CN103216039A

CN103216039A - 带蜂窝孔隔板的组合式钢管混凝土异形柱

Info

Publication number: CN103216039A
Application number: CN2013101581229A
Authority: CN
Inventors: 徐金俊; 苏益声; 李伊; 张超荣
Original assignee: Guangxi University
Current assignee: Guangxi University
Priority date: 2013-05-02
Filing date: 2013-05-02
Publication date: 2013-07-24

Abstract

一种带蜂窝孔隔板的组合式钢管混凝土异形柱，有带蜂窝孔的钢管和混凝土，其特征是在横截面为矩形或方形的钢管的两壁上有纵向排列的蜂窝孔，蜂窝孔的外侧有U形钢，矩形或方形钢管和U形钢的内腔浇筑有混凝土。采用上述技术方案，使钢管混凝土异形柱的截面分成三室，增强了三室混凝土之间的联系，有效增加了钢与混凝土的相互作用，钢与混凝土直接受力，减小了截面的尺寸，降低了钢板的宽厚比，材料性能发挥得更全面，截面性能和承载力提高，改善了该类柱的抗震性能；施工相对简单，便捷，保证了混凝土的振捣、浇筑质量，经济效益好；增加了混凝土与钢板的粘结力，钢板的嵌固效果明显，具有更好的整体性，组合效果显著。

Description

带蜂窝孔隔板的组合式钢管混凝土异形柱

技术领域

本发明涉及钢与混凝土组合结构，特别是带蜂窝孔隔板的组合式钢管混凝土异形柱。

背景技术

现代文明催生了人们对事物审美观念的转变，作为框架结构中的竖向承重构件—柱，其传统形式为矩形截面，柱楞突出墙面已影响了建筑功能的发挥和视觉感官的不适。异形柱结构具有与填充墙等厚的特点，因此避免了柱楞突出墙面，增加房间的实际使用面积，提高“得房率”，深受业主和用户的青睐。一方面，随着住宅、办公等商业建筑不断向着高层及超高层的方向发展，为了满足承载性能的需要，异形柱结构柱肢的宽度势必要加大，由此而产生了与建筑使用功能之间的矛盾，限制了异形柱结构在高层甚至超高层建筑中的推广使用；另一方面，由于我国幅员辽阔，且大多数地区处于地震区，极易受到地震的侵袭，与传统的钢筋混凝土（RC）矩形柱相比，钢筋混凝土异形柱的抗震能力因截面异形而受到削弱，因此如何提高异形柱结构的抗震性能也是一项重大的课题。

框架结构中异形柱截面以L、T、十、Z等形式与周边梁系连接，并承受结构上部传来的荷载，在不同受力形式下，因截面形心与部分工程轴不在同一直线上，异形柱极有可能出现扭转趋势，受力性态极为复杂。为了满足结构承载能力和抗震性能的需求，钢与混凝土组合结构因其兼顾上述两种因素而越来越受到行业内的重视，常见的组合柱通常有钢管混凝土柱和型钢混凝土柱，但是考虑到型钢混凝土结构在施工过程中较为复杂，因此目前已建的组合结构中多采用钢管混凝土柱。在钢管混凝土异形柱中，一般采用外包钢管其内全截面浇灌混凝土的方式组合成型，但研究表明该种形式的截面存在90度的负角，削弱了钢与混凝土之间的组合作用，承载能力受到影响。为了克服此类不利因素，一些加强型构造措施被随之提出，例如设置加劲肋、设置约束拉杆等，然而这些举措均不能真正消除上述影响，甚至还增加了施工制作的困难，不便于应用。在此基础上，研究者提出了多室式钢管混凝土柱的概念，即通过钢管焊接的形式将截面分割成多个小室，每个小室为一个独立的矩形钢管混凝土柱，这样在一定程度上解决了90度负角的影响，但各小室间只靠钢材焊缝的作用并不能使整个截面成为一个共同体，其中各部分混凝土被分隔开来，缺少了有效的联系，结构组合的目的并未真正达到。基于上述问题，迫切需要一种既施工操作简便，又承载能力得到良好发挥的钢管混凝土异形柱。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种带蜂窝孔隔板的组合式钢管混凝土异形柱，其组合方式利于进一步提高钢材与混凝土之间的工作性能，加强各混凝土部件之间的联系，有利于各组成部分之间的相互协调变形，提高构件的承载力与性能指标；同时还兼具有施工制作快捷、方便，设计相对简单的优势。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

