本發明涉及土木建筑結構領域中的房屋框架結構，具體涉及體內預應力組合梁構成的框架及其施工方法。

背景技術：

常規鋼筋混凝土框架結構體系中，框架節點多為鋼筋混凝土現澆節點，這類鋼筋混凝土節點與框架梁柱一樣需要支模、綁扎鋼筋隨后澆筑混凝土，構件不但承載力較低、施工周期偏長，而且在地震作用下節點易發生破壞。隨著土木建筑業的迅速發展，鋼管混凝土結構得到廣泛的應用，中空夾層混凝土結構是基于鋼管混凝土結構的一種新型結構形式，中空夾層鋼管混凝土是在內外兩層同心鋼管之間澆筑混凝土形成的組合構件，其內外鋼管取代了鋼筋并對夾層混凝土產生約束作用，混凝土處于三向受壓狀態抗壓性能得到提高，塑性和韌性性能得到改善，與傳統的鋼管混凝土構件相比，中空夾層鋼管混凝土構件整體具有自重輕、抗彎剛度大、抗震性能好和耐火性好的特性。翼緣為矩形鋼管混凝土蜂窩組合梁是在工字鋼梁基礎上演變出來的，大大增加翼緣的剛度，提高梁的整體穩定性，但是中空夾層鋼管混凝土柱-翼緣為矩形鋼管混凝土的體內預應力蜂窩組合梁構成的結構體系的節點復雜性卻制約了該類體系在實際工程中的應用，因此提出一種合理的節點連接方式迫在眉睫，同時由于采用了翼緣為矩形鋼管混凝土的體內預應力蜂窩組合梁，和常規的預應力混凝土梁有所不同，常規梁可以定位綁扎預應力筋，然后澆筑混凝土，而翼緣為矩形鋼管混凝土的體內預應力蜂窩組合梁鋼管是封閉的，對預應力筋布置定位需提前處理，因此如何解決預應力筋在封閉的內部準確定位也是該發明面臨的棘手問題。

技術實現要素：

本發明的一個目的是提供體內預應力組合梁構成的框架，這種體內預應力組合梁構成的框架用于解決翼緣為矩形鋼管混凝土的體內預應力工字梁與中空管混凝土組合柱連接節點的復雜性問題，本發明的另一個目的是提供這種體內預應力組合梁構成的框架的施工方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：這種體內預應力組合梁構成的框架由組合柱和組合梁通過節點連接構成，組合梁水平設置在組合柱之間，節點為內填自密實混凝土的外套整體式節點；外套整體式節點包括帶有上連接環和下連接環的節點外管，上連接環和下連接環上均設有螺栓孔，節點外管上部有上加強帶腔環板，下部有下加強帶腔環板，上加強帶腔環板水平向外延伸形成內腔相通的上節點端梁，下加強帶腔環板水平向外延伸形成內腔相通的下節點端梁，上節點端梁與下節點端梁之間為節點腹板，節點腹板預留螺栓孔，上節點端梁與下節點端梁均設置有端梁連接板，下加強帶腔環板內部設置有單孔定位板和開洞的雙孔主定位板，單孔定位板和開洞的雙孔主定位板均通過各自底邊與下加強帶腔環板固定；組合柱為節段式中空管混凝土組合柱，組合梁為翼緣為矩形鋼管混凝土的體內預應力蜂窩型工字梁；節點通過上連接環、下連接環與組合柱固定連接，節點通過端梁連接板及節點腹板與組合梁連接，組合梁下翼緣矩形鋼管中布置的預應力筋從下加強帶腔環板內繞過節點外管，預應力筋通過單孔定位板和開洞的雙孔主定位板定位，預應力筋形成對稱曲線型，在節點端梁處實現張拉錨固；組合梁和節點的節點端梁中澆筑自密實細石混凝土，澆筑完自密實細石混凝土后，組合梁的自密實細石混凝土和節點端梁的自密實細石混凝土是貫通的，養護后與節點外管形成一體。

上述方案中節段式中空管混凝土組合柱由節段式內管、節段式外管及夾層混凝土構成，節段式內管、節段式外管均帶有連接環，在節段式內管外表面上布置抗剪栓釘，在節段式內管的內部隔一定間距布置內襯環，防止節段式內管發生屈曲；節段式內管的連接環與節段式外管的連接環相互錯開，避免在同一高度處螺栓連接。首先連接節段式內管，然后連接節段式外管，確保節段式內管始終高于節段式外管，在節段式內管、節段式外管的夾層中澆筑自密實混凝土。

