CN101519897A - 钢筋混凝土带芯分体柱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢筋混凝土的带芯分体柱。属于建筑工程技术领域。本发明采用分隔板作为填充材料将整截面混凝土框架柱沿竖向分隔成单元柱，每个单元柱的普通纵筋和普通箍筋组成的钢筋笼中部又设置有柱芯箍筋和柱芯纵筋组成的芯柱。在相同截面尺寸条件下，本钢筋混凝土带芯分体柱可同时提高竖向承载力和侧向变形能力，提高抗震能力，增大建筑使用面积。

Description

钢筋混凝土带芯分体柱

技术领域

本发明涉及一种钢筋混凝土的带芯分体柱。属于建筑工程技术领域。

背景技术

目前建筑工程中使用的钢筋混凝土带芯柱，由于芯部钢筋参加工作，可有效提高柱的轴向承压和变形能力、减小柱的压缩，而且当柱外围混凝土开裂、剥落甚至破坏时，由于芯柱的纵向钢筋不会发生压屈，并与混凝土保持良好的粘结，所以，框架柱仍能继续抵抗竖向荷载，防止大震下的结构倒塌，但钢筋混凝土带芯柱侧移能力仍然很差，容易发生剪切破坏。而钢筋混凝土分体柱虽然可提高了钢筋混凝土短柱的侧移变形能力，但对轴压承载力方面没有明显的改进效果，且增加了柱的截面面积。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种钢筋混凝土带芯分体柱，它结合了带芯柱和分体柱二者的优点，在相同截面尺寸条件下同时提高竖向承载力和侧向变形能力，减小柱截面面积，提高抗震能力，增大建筑使用面积。

解决本发明的技术问题所采用的技术方案是：采用分隔板作为填充材料将整截面混凝土框架柱沿竖向分隔成单元柱，每个单元柱的普通纵筋和普通箍筋组成的钢筋笼中部又设置有柱芯箍筋和柱芯纵筋构成的芯柱。

芯柱框架柱的工艺参数为：在普通钢筋混凝土柱中部加设芯部纵筋和箍筋，形成芯部混凝土柱。比如试验用的柱高800mm，边长400mm的正方形截面柱，整个混凝土框架柱从中间对称分隔成4个等截面单元柱，各单元柱的纵筋数为每边4根Φ16，单元柱的箍筋每边150×150且直径Φ6，箍筋间距100；芯柱纵筋为每边2根Φ10，箍筋为90×90且直径Φ4，箍筋间距100，在轴向压力作用下整个混凝土框架柱的最大轴压比≥1.05。分隔板采用纸面石膏板，将整截面混凝土框架柱沿竖向分为4个等截面的单元柱，分隔板工艺参数为厚度10mm。

本发明的有益效果是：由于在分体柱中增设了芯柱，故在相同截面尺寸和受力条件下，与钢筋混凝土带芯柱和钢筋混凝土分体柱相比，钢筋混凝土带芯分体柱具有较高的竖向承载力和侧向变形能力；而在相同竖向承载力和侧向变形能力的情况下，则可减小柱的截面积，提高房屋的有效使用面积，具有一定的经济效益和社会效益。当侧向变形较大时，可使每个小柱独立并协同工作，大大增强了柱的力学性能。

由于结合了带芯柱和分体柱二者的优点，钢筋混凝土带芯分体柱具有比带芯柱和分体柱更高的竖向承载力和侧向变形能力。这可以通过以下的受力计算加以说明：

(1)带芯分体柱轴心受压承载力计算公式：

$N_i^{\mathrm{sc}}=0.9\mathrm{\Φ}(f_c{A}_i+f_y^{\′}{A}_{\mathrm{si}}^{\′})\×[1+\frac{{\mathrm{\αA}}_{\mathrm{si}0}{f}_{y0}}{(A_i-A_{\mathrm{si}0})f_c}]$         (公式-1)

比普通柱和分体柱增加了： $0.9f_y^{\′}{A}_{\mathrm{si}}^{\′}\×\frac{{\mathrm{\αA}}_{\mathrm{si}0}{f}_{y0}}{(A_i-A_{\mathrm{si}0})f_c}$

(2)偏心受压：

界限轴力： ${N_{\mathrm{ib}}}^{\mathrm{sc}}={\mathrm{\α}}_1{f}_c{b}_1{\mathrm{\ξ}}_b{h}_1+f_y^{\′}{A}_s^{\′}+{\mathrm{\αf}}_{\mathrm{ci}0}\′A_{\mathrm{si}0}\′-f_s{A}_s$

