一种带交叉双螺旋箍筋钢的高强混凝土叠合柱及施工方法

摘要

一种带交叉双螺旋箍筋钢的高强混凝土叠合柱，由预制高强混凝土外壳、内部钢筋笼和核心现浇混凝土三部分组成，其中预制高强混凝土外壳为由高强混凝土浇筑成的长直中空结构，在高强混凝土内布设有若干纵筋一以及包覆于纵筋一外侧的外螺旋箍筋，内部钢筋笼包括设置于预制高强混凝土外壳中空部分的若干纵筋二和包裹于纵筋二外侧的内螺旋箍筋，其中纵筋一和纵筋二均与预制高强混凝土外壳的长度方向平行，核心现浇混凝土浇筑于预制高强混凝土外壳的中空部分。本发明还提供了该柱的施工方法，本发明通过双层螺旋箍筋对内外混凝土的约束作用抑制柱在高温环境中的爆裂破坏，本发明承载力高，抗裂性能明显，耐久及耐火性能优良，且施工便捷。

说明书

技术领域

本发明属于建筑技术领域，特别涉及一种带交叉双螺旋箍筋钢的高强混凝土叠合柱及施工方法。

背景技术

目前，我国传统建筑结构形式多为现浇混凝土框架结构，该结构具有整体性好，承载力高，刚度大等特点，但现浇混凝土框架结构施工受自然气候影响较大，施工周期长，且容易产生大量的建筑垃圾和粉尘，劳动力成本高等问题。

为解决上述问题，施工高效，构件精致，环境友好型预制装配式结构得到大力发展，其中预制混凝土柱自重较大，运输不便，且现场吊装对机械设备要求较高，整体性较差，且多未考虑使用过程中突发火灾高温问题对结构的影响。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种带交叉双螺旋箍筋钢的高强混凝土叠合柱及施工方法，保留了现浇和装配式混凝土结构的优点，同时解决了两种结构的不足，具有施工简便、成本低廉、性能优良的特点且能明显抑制高强混凝土叠合柱的高温爆裂问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种带交叉双螺旋箍筋钢的高强混凝土叠合柱，由预制高强混凝土外壳1、内部钢筋笼2和核心现浇混凝土3三部分组成，其中所述预制高强混凝土外壳1为由高强混凝土101浇筑成的长直中空结构，在高强混凝土101内布设有若干纵筋一102以及包覆于所述纵筋一102外侧的外螺旋箍筋103，所述内部钢筋笼2包括设置于预制高强混凝土外壳1中空部分的若干纵筋二201和包裹于所述纵筋二201外侧的内螺旋箍筋202，其中纵筋一102和纵筋二201均与预制高强混凝土外壳1的长度方向平行，所述核心现浇混凝土3浇筑于预制高强混凝土外壳1的中空部分。

所述外螺旋箍筋103和内螺旋箍筋202均为连续螺旋箍筋，外螺旋箍筋103均匀包覆固定于纵筋一102的外部形成外部钢筋笼，内螺旋箍筋202均匀包裹固定于纵筋二201的外部形成内部钢筋笼，且纵筋与箍筋间的固定方式采用绑扎或焊接。

所述预制高强混凝土外壳1与内部钢筋笼2为工厂预制部分，核心现浇混凝土3为施工现场现浇部分。

所述核心混凝土3采用再生混凝土、轻骨料混凝土、橡胶混凝土、吸声混凝土或保温隔热混凝土。

所述预制高强混凝土外壳1在制作时为预留内部核心空腔需填充内模作为内部模板，内模可采用充气橡胶内模或组合橡胶内模。

所述预制高强混凝土外壳1中的纵筋一102，外螺旋箍筋103，纵筋二201和内螺旋箍筋202在长度方向上均外伸出两端混凝土部分一定长度。

所述预制高强混凝土外壳1所采用高强混凝土101的立方体抗压强度标准值应大于核心现浇混凝土3的立方体抗压强度标准值30～50MPa，且高强混凝土的强度等级在C100以上。

