一种钢筋混凝土柱与基础的扩底杯口式连接结构及连接方法与流程

本发明涉及一种钢筋混凝土柱与基础的扩底杯口式连接结构及连接方法，是一种建筑工程领域中的装配式结构技术。

背景技术：

近些年来，随着人们对居住条件和生活环境的要求不断提升，建筑业飞速发展。然而建筑业的发展造成严重的资源耗费和环境污染，迫使人们寻求建筑业的新出路。当前，以预制装配式建筑为特征的建筑工业化是建筑业领域实现低碳、可持续化发展的关键途径之一。

在预制装配式建筑中，结构构件的连接对于预制和装配施工效率以及服役力学性能有着至关重要的影响。其中，装配式框架结构是当前装配式结构中最适用的结构形式，而框架柱与基础的连接是其中必不可少的连接部位。

现有装配式钢筋混凝土框架结构的柱与基础连接，主要是采用预制柱在柱底外露锚固钢筋然后将其与基础进行现浇的连接方式，其预制柱构件会有较长钢筋外露，而且现场装配连接时还需要支模和浇筑基础，湿作业量大。

另有一种柱与基础的干式连接方法，是将预制好的柱插入到预制好的基础的杯口(直口)内，然后在杯口空隙内灌注细石混凝土，该连接方式极为简便，但连接节点只能提供铰接连接效果，主要应用于单层排架等结构中，无法应用于框架结构等需要提供固结连接效果的结构中。

因此，目前装配式框架结构的柱与基础连接，亟需既能提供干式连接的便利装配性能、又能提供固结连接的力学性能的连接技术。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种钢筋混凝土框架柱与基础的扩底杯口式连接结构及连接方法，既可实现便利的干式连接，也可保证连接节点能够提供固结连接效果以及良好的整体性。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种钢筋混凝土柱与基础的扩底杯口式连接结构，将柱插入到基础的扩底杯口内，再使用填缝混凝土填实扩底杯口内的空隙，同时使用围柱筋加固；

所述柱是主体为常规矩形截面的钢筋混凝土预制柱，包括柱混凝土、柱纵筋和柱箍筋，贴合柱底端面设置有柱底垫板，在柱底垫板上设置有穿筋圆孔，柱纵筋的下端伸出柱底端并穿过穿筋圆孔，通过柱纵筋底端的螺纹结构与螺帽连接；在柱插入到基础的扩底杯口的长度范围内，柱的侧面设置有柱面凹痕；

所述基础为常规形式的预制钢筋混凝土独立基础，从基础顶面中心竖直向下，设置有一个扩底杯口，扩底杯口是上口小、下底大、水平截面为矩形、四个杯壁为正梯形斜平面的开口空间；

在基础底面向上设定距离的一水平面内，设置有一组纵横正交的基底纵筋；

在扩底杯口每一侧的杯壁向内设定距离的混凝土内、环绕扩底杯口、平行于杯壁、设有一圈竖向的顺口筋；

在扩底杯口四周的混凝土内、从上往下设置有一组水平的矩形箍口筋，上下相邻的两个矩形箍口筋长宽方向正交；

在扩底杯口四周的混凝土内、环绕扩底杯口、设有一圈托底筋，托底筋由上方的倾斜段和下方的水平段组成，且倾斜段和水平段构成的平面为一竖直面，水平段位于扩底杯口底面下方，所有托底筋围合成一个托住扩底杯口的、上口大、底端小的方碗型；