一种带蜂窝孔隔板的组合式钢管混凝土异形柱，有带蜂窝孔的钢管和混凝土，在横截面为矩形或方形的钢管的两壁上有纵向排列的蜂窝孔，蜂窝孔的外侧有U形钢，矩形或方形钢管和U形钢的内腔均浇筑有混凝土。

矩形钢管的两长壁上的同一端有对称的、纵向排列的通孔，每列通孔的外侧有一纵向安装的U形钢。

方形钢管上相邻的两壁上均有纵向排列的通孔，每列通孔的外侧有一纵向安装的U形钢。

矩形钢管的两长壁上的中轴有对称的、纵向排列的通孔，每列通孔的外侧有一纵向安装的U形钢。

矩形钢管两长壁靠近两短边交错式各设一行纵向排列的通孔，每列通孔的外侧有一纵向安装的U形钢。

U形钢由钢板弯折而成或焊接而成。

通孔呈圆形或多角形。

采用上述技术方案，可以使本发明相对于现有技术具有如下优点：

（1）使用本发明的技术，使钢管混凝土异形柱的截面分成三室，且增强了三室混凝土之间的联系，有效增加了钢与混凝土的相互作用，钢与混凝土直接受力，减小了截面的尺寸，降低了钢板的宽厚比，使材料性能发挥的更为全面，有利于截面性能的提高；

（2）使用本发明的技术，消除了普通钢管混凝土异形柱中的90度负角，提高其承载力，并改善了该类柱的抗震性能；

（3）相比于设置加劲肋、约束拉杆等构造措施的钢管混凝土异形柱，施工相对简单，便捷，保证了混凝土的振捣、浇筑质量，经济效益好；

（4）相比较于单纯的三室式钢管混凝土异形柱，增加了混凝土与钢板的粘结力，钢板的嵌固效果明显，使之具有更好的整体性，组合效果显著。

（5）使用本发明的技术，可将钢管混凝土异形柱应用于地震高烈度区与高层建筑结构中。

附图说明

图1为本发明带蜂窝孔隔板的组合式T形钢管混凝土异形柱的空间结构示意图。图中的蜂窝孔为圆形。

图2为本发明带蜂窝孔隔板的组合式L形钢管混凝土异形柱的空间结构示意图。图中的蜂窝孔为六角形。

图3为本发明带蜂窝孔隔板的组合式十形钢管混凝土异形柱的空间结构示意图。图中的蜂窝孔为圆形。

图4为本发明开蜂窝孔隔板的组合式Z形钢管混凝土异形柱的空间结构示意图。图中的蜂窝孔为六角形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步的描述。

实施例1：

图1显示的是组合式T形钢管混凝土异形柱，为异形柱框架结构的边柱。在复杂受力下，圆形蜂窝孔具有较为均匀的周边应力，应力集中现象较之其他形式孔形的弱；而多边形蜂窝孔因沿周长的边角不平整，可提高混凝土与钢隔板之间的相互作用。U形钢1和U形钢2可通过钢板弯折或者钢板焊接而成；在矩形钢管上，以相对两长边钢板壁作为开蜂窝孔的对象，其两排孔均靠近一侧的短边，采用氧割等手段将预先定好的孔形切割成型，沿柱子竖向各孔之间相隔一定的间距；将U形钢1和U形钢2分别焊接于带蜂窝孔的矩形钢管3的各蜂窝钢板上，此钢板作为各室的隔板，且各钢板的外边相互对齐而焊，保证钢管混凝土异形柱外表面平整；最后，在所形成的三室空间内浇筑混凝土4，从而形成带蜂窝孔隔板的组合式T形钢管混凝土异形柱。

实施例2：

图2显示了带多边形蜂窝孔隔板的组合式L形钢管混凝土异形柱，为异形柱框架结构的角柱。在复杂受力下，圆形蜂窝孔具有较为均匀的周边应力，应力集中现象较之其他形式孔形的弱；而多边形蜂窝孔因沿周长的边角不平整，可提高混凝土与钢隔板之间的相互作用。U形钢5和U形钢6可通过钢板弯折或者钢板焊接而成；在方形钢管上，以相邻两边钢板壁作为开蜂窝孔的对象，采用氧割等手段将预先定好的孔形切割成型，沿柱子竖向各孔之间相隔一定的间距；将U形钢5和U形钢6分别焊接于开蜂窝孔的矩形钢管7的各蜂窝钢板上，此钢板作为各室的隔板，且各钢板的外边相互对齐而焊，保证钢管混凝土异形柱外表面平整；最后，在所形成的三室空间内浇筑混凝土8，从而形成开蜂窝孔隔板的组合式L形钢管混凝土异形柱。

