一种带有万向连接装置的基础底板安装结构的制作方法

1.本实用新型涉及结构工程技术领域，特别是涉及一种带有万向连接装置的基础底板安装结构。


背景技术：

2.所谓基础底板位于建筑的基础位置，是和土层(其实是垫层)直接接触的钢筋混凝土板，基础底板设置在钢管柱或钢管混凝土柱柱脚上方，包括与多个钢管柱或钢管混凝土柱连接成一体的横、纵双向布设的钢筋网，以及与钢筋网浇筑成整体的混凝土板。
3.钢管柱和钢管混凝土柱由于承载力高、刚度大、延性好以及抗震性能优越，被日益广泛地应用于高层建筑和大跨度结构。其中，钢管柱可以充分发挥材料强度高的特点，构件重量轻，抗震性能好；钢管混凝土柱通过钢管对柱内混凝土的约束作用，可以有效提高混凝土的强度和变形能力，同时混凝土可以有效抑制钢板的屈曲变形，增大钢板的宽厚比，适用于受力更大的承重构件。钢管柱或钢管混凝土柱根据钢管外形可分为矩形截面和圆形截面。
4.钢管柱或钢管混凝土柱柱脚是柱身底部的结构构件，是竖向构件与基础连接的关键部位，对建筑整体结构安全性和建筑结构力传导的可靠性影响重大。随着建筑高度增大，为获得可靠的结构力学特征，需要双向配置多排的、大直径的受力钢筋。迄今为止，对埋入式柱脚的力学特性的研究主要集中于埋入深度方面，而对柱脚与基础底板钢筋的连接，尤其是大直径钢管柱或钢管混凝土柱柱脚与基础底板钢筋连接方法的研究还存有较大缺口。
5.当前，任意横截面形状的钢管柱或钢管混凝土柱柱脚与钢筋的连接方式主要有：穿孔法、钢筋连接板法和钢筋连接器法等。由于基础底板钢筋的布置相较于其他构件更为密集且存在方向上的随机性，其与钢管柱或钢管混凝土柱连接较为复杂，上述连接方法具有一定的局限性，特别是非圆形截面形状的钢管柱或钢管混凝土柱柱脚与钢筋的连接，需要考虑的受力和构造上的因素就更多。穿孔法在开孔过程会削弱钢管柱的截面，降低其承载力，同时在现场将钢筋通过钢筋孔穿过钢管柱施工操作难度较大，施工质量和安全性难以保证；钢筋连接板法应用于数量较多的钢筋连接时，钢板用量较多，现场焊接量很大，并且混凝土浇筑的质量难以保证；钢筋连接器难以适应钢管与钢筋方向不垂直的情况。此外，上述三种方法仅限于在同一水平面内相互平行或垂直方向钢筋的连接，对于布置方向随机的钢筋，即呈任意角度的钢筋与柱脚的连接均不成立。
6.尽管各种截面形状的钢管柱和钢管混凝土柱在工程界应用越来越广泛，但其连接任意方向钢筋会造成整体基础底板安装结构受力情况复杂、应力集中的问题并没有解决，在一定程度上制约了其应用发展的进程。


技术实现要素：

7.本实用新型通过一种新型的带有万向连接装置的基础底板安装结构，实现了任意横截面形状的钢管柱或钢管混凝土柱脚与任意轴线方向的钢筋的高效、可靠连接，最终实
现构造简单的基础底板安装结构传力可靠、成本经济、安全性高。
8.本实用新型采用以下技术方案以解决上述技术问题:
9.一种带有万向连接装置的基础底板安装结构，包括柱脚、万向连接装置和钢筋；所述柱脚包括柱脚底板和柱身；所述万向连接装置平行于所述柱脚底板，并连接在所述柱身的外侧；所述万向连接装置包括钢筋连接器；所述钢筋连接器的轴线设置在所述柱身周向的任意角度方向，所述钢筋连接器连接所述钢筋；所述钢筋连接在所述柱脚之间。
10.进一步的，所述万向连接装置还包括水平连接单元、竖直连接单元、万向连接加强单元和咬合单元。
