CN100353016C - 内藏“斜向劲性核心束”矩形截面混凝土短柱及制作方法 - Google Patents
内藏“斜向劲性核心束”矩形截面混凝土短柱及制作方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明为内藏“斜向劲性核心束”矩形截面混凝土短柱及制作方法，属于建筑结构工程领域。采用的技术方案为在短柱截面的两个主轴方向、纵筋(2)和横向复合箍筋之间配有斜向劲性核心束，该核心束上端和下端分别沿着上梁(9)和下梁(10)的高度竖向伸入且锚固；所述的斜向劲性核心束是由核心束型钢(8)和包裹着核心束型钢(8)的核心束纵筋(5)以及固接在核心束纵筋(5)上的核心束箍筋(4)组合形成X形复合钢骨架或是由核心束型钢(8)形成X形钢骨架或是由核心束纵筋(5)和固接在其上的核心束箍筋(4)组合形成X形钢筋骨架中的一种。本发明可以显著提高短柱的抗震能力，尤为重要的是可以避免脆性破坏。
Description
技术领域
本发明是一种内藏“斜向劲性核心束”矩形截面混凝土短柱及制作方法，属于建筑结构工程领域。
背景技术
强烈地震引起的人员伤亡及财产损失是十分巨大的，抗震减灾的关键在于增强建筑物的抗震能力。钢筋混凝土短柱是建筑结构特别是高层建筑结构的关键抗震部件。然而，短柱的延性较差，影响了其结构整体抗震性能的充分发挥。因此，改善短柱的延性和综合抗震性能一直是国内外十分关注的问题。现有的改善短柱的方案：1采用高强高性能混凝土或纤维混凝土；2采用配置加密螺旋箍筋；3采用分体柱。其存在的问题是，1和2方案中，建筑成本高，性价比低；3方案虽然能够改善延性，可是以承载力、刚度的大幅降低为代价。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是显著提高短柱抗震能力的问题，为了解决上述问题，设计了内藏“斜向劲性核心束”矩形截面混凝土短柱。本发明从提高短柱的刚度、延性、承载力等抗震性能以及自身耗能能力角度考虑，提出了内藏“斜向劲性核心束”矩形截面短柱，这同样也是一种性价比高的方法。这种内藏“斜向劲性核心束”短柱，是在普通短柱配筋基础上，在矩形截面两个主轴方向上均加设内藏“斜向劲性核心束”。内藏“斜向劲性核心束”的方案有三种，方案1加配型钢、纵筋和箍筋形成斜向劲性复合核心束，并呈X形；方案2是方案1中不加配纵筋和箍筋后，退化为型钢作为斜向劲性钢骨核心束，并呈X形；方案3是方案1中不加配型钢后，退化为斜向劲性钢筋核心束，并呈X形。
本发明采用的具体技术方案参见图1～图12：短柱中配置纵筋2和横向复合箍筋，横向复合箍筋由矩形箍筋1和八边形箍筋3组成，在纵筋2和横向复合箍筋之间配有斜向劲性核心束。
所述的斜向劲性核心束可由核心束纵筋5和固接在其上的核心束箍筋4形成钢筋骨架，组成斜向劲性核心束呈X形。在上梁9和下梁10与短柱相交部分，钢筋骨架中核心束纵筋5上端和下端分别沿着上梁9和下梁10的高度竖向伸入且锚固，锚固长度分别为上梁9和下梁10高度的2/3～1倍。钢筋骨架的横截面为两个矩形，这两个矩形面积为短柱横截面积的1/10～1/6，每个矩形的高宽比为1～3/2；核心束中的核心束纵筋5的总配筋率为0.6％～1.2％，核心束箍筋4采用直径为6～8mm的钢筋，箍筋间距100～150mm。
