RC矩形柱角部纵筋集中内置型钢加强结构及制备方法

摘要

本发明涉及一种RC矩形柱角部纵筋集中内置型钢加强结构及制备方法，属于钢筋混凝土柱抗震性能加强领域。本发明在原矩形柱截面配筋形式基础上，将其截面四个角部的纵筋进行集中形成等腰直角三角形品字形纵筋配筋形式，并在该初步加强后的钢筋笼两端，矩形柱截面的四个角通过钢筋棍将加强的不等边角钢固定于钢筋笼外侧。该形式不仅能够对混凝土提供良好的约束作用，还能够防止混凝土在斜向地震作用下过早的脱落。具体的操作步骤包括：钢筋笼成型、角钢安装、加强结构成型。本发明能在基本不改变结构按X、Y主轴方向设计的前提下，保证斜向地震作用下，RC方柱不发生粘结破坏，并大幅度提高柱子的斜向承载力和延性抗震性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种多高层RC矩形柱四角纵筋集中构成等腰直角三 角形品字形配筋形式，并内置型钢来提高RC矩形柱承载力及延性等 抗震性能的加强结构及制备方法，属于钢筋混凝土柱抗震性能加强领 域。

背景技术

我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）5.1.1条第1项规定： 一般情况下，应至少在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作 用，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。但是地震具 有突发性和不确定性，其地面运动的多维性、随机性以及方向的不确 定性，使其对建筑结构的作用是空间的。在不考虑竖向地震作用的条 件下，在平面内任意一个方向都有可能成为地震的主作用方向。现行 设计规范仅是沿两个主轴方向单独的、分别进行抗震设计和节点“强 柱弱梁”的校核，并没有考虑地震动输入的多维性，特别是斜向地震 输入时节点周边梁柱强度比的变化，这就有可能导致在X（或Y）向 单方向按照“强柱弱梁”设计的结构，在斜向地震作用时却无法实现 “强柱弱梁”的设计目标，导致钢筋混凝土框架结构发生了层间倒塌 或者整体倒塌。鉴于此，我们采取了适当的加强方法，来提高斜向地 震作用下RC柱的承载力，增加其延性，提高其耗能能力。

发明内容

本发明目的在于针对上述RC矩形柱在斜向地震作用下，抗震性 能较弱等问题，提供一种斜向地震作用下，在基本不改变结构按X、 Y主轴方向设计的前提下提高RC矩形柱抗震性能的加强方法，可以 在保证不发生粘结破坏的条件下大幅度提高RC矩形柱的斜向承载力 和延性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种RC矩形柱角部纵筋集中内置型钢加强结构，其特征在于： 包括钢筋笼，其由RC柱纵筋1、箍筋2、等腰直角三角形品字形纵 筋3相互绑扎固定而成，还包括角钢4和钢筋棍5；RC柱截面形式 采用矩形；所述的RC柱纵筋1，是指除等腰直角三角形品字形纵筋 3之外的所有纵筋；所述等腰直角三角形品字形纵筋3是指：RC柱 截面四角，与每角相邻的两边上，各一根与该角角筋相邻的纵筋，同 时向该角筋位置集中，集中后，该三根纵筋组成截面形式为等腰直角 三角形的品字形纵筋配筋形式，该等腰直角三角形的两条直角边与该 角部处构件截面的两条直角边分别平行；所述角钢4，须采用不等边 角钢，固定于RC柱钢筋笼两端高h～2h范围内，h为RC柱截面高度； 所述钢筋棍5，用于角钢与钢筋笼之间的连接；钢筋棍的一端连接在 角钢内侧，该内侧是指角钢与钢筋笼接触面的那侧，该端钢筋棍为平 直段；钢筋棍另一端水平深入钢筋笼内侧；凡与纵筋或箍筋有接触的 钢筋棍，应在该接触处做绑扎处理；该钢筋棍须布置于每个角钢相互 垂直的两个面上，且两个面上的相邻两排钢筋棍应位于不同的水平面 上错开布置，相邻水平面之间的距离应不小于30mm。

进一步，所述角钢，长肢肢长应为h/4～h/3，h为RC柱截面高度， 且不应小于100mm，短肢肢长应为b/4～b/3，b为RC柱截面宽度，且 不应小于70mm；角钢高度不应小于400mm；角钢厚度为d₀～3d₀，d₀为箍筋直径，且不应小于8mm。

进一步，所述钢筋棍，其直径应为8mm-14mm之间；与角钢长 肢相连的钢筋棍长度应为b/5～b/4，b为RC柱截面宽度，且不应小于 80mm；与角钢短肢相连的钢筋棍长度应为h/5～h/4，h为RC柱截面 高度，且不应小于100mm；钢筋棍一端与角钢内侧即角钢与钢筋笼 接触面一侧进行连接，连接方式应采用焊接连接，且该端钢筋棍应为 平直段；钢筋棍另一端深入钢筋笼内侧，当柱截面尺寸不小于500mm 时，其末端采用90°弯钩，该弯钩方向延纵筋长度方向向下，弯钩 长度不应小于5d，d为钢筋棍直径；当有多排钢筋棍时，钢筋棍的竖 向及水平向间距应控制在80mm-150mm范围内，且角钢每边最外侧 钢筋棍距该边距离不得超过50mm。