所述内螺旋箍筋6与外螺旋箍筋4所采用钢筋直径为6～8mm，螺旋箍筋中箍筋间距为50mm～120mm。

所述内螺旋箍筋202按照逆时针螺旋上升，外螺旋箍筋103按照顺时针螺旋上升，内螺旋箍筋202与外螺旋箍筋103的旋向相反。

该带交叉双螺旋箍筋钢的高强混凝土叠合柱的施工方法，步骤如下：

1、在工厂，将外螺旋箍筋103均匀包裹固定于纵筋一102的外部形成外部钢筋笼，将外部钢筋笼固定于模具中且在外部钢筋笼内部放置轻质内模作为核心空腔模板，将高强混凝土101浇筑于轻质内模与外模中，内螺旋箍筋202均匀包裹固定于纵筋二201的外部形成内部钢筋笼2，待高强混凝土101养护完毕去除轻质内模将内部钢筋笼2放入预制高强混凝土外壳1的中空部分并通过两端外露钢筋固定位置从而完成预制部分；

2、在现场，将叠合柱两端与组合梁或混凝土梁相连；

3、向预制高强混凝土外壳1的中空部分浇筑核心现浇混凝土3从而完成带交叉双螺旋箍筋的高强混凝土箍筋的高强混凝土叠合柱的制作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)功能提升。

由于交叉双螺旋箍筋加强了对混凝土横向变形的约束作用，带交叉双螺旋箍筋钢的高强混凝土叠合柱的承载力和延性得到了提升。同时外部采用高强混凝土，提高了整体的耐久性。在工厂进行预制高强混凝土外壳，混凝土浇筑振捣方便且可采用蒸汽养护，使得混凝土施工质量易于控制，从而保证带交叉双螺旋箍筋钢的高强混凝土叠合柱整体的施工质量。

2)耐火性能提升。

在可能的突发性火灾高温环境中，交叉双螺旋箍筋能够有效加强内外混凝土的约束作用，从而有效抑制混凝土高温爆裂问题，提高带交叉双螺旋箍筋钢的高强混凝土叠合柱火灾全过程剩余承载力。

3)降低造价。

在传统混凝土柱中，如果采用普通混凝土作为单一材料，则在承载力要求下截面更大，从而导致混凝土柱造价较高，而如果采用高强混凝土作为单一材料，由于高强混凝土本身单价更高，所以高强混凝土柱在截面减小的情况下造价反而更高。带交叉双螺旋箍筋钢的高强混凝土叠合柱能有效减小截面和降低高强混凝土使用量，从而降低造价。同时由于现场人工需求量降低，也能起到降低造价的效果。

总体来讲，采用带交叉双螺旋箍筋钢的高强混凝土叠合柱与传统混凝土柱相比，简化了施工工序和施工难度，能有效解决长期制约传统混凝土柱推广应用的关键难题，并且能充分发挥和有效提升传统混凝土柱在受力性能、耐久性能、耐火性能和经济性能等方面的显著优势，可以广泛应用于各类钢筋混凝土和钢结构建筑中，尤其适用于大跨度、重荷载或复杂、不规则的高层建筑和超高层建筑。因此，对带交叉双螺旋箍筋钢的高强混凝土叠合柱开展深入研究以促进其推广应用极具工程实际意义。

附图说明

图1是本发明带交叉双螺旋箍筋钢的高强混凝土叠合柱的立体示意图。

图2是图1中C-C向视图，即交叉双螺旋箍筋高强混凝土叠合柱截面图。

图3是本发明预制高强混凝土外壳内外部钢筋笼的立体示意图。

图4是本发明预制高强混凝土外壳的立体示意图。

图5是图4中A-A向视图，即预制高强混凝土外壳截面图。

图6是本发明内部钢筋笼的立体示意图。

图7是本发明预制高强混凝土外壳和内部钢筋笼的立体示意图。

图8是图7中B-B向视图，即预制高强混凝土外壳和内部钢筋笼截面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1和图2所示，本发明一种带交叉双螺旋箍筋钢的高强混凝土叠合柱，采用部分预制部分现浇的思想，由预制高强混凝土外壳1、内部钢筋笼2和核心现浇混凝土3三部分组成。预制高强混凝土外壳1与内部钢筋笼2为工厂预制部分，核心现浇混凝土3为施工现场现浇部分，可采用再生混凝土、轻骨料混凝土、橡胶混凝土、吸声混凝土或保温隔热混凝土。首先在工厂高强混凝土叠合柱的预制高强混凝土外壳1和内部箍筋笼2，再在工地现场浇筑核心现浇混凝土3。本发明通过双层螺旋箍筋对内外混凝土的约束作用抑制柱在高温环境中的爆裂破坏，本发明承载力高，抗裂性能明显，耐久及耐火性能优良，且施工便捷。