所述的斜向劲性核心束可由核心束型钢8形成钢骨架，呈X形。在上梁9和下梁10与短柱相交部分，钢骨架中核心束型钢8中的上端和下端分别沿着上梁9和下梁10的高度竖向伸入且锚固，锚固长度分别为上梁9和下梁10高度的2/3～1倍。钢骨架的横截面为两个工字形，这两个工字形面积为短柱横截面积的1/10～1/6，每个矩形的高宽比为1～3/2；核心束中的核心束型钢8总配钢率为0.6％～1.2％。
所述的斜向劲性核心束可由核心束型钢8加包裹着核心束型钢8的核心束纵筋5和固接在核心束纵筋5上的核心束箍筋4形成复合钢骨架，组成斜向劲性核心束呈X形。在上梁9和下梁10与短柱相交部分，复合钢骨架中的核心束型钢8和核心束纵筋5上端和下端分别沿着上梁9和下梁10的高度竖向伸入且锚固，锚固长度分别为上梁9和下梁10高度的2/3～1倍。复合钢骨架的横截面为两个矩形，这两个矩形面积为短柱横截面积的1/10～1/6，每个矩形的长宽比为1～3/2；核心束中的核心束纵筋5和核心束型钢8的总配钢率为0.8％～1.8％，核心束箍筋4采用直径为6～8mm的钢筋，箍筋间距100～150mm。
内藏“斜向劲性核心束”矩形截面混凝土短柱，比已有的普通短柱、分体柱，可以显著提高短柱的抗震能力，即显著提高了刚度、承载力、延性，后期抗震性能相对稳定，底部剪切滑移破坏减轻。呈X形的斜向劲性核心束可限制或推迟斜裂缝向主斜裂缝的发展，可引导水平弯曲裂缝从底部向上多条分布以增大了塑性铰耗能区域高度，比普通短柱裂缝细而密且分布域广，破坏程度较轻，承载力和刚度衰减慢，尤为重要的是可以避免脆性破坏。
本发明的具体制作方法：首先在短柱中配置纵筋2和横向复合箍筋，横向复合箍筋由矩形箍筋1和八边形箍筋3组成，只需要按设计规范制作即可。配置斜向劲性核心束按以下步骤进行：第一步：在短柱纵筋2和横向复合箍筋围成的骨架中，在短柱截面的一个主轴方向上布置一个呈X形的核心束骨架，交叉点的位置在短柱1/2高处；另一个主轴方向上也布置一个呈X形的核心束骨架，交叉点的位置高于前一个交叉点的位置，形成斜向劲性核心束骨架；斜向劲性核心束采用3种方案。在方案1中，核心束型钢8的外围是核心束纵筋5和固接在核心束纵筋5上的核心束箍筋4，从而形成复合钢骨架，侧向对角线布置呈X形。在一个主轴方向上，X形复合钢骨架中的两个斜向钢骨架在短柱1/2高处相交，其中一个斜向骨架的核心束纵筋5与另一个斜向骨架的核心束纵筋5交错相交，两个斜向骨架中的核心束型钢8仅在相交处均切割掉上翼缘13、下翼缘14各一半，形成一个“”字形截面和另一个“”字形截面，然后在两个斜向骨架相交处配置核心束箍筋4，因为仅在相交处核心束箍筋4交错绑扎，形成了复合箍筋。在另一个主轴方向上，X形复合钢骨架中的两个斜向钢骨架相交处高于前一个相交处，其它制作方法与上述制作方法相同。
在方案2中，核心束型钢8形成钢骨架，侧向对角线布置呈X形。在一个主轴方向上，X形钢骨架中的两个斜向钢骨架在短柱1/2高处相交，其中一两个斜向骨架中的核心束型钢8仅在相交处均切割掉上翼缘13和下翼缘14各一半，形成一个“”字形截面和另一个“”字形截面，然后在此相交处焊接在一起，形成了“工”字形截面。在另一个主轴方向上，X形钢骨架中的两个斜向钢骨架相交处高于前一个相交处，其它制作方法与上述制作方法相同。
