申请/专利权人：哈尔滨工业大学(深圳)

申请日：2018-12-14

公开（公告）日：2020-02-14

公开（公告）号：CN109707036B

主分类号：E04B1/18(20060101)

分类号：E04B1/18(20060101);E04B1/58(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.02.14#授权;2019.05.28#实质审查的生效;2019.05.03#公开

摘要：一种基于型钢连接的可拆卸框架结构及其装配方法，其结构包括预制柱、预制梁和卡扣，其中，预制柱拆分点设置在柱子反弯点附近，预制柱与预制柱之间的连接通过分别设在预制柱两端的内圈与内筒相互嵌套，同时外圈与外筒相互对接后采用卡扣固定；所述卡扣包括平头卡扣和斜头卡扣；预制柱梁柱节点部位设有由方钢管和柱工字钢焊接而成的钢制柱梁节点，预制柱与预制梁之间的对接通过钢制柱梁节点上的柱工字钢与预制梁其中一端的梁工字钢连接后并通过盖板和螺栓固定，本发明还基于该结构提出了一种装配方法。本发明是一种干连接方式，即连即用，其连接质量可靠且易检测，结构形式上实现可拆卸，施工方式简洁，能够达到更快、更可靠、更节约的标准。

主权项：1.一种基于型钢连接的可拆卸预制框架结构，其特征在于，包括预制柱、预制梁和卡扣，所述预制柱包括预制柱本体，设在预制柱本体上端的上钢连接座、下端的下钢连接座、与上钢连接座、下钢连接座焊接在一起的柱钢筋笼，以及埋置柱钢筋笼和部分上钢连接座、下钢连接座的混凝土柱体；所述预制梁包括预制梁本体，分别埋置在预制梁本体左、右端的梁工字钢、与左、右端的梁工字钢焊接在一起的梁钢筋笼，以及埋置梁钢筋笼和部分左、右端的梁工字钢的混凝土梁体；所述卡扣包括第一卡扣和第二卡扣；所述上钢连接座焊接有内筒和外筒，下钢连接座焊接有内圈和外圈，外筒和外圈向预制柱本体外侧的侧壁边缘为中间低两边高的斜面；柱连接时，处于不同预制柱上的内圈与内筒嵌套形成无间隙套筒，外圈与外筒对接后，先通过第二卡扣对两边高的斜面处进行固定，再通过第一卡扣对中间低的斜面处进行固定；所述预制柱本体的梁柱节点处设有由方钢管和柱工字钢焊接而成的钢制柱梁节点，柱工字钢外露预制柱本体之外，柱梁连接时：柱工字钢与梁工字钢通过螺栓连接。