其中预制高强混凝土外壳1为由高强混凝土101浇筑成的长直中空结构，高强混凝土101的强度等级在C100以上，且其立方体抗压强度标准值应比核心现浇混凝土3的立方体抗压强度标准值大30～50MPa。在高强混凝土101内布设有外部钢筋笼，外部钢筋笼的结构参考图3，由若干纵筋一102以及包覆于纵筋一102外侧的外螺旋箍筋103组成，其在高强混凝土101内的布设如图4和图5所示，纵筋一102与预制高强混凝土外壳1的长度方向即柱长方向平行。

参考图6，内部钢筋笼2主要包括设置于预制高强混凝土外壳1中空部分的若干纵筋二201和包裹于纵筋二201外侧的内螺旋箍筋202，纵筋二201均与预制高强混凝土外壳1的长度方向平行，其在预制高强混凝土外壳1中的布设如图7和图8所示。

核心现浇混凝土3则将内部钢筋笼2浇筑于预制高强混凝土外壳1的中空部分。本实施例中用普通混凝土，现浇后，内螺旋箍筋202及纵筋二201均位于现浇部分中。

本发明中，外螺旋箍筋103和内螺旋箍筋202可均为连续螺旋箍筋，外螺旋箍筋103均匀包覆固定于纵筋一102的外部形成外部钢筋笼，内螺旋箍筋202均匀包裹固定于纵筋二201的外部形成内部钢筋笼，且纵筋与箍筋间的固定方式可采用绑扎或焊接。其中纵筋一102、外螺旋箍筋103、纵筋二201和内螺旋箍筋202在长度方向上均外伸出高强混凝土101两端一定长度，用于内部钢筋笼2的固定。

预制高强混凝土外壳1在制作时为预留内部核心空腔需填充内模作为内部模板，内模可采用轻质内模，如充气橡胶内模、组合橡胶内模以及其他轻质材料。

内螺旋箍筋202与外螺旋箍筋103所采用钢筋直径为6～8mm，螺旋箍筋中箍筋间距为50mm～120mm。内螺旋箍筋202按照逆时针螺旋上升，外螺旋箍筋103按照顺时针螺旋上升，内螺旋箍筋202与外螺旋箍筋103的旋向相反。

其中：

1)预制部分所涉及的混凝土采用高强混凝土，可提高高强混凝土叠合柱的抗裂性能、耐久性能。

2)交叉双螺旋箍筋设置，可有效抑制叠合柱高温爆裂问题并提高承载力。

3)预制高强混凝土外壳便于固定内部箍筋笼，且在现场施工安装时可以作为核心现浇混凝土模具，无需再支模。

4)本发明螺旋箍筋所涉及的强度、直径、间距等各设计参数可以根据相应的设计计算方法进行优化设计。

5)螺旋箍筋采用连续复合螺旋箍筋，施工安装时便于绑扎或焊接。

本发明具体施工方法为：

1、在工厂，将外螺旋箍筋103均匀包裹固定于纵筋一102的外部形成外部钢筋笼，将外部钢筋笼固定于模具中且在外部钢筋笼内部放置轻质内模作为核心空腔模板，将高强混凝土101浇筑于轻质内模与外模中，内螺旋箍筋202均匀包裹固定于纵筋二201的外部形成内部钢筋笼2，待高强混凝土101养护完毕去除轻质内模将内部钢筋笼2放入预制高强混凝土外壳1的中空部分并通过两端外露钢筋固定位置从而完成预制部分；

2、在现场，将叠合柱两端与组合梁或混凝土梁相连；

3、向预制高强混凝土外壳1的中空部分浇筑核心现浇混凝土3从而完成带交叉双螺旋箍筋的高强混凝土箍筋的高强混凝土叠合柱的制作。

通过不同形式的预制部分和不同类型的现浇混凝土的相互组合，可以优化组合成各种类型高强混凝土叠合柱，并各具性能特点和优点，适合于不同工程情况需求。

本发明在传统混凝土柱基础上，预制部分采用外螺旋箍筋笼和高强混凝土一起浇筑，有效提高预制部分整体性和预制外壳的抗变形能力，大幅降低预制部分自重，满足现场吊装要求，是一种良好的预制方法。根据本发明提出设计方法，可以进一步优化螺旋箍筋的材料、直径和间距，预制混凝土内表面纹路，预制部分混凝土强度等各个参数，现浇混凝土强度和种类(再生混凝土、轻骨料混凝土等)以实现本实例优化设计。