用于钢结构模块框架柱截面周边施加预应力的装配结构

摘要

本发明公开了一种用于钢结构模块框架柱截面周边施加预应力的装配结构，包括上下依次相连的多个模块单元框架柱、封顶板和封底板，多个模块单元框架柱叠放后的截面周边对称均布有多条贯穿的预应力钢绞线，每条贯穿的预应力钢绞线由多段上下相互连接的预应力钢绞线构成；封顶板和封底板上设有位置对正的灌浆孔，预应力钢绞线的连接位置位于被连接的下模块单元框架柱的顶部，预应力钢绞线的连接处设有由上部钢绞线锚固端锚固器、下部钢绞线张拉端锚固器和预应力钢绞线连接器，所有模块单元框架柱内充满有混凝土浆料。本发明结构合理，简单易行、连接可靠，利用上下模块单元框架柱之间产生预压力形成整体，可以抵抗侧向风荷载或地震作用产生的倾覆力矩的拉力。

权利要求

1.一种用于钢结构模块框架柱截面周边施加预应力的装配结构，包括上下依次相连的多个模块单元框架柱，每个模块单元框架柱的顶部均设有封顶板(1)，每个模块单元框架柱的底部均设有封底板(2)，其特征在于，所述封顶板(1)的下面中央位置设有加劲板(3)，所述封顶板(1)的上面设有抗剪键(4)；所述封顶板(1)和所述封底板(2)中心位置处分别设有上下对正的灌浆孔(5)，所述封顶板(1)和封底板(2)上呈对称均布有多个出气孔(6)，所述封顶板(1)和封底板(2)上出气孔(6)的位置是一一对正的；

多个模块单元框架柱叠放后的截面周边对称均布有多条贯穿的预应力钢绞线(7)，每条贯穿的预应力钢绞线(7)由多段上下相互连接的预应力钢绞线构成；预应力钢绞线的连接位置位于相邻的两个模块单元框架柱中位于上方的上模块单元框架柱(8)的底部；预应力钢绞线的连接位置均设有由上部钢绞线锚固端锚固器(9)、下部钢绞线张拉端锚固器(10)和预应力钢绞线连接器(11)构成的低回缩预应力钢绞线锚具及连接器组合体；

所述上部钢绞线锚固端锚固器(9)包括第一筒体(12)，所述第一筒体(12)内自上而下依次设有钢绞线诱导器(13)、锚固端夹片式锚具(14)和压缩弹簧(15)；

所述下部钢绞线张拉端锚固器(10)包括第二筒体(16)，所述第二筒体(16)内设有张拉端夹片式锚具(17)，所述第二筒体(16)的底端设有回顶调节器(18)；

所述预应力钢绞线连接器(11)包括第三筒体，所述第三筒体的两端分别与所述第一筒体(12)和第二筒体(16)之间均为螺纹连接；

所述压缩弹簧(15)的两端分别与锚固端夹片式锚具(14)的夹片和所述预应力钢绞线连接器(11)的端面紧密接触；

基础上与每条预应力钢绞线(7)贯穿点对应的位置均分别设有一锚固端夹片式锚具(14)，所述锚固端夹片式锚具(14)的上方设置一钢绞线诱导器(13)；

在位于最顶层模块单元框架柱的封顶板(1)上设置张拉端夹片式锚具(17)，所述张拉端夹片式锚具(17)与封顶板(1)之间设有回顶调节器(18)；

所有模块单元框架柱内充满有混凝土浆料(19)。

2.根据权利要求1所述用于钢结构模块框架柱截面周边施加预应力的装配结构，其特征在于，在上下对正的灌浆孔(5)和出气孔(6)中分别插入有连接钢筋。

说明书

用于钢结构模块框架柱截面周边施加预应力的装配结构

技术领域

[0001] 本发明涉及一种新型预应力装配技术，尤其涉及在钢结构模块各框架柱顶部或钢桁架各节弦杆端部周边部位设置预应力筋连接器，通过分段张拉和分段锚固形成整体钢框架或钢桁架结构。