比普通柱和分体柱增加了：αf_ci0′A_si0′

界限弯矩： ${M_{\mathrm{ib}}}^{\mathrm{sc}}={\mathrm{\α}}_1{f}_c{b}_1{h_0}^2{\mathrm{\ξ}}_b(1-\frac{{\mathrm{\ξ}}_b}{2})+f_y^{\′}{A}_s^{\′}(h_0-a_s^{\′})+{\mathrm{\αf}}_{\mathrm{ci}0}\′A_{\mathrm{si}0}\′e_{s0}\′$

比普通柱和分体柱增加了：αf_ci0′A_si0′e_s0′

界限偏心距：e_ib＝Ｍ_ib ^sc/N_ib ^sc

则：大偏心受压时：

${N_i}^{\mathrm{sc}}\≤{\mathrm{\α}}_1{f}_c{b}_{1}x+f_y^{\′}{A}_s^{\′}+{\mathrm{\α}{\mathrm{\β}}_{1}f}_{\mathrm{ci}0}\′A_{\mathrm{si}0}\′-f_{\mathrm{ys}}{A}_s$         (公式-2)

比普通柱和分体柱增加了：αβ₁f_ci0′A_si0′

${N_i}^{\mathrm{sc}}e\≤{\mathrm{\α}}_1{f}_c{b}_{1}x(h_0-\frac{x}{2})+f_y^{\′}{A}_s^{\′}(h_0-a_s^{\′})+{\mathrm{\α\β}}_1{f}_{\mathrm{ci}0}\′A_{\mathrm{si}0}\′e_{s0}\′$  (公式-3)

比普通柱和分体柱增加了：αβ₁f_ci0′A_si0′e_s0′

小偏心受压时：

${N_i}^{\mathrm{sc}}\≤{\mathrm{\α}}_1{f}_c{b}_{1}x+f_y^{\′}{A}_s^{\′}+{\mathrm{\α}{\mathrm{\β}}_{1}f}_{\mathrm{ci}0}\′A_{\mathrm{si}0}\′-{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{ys}}{A}_s$           (公式-4)

比普通柱和分体柱增加了：αβ₁f_ci0′A_si0′

${N_i}^{\mathrm{sc}}e\≤{\mathrm{\α}}_1{f}_c{b}_{1}x(h_0-\frac{x}{2})+f_y^{\′}{A}_s^{\′}(h_0-a_s^{\′})+{\mathrm{\α\β}}_1{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{ci}0}\′A_{\mathrm{si}0}\′e_{s0}\′$ (公式-5)

比普通柱和分体柱增加了：αβ₁σ_ci0′A_si0′e_s0′

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{ys}}=\left(\frac{\mathrm{\ξ}-{\mathrm{\β}}_1}{{\mathrm{\ξ}}_b-{\mathrm{\β}}_1}\right)f_y$                             (公式-6)

(3)地震作用下的受剪承载力计算：

$V_i\≤\frac{1.75}{{\mathrm{\λ}}_i+1}{f}_t{b}_1{h}_0+f_{\mathrm{yv}}\frac{A_{\mathrm{sv}}}{s}{h}_0+0.5{{\mathrm{\αf}}_{\mathrm{yv}}}^{\mathrm{sc}}\frac{{A_{\mathrm{sv}1}}^{\mathrm{sc}}}{s^{\mathrm{sc}}}{h_{10}}^{\mathrm{sc}}+0.07{N_i}^{\mathrm{sc}}$  (公式-7)

比分体柱增加了：0.07N_i ^sc；

比普通柱增加了 $0.5{{\mathrm{\αf}}_{\mathrm{yv}}}^{\mathrm{sc}}\frac{{A_{\mathrm{sv}1}}^{\mathrm{sc}}}{s^{\mathrm{sc}}}{h_{10}}^{\mathrm{sc}}$