所述的一种RC矩形柱角部纵筋集中内置型钢加强结构，其特征 在于，步骤如下：

步骤一：钢筋笼成型：根据RC柱截面形式的钢筋布置图，将纵 筋、箍筋、等腰直角三角形品字形纵筋进行相互绑扎及位置固定，形 成钢筋笼骨架；将等腰直角三角形品字形纵筋配筋形式中的每根纵筋 分别与箍筋绑扎定位完成后，应再将品字形纵筋中的三根钢筋进行总 体绑扎；

步骤二：角钢安装：将角钢固定在已成型的钢筋笼两端h～2h范 围内，矩形柱截面四个角的外侧，h为RC柱截面高度；并在角钢与 钢筋笼接触的那侧，将角钢与钢筋棍的平直端进行焊接；钢筋棍的另 一端应深入钢筋笼内侧；应在该端与钢筋笼的箍筋和纵筋有接触处， 进行绑扎连接；角钢、钢筋棍以及绑扎成型的钢筋笼之间在绑扎后， 应始终保持接触状态，角部纵筋集中内置型钢加强型钢筋笼完全成 型；

步骤三：加强结构成型：对上述角部纵筋集中内置型钢加强型钢 筋笼支模、浇筑混凝土、养护后，加强结构完全成型；其中混凝土保 护层从角钢外侧开始计算。

本发明具有以下优点：

1、加强效果好。未进行角部加强时，斜向受力RC矩形柱角部 混凝土提前退出工作，导致柱子承载力及延性严重降低。角部纵筋集 中内置型钢加强RC矩形柱后，角部集中纵筋及角钢增强了对角部混 凝土的握裹力及约束作用，延长了角部混凝土的工作时间，提高了柱 子的正截面承载力和延性，使之具有较好的抗震性能。

2、受力更合理。角部加强的等腰直角三角形品字形纵筋配筋形 式，有效的承担了斜向地震中作用下，原有角部混凝土及纵筋所分担 的外力；且角部集中的品字形配筋，增大了RC矩形柱截面的惯性矩， 角部钢筋受力增大，更多的纵筋充分参与受力，并屈服，大大提高和 改善了RC矩形柱的受力性能。

3、经济适用性。该角部纵筋集中加强形式，并未改变RC矩形 柱截面尺寸、配箍率等参数特征，仅仅是将截面中间布置的受力钢筋 部分向截面角部集中，构件两端、截面的四个角部加以小角钢加强。 该加强结构耐腐蚀性好，整体性强，既保证了原有截面设计真实性和 经济性，又提高了构件的承载力及延性特性。

4、施工简单、适应性强。无须任何额外的施工方法，仅在原有 绑扎过程中进行了品字形钢筋总体绑扎过程、角钢固定等简单步骤。

通过对采用本发明加强的RC矩形柱进行研究表明，柱子的斜向 抗弯承载力及延性在满足两主轴方向承载力及延性的要求前提下，比 未加强前都有明显提高，构件材料特性得以充分发挥。本发明作为斜 向作用下RC矩形柱的一种有效加强方式，是对现有研究的有力完善， 将有很好的前景。

下面通过附图和实施例对本发明方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明RC矩形柱钢筋绑扎立面示意图。

图2为图1中A-A剖面立面图。

图3为图2中B-B剖面平面图。

图4为图2中C-C剖面立面图。

图5为图4中D-D剖面立面图。

图6为角钢平面展开钢筋棍布置示意图。

图7为未加强前RC矩形柱截面示意图。

其中1.RC柱纵筋、2.箍筋、3.等腰直角三角形品字形纵筋、4. 角钢、5.钢筋棍。

在图2中，为保证能够清楚看见钢筋棍的投影，将其后部钢板的 投影图用斜线表示，实际应同图1中钢板的表示形式一致，为整个黑 色的填充面。

具体实施方式

一种RC矩形柱角部纵筋集中内置型钢加强结构，其特征在于： 包括钢筋笼，其由RC柱纵筋1、箍筋2、等腰直角三角形品字形纵 筋3相互绑扎固定而成，还包括角钢4和钢筋棍5；RC柱截面形式 采用矩形；所述的RC柱纵筋1，是指除等腰直角三角形品字形纵筋 3之外的所有纵筋；所述等腰直角三角形品字形纵筋3是指：RC柱 截面四角，与每角相邻的两边上，各一根与该角角筋相邻的纵筋，同 时向该角筋位置集中，集中后，该三根纵筋组成截面形式为等腰直角 三角形的品字形纵筋配筋形式，该等腰直角三角形的两条直角边与该 角部处构件截面的两条直角边分别平行；所述角钢4，须采用不等边 角钢，固定于RC柱钢筋笼两端高h～2h范围内，h为RC柱截面高度； 所述钢筋棍5，用于角钢与钢筋笼之间的连接；钢筋棍的一端连接在 角钢内侧，该内侧是指角钢与钢筋笼接触面的那侧，该端钢筋棍为平 直段；钢筋棍另一端水平深入钢筋笼内侧；凡与纵筋或箍筋有接触的 钢筋棍，应在该接触处做绑扎处理；该钢筋棍须布置于每个角钢相互 垂直的两个面上，且两个面上的相邻两排钢筋棍应位于不同的水平面 上错开布置，相邻水平面之间的距离应不小于30mm。

