CN104234318A - 蜂窝状钢腹板-钢管混凝土翼缘组合截面十字形柱 - Google Patents

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郑廷银
金相继
顾郑扬
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Abstract

本发明公开了一种蜂窝状钢腹板-钢管混凝土翼缘组合截面十字形柱,包括钢管混凝土翼缘一、钢管混凝土翼缘二、钢管混凝土翼缘三、钢管混凝土翼缘四、钢腹板一、钢腹板二和钢腹板三,所述钢腹板一、钢腹板二和钢腹板三连接在一起形成十字形构件,钢腹板一、钢腹板二和钢腹板三为中间设有腹板孔洞的蜂窝状钢腹板,钢腹板一、钢腹板二和钢腹板三分别由边缘带缺口的钢板组成,钢板通过对接焊缝焊接形成蜂窝状钢腹板。本发明改善了现有实腹式腹板十字形截面异形钢柱和桁架式腹杆十字形截面异形钢柱的受力性能,又不致显著增加其工程的综合造价,使其在工程中得以广泛应用。

Description

蜂窝状钢腹板-钢管混凝土翼缘组合截面十字形柱
技术领域
[0001] 本发明涉及一种新型建筑结构技术领域,具体涉及一种蜂窝状钢腹板-钢管混凝土翼缘组合截面十字形柱。
背景技术
[0002] 在多高层钢结构住宅中,异形柱结构具有其他结构体系所无法比拟的优点,在我国现代化建设中的地位日益突出,越来越受到人们的青睐,近年来受到国内外学者及工程技术人员的高度重视,从而得到广泛应用。
[0003] 在多高层钢结构住宅的实际工程中,其中柱通常采用传统的实腹式十字形截面异形钢柱或者桁架式十字形截面异形钢柱。为了满足压弯受力性能的要求,通常需要较大的截面尺寸,若选择实腹式十字形截面异形钢柱,其腹板抗剪强度会富余很多,但为了保证腹板的局部稳定,满足《钢结构设计规范》所规定的腹板高厚比限值,通常又需增大其腹板厚度,这将导致增加钢材耗量,增加工程成本,从而增加了工程综合造价;若选择桁架式十字形截面异形钢柱,除其抗剪承载力、抗震性能以及整体稳定性能受限外,其桁架式腹杆需缀板或缀条焊接而成,施工相对繁琐,连接工作量较大,增加建造成本,从而也增加工程的综合造价。而且,当弯矩效应较大时,上述两种十字形截面异形钢柱的翼缘,可能过早进入失效状态,导致钢柱很快丧失其抗力;同时,以上两种钢柱均为纯钢结构,其抗火性能较差。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于改善现有实腹式腹板十字形截面异形钢柱和桁架式腹杆十字形截面异形钢柱的受力性能,又不致显著增加其工程的综合造价,使其在工程中得以广泛应用,提供一种蜂窝状钢腹板-钢管混凝土翼缘组合截面十字形柱。
[0005] 本发明采用的技术方案为:一种蜂窝状钢腹板-钢管混凝土翼缘组合截面十字形柱,包括钢管混凝土翼缘一、钢管混凝土翼缘二、钢管混凝土翼缘三、钢管混凝土翼缘四、钢腹板一、钢腹板二和钢腹板三,所述钢腹板一、钢腹板二和钢腹板三连接在一起形成十字形构件,该十字形构件的四个外端分别与钢管混凝土翼缘一、钢管混凝土翼缘二、钢管混凝土翼缘三、钢管混凝土翼缘四的宽度中点连接,形成十字形截面柱,钢腹板一、钢腹板二和钢腹板三为中间设有腹板孔洞的蜂窝状钢腹板,钢腹板二和钢腹板三分别由两块边缘带缺口的形状相同钢板组成,这两块钢板通过对接焊缝焊接形成蜂窝状钢腹板;钢腹板一由两块一侧边缘带缺口的形状相同钢板、及一块两侧边缘带缺口的钢板组成,这三块钢板通过对接焊缝焊接形成蜂窝状钢腹板。
[0006] 作为优选,所述钢腹板一、钢腹板二和钢腹板三的孔洞形式为圆形、椭圆形、方形、长方形、六边形或八边形。
[0007] 作为优选,所述钢管混凝土翼缘一、钢管混凝土翼缘二、钢管混凝土翼缘三和钢管混凝土翼缘四为矩形钢管或圆钢管。
[0008] 作为优选,所述蜂窝状腹板十字形截面异形钢柱的截面包括等肢和不等肢十字形截面两类。
[0009] 本发明柱具体形成方式为:先在腹板所用钢板上按预定的折线或曲线进行切割,错开半波对焊形成蜂窝状钢腹板,然后与钢管混凝土翼缘的钢管焊接,最后向钢管中浇注混凝土组合而成。