实施例3：

图3显示了带圆形蜂窝孔隔板的组合式十形钢管混凝土异形柱，为异形柱框架结构的内柱。在复杂受力下，圆形蜂窝孔具有较为均匀的周边应力，应力集中现象较之其他形式孔形的弱；而多边形蜂窝孔因沿周长的边角不平整，可提高混凝土与钢隔板之间的相互作用。U形钢9和U形钢10可通过钢板弯折或者钢板焊接而成；在矩形钢管上，以相对两长边钢板壁作为开蜂窝孔的对象，均设置于中轴线上，采用氧割等手段将预先定好的孔形切割成型，沿柱子竖向各孔之间相隔一定的间距；将U形钢9和U形钢10分别焊接于开蜂窝孔的矩形钢管11的各蜂窝钢板上，此钢板作为各室的隔板；最后，在所形成的三室空间内浇筑混凝土12，从而形成带蜂窝孔隔板的组合式十形钢管混凝土异形柱。

实施例4：

图4，显示了带多边形蜂窝孔隔板的组合式Z形钢管混凝土异形柱，为异形柱框架结构中柱网轴线不在同一直线上的柱，一般以阳台转角处的柱作为该种类型。在复杂受力下，圆形蜂窝孔具有较为均匀的周边应力，应力集中现象较之其他形式孔形的弱；而多边形蜂窝孔因沿周长的边角不平整，可提高混凝土与钢隔板之间的相互作用。U形钢13和U形钢14可通过钢板弯折或者钢板焊接而成；在矩形钢管上，以相对两长边钢板壁作为开蜂窝孔的对象，交错式开设于靠近两短边，采用氧割等手段将预先定好的孔形切割成型，沿柱子竖向各孔之间相隔一定的间距；将U形钢13和U形钢14分别焊接于开蜂窝孔的矩形钢管15的各蜂窝钢板上，此钢板作为各室的隔板，且各钢板的外边相互对齐而焊，保证钢管混凝土异形柱外表面平整；最后，在所形成的三室空间内浇筑混凝土16，从而形成开蜂窝孔隔板的组合式L形钢管混凝土异形柱。

用于浇筑的混凝土可采用普通或高强混凝土，浇灌时可采用泵送顶升浇灌法，从而提高其振捣质量和浇灌速度。焊缝可参照相应规范，可采用角焊缝或对接焊缝。

Claims

1.一种带蜂窝孔隔板的组合式钢管混凝土异形柱，有带蜂窝孔的钢管和混凝土，其特征是在横截面为矩形或方形的钢管的两壁上有纵向排列的蜂窝孔，蜂窝孔的外侧有U形钢，矩形或方形钢管和U形钢的内腔浇筑有混凝土。

2.如权利要求1所述的带蜂窝孔隔板的组合式钢管混凝土异形柱，其特征是矩形钢管的两长壁上的同一端有对称的、纵向排列的通孔，每列通孔的外侧有一纵向安装的U形钢。

3.如权利要求1所述的带蜂窝孔隔板的组合式钢管混凝土异形柱，其特征是方形钢管上相邻的两壁上有纵向排列的通孔，每列通孔的外侧有一纵向安装的U形钢。

4.如权利要求1所述的带蜂窝孔隔板的组合式钢管混凝土异形柱，其特征是矩形钢管的两长壁上的中轴有对称的、纵向排列的通孔，每列通孔的外侧有一纵向安装的U形钢。

5.如权利要求1所述的带蜂窝孔隔板的组合式钢管混凝土异形柱，其特征是矩形钢管两长壁的不同端各有一行纵向排列的通孔，每列通孔的外侧有一纵向安装的U形钢。

6.如权利要求1-5所述的带蜂窝孔隔板的组合式钢管混凝土异形柱，其特征是所述的U形钢由钢板弯折而成或焊接而成。

7.如权利要求1-5所述的带蜂窝孔隔板的组合式钢管混凝土异形柱，其特征是蜂窝状通孔呈圆形或多角形。