背景技术

[0002] 钢结构模块建筑是由大量长方体模块单元，通过一定的连接技术，上下左右拼接组装而成的整体建筑，每一个长方体模块单元，其宽度一般为房屋的一个开间，长为房屋的一个进深，高为房屋的一个层高，模块单元由四个框架柱与顶部四个框架梁和底部四个框架梁形成的六面体，并有上有顶板和下有底板，四周有围护墙或隔墙。模块单元组装时，上层模块单元框架柱与下层模块单元框架应连接成整体，但由于每一个模块单元四面有墙，难以进行框架柱之间的焊接连接，目前模块建筑的连接技术一般采用接插式连接，或部分侧面焊接等，前者连接方式框架柱不能承受拉力，后者无法承受较大拉力，均不符合我国建筑抗震规范的相关要求，必须进行改进。

发明内容

[0003] 针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种用于钢结构模块框架柱截面周边施加预应力装配结构，其结构设计合理，简单易行、连接可靠，通过在框架柱顶周边部位设置预应力连接器，预应力筋张拉锚固后，使上下模块框架柱之间产生预压力形成整体，以抵抗侧向风荷载或地震作用产生的倾覆力矩的拉力。

[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提出的一种用于钢结构模块框架柱截面周边施加预应力的装配结构，包括上下依次相连的多个模块单元框架柱，每个模块单元框架柱的顶部均设有封顶板，每个模块单元框架柱的底部均设有封底板，所述封顶板的下面中央位置设有加劲板，所述封顶板的上面设有抗剪键；所述封顶板和所述封底板中心位置处分别设有上下对正的灌浆孔，所述封顶板和封底板上呈对称均布有多个出气孔，所述封顶板和封底板上出气孔的位置是一一对正的；多个模块单元框架柱叠放后的截面周边对称均布有多条贯穿的预应力钢绞线，每条贯穿的预应力钢绞线由多段上下相互连接的预应力钢绞线构成；预应力钢绞线的连接位置位于相邻的两个模块单元框架柱中位于上方的模块单元框架柱的底部；预应力钢绞线的连接位置均设有由上部钢绞线锚固端锚固器、下部钢绞线张拉端锚固器和预应力钢绞线连接器构成的低回缩预应力钢绞线锚具及连接器组合体；所述上部钢绞线锚固端锚固器包括第一筒体，所述第一筒体内自上而下依次设有钢绞线诱导器、锚固端夹片式锚具和压缩弹簧；所述下部钢绞线张拉端锚固器包括第二筒体，所述第二筒体内设有张拉端夹片式锚具，所述第二筒体的底端设有回顶调节器；所述预应力钢绞线连接器包括第三筒体，所述第三筒体的两端分别与所述第一筒体和第二筒体之间均为螺纹连接；所述压缩弹簧的两端分别与锚固端夹片式锚具的夹片和所述预应力钢绞线连接器的端面紧密接触；基础上与每条预应力钢绞线贯穿点对应的位置均分别设有一锚固端夹片式锚具，所述锚固端夹片式锚具的上方设置一钢绞线诱导器；在位于最顶层模块单元框架柱的封顶板上设置张拉端夹片式锚具，所述张拉端夹片式锚具与封顶板之间设有回顶调节器；所有模块单元框架柱内充满有混凝土浆料。

[0005] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0006] 本发明通过在上下相互连接的下模块单元框架柱顶部设置预应力钢绞线连接器，预应力钢绞线张拉锚固后，使上下模块单元框架柱之间产生预压力形成整体，可以抵抗侧向风荷载或地震作用产生的倾覆力矩的拉力。本发明适用于十层以上高层钢结构模块建筑单元框架柱的装配连接。