在方案3中，核心束纵筋5和固接在核心束纵筋5上的核心束箍筋4形成钢筋骨架，侧向对角线布置呈X形。在一个主轴方向上，X形钢筋骨架中的两个斜向钢骨架在短柱1/2高处相交，其中一个斜向骨架的核心束纵筋5与另一个斜向骨架的核心束纵筋5交错相交，然后在两个斜向骨架相交处配置核心束箍筋4，因为仅在相交处核心束箍筋4交错绑扎，形成了复合箍筋。在另一个主轴方向上，X形钢筋骨架中的两个斜向钢筋骨架相交处高于前一个相交处，其它制作方法与第一种方案中的上述制作方法相同。
第二步：在短柱与上梁9和下梁10相交处，斜向劲性核心束的上端和下端均竖向伸入且锚固，锚固长度分别为上梁9和下梁10高度的2/3～1倍；
第三步：最后一次性浇筑混凝土6使斜向劲性核心束矩形截面混凝土短柱成型。
附图说明
图1是“斜向劲性核心束”混凝土短柱，核心束纵筋5和固接在其上的核心束箍筋4形成斜向劲性钢筋核心束并呈X形的一个结构单元配筋示意图；
图2是图1中A-A剖面放大示意图；
图3是图1中B-B剖面放大示意图；
图4是图1中C-C剖面放大示意图；
图5是“斜向劲性核心束”混凝土短柱，核心束型钢8形成斜向劲性钢骨核心束并呈X形的一个结构单元配筋示意图；
图6是图5中A-A剖面放大示意图；
图7是图5中B-B剖面放大示意图；
图8是图5中C-C剖面放大示意图；
图9是“斜向劲性核心束”混凝土短柱，核心束型钢8加核心束纵筋5和固接在核心束纵筋5上的核心束箍筋4形成斜向劲性复合核心束并呈X形的一个结构单元配筋示意图；
图10是图9中A-A剖面放大示意图；
图11是图9中B-B剖面放大示意图；
图12是图9中C-C剖面放大示意图；
图1～图12中，1表示矩形箍筋，2表示纵筋，3表示八边形箍筋，4表示核心束箍筋，5表示核心束纵筋，6表示混凝土，7上下梁的箍筋，8表示核心束型钢，9表示上梁，10表示下梁，11表示梁上部筋，12表示梁底部筋，13表示上翼缘，14表示下翼缘。
具体实施方式
实施例1
内藏“斜向劲性核心束”矩形截面混凝土短柱中核心束纵筋5和固接在其上的核心束箍筋4形成劲性钢筋核心束并呈X形，一个结构单元的配筋示意图如图1、图2、图3和图4所示，它是内藏“斜向劲性核心束”矩形截面混凝土短柱和上梁9和下梁10构成的单元。短柱的配筋是：在短柱四侧沿高度方向均配有纵筋2和横向复合箍筋，并在交叉点绑扎固定，纵筋2的上下端分别插入上梁9和下梁10中锚固，分别满足锚固长度的要求。斜向劲性核心束的配筋是：在短柱纵筋2和横向复合箍筋之间，在短柱截面的两个主轴方向均配有呈X形的由核心束纵筋5和核心束箍筋4构成的钢筋支撑骨架。钢筋骨架的横截面为两个矩形，这两个矩形面积为短柱横截面积的1/10～1/6，每个矩形的高宽比为1～3/2。核心束中的核心束纵筋5的总配筋率为0.6％～1.2％，核心束箍筋4采用直径为6～8mm的钢筋，箍筋间距100～150mm。在一个主轴方向上，X形钢筋骨架中的两个斜向钢骨架在短柱1/2高处相交，其中一个斜向骨架的四根纵筋5与另一个斜向骨架的四根核心束纵筋5交错相交，然后在两个斜向骨架相交处配置核心束箍筋4，因此仅在相交处核心束箍筋4形成了复合箍筋。在另一个主轴方向上，X形钢筋骨架中的两个斜向钢筋骨架相交处高于前一个相交处，其它制作方法与前述制作方法相同。这个斜向钢筋支撑骨架的上端和下端在短柱与上梁9和下梁10相交区，分别沿着上梁9从梁底到梁端高度方向和沿着下梁10从梁端到梁底高度方向上竖向伸入且锚固，锚固长度均为上梁9和下梁10高度的2/3～1倍。最后将短柱与上梁9和下梁10整体浇捣混凝土6成型，即构成内藏“斜向劲性核心束”矩形截面混凝土短柱。