所述围柱筋是由一圈竖向钢筋与一组横行箍筋绑扎而成的钢筋笼，围柱筋套设在柱的外侧。

优选的，所述扩底杯口的竖向深度等于柱横截面的长，每个杯壁与柱对应侧面的夹角均为10～20°。

优选的，所述基底纵筋所处水平面距离基础底面的距离为40～70mm。

优选的，所述顺口筋距离对应杯壁的距离为10～30mm，顺口筋的顶端距离基础顶面的距离为10～30mm，顺口筋的底端距离基础底面的距离为10～30mm。

优选的，所述托底筋的倾斜段与柱对应侧面的夹角均为40～50°。

优选的，所述围柱筋距离柱对应外侧面的距离为10～30mm，围柱筋的竖向高度等于扩底杯口的竖向深度减去10～30mm。

优选的，所述填缝混凝土为微膨胀细石混凝土。

一种基于上述所述钢筋混凝土柱与基础的扩底杯口式连接结构的连接方法，包括如下步骤：

(a)制作柱钢筋笼，并将其放置到模板内；其中，柱底模板用柱底垫板充当；柱底部含柱面凹痕部位的模板内壁上放置好预制柱面凹痕的凸起物；

(b)在柱纵筋伸出柱底垫板段固定好螺帽；

(c)浇筑柱混凝土并养护完成；

(d)制作基底纵筋、顺口筋、箍口筋、托底筋，并将它们绑扎成整体钢筋笼；

(e)制作基础外轮廓模板及扩底杯口模板，并将前述整体钢筋笼就位其中，然后浇筑并养护基础混凝土；

(f)将柱组件及基础组件运输到装配现场，并将基础组件安装就位；

(g)将围柱筋从柱底套裹到柱身底部并临时固定；

(h)将柱组件及围柱筋的底端向下插入扩底杯口并落座到扩底杯口底面上，调整就位后将柱临时支撑固定；

(i)从扩底杯口顶端缝隙口向内灌注填缝混凝土并养护完成，柱与基础的连接完成。

有益效果：本发明提供的适用于钢筋混凝土框架柱与基础的扩底杯口式连接结构及连接方法，是一种柱与基础更为简化且性能优越的连接结构；相对于现有技术，具有如下优势：

1、预制柱和基础外形规则、不留孔、不出筋，这些特征都给制作、运输、吊装、安装等环节带来便利；

2、现场装配安装时，只需将柱子插入基础杯口，然后在杯口内剩余空隙内灌注填缝混凝土即可完成装配，装配效率较高；

3、由于柱纵筋在柱底通过柱底垫板和螺帽进行了锚固，因而当柱插入基础扩底杯口后，柱根截面处(基础顶面处)的柱纵筋锚固长度可以大大减小，因而柱插入基础扩底杯口的深度不再由较长的柱纵筋抗震锚固长度来决定，而是只需要不小于柱横截面边长即可，从而减小了柱长度，增大了杯底厚度，有利于基础抗冲切破坏；

4、不同于传统的直口杯口形式，本发明提供了一种扩底杯口的杯口形式，使得杯壁从杯底向杯口内收，这有利于将柱侧面传递给填缝混凝土的平行于柱纵轴线方向的弯曲拉应力传递到杯壁上(传统直口杯壁与填缝混凝土的截面剪切传力能力较差)，从而保证了基础对柱能够形成良好的固结支承效果；

5、本发明提出的围柱筋和顺口筋，分别对填缝混凝土的近柱侧和扩底杯口的杯壁形成良好的抗裂效果，这进一步确保了将柱侧面平行于柱纵轴线方向的弯曲拉应力传递到杯壁上，从而进一步保证了基础对柱能够形成良好的固结支承效果。

附图说明

图1为柱与基础(混凝土剖分)的连接结构整体示意图；

图2为柱的组成结构示意图；

图3为基底纵筋布置结构示意图；

图4为顺口筋布置结构示意图；

图5为箍口筋布置结构示意图；

图6为托底筋布置结构示意图。

图中包括：1-柱；1-1-柱混凝土；1-2-柱面凹痕；1-3-柱纵筋；1-4-柱箍筋；1-5-柱底垫板；1-6-穿筋圆孔；1-7-螺帽；2-基础；2-1-基础混凝土；2-2-扩底杯口；2-3-基底纵筋；2-4-顺口筋；2-5-箍口筋；2-6-托底筋；3-围柱筋；4-填缝混凝土。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1～6所示为一种钢筋混凝土柱与基础的扩底杯口式连接结构，是将柱纵筋1-3延伸出柱1的底端并穿过柱底垫板1-5后用螺帽1-7将其锚固，然后将柱1插入到基础2的扩底杯口2-2内，再用围柱筋3加固的填缝混凝土4填实杯口内空隙，实现柱1和基础2的连接；预制柱1和基础2外形规则、不留孔、不出筋。

所述柱1，主体为常规矩形截面的钢筋混凝土预制柱，包括必要的柱混凝土1-1、柱纵筋1-3和柱箍筋1-4。同时，在柱1插入扩底杯口2-2的长度范围内，其外表面设有柱面凹痕1-2以提高其与填缝混凝土4之间的界面抗剪能力。所述柱纵筋1-3，伸出柱1的底端面一定长度，该长度略大于柱底垫板1-5厚度加上螺帽1-7厚度，并在螺帽1-7厚度及以外范围内车有外丝。