上述方案中翼緣為矩形鋼管混凝土的體內預應力蜂窩型工字梁是將翼緣做成矩形鋼管的形式，在蜂窩型工字梁兩端翼緣鋼管上焊接預留螺栓孔的連接板，形成翼緣為矩形鋼管的節段式蜂窩型工字梁，到現場后與節點通過高強螺栓和節點腹板固定連接，然后向翼緣矩形鋼管中澆筑自密實混凝土；節段式蜂窩型工字梁在下翼緣矩形鋼管中布置體內預應力筋。

上述方案中節段式蜂窩型工字梁中的蜂窩型孔是圓形，工字型腹板是平板。

上述方案中蜂窩型工字梁的工字型腹板上布置橫向加勁肋，可增加梁腹板的穩定性。

上述方案中翼緣為矩形鋼管混凝土的蜂窩型工字梁將梁端設置有削弱段，削弱段是翼緣為鋼管混凝土的工字型蜂窩梁，削弱段的橫截面為變截面的，自兩端向中心橫截面逐漸縮小，削弱段的中點處橫截面最小，結構體系在進入彈塑性狀態后，促使梁端塑性鉸首先發生在削弱部位，實現梁端塑性鉸的外移，從而保證整體節點的完好性。

上述方案中節點端梁上開洞，便于建筑設備和管道的穿越。

上述方案中節段式蜂窩型工字梁中的蜂窩型孔是六邊形，工字型腹板腹板是折板。

上述方案中節段式蜂窩型工字梁中的蜂窩型孔是多邊形，工字型腹板腹板是正弦曲線型板。

上述體內預應力組合梁構成的框架的施工方法：

首先在工廠預制好需要的鋼構件，包括節段式外管、節段式內管、節段式蜂窩型工字梁、外套整體式節點，外套整體式節點制作時，首先把下加強帶腔環板的下部鋼板放平，焊好單孔定位板和開洞的雙孔主定位板，將預應力筋引導線布置在單孔定位板和開洞的雙孔主定位板里，然后將下加強帶腔環板的上部鋼板焊好，形成下加強帶腔環板，焊好后的上加強帶腔環板、下加強帶腔環板與節點外管焊接，再進行節點腹板焊接，最后將節點外管端部的連接環及端梁連接板焊好，形成外套整體式節點；將節段式外管和節段式內管與基礎實現固接，二者上部整體高出基礎0.5m左右，且節段式內管比節段式外管高一定的距離，達到預先設計好的高度，然后向節段式外管和節段式內管的夾層中澆筑自密實混凝土，混凝土達到一定強度后，形成組合柱基礎段；

將第二段節段式內管下部與組合柱基礎段的節段式內管連接好，接著再將第二段節段式外管與組合柱基礎段的節段式外管連接好，確保節段式內管始終高于節段式外管，并且在節點處節段式內管高出節點一段距離，達到預先設計好的高度；待所有節段式中空混凝土組合柱連接好后，在節段式內管比節段式外管的夾層中澆筑自密實混凝土，形成中空管混凝土組合柱；

安裝外套整體式節點，通過外套整體式節點的下連接環與底層組合柱節段式外管實現可靠連接，通過高強螺栓將節段式蜂窩型工字梁和外套整體式節點連接，連接之后對連接處進行焊接，同時通過牽引線在節段式蜂窩型工字梁及外套整體式節點里布置預應力筋，對預應力筋進行伸直張拉，臨時錨固在節點端梁上；通過混凝土筑漿孔澆筑自密實混凝土，保證混凝土的貫通性，養護達到一定強度后形成底層組合框架體系；然后同底層一樣完成二層的鋼構件的連接，對預應力鋼筋進行二次張拉，達到張拉控制應力；然后陸續施工第二層至頂層。

本發明具有以下有益效果：

1、本發明提出的這種外套整體式節點傳力明確，工廠預制，各部位連接精密且質量好，能對布置在封閉內部的預應力筋準確定位，澆筑混凝土后整體式節點不易發生破壞。

2、本發明采用的節段式中空管混凝土組合柱抗彎剛度大、抗震性能好，該類構件使鋼材或者frp材料與混凝土融合在一起，充分發揮兩種材料的力學性能。而且組合柱中的內管與外管可以在工廠預制，現場安裝，施工方便；同時內外管還可兼作模板，避免了現場大量模板的使用。