1、基本要求

1.1、被加强的RC矩形柱的现场检测混凝土强度等级不应低于 C25。

1.2、长期使用的环境温度不应超过60℃，相对湿度不应大于70% 且无化学腐蚀和高湿高温。

1.3、角部集中纵筋内置型钢加强型RC矩形柱要求保护层厚度从 角钢外表面开始计算，以保证角钢与混凝土的有效连接性，避免发生 粘结滑移破坏；

2、施工准备

2.1、学习设计图纸，编制详细施工方案及加强细部大样图等。

2.2、角部集中纵筋——等腰直角三角形品字形纵筋与RC矩形柱 截面上其他纵筋与箍筋组合成型。

2.3、选取合适的角钢型号。

2.4、选取合适的钢筋棍直径。

2.5、选取合适的细砂、胶体、丙酮、手套、钢尺等。

3、施工工艺流程

施工准备→标定位置→绑扎固定→加强构件定位成型→整体定 型→围护。

4、操作要点

4.1、钢筋笼成型。根据RC矩形柱钢筋布置图，将纵筋1、箍筋 2、等腰直角三角形品字形纵筋3进行相互绑扎及位置固定，形成钢 筋笼骨架。其中品字形纵筋加强处，应先将品字形纵筋逐根、依次定 位、绑扎成型，然后再将品字形纵筋的三根钢筋进行整体绑扎，固定 成型。

4.2、选取角钢：角钢须采用不等边角钢，角钢型号应通过RC柱 截面尺寸、箍筋直径等因素确定。角钢长肢肢长应为h/4～h/3（h为RC 柱截面高度），且不应小于100mm，短肢肢长应为b/4～b/3（b为RC柱 截面宽度），且不应小于70mm；角钢高度应为h～2h，且不应小于 400mm；角钢厚度应为d₀～3d₀，d₀为箍筋直径，且不应小于8mm。

4.3、选取钢筋棍：钢筋棍直径依据角钢尺寸、RC柱截面尺寸而 定。其直径应为8mm-14mm之间。与角钢长肢相连的钢筋棍长度应 为b/5～b/4（b为RC柱截面宽度），且不应小于80mm；与角钢短肢 相连的钢筋棍长度应为h/5～h/4（h为RC柱截面高度），且不应小于 100mm。

4.4、角钢表面处理：为防止角钢表面过于光滑，而无法保证与 混凝土有较好的粘结性能，故对角钢表面先用丙酮进行除锈工作，而 后对其进行表面磨砂处理，表面磨砂凹痕程度，不应超过角钢厚度的 1/10，以避免过度削弱角钢承载力。

4.5、角钢安装。将角钢4固定在已成型的钢筋笼两端h～2h范围 内，h为RC柱截面高度，矩形柱截面四个角的外侧；并在角钢4与 钢筋笼接触的那侧，将角钢4与钢筋棍5的平直端进行焊接；钢筋棍 5的另一端应深入钢筋笼内侧，当柱截面尺寸不小于500mm时，其 末端采用90°弯钩，该弯钩方向延纵筋长度方向向下，弯钩长度不 应小于5d，d为钢筋棍直径；该钢筋棍须布置于每个角钢相互垂直的 两个面上，且两个面上的相邻两排钢筋棍应位于不同的水平面上错开 布置，相邻水平面之间的距离应不小于30mm。当有多排钢筋棍时， 角钢每个面上钢筋棍的竖向及水平向间距应控制在80mm-150mm范 围内，且角钢每边最外侧钢筋棍距该边距离不得超过50mm。角钢4、 钢筋棍5以及绑扎成型的钢筋笼之间在绑扎后，应始终保持接触状 态；

4.6、加强型钢筋笼成型与支模：通过角部纵筋集中、等腰直角 三角形品字形纵筋绑扎定位、普通纵筋绑扎定位、角钢定位之后，加 强型钢筋笼成型；为保证角钢与混凝土的有效连接性，避免发生粘结 滑移破坏，应保证角钢外侧混凝土保护层厚度满足要求；在支模过程 中，保护层厚度的计算起点应以角钢外侧表面为基准进行计算与支 模。

4.7、RC矩形柱混凝土的浇筑与振捣：依据RC矩形柱的尺寸进 行支模并检查模板合格后，将混凝土浇筑到模板内并进行振捣，直至 密实。振捣棒不得触动钢筋、角钢以及钢筋棍。

以上所述，仅为本发明的其中一种实施例，也可以用于其他构件 斜向地震作用下，抗震性能角部加强的一种方法。凡是根据本发明技 术实质对以上实施例做的任何修改、变更或等效结构变化，均应属于 本发明技术方案的保护范围。