11.进一步的，所述水平连接单元包括水平连接板；所述水平连接板为环板结构；所述水平连接板的环板结构中部位置均布多个水平连接板透气孔；所述环板结构的内圈连接所述柱身外侧；所述环板结构的外圈连接所述竖直连接单元的中部。
12.进一步的，所述竖直连接单元包括竖直连接板；所述竖直连接板的外侧立面的垂直方向均布有多排钢筋连接器组；每排所述钢筋连接器组包括多个均布的钢筋连接器。
13.进一步的，所述万向连接加强单元连接在水平连接板的上、下端面上，并与所述竖直连接板连接。
14.进一步的，所述万向连接加强单元与所述钢筋连接器相对设置在所述竖直连接板的两侧。
15.进一步的，所述水平连接单元，竖直连接单元和万向连接加强单元上分别连接多个所述咬合单元。
16.进一步的，所述柱脚还包括柱脚加劲肋；所述柱脚加劲肋连接所述柱身的外侧，同时连接在所述柱脚底板上。
17.进一步的，所述柱脚还包括水平加劲肋；所述水平加劲肋设置在所述柱身内部，与所述水平连接单元共面；所述水平加劲肋中心设置混凝土浇筑孔。
18.进一步的，所述柱脚还包括外侧栓钉/外侧栓钉和内侧栓钉；所述外侧栓钉连接在所述柱身外侧；所述内侧栓钉与所述外侧栓钉对称设置在所述柱身的内壁和外壁。
19.采用上述技术方案，本实用新型能够取得以下技术效果：
20.1、本实用新型的带有万向连接装置的基础底板安装结构，能使得埋入式柱脚可连接任意方向的钢筋，结构布置合理，可获得最少钢材用量下的最合理受力分布；
21.2、本实用新型通过在周边的竖向连接板设置万向连接加强单元的短加劲肋，可以减小竖向连接板厚度，有效避免竖向连接板的层状撕裂现象；
22.3、本实用新型通过在钢管侧壁设置外侧栓钉和内侧栓钉，以及在短加劲肋、水平连接板和竖直连接板设置栓钉或咬合单元，能有效增强本实用新型的埋入式柱脚钢构件与混凝土之间的机械咬合力，改善柱脚与基础底板之间内力传递的效果；
23.4、本实用新型创立了基础底板钢筋与钢管柱或钢管混凝土柱柱脚的新型连接方式，通过设置直角多边形的竖直连接板，使得钢筋布设在法线与钢筋轴线方向一致的钢结构件上；该连接构造在保证本实用新型的埋入式柱脚传力安全可靠的基础上，实现了任意角度钢筋与各种横截面形状的钢管柱或钢管混凝土柱柱脚的可靠连接，同时有效避免了施工现场开孔等操作导致的构件受损和应力集中现象，该施工方法行之有效；
24.5、本实用新型的装置简单、可靠，本实用新型的施工方法技术先进、受力合理、施
工方便，安全可靠，适用于任意角度、多排双向钢筋与任意横截面形状的钢管柱或钢管混凝土柱柱脚的可靠；埋入式柱脚及其施工方法可广泛推广应用。
附图说明
25.为了进一步清晰地了解本实用新型的技术手段，结合以下附图与具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
26.附图仅用于示出具体技术手段的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
27.图1为本实用新型装置结构立面示意图一；
28.图2为图1中a-a方向横截面投影示意图；
29.图3为本实用新型装置结构立面示意图二；
30.图4为图3中d部局部放大示意图；
31.图5为图3中c-c方向横截面投影示意图；
32.图6为图5中d-d方向半剖示意图；
33.图7为本实用新型装置结构立面示意图三；
34.图8为图7中f-f方向横截面投影示意图；
35.图9为本实用新型装置结构立面示意图四；
36.图10为图9中g-g方向横截面投影示意图；
37.图11为咬合单元结构示意图一；