3、本發明的組合梁翼緣鋼管被混凝土填充后不易屈曲，剛度較大且穩定性高，可實現的跨度大；在梁上設置橫向加勁肋，提高梁的整體抗屈曲能力。

4、本發明中外套整體式節點端梁上可開洞，便于建筑設備和管道的穿越。

5、本發明采用體內預應力組合梁，預應力筋在混凝土內部，被混凝土包裹著，不易受到破壞和腐蝕，耐久性長，長時間提高組合梁的剛度，大大減小梁的變形。

6、本發明采用的翼緣為矩形鋼管蜂窩型工字梁腹板可以是平板、折板和正弦曲線型板，可以增大腹板與翼緣的接觸面積，進一步提高構件的承載力。

7、本發明采用的帶削弱端的翼緣為矩形鋼管蜂窩型工字梁使得結構體系在進入彈塑性狀態后，促使梁端塑性鉸首先發生在削弱部位，實現梁端塑性鉸的外移，從而保證整體節點的完好性。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是本發明的平面布置圖；

圖3是外套整體式節點示意圖；

圖4是節點端梁可開洞的外套整體式節點示意圖；

圖5是中空管混凝土組合柱截面形式；

圖6是翼緣為矩形鋼管的蜂窩型工字梁截面形式；

圖7是安裝外套整體式節點之前節段式內管突出示意圖；

圖8是翼緣為矩形鋼管削弱的蜂窩型工字梁與節點的連接；

圖9是帶削弱端的翼緣為矩形鋼管的體外預應力蜂窩型工字梁；

圖10是外套整體式節點體內預應力筋布置層次圖；

圖11是節點處節點端梁中的預應力筋布置圖；

圖12是節點處上部預應力筋線型圖；

圖13是節點處下部預應力筋線型圖；

圖14是腹板采用正弦曲線型板的工字梁；

圖15是開洞的雙孔主定位板示意圖。

圖中：1組合柱2組合梁3節點4上連接環5下連接環6節點外管7上加強帶腔環板8下加強帶腔環板9節點端梁10端梁連接板11節點腹板12螺栓孔13自密實混凝土14矩形鋼管15節段式內管16節段式外管17抗剪栓釘18橫向加勁肋19削弱段20洞22上部預應力筋23單孔定位板24開洞的雙孔主定位板25工字型腹板26內襯環27下部預應力筋28注漿孔。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步的說明：

結合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖14、圖15所示，這種體內預應力組合梁構成的框架由組合柱1和組合梁2通過節點3連接構成，組合梁2水平設置在組合柱1之間，節點3為內填自密實混凝土13的外套整體式節點；外套整體式節點包括帶有上連接環4和下連接環5的節點外管6，上連接環4和下連接環5上均設有螺栓孔12，節點外管6上部有上加強帶腔環板7，下部有下加強帶腔環板8，上加強帶腔環板7水平向外延伸形成內腔相通的上節點端梁，下加強帶腔環板水平向外延伸形成內腔相通的下節點端梁，上節點端梁與下節點端梁之間為節點腹板11，上節點端梁與下節點端梁均設置有端梁連接板10，下加強帶腔環板8內部設置有單孔定位板23和開洞的雙孔主定位板24，單孔定位板23和開洞的雙孔主定位板24均通過各自底邊與下加強帶腔環板8固定，用于定位梁里下翼緣矩形鋼管14中布置的預應力筋，確保預應力筋在下加強帶腔環板8內繞過節點外管6，節點腹板11也預留螺栓孔12；組合柱1為節段式中空管混凝土組合柱，組合梁2為翼緣為矩形鋼管混凝土的體內預應力蜂窩型工字梁；節點3通過上連接環4、下連接環5與組合柱1固定連接，節點3通過端梁連接板10及節點腹板11與組合梁2連接，組合梁2下翼緣矩形鋼管14中布置的預應力筋從下加強帶腔環板8內繞過節點外管6，預應力筋通過單孔定位板23和開洞的雙孔主定位板24定位，預應力筋形成對稱曲線型，在節點端梁9處實現張拉錨固；參閱圖10、圖11、圖12、圖13，當有縱橫兩個方向連接組合梁2時，兩條預應力筋需要上下交錯穿過下加強帶腔環板8，其中一個方向的上部預應力筋22，則另一個方向為下部預應力筋27。制作時單孔定位板23和開洞的雙孔主定位板24定位僅下部與鋼管焊接，上部和左右形成自由端，便于混凝土的流動，這樣既實現預應力筋的定位，又可確保混凝土自由的流動，避免出現死角。組合梁2和節點3的節點端梁9中澆筑自密實細石混凝土，澆筑完自密實細石混凝土后，組合梁2的自密實細石混凝土和節點端梁9的自密實細石混凝土是貫通的，養護后與節點外管6形成一體。