实施例2
内藏“斜向劲性核心束”矩形截面混凝土短柱的第二种结构形式，即由型钢构成劲性钢骨核心束并呈X形，结构单元配筋如图5、图6、图7、图8所示。由核心束型钢8构成斜向钢骨，钢骨架的横截面为两个工字形。斜向钢骨的配钢是：这两个工字形面积为短柱横截面积的1/10～1/6，每个矩形的高宽比为1～3/2。核心束中的核心束型钢8总配钢率为0.6％～1.2％。在一个主轴方向上，X形钢骨架中的两个斜向钢骨架在短柱1/2高处相交，其中一两个斜向骨架中的核心束型钢8仅在相交处均切割掉上翼缘13、下翼缘14各一半，形成一个“”字形截面和另一个“”字形截面，然后在此相交处焊接在一起，近似形成了“工”字形截面。在另一个主轴方向上，X形钢骨架中的两个斜向钢骨架相交处高于前一个相交处，其它制作方法与上述制作方法相同。只是斜向钢骨配钢与实施例1中不同，其它方面均与实施例1中相同。
实施例3
内藏“斜向劲性核心束”矩形截面混凝土短柱的第三种结构形式，即由核心束型钢8加核心束纵筋5和固接在核心束纵筋5上的核心束箍筋4形成斜向劲性复合钢骨核心束并呈X形，单元配筋如图9、图10、图11、图12所示。复合钢骨架的横截面为两个矩形，这两个矩形面积为短柱横截面积的1/10～1/6，每个矩形的高宽比为1～3/2。核心束中的核心束纵筋5和核心束型钢8的总配钢率为0.8％～1.8％，核心束箍筋4采用直径为6～8mm的钢筋，箍筋间距100～150mm。在一个主轴方向上，X形复合钢骨架中的两个斜向钢骨架在短柱1/2高处相交，其中一个斜向骨架的四根核心束纵筋5与另一个斜向骨架的四根核心束纵筋5交错相交，两个斜向骨架中的工字形型钢8仅在相交处均切割掉上翼缘13、下翼缘14各一半，形成一个“”字形截面和另一个“”字形截面，然后在两个斜向骨架相交处配置核心束箍筋4，因为仅在相交处核心束箍筋4交错绑扎，形成了复合箍筋。在另一个主轴方向上，X形复合钢骨架中的两个斜向钢骨架相交处高于前一个相交处，其它制作方法与上述制作方法相同。只是斜向复合钢骨架配筋与实施例1中不同，其它方面均与实施例1中相同。
Claims (6)
1、内藏“斜向劲性核心束”矩形截面混凝土短柱，短柱中配置纵筋(2)和横向复合箍筋，横向复合箍筋包括矩形箍筋(1)和八边形箍筋(3)，其特征在于：在短柱截面的两个主轴方向、纵筋(2)和横向复合箍筋之间配有斜向劲性核心束，该核心束上端和下端分别沿着上梁(9)和下梁(10)的高度竖向伸入且锚固；所述的斜向劲性核心束是由核心束型钢(8)和包裹着核心束型钢(8)的核心束纵筋(5)以及固接在核心束纵筋(5)上的核心束箍筋(4)组合形成X形复合钢骨架；斜向劲性核心束的上端和下端在短柱与上梁(9)和下梁(10)相交区，分别沿着上梁(9)从梁底到梁端高度方向和沿着下梁(10)从梁端到梁底高度方向上竖向伸入且锚固，锚固长度均为上梁(9)和下梁(10)高度的2/3～1倍；所述的X形复合钢骨架的横截面为两个矩形，这两个矩形面积为短柱横截面积的1/10～1/6，每个矩形的长宽比为1～3/2；核心束中的核心束纵筋(5)和核心束型钢(8)的总配钢率为0.8％～1.8％，核心束箍筋(4)采用直径为6～8mm的钢筋，箍筋间距100～150mm。