38.图12为咬合单元结构示意图二；
39.图13为底板矩形槽结构示意图；
40.图14为底板圆形槽结构示意图；
41.图15为图6中e部替代结构示意图。
42.附图标记：
43.1.柱脚；11.柱脚底板；111-1.底板矩形槽；111-2.底板圆形槽；12. 柱身；12-1.矩形钢管柱或矩形钢管混凝土柱；12-2.圆形钢管柱或圆形钢管混凝土柱；13.柱脚加劲肋；14.水平加劲肋；141.混凝土浇筑孔；15. 外侧栓钉；16.内侧栓钉；21.水平连接单元；211.水平连接板；2111.水平连接板透气孔；22.竖直连接单元；221.竖直连接板；23.万向连接加强单元；231.短加劲肋；24.钢筋连接器；25.咬合单元；251.咬合杆；252. 咬合体；26.限位器；100.钢筋；200.基础底板安装结构。
具体实施方式
44.下面参照图1至图15，具体介绍本实用新型的一种带有万向连接装置的基础底板安装结构。
45.一种带有万向连接装置的基础底板安装结构200包括柱脚1、万向连接装置2和钢筋100；柱脚1包括柱脚底板11和柱身12；万向连接装置 2平行于柱脚底板11，并连接在柱身12外侧；万向连接装置2包括钢筋连接器24；钢筋连接器24轴线可设置在柱身12周向的任意角度方向，并连接钢筋100；钢筋100连接在不同的柱脚1之间。
46.本具体实施例的柱身12连接在柱脚底板11上端；万向连接装置连接在柱身12的一
个横截面上；万向连接装置包括水平连接单元21和竖直连接单元22；竖直连接单元22外侧立面法线与所连接钢筋100轴线方向一致。
47.优选的，该横截面距离柱脚底板11的距离与柱身12横截面结构尺寸相关。具体优选横截面为矩形时，该横截面距离柱脚底板11的距离不小于长轴的2倍；具体优选横截面为圆形时，该横截面距离柱脚底板11 的距离不小于直径的2.5倍。
48.具体的，以柱身12横截面形状的不同，横截面的短轴是否大于 800mm，分4个具体实施例具体说明本实用新型的实施例：
49.第一实施例：柱身12横截面为矩形的矩形钢管柱或矩形钢管混凝土柱12-1，矩形的短边大于800mm；竖直连接单元22的横截面为与柱身 12横截面等距的矩形，优选为正方形，如图1、图2和图4所示；
50.第二实施例：柱身12横截面为矩形的矩形钢管柱或矩形钢管混凝土柱12-1，矩形的短边不大于800mm，竖直连接单元22的横截面为与柱身12横截面等距的矩形，优选为正方形；如图3、图5和图6所示；
51.第三实施例：柱身12横截面为圆形的圆形钢管柱或圆形钢管混凝土柱12-2，横截面圆的直径大于800mm；竖直连接单元22的横截面为在柱身12横截面的圆周外均布的对称结构的、直角边多边形，优选为对称中字形；如图4、图7和图8所示；
52.第四实施例：柱身12横截面为圆形的圆形钢管柱或圆形钢管混凝土柱12-2，横截面圆的直径不大于800mm；竖直连接单元22的横截面为在柱身12横截面的圆周外均布的正方形；如图4、图7和图8所示；如图6、图9和图10所示；
53.在4个具体实施例中，柱脚底板11可为适合建筑基础位置的任意形状。本4个具体实施例均优选为正方形，进一步优选为柱脚底板11正方形边长不小于柱身12横截面长轴长度的2倍。柱身12安装在柱脚底板 11的中心位置。优选的，第一实施例和第二实施例中，柱脚底板11上设置底板矩形槽111-1，如图13所示；矩形钢管柱或矩形钢管混凝土柱12-1 的底部设置在底板矩形槽111-1内，然后，将矩形钢管柱或矩形钢管混凝土柱12-1周边焊接在柱脚底板11，如图1和图3所示。优选的，第三实施例和第四实施例中，柱脚底板11上设置底板圆形槽111-2，圆形钢管柱或圆形钢管混凝土柱12-2的底部设置在底板圆形槽111-2内，然后，将矩形钢管柱或矩形钢管混凝土柱12-1周边焊接在柱脚底板11上。