節段式中空管混凝土組合柱由節段式內管15、節段式外管16及夾層混凝土構成，節段式內管15、節段式外管16均帶有連接環，在節段式內管15外表面上布置抗剪栓釘17，在節段式內管15的內部隔一定間距布置內襯環26，防止節段式內管15發生屈曲。節段式內管15的連接環與節段式外管16的連接環相互錯開，避免在同一高度處螺栓連接。首先連接節段式內管15，然后連接節段式外管16，確保節段式內管15始終高于節段式外管16，在節段式內管15、節段式外管16的夾層中澆筑自密實混凝土13。

翼緣為矩形鋼管混凝土的蜂窩型工字梁將翼緣做成矩形鋼管14的形式，在梁兩端翼緣鋼管上焊接預留螺栓孔12的連接板，形成翼緣為矩形鋼管14的節段式蜂窩型工字梁，到現場后與外套整體式節點端梁通過高強螺栓和腹板連接板實現可靠連接，然后通過混凝土注漿孔28向翼緣矩形鋼管中澆筑自密實混凝土13，確保節點3與翼緣矩形鋼管中混凝土的貫通性。為增加梁腹板的穩定性，在腹板上布置橫向加勁肋18。為增加梁的剛度，減小變形，在矩形鋼管混凝土工字梁下部翼緣中布置體內預應力筋，通過節點3中布置的定位板定位預應力筋，在澆筑混凝土之前對預應力筋伸直張拉，確保預應力筋在混凝土中保持合理的線型。蜂窩型孔可以是圓形、六邊形和多邊形的，梁腹板（工字型腹板25）可以是平板，也可以是折板或者正弦曲線型板。

本發明蜂窩型工字梁的工字型腹板25上布置橫向加勁肋18，可增加梁腹板的穩定性。

本發明中翼緣為矩形鋼管混凝土的蜂窩型工字梁將梁端還設置有削弱段19，削弱段19是翼緣為鋼管混凝土的工字型蜂窩梁，削弱段19的橫截面為變截面的，自兩端向中心橫截面逐漸縮小，削弱段19的中點處橫截面最小，結構體系在進入彈塑性狀態后，促使梁端塑性鉸首先發生在削弱部位，實現梁端塑性鉸的外移，從而保證整體節點的完好性。盡管削弱處截面逐漸減小，但不影響預應力筋的布置。

梁和整體式節點的鋼管翼緣中采用自密實細石混凝土或者高性能混凝土，澆筑完混凝土后，組合梁2和整體式節點的加強腔板中混凝土是全部貫通的，養護后與鋼管形成一體，而整體式節點內外管夾層的混凝土是獨立的，二者不相通。梁和整體式節點的翼緣鋼管之間通過高強螺栓將連接板連接，腹板通過腹板連接板連接或者焊接。

本發明外套整體式節點的節點端梁9上可開洞20，便于建筑設備和管道的穿越。

本發明組合柱內外管、外套整體式節點及梁可采用鋼材或者frp材料。

上述體內預應力組合梁構成的框架的施工方法：

首先在工廠預制好需要的鋼構件，包括節段式外管16、節段式內管15、節段式蜂窩型工字梁、外套整體式節點，外套整體式節點制作時，首先把下加強帶腔環板8的下部鋼板放平，焊好單孔定位板23和開洞的雙孔主定位板24，將預應力筋引導線布置在單孔定位板23和開洞的雙孔主定位板24里，然后將下加強帶腔環板8的上部鋼板焊好，形成下加強帶腔環板8，焊好后的上加強帶腔環板7、下加強帶腔環板8與節點外管6焊接，再進行節點腹板11焊接，最后將節點外管6端部的連接環及端梁連接板焊好，形成外套整體式節點；將節段式外管16和節段式內管15與基礎實現固接，二者上部整體高出基礎0.5m左右，且節段式內管15比節段式外管16高一定的距離，達到預先設計好的高度，然后向節段式外管16和節段式內管15的夾層中澆筑自密實混凝土13，混凝土達到一定強度后，形成組合柱基礎段；