全文数据：一种基于型钢连接的可拆卸预制框架结构及其装配方法技术领域本发明属于建筑施工技术领域，尤其是一种基于型钢连接的可拆卸预制框架结构及其装配方法。背景技术预制装配式结构（下简称：预制结构）在世界各地均有大量应用，预制结构可以实现建筑工业化生产。在人口红利降低、工地现场施工人员成本居高不下的情况下，预制结构的发展可能会是一个全新的建筑建设方向。同时预制结构节能环保、可以大幅减少工地现场施工的不良影响，在高环保要求下，施工现场现浇作业会收到冲击。而采用全预制结构可以很好的克服现场噪音、粉尘等污染，同时施工速度与可以得到提升，缩短建设工期，节约建设成本。现有的预制结构拼接主要依靠预制构件节点湿连接，做法是按照结构设计，在框架节点处拆分结构，制作预制柱与预制梁，预制构件端部预留钢筋。安装时，在施工现场吊装预制构件，对接预制构件，通过套筒连接将上下对接的预留钢筋固定，再通过混凝土灌注套筒，实现上下纵筋的连接。连接好预留筋后，再对拆分的节点进行支模和二次混凝土浇筑，养护好后实现预制构件拼接。现有技术下，在以下三个方面存在问题：（1）首先从施工质量看，节点二次浇筑不确定能和预制构件混凝土有很好的结合。（2）其次从结构性能看，后浇节点，难以保证强节点弱构件的设计。（3）最后从施工工艺来讲，对节点支模灌注混凝土，操作复杂，节点凝固过程需要专门支护，费工费时。而且，湿连接下，拼接结构为一次性，拼接构件不可重复使用。发明内容针对现有技术中的存在的技术问题，本发明提出了一种基于型钢连接的可拆卸预制框架结构及其装配方法。一种基于型钢连接的可拆卸预制框架结构，包括预制柱、预制梁和卡扣，所述预制柱包括预制柱本体，设在预制柱本体上端的上钢连接座、下端的下钢连接座、与上钢连接座、下钢连接座焊接在一起的柱钢筋笼，以及埋置柱钢筋笼和部分上钢连接座、下钢连接座的混凝土柱体；所述预制梁包括预制梁本体，分别埋置在预制梁本体左、右端的梁工字型钢、与左、右端的梁工字型钢焊接在一起的梁钢筋笼，以及埋置梁钢筋笼和部分左、右端的梁工字型钢的混凝土梁体；所述卡扣包括第一卡扣和第二卡扣；所述上钢连接座焊接有内筒和外筒，下钢连接座焊接有内圈和外圈，外圈和外筒向预制柱本体外侧的侧壁边缘为中间低两边高的斜面；柱连接时，处于不同预制柱上的内圈与内筒嵌套形成无间隙套筒，外圈与外筒对接后，先通过第二卡扣对两边高的斜面处进行固定，再通过第一卡扣对中间低的斜面处进行固定；所述预制柱本体的中部梁柱节点处设有由方钢管和柱工字钢焊接而成的钢制柱梁节点，柱工字钢外露预制柱本体之外，柱梁连接时：柱工字钢与梁工字钢通过螺栓连接。作为发明的进一步改进，所述上钢连接座包括上钢连接板，所述上钢连接板向预制柱本体内侧焊接上回字形钢圈；所述下钢连接座包括下钢连接板，所述下钢连接板向预制柱本体内侧焊接下回字形钢圈；所述上回字形钢圈、下回字形钢圈与混凝土柱体内部的柱钢筋笼焊接。作为发明的进一步改进，上回字形钢圈、下回字形钢圈还分别与J字形短钢筋焊接，用于锚固在混凝土柱体内部。作为发明的进一步改进，所述内筒、外筒分别焊接在上钢连接板向预制柱本体外侧；所述内圈、外圈分别焊接在下钢连接板向预制柱本体外侧。作为发明的进一步改进，所述梁工字钢的上下翼缘与预制梁本体内部的上下纵筋连接固定。作为发明的进一步改进，柱梁连接时：柱工字钢与梁工字钢通过螺栓与盖板连接，实现预制梁与预制柱的可拆卸性。作为发明的进一步改进，所述外筒和外圈均为回字形结构，且回字形结构的4个侧壁均为中间低两边高的斜面，先将第二卡扣从斜面的中间豁口放入再推挤至两边卡紧，再将第一卡扣卡紧在中间豁口处，即：通过外圈一面的中间豁口安装，进入中间豁口后向两侧滑动卡紧外圈；同时实现中间豁口的封堵，限制斜头卡扣滑动。