${V_i}^{\mathrm{sc}}\≤\frac{1}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{RE}}}[\frac{1.05}{{\mathrm{\λ}}_i+1}{f}_t{b}_1{h}_0+f_{\mathrm{yv}}\frac{A_{\mathrm{sv}1}}{s}{h}_{10}+0.5{{\mathrm{\αf}}_{\mathrm{yv}}}^{\mathrm{sc}}\frac{{A_{\mathrm{sv}1}}^{\mathrm{sc}}}{s^{\mathrm{sc}}}{h_{10}}^{\mathrm{sc}}+0.056{N_i}^{\mathrm{sc}}]$ 　　　　　　(公式-8)

比分体柱增加了： $\frac{1}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{RE}}}0.056{N_i}^{\mathrm{sc}};$

比普通柱增加了： $\frac{1}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{RE}}}0.5{{\mathrm{\αf}}_{\mathrm{yv}}}^{\mathrm{sc}}\frac{{A_{\mathrm{sv}1}}^{\mathrm{sc}}}{s^{\mathrm{sc}}}{h_{10}}^{\mathrm{sc}}$

附图说明

图1是本发明带芯分体柱断面示意图。

图中各标号为：普通纵筋1、普通箍筋2、柱芯箍筋3、柱芯纵筋4、纸面石膏板5。

具体实施方式

参见图1，本钢筋混凝土带芯分体柱采用纸面石膏板5作为填充材料将整截面混凝土框架柱沿竖向分隔成了4个相等截面的单元柱，每个单元柱的普通纵筋1和普通箍筋2中部又设置有柱芯箍筋3和柱芯纵筋4连接成的芯柱。

采用C20混凝土，普通钢筋混凝土柱中部1/3～1/2边长范围内加设芯部纵筋和箍筋，形成芯部混凝土柱。比如试验用的柱高800mm，边长400mm的正方形截面柱，每个单元柱边长为h₁＝195mm(中间h_f＝10mm为分隔板厚度)，纵筋每边4Φ16，箍筋每边150X150Φ6@100；芯柱纵筋为每边2Φ10，箍筋为90X90Φ4@100。由于芯部钢筋参与工作，在轴向压力作用下轴压比最大可以达到1.05以上。

分体以后的短柱，其长细比、剪跨比增加近一倍，成为长柱，刚度减小，柔度增加。侧移刚度由原来的B₁＝El₁＝E·bh³/12，变为B₂＝El₂＝E·4·[(b/2)(h/2)³/12+(b/2)(h/2)(h/4)²]＝E·(bh³/12)·(7/16)，是原来同尺寸整截面柱侧移刚度的7/16，因而侧移能力增加。

试验测得部分数据如下：(带芯分体柱)

 

项次	外压力(KN)	普通纵筋应力(N/mm2)	普通箍筋应力(N/mm2)	混凝土应力(N/mm2)	芯部纵筋应力(N/mm2)	芯部箍筋应力(N/mm2)
							1	30	19.0	10.2	1.7	13.2	5.7
2	60	56.1	21.6	3.2	47.6	13.1
							3	100	107.9	52.1	5.9	99.1	44.0

试验测得部分数据如下：(同尺寸同配筋的普通柱)

 

项次	外压力(KN)	普通纵筋应力(N/mm2)	普通箍筋应力(N/mm2)	混凝土应力(N/mm2)
					1	30	21.7	12.7	2.1
2	60	67.1	27.1	4.2
					3	100	133.4	77.0	6.9

比较结果，可以看出：由于带芯分体柱芯部钢筋参与受力，使得混凝土、普通纵筋、普通箍筋应力都较同标号、同尺寸、同配筋普通混凝土柱中相应数值有相当程度的下降。

Claims (3)

1、一种钢筋混凝土带芯分体柱，其特征是：采用分隔板作为填充材料将整截面混凝土框架柱沿竖向分隔成单元柱，每个单元柱的普通纵筋和普通箍筋组成的钢筋笼中部又设置有柱芯箍筋和柱芯纵筋组成的芯柱。

2、按权利要求1所述的钢筋混凝土带芯分体柱，其特征是：整个混凝土框架柱从中间对称分隔成4个等截面单元柱，对于边长400mm的正方形截面柱，各单元柱的纵筋数为每边4根Φ16，单元柱的箍筋每边150×150，Φ6，箍筋间距100；芯柱纵筋为每边2根Φ10，箍筋为90×90，Φ4，箍筋间距100，在轴向压力作用下整个混凝土框架柱的最大轴压比≥1.05。

3、按权利要求1所述的钢筋混凝土带芯分体柱，其特征是：分隔板采用纸面石膏板，分隔板的厚度为10mm。

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