附图说明

[0007] 图1是本发明用于钢结构模块框架柱截面周边施加预应力装配体示意图；

[0008] 图2是图1所示装配结构的俯视图；

[0009] 图3是本发明中低回缩预应力钢绞线锚具及连接器组合体的结构示意图。

[0010] 图中：

[0011] 1-封顶板               2-封底板                 3-加劲板[0012] 4-抗剪键               5-灌浆孔                 6-出气孔[0013] 7-预应力钢绞线         71-上部预应力钢绞线      72-下部预应力钢绞线[0014] 8-上模块单元框架柱     9-上部钢绞线锚固端锚固器  10-下部钢绞线张拉端锚固器[0015] 11-预应力钢绞线连接器  12-第一筒体              13-钢绞线诱导器[0016] 14-锚固端夹片式锚具    15-压缩弹簧              16-第二筒体[0017] 17-张拉端夹片式锚具    18-回顶调节器            19-混凝土浆料[0018] 20-下模块单元框架柱    21-基础

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

[0020] 如图1和图2所示，本发明一种用于钢结构模块框架柱截面周边施加预应力的装配结构，包括上下依次相连的多个模块单元框架柱，每个模块单元框架柱的顶部均设有封顶板1，其底部均设有封底板2，所述封顶板1的下面中央位置设有加劲板3，所述封顶板1的上面设有抗剪键4；所述封顶板1和所述封底板2中心位置处分别设有上下对正的灌浆孔5，所述封顶板1和封底板2上呈对称均布有多个出气孔6，所述封顶板1和封底板2上出气孔6的位置是一一对正的。

[0021] 多个模块单元框架柱叠放后的截面周边对称均布有多条贯穿的预应力钢绞线7，每条贯穿的预应力钢绞线7由多段上下相互连接的预应力钢绞线构成；如图1所示，预应力钢绞线的连接位置位于相邻的两个模块单元框架柱中位于上方的上模块单元框架柱8的底部。

[0022] 如图3所示，预应力钢绞线的连接位置均设有由上部钢绞线锚固端锚固器9、下部钢绞线张拉端锚固器10和预应力钢绞线连接器11构成的低回缩预应力钢绞线锚具及连接器组合体。所述上部钢绞线锚固端锚固器9包括第一筒体12，所述第一筒体12内自上而下依次设有钢绞线诱导器13、锚固端夹片式锚具14和压缩弹簧15；所述下部钢绞线张拉端锚固器10包括第二筒体16，所述第二筒体16内设有张拉端夹片式锚具17，所述第二筒体16的底端设有回顶调节器18；所述预应力钢绞线连接器11包括第三筒体，所述第三筒体的两端分别与所述第一筒体12和第二筒体16之间均为螺纹连接；所述压缩弹簧15的两端分别与锚固端夹片式锚具14的夹片和所述预应力钢绞线连接器11的端面紧密接触。

[0023] 如图1所示，基础上与每条预应力钢绞线7贯穿点对应的位置均分别设有一锚固端夹片式锚具14，所述锚固端夹片式锚具14的上方设置一钢绞线诱导器13；在位于最顶层模块单元框架柱的封顶板1上设置张拉端夹片式锚具17，所述张拉端夹片式锚具17与封顶板1之间设有回顶调节器18；所有模块单元框架柱内充满有混凝土浆料19。

[0024] 在上下对正的灌浆孔5和出气孔6中分别插入有连接钢筋。

[0025] 本发明的设计思路是：对于高层建筑，由于在地震时承受的剪力和倾覆力矩较大，因此，可在模块单元框架柱的柱顶周边或角部位置施加预应力，使上下钢结构模块的框架柱节点处于受压状态，其压应力能足以抵消水平地震倾覆力矩的受拉作用和框架柱弯曲应力，同时通过在框架柱柱顶设置抗剪键抵抗水平地震剪力作用，已达到安全稳定状态。

