一种半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点单元与型钢混凝土梁的连接体的制作方法

本实用新型涉及一种半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点单元与型钢混凝土梁的连接体，属于建筑技术领域以及结构工程技术领域。

背景技术：

在现代化社会发展的过程中，钢筋混凝土施工技术有了飞跃的发展，现浇混凝土施工技术也逐渐发展起来。由于现浇混凝土工程具有良好的性能以及优越性，因此在各种土木工程中得到了广泛的应用。但是现浇混凝土工程也存在着一些问题，比如养护混凝土需要大量的模板、在施工现场的作业量大、施工周期较长、需要大量的人工以及不够绿色环保。为了解决这些问题，预制混凝土结构也在同时发展。

我国对于预制混凝土结构探索与发展开始于20世纪50年代，直到20世纪80年代，在工业和民用建筑中都有着很好的应用。1990年以后，由于其他因素的影响，预制混凝土结构在民用建筑中的应用越来越少，迎来了一个萎缩的市场。随着我国经济的快速进步、对节能环保的要求越来越高、劳动力成本的持续上涨，近十年来我国在对预制装配式混凝土结构的研究开始增加。

现有的预制装配式混凝土结构仍旧存在以下几个很大的问题：

第一、工艺落后、工业化程度低、产品形式单一，相比发达国家来说比较落后，机械化工业化水平低，生产的构件远远达不到规定的质量标准。发达国家，像美国、加拿大、日本等，对装配式建筑的应用很广泛，高达百分之六十以上，相比之下，我国却达不到10％，这就造成了装配式建筑的优势很难发挥。

第二、连接的困难，在现场安装时，因为预制构件制造时的公差，安装人员的熟练程度，当时的环境因素等造成的连接问题，还有安装横向支撑梁的困难，预制结构无法像钢框架那样快速安装。

第三、整体性差，与全现浇模式相比装配式的整体性略低。主要体现在连接部分；连接处的刚度比全现浇模式相比较低。

基于以上，急需设计出一种整体性强、安装简便、刚度高的预制结构体系。

技术实现要素：

[技术问题]

现有的预制装配式混凝土结构存在工艺落后、工业化程度低、整体性差、连接困难、刚度差的问题。本实用新型要解决的技术问题是提供一种整体性强、安装简便、刚度高的预制结构体系。

[技术方案]

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点单元与型钢混凝土梁的连接体，本实用新型的半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点单元的节点处采取半预制的方式，再进行一体化浇筑，加强了节点的刚度；半预制的钢梁与节点单元在上下翼缘和腹板处螺栓连接并且一体化浇筑，加强了梁端的刚度；柱间连接件和填充在柱间的混凝土加强了柱间的连接，整体性更高。

具体的，本实用新型首先提供了一种半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点单元，包含h型钢1，填充于h型钢1的第一混凝土2，内置于第一混凝土2内部的若干个第一纵筋4和第一箍筋5，焊接在h型钢1上下两端的端板7以及节点外伸半预制梁端；所述h型钢1的上下翼缘外表面和腹板两侧焊接有四根钢梁3，所述钢梁3包括第一钢梁301、第二钢梁302、第三钢梁303和第四钢梁304，其中第一钢梁301和第三钢梁303分别焊接在h型钢1的腹板两侧且其腹板与h型钢1上下翼缘平行，第二钢梁302和第四钢梁304分别焊接在h型钢1的上下翼缘外表面且其腹板与h型钢1的腹板共面或者平行，所述四根钢梁伸出第一混凝土2之外；所述节点外伸半预制梁端包括两类，一类节点外伸半预制梁端包括与h型钢1腹板平行的第二纵筋15、第二箍筋6，与第二钢梁302或第四钢梁304，以及以及填充于上述结构的第三混凝土18；另一类节点外伸半预制梁端包括与h型钢1腹板垂直的第三纵筋(16)、第三箍筋17，与第一钢梁301或第三钢梁303，以及填充于内部的第二混凝土14；所述钢梁3的上翼缘、下翼缘和腹板上分别设有第一螺栓孔9。