作为发明的进一步改进，所述中间低两边高的斜面包括：中间豁口处为水平面，两边为斜度小于钢材摩擦角的坡面；所述第一卡扣为平头卡扣，所述第二卡扣为斜头卡头；所述第二卡扣的斜度与外筒、外圈的坡面斜度一致。作为发明的进一步改进，所述坡面的斜度小于24°。一种如上所述的基于型钢连接的可拆卸预制框架结构的装配方法，包括如下步骤：S1，预制柱与预制梁的连接，安装时，将预制梁一端的梁工字钢与预制柱的钢制柱梁节点处外露的同规格柱工字钢对接，通过盖板和螺栓连接，后期拆卸时拆除螺栓即可实现重回收；S2，将两根不同的预制柱上下对接以后，通过安装第一卡扣和第二卡扣，将外筒和外圈卡紧后，过点焊形式将安装好的第一卡扣、第二卡扣固定位置，拆卸时，先去除点焊连接，拆下第一卡扣和第二卡扣，实现拆卸。相比现有技术来说，本发明的有益效果是：本发明的一种基于型钢连接的可拆卸预制框架结构是一种干连接方式，在实现强度上等强于现浇框架外，在功能上比现浇结构更满足强节点弱构件，梁端塑性铰可控的抗震设计要求，在结构形式上可以按照目标框架形式拆分，在施工上可以简化现有预制结构施工要求，达到更快、更可靠、更节约的标准。附图说明图1是本发明一种基于型钢连接的可拆卸预制框架结构的示意图。图2是本发明一种预制梁的分解图。图3是本发明一种预制柱的结构示意图。图4是本发明一种预制柱的分解图。图5是本发明一种外筒外圈与卡扣连接的结构示意图。图6是本发明一种外筒外圈与卡扣连接的分解图。图7是本发明的一种平头卡扣的结构示意图。图8是本发明的一种斜头卡扣的结构示意图。附图标记：100-预制梁，200-卡扣，300-预制柱，1-梁工字型钢，2-混凝土梁体，3-平头卡扣，4-斜头卡扣，5-混凝土柱体，6-上钢连接板，7-下钢连接板，8-上回字形钢圈，9-下回字形钢圈，10-内筒，11-外筒，12-内圈，13-外圈，14-十字隔板，15-方钢管，16-柱工字钢。具体实施方式为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面结合附图及具体实施例对本发明进一步说明。实施例1如图1-8所示，本发明的一种基于型钢连接的可拆卸预制框架结构包括下面三部分：预制梁100、卡扣200、预制柱300。先介绍预制梁100。如图2所示，所述预制梁100包括预制梁本体，分别埋置在预制梁本体左、右端的梁工字型钢1、与左、右端的梁工字型钢1焊接在一起的梁钢筋笼（图中未示出），以及埋置梁钢筋笼和部分左、右端的工字型钢1的混凝土梁体2。上述结构赋予了预制梁的基础的钢筋混凝土结构，保证了其基本的连接属性和强度。进一步的，所述梁工字钢1通过其上下翼缘与预制梁本体2内部的上下纵筋连接，形成可靠的固定。梁工字钢1的上下翼缘厚度除按上下纵筋截面尺寸等截面换算后，还要满足组合结构关于最小钢板厚度的要求。其次介绍卡扣300。如图7-8所示，所述卡扣200在本实施例中优选为平头卡扣3和斜头卡扣4，平头卡扣3和斜头卡扣4用于处于上下对接后的两根预制柱300之间的连接。对卡扣的进一步介绍在下文中详述。其次介绍预制柱300，如图3-6所示，所述预制柱包括预制柱本体，设在预制柱本体上端的上钢连接座、下端的下钢连接座、与上钢连接座、下钢连接座焊接在一起的柱钢筋笼（图中未示出），以及埋置柱钢筋笼和部分上钢连接座、下钢连接座的混凝土柱体5。上述结构赋予了预制柱的基础的钢筋混凝土结构，保证了其基本的连接属性和强度。进一步的，所述上钢连接座包括上钢连接板6，所述下钢连接座包括下钢连接板7。