[0026] 利用本发明用于钢结构模块框架柱截面周边施加预应力的装配结构的装配结构进行装配的过程如下：

[0027] 步骤一、按照设计的预应力施加位置，即在基础上位于各模块单元框架柱底端的周边呈对称、均布(也可以是如图1和图2所示的角部)的位置，在每个预应力施加位置点分别设有一锚固端夹片式锚具14，并在锚固端夹片式锚具14设置钢绞线诱导器13，通过钢绞线诱导器14穿过一预应力钢绞线(即下部预应力钢绞线72)。

[0028] 步骤二、在各模块单元框架柱的顶端安装封顶板1和上面相邻模块单元框架柱的封底板2，安装过程中，使封底板2和封顶板1上加工出的用于灌浆的灌浆孔5和用于灌浆出气的出气孔6一一对正，在封顶板1上每个预应力施加位置点设置张拉端夹片式锚具10，且在张拉端夹片式锚具10的外筒(即第二筒体16)的底端通过螺纹连接设置一回顶调节器18(即锁母)；向张拉端夹片式锚具17内插入下部预应力钢绞线72或预应力钢筋至底端并经过设置在基础上的钢绞线诱导器13穿入到锚固端夹片式锚具14内，进行张拉；张拉应力和伸长量达到设计要求后，进行第一次锚固，然后采用千斤顶进行第二次张拉，张拉到控制应力后，拧紧回顶调节器18，消除锚具变形和夹片内损失后，停止张拉；该层所有模块单元全部张拉完成后，切除多余部分的钢绞线，在各模块单元框架柱的下部钢绞线张拉端锚固器10上安装预应力钢绞线连接器11，再安装上部钢绞线锚固端锚固器10的上锚固端夹片式锚具14和钢绞线诱导器13，并通过封顶板1和封底板2上位置对正的灌浆孔5进行该层模块单元框架柱内的混凝土浆料19的灌注，然后在各一一对应的出气孔5中插入一连接钢筋，以增强节点强度和延性。

[0029] 步骤三、上述工作完成后，安装上面一层的模块单元框架柱，后续基本上是重复上述步骤二的过程完成第二层模块单元框架柱内的混凝土浆料19的灌注，其中是插入上部预应力钢绞线71，如图1和图3所示；以此重复至顶层模块单元的张拉和灌浆施工，直至预应力装配完成。

[0030] 本发明中，预应力钢绞线索可为单索也可为多索，相应连接器与之对应是用于单索或多索连接的。若采用预应力筋，则预应力筋既可以采用精轧高强钢筋(钢棒)也可采用FRP纤维复合增强材料。

[0031] 采用本发明的装配结构进行预应力装配具有以下特点：

[0032] (1)可较大幅度较少工地焊接量，且提高了施工场地的安全度和环保水平。

[0033] (2)框架柱节点连接采用预应力技术，可控性强，性能可靠。

[0034] (3)本发明中的预应力钢筋连接器，预应力损失很小，且同步张拉无需补偿，整体预应力稳定性高。

[0035] (4)施工过程中，对模块建筑单元成品的保护性好，避免了其他因焊接或螺栓连接等方法需要再修复的措施。

[0036] (5)预应力采用现场分层张拉，操作方便，施工速度快，效率高。

[0037] (6)框架柱连接节点具有可靠的抗拉、抗压、抗剪力学性能。

[0038] (7)框架柱施加预压力后，提高了结构的刚度，可减小在地震和风荷载作用下的侧向位移，提高了整体结构的抗震性能，且具有较高的震后恢复功能。

[0039] (8)钢管柱(模块单元框架柱)内灌注灌浆料后提高了其刚度和强度以及防火性能。

[0040] (9)采用在模块单元框架柱封顶板及与相邻模块单元框架柱封底板的通孔，即灌浆(混凝土)孔或出气孔内可插入一普通钢筋作为连接钢筋，以增强了节点的强度和延性。

[0041] 尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。