柱底垫板1-5紧贴柱1的底面设置。所述柱底垫板1-5，其平面形状及大小与柱1的底端完全吻合，其厚度根据垫板构造求确定；在柱纵筋1-3穿过柱底垫板1-5位置处设有穿筋圆孔1-6，柱纵筋1-3穿过柱底垫板1-5后用螺帽1-7上紧使之端承在柱底垫板1-5的底面。

所述基础2，主体为常规形式预制钢筋混凝土独立基础；从基础2的顶面中心垂直向下，设有一扩底杯口2-2，所述扩底杯口2-2是上口小、下底大、水平截面为矩形、四个杯壁为正梯形斜平面的开口空间，其深度优选的取为等于柱1的截面长边尺寸(柱1的横截面为方形，若柱1的横截面为长方形，则等于横截面长边的尺寸)，其上口边长优选的取为等于柱1的横截面边长加上100mm(即上口边缘与柱相应侧面的距离为50mm)，其内壁的斜平面与1对应侧面的夹角优选的取为10°～20°之间。

所述基础2，在基础2的底面向上一定距离(优选的为40～70mm)的水平面内设有一组纵横正交的基底纵筋2-3，其直径、间距根据常规基础设计方法计算确定。

所述基础2，在其扩底杯口2-2每一侧杯壁向内一定距离(优选的为20mm)的混凝土内、环绕扩底杯口2-2、平行于杯壁、设有一圈竖向的顺口筋2-4用于杯壁抗裂；顺口筋2-4的上端距离基础2的顶面为20mm，下端距离基础2的底面为20mm；顺口筋2-4的用量根据杯壁抗裂计算确定。

所述基础2，在其扩底杯口2-2四周的混凝土内、从上往下设置有一组水平的矩形箍口筋2-5用于防止杯口撕裂；所述箍口筋2-5，是由若干圈闭口箍筋组成，每一圈箍筋均为一个长方形，其长边靠近扩底杯口的一对杯壁、与杯壁距离优选为30mm，其短边远离扩底杯口2-2的另一对杯壁、与杯壁距离优选等于钢筋锚固长度；最上圈和最下圈箍口筋分别距离基础2的顶面优选为20mm和200mm；箍口筋2-5的用量根据杯口抗撕裂计算确定。

所述基础2，在其扩底杯口2-2的杯底的每一侧边向内一定距离(优选的为20mm)的混凝土内设有一组托底筋2-6用于防止杯底冲切破坏；每一根托底筋2-6由上方的倾斜段和下方的水平段组成，且倾斜段和水平段构成的平面为一竖直面；托底筋的水平段长度优选的等于柱1的横截面对应的边长，竖向位置距离基础2的底面优选为40～70mm；托底筋2-6的倾斜段与柱1的对应侧面的夹角优选的取为45°，其顶端距离基础2的顶面优选为20mm；托底筋2-6的用量根据杯底冲切计算确定。

所述围柱筋3，是由一圈竖向钢筋与一组箍筋绑扎而成的钢筋笼，钢筋笼内表面距离柱外表面的水平垂直距离优选的为20mm；所述围柱筋3的竖向钢筋高度等于扩底杯口2-2深度减去20mm；所述围柱筋3的竖向钢筋数量根据界面抗裂计算确定；所述围柱筋3的箍筋数量根据构造要求确定。

所述填缝混凝土4，优选的为微膨胀细石混凝土。

所述柱1、基础2以及扩底杯口2-2的铅垂轴线互相重合。

一种钢筋混凝土柱与基础的扩底杯口式连接方法，包括如下步骤：

(a)制作柱钢筋笼，并将其放置到模板内；其中，柱底模板用柱底垫板充当；柱底部含柱面凹痕部位的模板内壁上放置好预制柱面凹痕的凸起物；

(b)在柱纵筋伸出柱底垫板段固定好螺帽；

(c)浇筑柱混凝土并养护完成；

(d)制作基底纵筋、顺口筋、箍口筋、托底筋，并将它们绑扎成整体钢筋笼；

(e)制作基础外轮廓模板及扩底杯口模板，并将前述整体钢筋笼就位其中，然后浇筑并养护基础混凝土；

(f)将柱组件及基础组件运输到装配现场，并将基础组件安装就位；

(g)将围柱筋从柱底套裹到柱身底部并临时固定；

(h)将柱组件及围柱筋的底端向下插入扩底杯口并落座到扩底杯口底面上，调整就位后将柱临时支撑固定；

(i)从扩底杯口顶端缝隙口向内灌注填缝混凝土并养护完成，柱与基础的连接完成。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。