2、内藏“斜向劲性核心束”矩形截面混凝土短柱，短柱中配置纵筋(2)和横向复合箍筋，横向复合箍筋包括矩形箍筋(1)和八边形箍筋(3)，其特征在于：在短柱截面的两个主轴方向、纵筋(2)和横向复合箍筋之间配有斜向劲性核心束，该核心束上端和下端分别沿着上梁(9)和下梁(10)的高度竖向伸入且锚固；所述的斜向劲性核心束是由核心束型钢(8)形成X形钢骨架；斜向劲性核心束的上端和下端在短柱与上梁(9)和下梁(10)相交区，分别沿着上梁(9)从梁底到梁端高度方向和沿着下梁(10)从梁端到梁底高度方向上竖向伸入且锚固，锚固长度均为上梁(9)和下梁(10)高度的2/3～1倍；所述的X形钢骨架的横截面为两个工字形，这两个工字形面积为短柱横截面积的1/10～1/6，每个矩形的高宽比为1～3/2；核心束中的核心束型钢(8)总配钢率为0.6％～1.2％。
3、内藏“斜向劲性核心束”矩形截面混凝土短柱，短柱中配置纵筋(2)和横向复合箍筋，横向复合箍筋包括矩形箍筋(1)和八边形箍筋(3)，其特征在于：在短柱截面的两个主轴方向、纵筋(2)和横向复合箍筋之间配有斜向劲性核心束，该核心束上端和下端分别沿着上梁(9)和下梁(10)的高度竖向伸入且锚固；所述的斜向劲性核心束是由核心束纵筋(5)和固接在其上的核心束箍筋(4)组合形成X形钢筋骨架；斜向劲性核心束的上端和下端在短柱与上梁(9)和下梁(10)相交区，分别沿着上梁(9)从梁底到梁端高度方向和沿着下梁(10)从梁端到梁底高度方向上竖向伸入且锚固，锚固长度均为上梁(9)和下梁(10)高度的2/3～1倍；所述的X形钢筋骨架的横截面为两个矩形，这两个矩形面积为短柱横截面积的1/10～1/6，每个矩形的高宽比为1～3/2；核心束中的核心束纵筋(5)的总配筋率为0.6％～1.2％，核心束箍筋(4)采用直径为6～8mm的钢筋，箍筋间距100～150mm。
4、内藏“斜向劲性核心束”矩形截面混凝土短柱制作方法，按设计规范首先配置短柱中的纵筋(2)和横向复合箍筋，横向复合箍筋由矩形箍筋(1)和八边形箍筋(3)组成，其特征在于：配置斜向劲性核心束的制作方法按以下步骤进行，所述的斜向劲性核心束是由核心束型钢(8)和包裹着核心束型钢(8)的核心束纵筋(5)以及固接在核心束纵筋(5)上的核心束箍筋(4)组合形成X形复合钢骨架：
[1]、在短柱纵筋(2)和横向复合箍筋围成的骨架中，在短柱截面的一个主轴方向上布置一个呈X形的核心束骨架，交叉点的位置在短柱1/2高处；另一个主轴方向上也布置一个呈X形的核心束骨架，交叉点的位置高于前一个交叉点的位置，形成斜向劲性核心束骨架；
[2]、在短柱与上梁(9)和下梁(10)相交处，斜向劲性核心束的上端和下端均竖向伸入且锚固，锚固长度分别为上梁(9)和下梁(10)高度的2/3～1倍；在一个主轴方向上，所述X形复合钢骨架中的两个斜向钢骨架在短柱1/2高处相交，其中一个斜向骨架的核心束纵筋(5)与另一个斜向骨架的核心束纵筋(5)交错相交，两个斜向骨架中的核心束型钢(8)仅在相交处均切割掉上翼缘(13)、下翼缘(14)各一半，形成一个“”字形截面和另一个“”字形截面，然后在两个斜向骨架相交处配置核心束箍筋(4)，在相交处核心束箍筋(4)交错绑扎，形成复合箍筋；在另一个主轴方向上，X形复合钢骨架中的两个斜向钢骨架相交处高于前一个相交处；