54.在4个具体实施例中，柱脚1还包括柱脚加劲肋13；柱脚加劲肋13 焊接在柱脚底板11上，同时焊接在柱身12外侧。具体的，柱脚加劲肋 13为直角板结构，内侧竖直面周边焊接在柱身12上，底面周边焊接在柱脚底板11上，外侧竖直面接近柱脚底板11的外边，如图1、图3和图7 所示。
55.优选的，第一实施例和第二实施例中柱脚加劲肋13均布在矩形钢管柱或矩形钢管混凝土柱12-1各直角边上，柱脚加劲肋13以其内侧竖直面与所在的矩形钢管柱或矩形钢管混凝土柱12-1的竖直面垂直相接后焊接。
56.优选的，第三实施例和第四实施例中柱脚加劲肋13圆周均布在圆形钢管柱或圆形钢管混凝土柱12-2的外圆柱面上，柱脚加劲肋13以其内侧竖直面与所在的圆形钢管柱或圆形钢管混凝土柱12-2的母线相接后焊接。
57.具体的，第一实施例和第三实施例中，柱脚1还包括外侧栓钉15和内侧栓钉16；外侧栓钉15连接在柱身12外侧；内侧栓钉16与外侧栓钉 15对称设置在柱身12的内壁和外壁，
且在水平的周向和竖直的轴向均布。
58.进一步具体的，在第一实施例中，外侧栓钉15和内侧栓钉16在矩形钢管柱或矩形钢管混凝土柱12-1的周向，即水平方向，在每一个正方形边上均布，同时，在矩形钢管柱或矩形钢管混凝土柱12-1的轴向，即垂直方向，分层均布，如图1所示。
59.进一步具体的，在第三实施例中，外侧栓钉15和内侧栓钉16在圆形钢管柱或圆形钢管混凝土柱12-2的周向，即水平方向，在每一个正截圆上均布，同时，在圆形钢管柱或圆形钢管混凝土柱12-2的轴向，即垂直方向，分层均布，如图7所示。
60.在4个具体实施例中，柱脚1还包括水平加劲肋14；水平加劲肋14 设置在柱身12内部，具体为上、下两面的周边焊接；水平加劲肋14与水平连接单元21共面；水平加劲肋14中心设置混凝土浇筑孔141，如图 1、图3和图7所示。优选的混凝土浇筑孔141为圆形。
61.进一步优选的，当矩形钢管柱或矩形钢管混凝土柱12-1横截面短边或圆形钢管柱或圆形钢管混凝土柱12-2横截面直径尺寸较小时，混凝土浇筑孔141直径优选为240mm～320mm；该尺寸较小一般是指600mm～ 800mm的尺寸范围。
62.进一步优选的，当矩形钢管柱或矩形钢管混凝土柱12-1横截面短边或圆形钢管柱或圆形钢管混凝土柱12-2横截面直径尺寸较大时，混凝土浇筑孔141直径优选为不小于500mm，以满足内部焊接内侧栓钉16操作要求。该尺寸较大是指不小于500mm的尺寸范围。进一步优选的，矩形钢管柱或矩形钢管混凝土柱12-1或圆形钢管柱或圆形钢管混凝土柱12-2 内部底面处焊接柱脚加劲肋13，与外部的柱脚加劲肋13相对焊接。
63.具体的，水平连接单元21由多块水平连接板211构成；水平连接板 211内侧连接在柱身12外壁；水平连接板211外侧连接竖直连接单元22 内立面中部。
64.优选的，柱身12内部焊接的水平加劲肋14与柱身12外部焊接成一体的水平连接板211位于同一水平面上；进一步优选的，水平加劲肋14 与水平连接板211厚度一致。