本发明中，上钢连接板6、下钢连接板7作为钢连接座的基座，如图3-8所示，需要承担以下三方面承上启下的作用：（1）所述上钢连接板6向预制柱本体内侧焊接有上回字形钢圈8；所述下钢连接板7向预制柱本体内侧焊接下回字形钢圈9；所述上回字形钢圈8、下回字形钢圈9与混凝土柱体5内部的柱钢筋笼焊接，通过与J字形短钢筋焊接，用于锚固在混凝土柱体内部，加强了各钢连接板与混凝土柱体之间的连接强度。（2）所述上钢连接板6向预制柱本体外侧焊接有内筒10和外筒11，所述下钢连接板7向预制柱本体外侧焊接有内圈12和外圈13。上下对接后的两根预制柱中，内圈12会嵌套入内筒10中，形成无间隙的套筒，嵌套后的内筒主要用来传递预制柱间的剪力和扭矩以及传递轴压力。为了更好地实现对接后的固定，所述外筒11和外圈13均为回字形结构，并且要求：外筒11和外圈13向预制柱本体外侧的4个侧壁边缘为中间低两边高的斜面，该斜面的特性为：中间豁口处为水平面，两边为斜度小于钢材摩擦角的坡面。为了与该斜面特性相适应，斜头卡扣4的斜度要求与外筒、外圈的坡面斜度一致，使其能够完全契合。则预制柱与预制柱上下对接时，处于上方的预制柱的内圈12与处于下方的预制柱的内筒10相嵌套，此时处于上方的预制柱的外圈13与处于下方的预制柱的外筒11上下对接，此时，将斜头卡扣4通过外圈13、外筒11的斜面的中间豁口处放入，再向两边推挤，推挤过程中斜头卡扣4越远离中间豁口，对外圈13、外筒11产生的向下挤压力越大，这样依次将斜头卡扣4安装完毕，最后将平头卡扣3安放在中间豁口处，封堵住中间豁口，目的在于限制斜头卡扣4下滑、松动，卡扣在这里起到了传递轴拉力的作用；拆卸时，采用相反过程实现卡扣拆卸。更进一步优选的方案是，坡面斜度为小于钢材自锁角24°。更进一步优选的方案是，卡扣的抗拉承载力弱于卡扣卡紧的外钢圈抗拉承载力。（3）下钢连接板7向预制柱本体外侧还焊接有十字隔板14，用于提高嵌套后的内筒的强度，更有利于传递预制柱间的剪力和扭矩以及传递轴压力。所述预制柱300还包括以下结构，用于与预制梁的连接：所述预制柱本体的中部反弯点处内置有由方钢管15和柱工字钢16焊接而成的钢制柱梁节点，柱工字钢16外露预制柱本体之外。则预制柱与预制梁安装时，将预制梁200一端的梁工字钢1与预制柱300的钢制柱梁节点处外露的同规格柱工字钢16对接，再通过盖板和螺栓连接，实现预制梁与预制柱的可拆卸性；后期拆卸时拆除螺栓即可实现重回收。此方案中，将预制柱拆分点设置在柱子中部反弯点附近，避免了梁柱节点的拆分，保证了节点整体性。进一步优选的，方钢管15四面可以选择性焊接，以实现不同角色转化，如：边柱、角柱、内柱。实施例2基于实施例1的最优技术方案所形成的一种基于型钢连接的可拆卸预制框架结构，其装配方法如下：S1，预制柱与预制梁的连接，安装时，将预制梁一端的梁工字钢与预制柱梁柱的钢制柱梁节点处外露的同规格柱工字钢对接，通过盖板和螺栓连接，后期拆卸时拆除螺栓即可实现重回收；S2，将两根不同的预制柱上下对接以后，通过安装平头卡扣和斜头卡扣，将外筒和外圈卡紧后，过点焊形式将安装好的平头卡扣、斜头卡扣固定位置，拆卸时，先去除点焊连接，拆下平头卡扣和斜头卡扣，实现拆卸。上述实施例说明本发明在实现强度上等强于现浇框架外，在功能上比现浇结构更满足强节点弱构件，梁端塑性铰可控的抗震设计要求，在结构形式上可以按照目标框架形式拆分，在施工上可以简化现有预制结构施工要求，达到更快、更可靠、更节约的标准，具体取得了以下优点：1.实现预制可拆卸；2.预制结构节能环保、可以大幅减少工地现场施工的不良影响。3.全预制结构可以很好的克服现场噪音、粉尘等污染，同时施工速度与可以得到提升，缩短建设工期，节约建设成本；4.维护成本低；5.