將第二段節段式內管下部與組合柱基礎段的節段式內管連接好，接著再將第二段節段式外管與組合柱基礎段的節段式外管連接好，確保節段式內管15始終高于節段式外管16，并且在節點處節段式內管15高出節點一段距離，達到預先設計好的高度；待所有節段式中空混凝土組合柱連接好后，在節段式內管15與節段式外管16的夾層中澆筑自密實混凝土13，形成中空管混凝土組合柱；

安裝外套整體式節點，通過外套整體式節點的下連接環5與底層組合柱節段式外管16實現可靠連接，通過高強螺栓將節段式蜂窩型工字梁和外套整體式節點連接，連接之后對連接處進行焊接，同時通過牽引線在節段式蜂窩型工字梁及外套整體式節點里布置預應力筋，對預應力筋進行伸直張拉，臨時錨固在節點端梁9上；通過混凝土注漿孔28澆筑自密實混凝土13，保證混凝土的貫通性，養護達到一定強度后形成底層組合框架體系；然后同底層一樣完成二層的鋼構件的連接，對預應力鋼筋進行二次張拉，達到張拉控制應力；然后陸續施工第二層至頂層。

上述體內預應力組合梁構成的框架的施工方法還可以采用如下方法：

首先按設計在工廠下料，焊接預制好所有需要的鋼構件，包括兩端焊好連接環的節段式外管16與節段式內管15，兩端焊好端梁連接板10的翼緣為矩形鋼管蜂窩型工字梁及外套整體式節點。外套整體式節點制作時，首先把下加強帶腔環板8的下部鋼板放平，在準確位置焊好單孔定位板23和開洞的雙孔主定位板24，將預應力筋引導線布置在定位板里，為方便現場安裝時將預應力筋從封閉的節點3內部牽引出來。然后將下加強帶腔環板8的上部鋼板焊好，形成下加強帶腔環板8。上下加強帶腔環板焊好后與節點外管6焊接，然后進行節點腹板11焊接，最后將外管端部的連接環及端梁連接板10焊好，形成外套整體式節點。將框架體系所有焊好連接環的節段式外管16和節段式內管15與基礎實現固接，上部整體高出基礎0.5m左右，且內管比外管高一定的距離，達到預先設計好的高度。然后向夾層中澆筑自密實混凝土13。混凝土達到一定強度后，將兩端焊好連接環的節段式內管下部通過連接環與整體高于地面的組合柱內管連接好，接著再將兩端焊好連接環的節段式外管16下部通過連接環與整體高于地面的組合柱外管連接好，確保內管始終高于外管，并且在梁柱節點處內管高出節點一段距離，達到預先設計好的高度。待所有節段式中空混凝土組合柱連接好后，在內外管夾層中澆筑自密實混凝土13，形成中空管混凝土組合柱。安裝外套整體式節點，通過節點3的下連接環5與底層柱外管實現可靠連接，通過高強螺栓將翼緣為矩形鋼管14的蜂窩型工字梁和外套整體式節點連接，連接之后對連接處進行適當的焊接，同時將預應力筋通過牽引線在梁及節點3里布置好，陸續安裝完成其他框架節點和梁。對預應力筋進行伸直張拉，臨時錨固在邊柱節點端梁9上。通過混凝土注漿孔28向梁與節點的翼緣鋼管及節點的內外夾層中澆筑自密實混凝土13，確保梁和節點內填滿混凝土，且保證混凝土的貫通性，養護達到一定強度后形成底層組合框架體系。然后陸續施工第二層至頂層，待所有樓層全部施工完畢，自底向上依次二次張拉每層的預應力筋達到張拉控制應力，實現可靠錨固，完成整體框架的預應力施工。優點在于框架形成后張拉預應力筋，和常規的預應力混凝土框架一樣，確保整體受力。而且框架體系可逐層不間斷施工，預應力筋可實現集中張拉，預應力技術人員現場作業時間短，整體工程造價較低。該種施工方法中翼緣為矩形鋼管混凝土的蜂窩型工字梁可采用梁端削弱型的，其他施工過程不變。