65.进一步具体的，水平连接单元21总体为环状板结构。水平连接单元 21内圈赋型所连接的柱身12外侧面，为矩形或圆形。竖直连接单元22 有多块竖直连接板221构成，水平连接单元21外圈赋型多个竖直连接板 221围成的竖直连接单元22的内侧。优选的，水平连接板211的内圈和外圈均制作双面坡口，有利于进行上、下表面的周边焊。
66.具体的，水平连接板211的内圈和外圈之间的位置均布有多个水平连接板透气孔2111，用于保障水平连接板211下部混泥土的浇筑质量。如图2和图6所示。优选的，水平连接板透气孔2111位于水平连接板211 的内圈和外圈中间的位置。
67.水平连接单元21还包括均布在水平连接板211上的多个咬合单元 25。咬合单元25可以是单独使用，如图15所示，也可以是由2个咬合单元相对设置，共同联合使用的咬合单元。具体的，咬合单元包括咬合杆251，咬合杆251第一端设置有螺杆，用于匹配在水平连接单元21上设置的螺孔，与水平连接单元21连接；咬合单元包括连接在咬合杆251 第二端的咬合体252；咬合体252可以是任何可以咬合凝固混凝土的结构，优选为如图13所示的圆环结构，与咬合杆251一起构成环状咬合单元，如图11所示；咬合体252也可以是如图14所示的平板结构，与咬合杆 251一起构成板状咬合单元，如图12所述。优选的，咬合单元25配合配合限位器26一起使用。限位器26为带有螺孔的板件，用于将咬合单元 25限位固定在水平连接板211上，防止咬合单元25松动，避免基础底板的完整性。
68.一般的，咬合单元25可以只设置在水平连接板211的上端面，其它位置不设置咬合
单元25。本具体实施例中优选的，4个具体实施例中的咬合单元25为环状咬合单元，如图6所示。进一步优选的，4个具体实施例中的咬合单元25单独使用，如图15所示，水平连接板211上对应设置有螺纹通孔。4个具体实施例中，外侧栓钉15和内侧栓钉16可以是板状咬合单元，螺接在柱身12上；也可以是咬合杆251上不带有螺纹、为光杆、直接焊接在柱身12上的栓钉。
69.具体的，竖直连接单元22包括竖直连接板221；竖直连接板221外侧立面的垂直方向均布有多排钢筋连接器组；每排钢筋连接器组包括有多个均布的钢筋连接器24。钢筋连接器24为内部带有螺纹通孔的柱体，如图6所示。由于钢筋100为相互垂直方向多层排布，钢筋连接器24也会分层设置。图4
70.所示为一个万向连接装置2上的竖直连接板221的同一方向立板上设置有2排连接器用以连接第一方向的钢筋，对应的，在与该方向立板垂直的其它立板上，错层设置有2排连接器用以连接与第一方向垂直的第二方向的钢筋。
71.进一步具体的，竖直连接板221总体为一组立板围合成的闭合的环板结构，有多个矩形平板焊接而成。围合成的竖直连接板221内侧立面的中部连接水平连接板211的外圈。竖直连接板221相对于水平连接板 211为对称设置。
72.进一步具体的，第一实施例、第二具体实施例中，竖直连接板221 的横截面为与对应的矩形的柱身12的横截面等边距的四边形；当所连接的钢筋100与竖直连接板221的法线一致或垂直时，竖直连接板221的横截面形状为与对应的矩形的柱身12的横截面形状平行，这样水平连接板211在任意方向上的周向长度基本一致，保证了水平连接板211以及整个万向连接装置受力均衡，结构稳定；当所连接的钢筋100与竖直连接板221的法线不一致或不垂直，成某一角度α时，如图2所示，竖直连接板221的横截面形状要旋转角度α，以保证钢筋与竖直连接板221 外侧立面法线一致，这样可以保证柱脚1和钢筋100构成的基础底板安装结构200受力合理，结构稳定。
