定缠绕于多根纵向钢筋外围，横向螺旋箍筋与纵向钢筋形成钢筋笼预埋于混凝土管体中。
34.具体的，纵向钢筋可以采用热轧带肋钢筋，使纵向钢筋具有良好的塑性变形能力，增强与混凝土之间的粘结作用，确保纵筋钢筋与混凝土协同变形、共同工作。横向螺旋箍筋可以采用矩形螺旋箍筋，可以显著提高钢筋笼对混凝土的约束作用，提高多层连续预制混凝土管空心柱的变形能力，还可以提高钢筋笼的稳定性，减小钢筋笼在吊装、混凝土浇捣等强烈扰动下的变形。纵向钢筋与横向螺旋箍筋之间可以采用绑扎或滚焊机焊接形成钢筋笼，可大幅提高施工效率，保证所述钢筋笼整体稳定性良好。
35.另外，预制混凝土管可以采用高强混凝土浇注，可减小空心柱的设计截面尺寸，增加使用面积和有效空间，降低基础造价，同时也能提高连续预制混凝土管空心柱的耐久性。
36.钢套箍预埋于混凝土管体中且位于每层梁柱连接节点处,所述钢套箍中部开设有浇注孔，多根所述纵向钢筋分别穿过钢套箍。钢套箍的设置，能够有效约束梁柱节点核心区混凝土，提高梁柱节点受剪承载力，增强节点核心区变形性能。
37.本实用新型保护的连续预制混凝土管空心柱，可以由一根预制混凝土管构成或多根预制混凝土管连接而成，具体可以根据建筑的高度设置。一根预制混凝土管就可以贯穿多个楼层，其纵向钢筋可以为通长的钢筋，贯穿整个预制混凝土管，与横向螺旋箍筋形成钢筋笼预埋于混凝土管体中，而每层楼的梁柱连接处设置一个钢套箍与混凝土管体预制在一起，打破了传统的预制混凝土柱一柱一层的方式，其构造简单，制作便捷，可实现工厂线下预制，形成标准化作业，工业化程度高，极大的提高了建筑施工效率。
38.由于采用预制混凝土管结构形成空心柱，其质量比较轻，成本比较低，并且由于钢筋笼及钢套箍的设置，使得空心柱抗弯、抗剪性能及节点核心区能够满足受力性能要求，结构整体稳固性良好。
39.具体线下工厂预制时，先将多个钢套箍在既定高度通过工具固定住，再将纵向钢筋穿过钢套箍的纵向钢筋孔并通过点焊固定，然后再绑扎或焊接横向螺旋箍筋，最后从浇注孔浇注混凝土管体，浇注时可以采用普通浇注、开敞式钢模布料车浇注或封闭式钢模泵送管浇注，并采用抽芯工艺、充气工艺或离心工艺形成混凝土管体空腔。安装时，将连续预制混凝土管空心柱运至现场进行吊装。当需要多层连接形成空心柱时，连接部位采用现浇的形式完成施工。
40.进一步，钢套箍包括节点核心区钢管40、贯通隔板41及钢板带42，所述节点核心区钢管两端分别固定安装贯通隔板，节点核心区钢管与贯通隔板之间可以采用焊接的方式进行固定，也可以采用其他固定方式。所述钢板带与节点核心区钢管截面相同且分别固定安装于贯通隔板上，钢板带与贯通隔板之间可以采用焊接的方式进行固定，也可以采用其他固定方式。所述贯通隔板上开设浇注孔411及多个纵向钢筋孔410。纵向钢筋穿过贯通隔板的纵向钢筋孔，可以将纵向钢筋进行限位固定，防止浇注混凝土时发生移动，并且贯通隔板浇筑孔的设置方便浇注混凝土。
41.优化的，节点核心区钢管截面尺寸及钢板带截面尺寸略小于混凝土管体截面尺
寸，贯通隔板截面尺寸与混凝土管体截面尺寸相同，可保证模具无需开洞等特殊处理，且确保钢梁与贯通隔板连接的可操作性。
42.进一步，节点核心区钢管及钢板带内侧壁上分别固定设有多个抗剪键43，抗剪键可以采用焊接的方式固定在节点核心区钢管及钢板带内侧壁上，以确保所述钢套箍与混凝土之间的协同工作效应。
43.优化的，混凝土管体的横截面形状为外方内圆结构，增大了空心柱四个角部的厚度，减小了在横向荷载作用下腹板剪切变形引起的剪力滞效应，缓解了剪力滞效应引起的角部区域应力集中现象，有利于提高空心柱的抗弯、抗剪能力，提高整体结构的稳固性。
44.优化的，每根所述预制混凝土管的混凝土管体、钢筋笼及钢套箍的几何中心重合，每根所述预制混凝土管的重心位于其几何中心，可保证预制混凝土管结构对称，减小偏心影响。
45.进一步，每根所述预制混凝土管的纵向钢筋及横向螺旋箍筋分为多层，且相邻层的纵向钢筋与横向螺旋箍筋交错布置或采用横向拉结筋连接，纵向钢筋可根据需要采用多层结构，以满足不同性能目标下多层连续预制混凝土管空心柱的设计要求，横向螺旋箍筋分为多层，可满足不同配箍率设计要求，复合配箍可提高管壁稳定性，空心柱受剪承载力及变形能力。当相邻层的纵向钢筋与横向螺旋箍筋相对设置时，相互之间可采用横向拉结筋连接，进一步保证整体结构稳固性。当交错设置时无需使用横向拉结筋连接，制作更加方便快捷，且能够保证整体结构的稳固性。
46.进一步，多根预制混凝土管叠加部位处上层预制混凝土管与下层预制混凝土管相对应的纵向钢筋通过灌浆套筒或挤压套筒5连接，纵向钢筋上固定缠绕有多道横向箍筋6，连接部位后浇混凝土。当楼层比较高，需要将多层预制混凝土管连接形成空心柱时，两端伸出混凝土管体的纵向钢筋通过灌浆套筒或挤压套筒连接，使上下层之间的纵向钢筋对正并固定连接，再在纵向钢筋上固定缠绕多道横向箍筋，然后在连接处现浇混凝土，使连接处与上层预制混凝土管与下层预制混凝土管形成一个整体空心柱，能够适应多楼层结构需要，操作简单且能进一步保证整体结构的稳固性。
47.优化的，每层混凝土管体、钢筋笼及钢套箍的几何中心全部重合，且空心柱的重心位于几何中心，可进一步保证整个空心柱的结构对称，减小偏心影响。
48.优化的，连接部位的高度为1/3—1/2层高，可避免连接时连接节点位于弯矩最大处，确保连接部位的抗震安全性，且便于施工。
49.综上所述，本实用新型所保护的一种贯穿多楼层的连续预制混凝土管空心柱，标准化、工业化程度高，质量可靠，造价低且具有良好受力性能。
50.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。