在本实用新型的一种实施方式中，所述四个钢梁3安装在同一水平面上。

在本实用新型的一种实施方式中，优选的，所述第二箍筋6钩挂在第二纵筋15上，所述第三箍筋17钩挂在第三纵筋16上。

在本实用新型的一种实施方式中，所述端板7由端部钢板20和四个锚固钢筋19构成，所述锚固钢筋19锚固在混凝土2中，所述端部钢板20上布置了第二螺栓孔21。

在本实用新型的一种实施方式中，所述钢梁3的腹板的边缘上安装有设有若干个u型凹槽的第一角钢27，所述u型凹槽位于第一角钢27上垂直于钢梁3的腹板的角钢边上。

在本实用新型的一种实施方式中，当所述一种半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点单元需要柱间连接时，通过柱间连接件25连接，所述柱间连接件25位于所述端部钢板20远离锚固钢筋19的面上，包括竖向的十字钢板24和分别焊接在十字钢板24相邻的上边缘和相邻的下边缘的八个横向三角形钢板23，所述横向三角形钢板23上设有若干个第二螺栓孔21，第二螺栓22穿过第二螺栓孔21使得柱间连接件25与预留螺栓孔的端部钢板20连接。

在本实用新型的一种实施方式中，所述竖向的十字钢板10是指由竖向的钢板拼接(焊接)成的十字钢板。

在本实用新型的一种实施方式中，当柱间连接件25连接了上下两个土柱单元后，用混凝土进行浇筑填充，使其与柱单元截面平齐。

在本实用新型的一种实施方式中，所述十字纲板24的尺寸根据端部钢板20的尺寸取值，所述十字纲板24的长度小于端部钢板20的对角线的长度。

在本实用新型的一种实施方式中，所述横向三角形钢板23的尺寸根据十字纲板24的尺寸取值。

在本实用新型的一种实施方式中，优选的，所述每个横向三角形钢板23上设有三个第二螺栓孔21。

第二，本实用新型提供了上述一种半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点单元柱间连接的施工方法，所述方法为：将柱间连接件25使用第二螺栓22通过第二螺栓孔21与下面的土柱端板7中的端部钢板20相连，使用同样的方法将柱间连接件25与上面的土柱端板7相连，最后使用混凝土对柱间连接件25中的空隙进行填充即可。

第三，本实用新型提供了上述半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点单元与型钢混凝土梁的连接体，所述型钢混凝土梁包括第四混凝土31和预埋于第四混凝土31内部的第五钢梁13、若干第四纵筋26、若干第四箍筋32，其中，所述第五钢梁13的上翼缘、下翼缘和腹板上设有若干个螺栓孔，所述钢梁3与第五钢梁13的上翼缘和下翼缘通过三角式加强件11和第一螺栓10连接，所述钢梁3与第五钢梁13的腹板通过三角式加强件11、固位连接件12以及第一螺栓10，所述第三纵筋16和第四纵筋26通过套筒8连接。

在本实用新型的一种实施方式中，所述固位连接件12由第一角钢27和第二角钢28通过直螺杆29以及螺帽30锚固而成，所述第二角钢28焊接在第五钢梁13的腹板上，且与第五钢梁13的腹板垂直的第二角钢28的角钢面上设有螺栓孔，所述直螺杆29通过螺栓孔且放置在第一角钢27的u型凹槽中。

在本实用新型的一种实施方式中，所述螺栓孔的数量、位置与u型凹槽相对应，且螺栓孔的大小小于等于u型凹槽以便直螺杆29能够通过螺栓孔且能够放进u型凹槽中。

在本实用新型的一种实施方式中，所述三角式加强件11由第三角钢和焊接在第三角钢两端的竖向三角形钢板组成，所述竖向三角形钢板的两边与第三角钢的两个边相连，所述第三角钢的两面上设有第三螺栓孔，通过第一螺栓10穿过第三螺栓孔和第三角钢将所述钢梁3与第五钢梁13的上翼缘和下翼缘以及所述钢梁3与第五钢梁13的腹板相连。

在本实用新型的一种实施方式中，优选的，第四箍筋32钩挂在第四纵筋26上。

第四，本实用新型提供了上述半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点单元与型钢混凝土梁的连接体的施工方法，先将直螺杆29穿过第五钢梁13上的第二角钢28，并进行锚固，然后将直螺杆29另一侧搁置在钢梁3上的第一角钢27中的u型凹槽处，进行定位之后再进行锚固；其次将第三纵筋16和第四纵筋26通过套筒8连接；再通过第一螺栓10和三角式加强件11将所述钢梁3与第五钢梁13的上翼缘和下翼缘以及所述钢梁3与第五钢梁13的腹板相连，最后用混凝土一次浇筑，使得半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点单元和半预制型钢混凝土梁连接为一个整体。

[有益效果]

(1)本实用新型设计的半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁柱节点单元作为一个半预制整体单元，工业化、模块化程度高，并且柱间连接和梁间连接能够实现配件标准化，使得本设计在工厂加工效率高，更符合建筑行业未来工业化发展的模式。