73.进一步具体的，第三实施例中，由于柱身12的直径不小于800mm，直径相对较大，为了矩形的竖直连接板221的横截面能与对应的柱身12 的横截面距离不要过分悬殊，竖直连接板221采取多个矩形板组成横截面为对称设置的直角多边形的结构，具体如图8所示；该直角多边形结构的每一个侧立面均与所连接的钢筋100的轴线方向一致。
74.进一步具体的，第四实施例中，由于柱身12的直径小于800mm，直径相对较小，矩形的竖直连接板221的横截面能与对应的柱身12的横截面距离相差悬殊，竖直连接板221采取4个矩形板构成矩形围合结构，优选为正方形，即可满足受力均衡、结构稳定的要求，如图10所示。
75.具体的，万向连接装置还包括万向连接加强单元23；万向连接加强单元23连接在水平连接板211的上、下端面上，对称设置，具体位于水平连接板211的外圈处，并与竖直连接板22连接；万向连接加强单元23 与钢筋连接器24位于竖直连接板221的两侧，相对设置。优选的，万向连接加强单元23具体为短加劲肋231；短加劲肋231为包括至少一个直角边的板件，如图4所示，外立面和下端面均设置有坡口，便于与竖直连接板221和水平连接板211周边焊接。
76.进一步地，竖直连接单元22和万向连接加强单元23安装有咬合单元25，如图5所示。咬合单元25的均布不影响钢筋连接器24的安装和使用，可以是板状咬合单元，也可以是
环状咬合单元。咬合单元25可以增加混凝土与结构件之间的机械咬合作用，提高传力的效率。
77.可以看出，第一实施例和第二实施例的万向连接装置的埋入式柱脚，其竖直连接板221的横截面的直角边与柱身12的横截面矩形的中线可呈任意角度，可以在任意方向垂直连接该方向钢筋。由于第一实施例和第二实施例的柱身12的横截面为圆形，万向连接装置的直角边可以随钢筋 100的布设任意调整，能随时满足以垂直立面连接该方向钢筋的要求。
78.柱脚1、万向连接装置和钢筋100共同构成了基础底板安装结构200。该基础底板安装结构200由于钢筋连接器24始终能以垂直方向与竖直连接板221连接，使的整个基础底板安装结构200受力合理，结构稳定；由于在柱脚加劲肋13、水平加劲肋1415、外侧栓钉15和内侧栓钉16的设计，柱脚1的结构稳定性得到了很大的提升；由于万向连接加强单元 23的设计，增强了万向连接装置的连接功能；咬合单元25的设计，使得混凝土浇筑后，混凝土与基础底板安装结构200的咬合力得到很大提升。整个万向连接装置的埋入式柱脚，以及带有万向连接装置的基础底板安装结构200受力更均匀，结构更稳定。
79.制作基础底板安装结构200包括柱脚1构件加工制作、将柱脚1构件运送至现场基坑内，在基础底板相应位置临时固定、将成对万向连接加强单元23均布焊接在水平连接板21和竖直连接板31之间、连接钢筋 100等步骤，完成埋入式柱脚与基础底板协同受力体系的施工。
80.最后，在基础底板安装结构200处浇筑混凝土，形成完整的建筑基础底板。
81.以上，仅是本实用新型的较佳实施例而已。但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员利用本实用新型揭露的技术内容做出的些许简单修改、等同变化或修饰，都涵盖在本实用新型的保护范围之内。