[3]、最后将短柱与上梁(9)和下梁(10)整体浇捣混凝土(6)成型，即构成内藏“斜向劲性核心束”矩形截面混凝土短柱。
5、内藏“斜向劲性核心束”矩形截面混凝土短柱制作方法，按设计规范首先配置短柱中的纵筋(2)和横向复合箍筋，横向复合箍筋由矩形箍筋(1)和八边形箍筋(3)组成，其特征在于：配置斜向劲性核心束的制作方法按以下步骤进行，所述的斜向劲性核心束是由核心束型钢(8)形成X形钢骨架：
[1]、在短柱纵筋(2)和横向复合箍筋围成的骨架中，在短柱截面的一个主轴方向上布置一个呈X形的核心束骨架，交叉点的位置在短柱1/2高处；另一个主轴方向上也布置一个呈X形的核心束骨架，交叉点的位置高于前一个交叉点的位置，形成斜向劲性核心束骨架；
[2]、在短柱与上梁(9)和下梁(10)相交处，斜向劲性核心束的上端和下端均竖向伸入且锚固，锚固长度分别为上梁(9)和下梁(10)高度的2/3～1倍；在一个主轴方向上，所述X形钢骨架中的两个斜向钢骨架在短柱1/2高处相交，其中一两个斜向骨架中的核心束型钢(8)仅在相交处均切割掉上翼缘(13)、下翼缘(14)各一半，形成一个“”字形截面和另一个“”字形截面，然后在此相交处焊接在一起，形成了“工”字形截面；在另一个主轴方向上，X形钢骨架中的两个斜向钢骨架相交处高于前一个相交处；
[3]、最后将短柱与上梁(9)和下梁(10)整体浇捣混凝土(6)成型，即构成内藏“斜向劲性核心束”矩形截面混凝土短柱。
6、内藏“斜向劲性核心束”矩形截面混凝土短柱制作方法，按设计规范首先配置短柱中的纵筋(2)和横向复合箍筋，横向复合箍筋由矩形箍筋(1)和八边形箍筋(3)组成，其特征在于：配置斜向劲性核心束的制作方法按以下步骤进行，所述的斜向劲性核心束是由核心束纵筋(5)和固接在其上的核心束箍筋(4)组合形成X形钢筋骨架：
[1]、在短柱纵筋(2)和横向复合箍筋围成的骨架中，在短柱截面的一个主轴方向上布置一个呈X形的核心束骨架，交叉点的位置在短柱1/2高处；另一个主轴方向上也布置一个呈X形的核心束骨架，交叉点的位置高于前一个交叉点的位置，形成斜向劲性核心束骨架；
[2]、在短柱与上梁(9)和下梁(10)相交处，斜向劲性核心束的上端和下端均竖向伸入且锚固，锚固长度分别为上梁(9)和下梁(10)高度的2/3～1倍；在一个主轴方向上，所述X形钢筋骨架中的两个斜向钢骨架在短柱1/2高处相交，其中一个斜向骨架的核心束纵筋(5)与另一个斜向骨架的核心束纵筋(5)交错相交，然后在两个斜向骨架相交处配置核心束箍筋(4)，在相交处核心束箍筋(4)形成了复合箍筋；在另一个主轴方向上，X形钢筋骨架中的两个斜向钢筋骨架相交处高于前一个相交处；
[3]、最后将短柱与上梁(9)和下梁(10)整体浇捣混凝土(6)成型，即构成内藏“斜向劲性核心束”矩形截面混凝土短柱。
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