(2)本实用新型设计的半预制型钢混凝土柱节点单元在安装连接时通过直螺杆卡在角钢上的凹槽可以对钢梁进行定位，使得安装过程更加稳定便捷且加快了安装速度，通过直螺杆两端螺帽的锚固，以及钢梁上下翼缘钢板的螺栓连接，使得钢梁与节点形成刚性连接，让钢梁上的弯矩和剪力更好的传递到节点处。贯通的h型钢加强了节点刚度，使得节点核心区受剪承载力增大，同时可以承受更大的轴向压力。

(3)本实用新型设计在节点处采取了半预制的方式，在现场安装就位之后采取一体化浇筑的方式；在柱间连接时使用了加强连接件并且用混凝土填充空隙；在梁柱连接时，节点处外伸半预制梁端和半预制梁端在上翼缘、下翼缘和腹板处通过螺栓连接，纵筋通过套筒连接，再一体化浇筑，本实用新型设计的半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁柱节点的整体性较好。

(4)本实用新型设计的半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁柱节点单元的h型钢在柱内贯通，而由于在安装过程中安装横向支撑梁的困难，一般预制结构无法像钢框架那样快速安装。在本实用新型中h型钢就可以充当抗侧移框架，保证了安装过程中的侧移稳定，加快了安装速度；在柱间，使用预制好的柱间连接件与上下两柱的端板使用螺栓连接，因为各柱的纵筋截止并且焊接在端板上，所以不需要进行纵筋间的套筒连接；在钢梁与本实用新型设计的节点单元连接时先安装下连接钢板为钢梁提供一个搁置位置使安装过程更便捷和稳定。综上本实用新型在安装时体现了一定的优势。

(5)本实用新型设计的半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁柱节点单元在节点处采取半预制的方式，再进行一体化浇筑，加强了节点的刚度；半预制的钢梁与节点单元在上下翼缘和腹板处螺栓连接并且一体化浇筑，加强了梁端的刚度；柱间连接件和填充在柱间的混凝土加强了柱间的连接，本实用新型设计的预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁柱节点单元能有效地加强各连接处的刚度，使各连接处有了更好的受力性能和变形能力。

(6)本实用新型设计的半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁柱节点单元大部分工序在工厂完成，质量有保证且便于施工，能减少现场施工产生的建筑垃圾。本实用新型适用于工业化生产，符合当今装配式建筑的趋势。

附图说明

图1为本实用新型半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁柱节点单元的结构示意图。

图2为本实用新型半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁柱节点单元与型钢混凝土梁的连接连接体的示意图。

图3为本实用新型的端板和柱间连接件示意图。

图4为本实用新型的梁间固位连接件示意图。

图5为本实用新型的型钢布置方式示意图。

图中，1—h型钢；2—第一混凝土；3—钢梁；301—第一钢梁；302—第二钢梁；303—第三钢梁；304—第四钢梁；4—第一纵筋；5—第一箍筋；6—第二箍筋；7—端板；8—套筒；9—第一螺栓孔；10—第一螺栓；11—三角式加强件；12—固位连接件；13—第五钢梁；14—第二混凝土；15—第二纵筋；16—第三纵筋；17—第三箍筋；18—第三混凝土；19—锚固钢筋；20—端部钢板；21—第二螺栓孔；22—第二螺栓；23—三角形钢板；24—十字钢板；25—柱间连接件；26—第四纵筋；27—第一角钢；28—第二角钢；29—直螺杆；30—螺帽；31—第四混凝土；32—第四箍筋。

具体实施方式

下面结合附图对实用新型的技术方案进行详细说明：

为了对本实用新型的技术方案、目的和效果有更清楚的理解，现结合附图以及实施例对本实用新型进行进一步的阐述：

下述实施例中涉及的普通混凝土为c40混凝土，每1m³所述混凝土中含有水185kg、水泥420kg、沙572kg、石子1273kg。

下述实施例中涉及的检测方法如下：

节点极限承载力检测方法：

对半预制型钢混凝土梁柱节点单元进行极限承载力试验研究，采用拟静力加载实验。柱头和柱脚均采用平面铰连接方式模拟反弯点边界条件。利用安装在柱顶位置的竖向千斤顶对试件预压两次，然后分两级施加竖向轴压力至预定荷载，分别为0.5n、1.0n。每级荷载施加完毕后，保持荷载1min，采集数据。竖向预定轴力施加完毕后再安装梁端支座，确保在施加轴力的过程中梁端不会引入额外内力，梁端也采用铰接的连接方式。最后在柱端施加低周往复荷载直至试件失效，整个加载过程中柱顶轴力保持恒定。加载采用位移控制，位移转角为1/1000、1/800、1/500、1/400、1/300每级循环一次；位移角为1/200、1/150、1/100、1/75、1/50、1/35、1/30、1/25、1/20时每级循环3次。