对接精度高等。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种基于型钢连接的可拆卸预制框架结构，其特征在于，包括预制柱、预制梁和卡扣，所述预制柱包括预制柱本体，设在预制柱本体上端的上钢连接座、下端的下钢连接座、与上钢连接座、下钢连接座焊接在一起的柱钢筋笼，以及埋置柱钢筋笼和部分上钢连接座、下钢连接座的混凝土柱体；所述预制梁包括预制梁本体，分别埋置在预制梁本体左、右端的梁工字型钢、与左、右端的梁工字型钢焊接在一起的梁钢筋笼，以及埋置梁钢筋笼和部分左、右端的梁工字型钢的混凝土梁体；所述卡扣包括第一卡扣和第二卡扣；所述上钢连接座焊接有内筒和外筒，下钢连接座焊接有内圈和外圈，外筒和外圈向预制柱本体外侧的侧壁边缘为中间低两边高的斜面；柱连接时，处于不同预制柱上的内圈与内筒嵌套形成无间隙套筒，外圈与外筒对接后，先通过第二卡扣对两边高的斜面处进行固定，再通过第一卡扣对中间低的斜面处进行固定；所述预制柱本体的梁柱节点处设有由方钢管和柱工字钢焊接而成的钢制柱梁节点，柱工字钢外露预制柱本体之外，柱梁连接时：柱工字钢与梁工字钢通过螺栓连接。2.根据权利要求1所述的基于型钢连接的可拆卸预制框架结构，其特征在于，所述上钢连接座包括上钢连接板，所述上钢连接板向预制柱本体内侧焊接上回字形钢圈；所述下钢连接座包括下钢连接板，所述下钢连接板向预制柱本体内侧焊接下回字形钢圈；所述上回字形钢圈、下回字形钢圈与混凝土柱体内部的柱钢筋笼焊接。3.根据权利要求2所述的基于型钢连接的可拆卸预制框架结构，其特征在于，上回字形钢圈、下回字形钢圈还分别与J字形短钢筋焊接，用于锚固在混凝土柱体内部。4.根据权利要求2所述的基于型钢连接的可拆卸预制框架结构，其特征在于，所述内筒、外筒分别焊接在上钢连接板向预制柱本体外侧；所述内圈、外圈分别焊接在下钢连接板向预制柱本体外侧。5.根据权利要求1所述的基于型钢连接的可拆卸预制框架结构，其特征在于，所述梁工字钢的上下翼缘与预制梁本体内部的上下纵筋连接固定。6.根据权利要求1所述的基于型钢连接的可拆卸预制框架结构，其特征在于，柱梁连接时：柱工字钢与梁工字钢通过螺栓与盖板连接。7.根据权利要求1-6任一项所述的基于型钢连接的可拆卸预制框架结构，其特征在于，所述外筒和外圈均为回字形结构，且回字形结构的4个侧壁均为中间低两边高的斜面，先将第二卡扣从斜面的中间豁口放入再推挤至两边卡紧，再将第一卡扣卡紧在中间豁口处，封堵中间豁口。8.根据权利要求7所述的基于型钢连接的可拆卸预制框架结构，其特征在于，所述中间低两边高的斜面包括：中间豁口处为水平面，两边为斜度小于钢材摩擦角的坡面；所述第一卡扣为平头卡扣，所述第二卡扣为斜头卡头；所述第二卡扣的斜度与外筒、外圈的坡面斜度一致。9.根据权利要求8所述的基于型钢连接的可拆卸预制框架结构，其特征在于，所述坡面的斜度小于24°。10.一种如权利要求1-9任一项所述的基于型钢连接的可拆卸预制框架结构的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，预制柱与预制梁的连接，安装时，将预制梁一端的梁工字钢与预制柱的钢制柱梁节点处外露的同规格柱工字钢对接，通过盖板和螺栓连接，后期拆卸时拆除螺栓即可实现重回收；S2，将两根不同的预制柱上下对接以后，通过安装第一卡扣和第二卡扣，将外筒和外圈卡紧后，过点焊形式将安装好的第一卡扣、第二卡扣固定位置，拆卸时，先去除点焊连接，拆下第一卡扣和第二卡扣，实现拆卸。

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