试件柱顶布置1个位移计，以测得加载过程中柱端的位移；节点区域各纵筋、箍筋沿长度方向布置1个应变片，h型钢和钢梁每个侧面沿纵横向布置2个应变片，节点表面沿对角线方向布置3个应变花。

实施例1：一种半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点单元

如图1，一种半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点单元，包含h型钢1，填充于h型钢1的第一混凝土2，内置于第一混凝土2内部的若干个第一纵筋4和第一箍筋5，焊接在h型钢1上下两端的端板7以及节点外伸半预制梁端；所述h型钢1的上下翼缘外表面和腹板两侧焊接有四根钢梁3，所述钢梁3包括第一钢梁301、第二钢梁302、第三钢梁303和第四钢梁304，其中第一钢梁301和第三钢梁303分别焊接在h型钢1的腹板两侧且其腹板与h型钢1上下翼缘平行，第二钢梁302和第四钢梁304分别焊接在h型钢1的上下翼缘外表面且其腹板与h型钢1的腹板共面或者平行，所述四根钢梁伸出第一混凝土2之外；所述节点外伸半预制梁端包括两类，一类节点外伸半预制梁端包括与h型钢1腹板平行的第二纵筋15、第二箍筋6，与第二钢梁302或第四钢梁304，以及以及填充于上述结构的第三混凝土18；另一类节点外伸半预制梁端包括与h型钢1腹板垂直的第三纵筋(16)、第三箍筋17，与第一钢梁301或第三钢梁303，以及填充于内部的第二混凝土14；所述钢梁3的上翼缘、下翼缘和腹板上分别设有第一螺栓孔9。

优选的，所述四个钢梁3安装在同一水平面上。

优选的，所述端板7由端部钢板20和四个锚固钢筋19构成，所述锚固钢筋19锚固在混凝土2中，所述端部钢板20上布置了第二螺栓孔21。

优选的，所述钢梁3的腹板的边缘上安装有设有若干个u型凹槽的第一角钢27，所述u型凹槽位于第一角钢27上垂直于钢梁3的腹板的角钢边上。

优选的，当所述一种半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点单元需要柱间连接时，通过柱间连接件25连接，所述柱间连接件25位于所述端部钢板20远离锚固钢筋19的面上，包括竖向的十字钢板24和分别焊接在十字钢板24相邻的上边缘和相邻的下边缘的八个横向三角形钢板23，所述横向三角形钢板23上设有若干个第二螺栓孔21，第二螺栓22穿过第二螺栓孔21使得柱间连接件25与预留螺栓孔的端部钢板20连接。

优选的，当柱间连接件25连接了上下两个土柱单元后，用混凝土进行浇筑填充，使其与柱单元截面平齐。

优选的，所述十字纲板24的尺寸根据端部钢板20的尺寸取值，所述十字纲板24的长度小于端部钢板20的对角线的长度。

优选的，所述横向三角形钢板23的尺寸根据十字纲板24的尺寸取值。

优选的，所述每个横向三角形钢板23上设有三个第二螺栓孔21。

实施例2：一种半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点单元与型钢混凝土梁的连接体及其施工方法

如图2，实施例1所述的半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点单元与型钢混凝土梁的连接体，所述型钢混凝土梁包括第四混凝土31和预埋于第四混凝土31内部的第五钢梁13、若干第四纵筋26、若干第四箍筋32，其中，所述第五钢梁13的上翼缘、下翼缘和腹板上设有若干个螺栓孔，所述钢梁3与第五钢梁13的上翼缘和下翼缘通过三角式加强件11和第一螺栓10连接，所述钢梁3与第五钢梁13的腹板通过三角式加强件11、固位连接件12以及第一螺栓10，所述第三纵筋16和第四纵筋26通过套筒8连接。

优选的，所述固位连接件12由第一角钢27和第二角钢28通过直螺杆29以及螺帽30锚固而成，所述第二角钢28焊接在第五钢梁13的腹板上，且与第五钢梁13的腹板垂直的第二角钢28的角钢面上设有螺栓孔，所述直螺杆29通过螺栓孔且放置在第一角钢27的u型凹槽中。

优选的，所述螺栓孔的数量、位置与u型凹槽相对应，且螺栓孔的大小小于等于u型凹槽以便直螺杆29能够通过螺栓孔且能够放进u型凹槽中。

优选的，所述三角式加强件11由第三角钢和焊接在第三角钢两端的竖向三角形钢板组成，所述竖向三角形钢板的两边与第三角钢的两个边相连，所述第三角钢的两面上设有第三螺栓孔，通过第一螺栓10穿过第三螺栓孔和第三角钢将所述钢梁3与第五钢梁13的上翼缘和下翼缘以及所述钢梁3与第五钢梁13的腹板相连。

上述半预制型钢混凝土梁柱节点单元与半预制型钢混凝土梁的连接体的施工方法的具体步骤如下：先将直螺杆29穿过第五钢梁13上的第二角钢28，并进行锚固，然后将直螺杆29另一侧搁置在钢梁3上的第一角钢27中的u型凹槽处，进行定位之后再进行锚固；其次将第三纵筋16和第四纵筋26通过套筒8连接；再通过第一螺栓10和三角式加强件11将所述钢梁3与第五钢梁13的上翼缘和下翼缘以及所述钢梁3与第五钢梁13的腹板相连，最后用混凝土一次浇筑，使得半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点单元和半预制型钢混凝土梁连接为一个整体。

实施例3：一种半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点单元柱间连接的施工方法

如图3，具体步骤如下：

所述方法为：将柱间连接件25使用第二螺栓22通过第二螺栓孔21与下面的土柱端板7中的端部钢板20相连，使用同样的方法将柱间连接件25与上面的土柱端板7相连，最后使用混凝土对柱间连接件25中的空隙进行填充即可。

实施例4：一种半预制型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点单元的检测

具体步骤如下：

柱中纵筋选取12根直径为16mm的钢筋，梁中纵筋选取上下均为2根20mm直径的钢筋，纵筋采用hrb400钢筋，对称布置；柱中箍筋采用直径为6mm的hpb235级光圆钢筋，箍筋间距为200mm，柱端加密区为100mm；梁中箍筋采用直径为6mm的hpb235级光圆钢筋，箍筋间距为200mm，梁端加密区为100mm，箍筋在上部纵筋处根据纵筋直径弯起一定长度。端板采用q345钢板，截面尺寸为500mm×500mm×10mm。按实施例1，制备得到一种半预制型钢混凝土梁柱节点单元高度为3000mm，柱截面尺寸为400mm×400mm，梁截面尺寸为300mm×400mm，h型钢的截面尺寸为300mm×300mm×10mm×10mm,钢梁的截面尺寸为300mm×280mm×10mm×10mm。按实施例2，与半预制型钢混凝土梁相连。混凝土采用c40普通混凝土进行一体化浇筑。

进行试验，检测结果为：柱端极限承载力为141.2kn、极限位移为91.5mm。

对比例1：现有型钢混凝土梁柱节点的施工方法及检测

具体步骤如下：

在工厂加工预制和预制梁，在工厂中先布置预设钢筋和箍筋，钢筋长度一般要超出柱长一段距离，用于柱间套筒连接使用，然后布置模板，浇筑而成，将预制钢筋混凝土柱搬运到现场，之后将上下柱段外伸的钢筋通过套筒连接，使得两个柱相连，如果需要和梁相连，则将梁的纵筋钩挂在突出的柱的钢筋上，或者与相对的梁的纵筋之间通过套筒连接，再在节点处(各个纵筋连接处)现场浇筑成一个整体。

梁截面尺寸为250mm×400mm，柱截面尺寸为400mm×400mm，纵筋采用hrb400级钢筋，采用对称配筋，梁中配筋上下均为2根20mm直径的钢筋，柱中截面为4根22mm直径的钢筋。梁、柱中预埋工字型钢的截面尺寸均为340mm×150mm×8mm×10mm；柱中箍筋采用直径为6mm的hpb235级光圆钢筋，箍筋间距为200mm，柱端加密区为100mm；梁中箍筋采用直径为6mm的hpb235级光圆钢筋，箍筋间距为200mm，梁端加密区为100mm，箍筋在上部纵筋处根据纵筋直径弯起一定长度。端板采用q345钢板，截面尺寸为500mm×500mm×10mm。试件高度为3000mm，混凝土采用c40普通混凝土。

进行试验，检测结果为：节点滞回曲线荷载峰值为125.3kn、位移峰值为85.6mm。

虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技术的人，在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本实用新型的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。