[0010] 在截面构成中,施焊工艺与焊接质量会直接影响钢柱性能,为此,本发明需要保证良好的施焊工艺(可采用组对焊接工艺);组合柱截面的“扩张比”(开孔率)增大,截面高度增加,其刚度和回转半径加大,长细比会减小,稳定承载力得到提高。但是,腹板开孔洞后,其抗剪性能会受到一定的影响。因此,实际工程中,应视实际受力情况而控制“扩张比”或开孔率;翼缘由钢管及混凝土组合而成,由于钢管内的空间有限,因此浇注混凝土时不便振捣,故宜选用自密实混凝土。
[0011] 本发明的基本特征:以较为经济的方式,增大钢柱的截面高度,提高钢柱的刚度和稳定承载力;翼缘钢管内灌入混凝土,提高了钢管的局部稳定性;截面构成合理,力学性能好;耐火、防腐性能好;构造简单,制作加工方便、快捷、省工省料,工程费用低。
[0012] 有益效果:本发明的截面构成合理,力学性能好,美观经济,效益显著,耐火性好,发展前景广阔;
[0013] 本发明与桁架式十字形截面异形钢柱相比,构造简单,制作加工方便、快捷,成本低廉;
[0014] 本发明与桁架式十字形截面异形钢柱相比,其抗剪承载力高,延性及抗震性能好,整体稳定承载力优越;
[0015] 本发明与实腹式十字形截面异形钢柱相比,在截面高度相等的情况下,其用钢量少,自重轻,可节约钢材,降低工程成本;
[0016] 本发明与实腹式十字形截面异形钢柱相比,在截面钢材用料相等的情况下,增大了截面高度、截面模量、截面惯性矩和回转半径,提高了钢材利用效能和钢柱的抗弯刚度与稳定承载力;
[0017] 本发明的腹板可根据不同审美要求,设计不同孔形,使其美观;
[0018] 本发明自重轻,可减轻结构自重,从而减小了对地基的压力,可降低基础部分的造价;
[0019] 本发明的翼缘钢管内填混凝土,增强了组合柱的耐火性能;
[0020] 本发明的翼缘采用所置方式的钢管混凝土组合翼缘,提高了翼缘局部稳定性,从而提高整个组合柱的稳定性能;
[0021] 本发明拓展了钢-混凝土组合柱的研究与应用领域,极大地丰富了钢结构内容。
[0022] 本发明可以为新型钢结构住宅体系开发提供新型关键部件,有很好的转化前景。
附图说明
[0023] 图1为本发明的结构示意图;
[0024] 图2为本发明的剖面示意图。
具体实施方式
[0025] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
[0026] 如图1和2所示:一种蜂窝状钢腹板-钢管混凝土翼缘组合截面十字形柱,包括钢管混凝土翼缘一 1、钢管混凝土翼缘二 2、钢管混凝土翼缘三3、钢管混凝土翼缘四4、钢腹板一 5、钢腹板二 6和钢腹板三7,所述钢腹板一 5、钢腹板二 6和钢腹板三7连接在一起形成十字形构件,该十字形构件的四个外端分别与钢管混凝土翼缘一 1、钢管混凝土翼缘二 2、钢管混凝土翼缘三3、钢管混凝土翼缘四4的宽度中点连接,形成十字形截面柱,钢腹板一
5、钢腹板二 6和钢腹板三7为中间设有腹板孔洞8的蜂窝状钢腹板,钢腹板二 6和钢腹板三7分别由两块边缘带缺口的形状相同钢板组成,这两块钢板通过对接焊缝焊接形成蜂窝状钢腹板;钢腹板一 5由两块一侧边缘带缺口的形状相同钢板、及一块两侧边缘带缺口的钢板组成,这三块钢板通过对接焊缝焊接形成蜂窝状钢腹板。所述钢腹板一 5、钢腹板二 6和钢腹板三7的孔洞形式为圆形、椭圆形、方形、长方形、六边形或八边形。所述钢管混凝土翼缘一 1、钢管混凝土翼缘二 2、钢管混凝土翼缘三3和钢管混凝土翼缘四4为矩形钢管或圆钢管。所述蜂窝状腹板十字形截面异形钢柱的截面包括等肢和不等肢十字形截面两类。
[0027] 本发明的实施方案:
[0028] 通常钢管、蜂窝状钢腹板及其焊接在工厂加工制作完成;向钢管内浇注混凝土则在施工现场完成。
[0029] 其基本制作程序为:制作蜂窝状钢腹板一制作钢管一焊接一运到施工现场一吊装就位一向钢管内浇注混凝土。
[0030] 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。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种蜂窝状钢腹板-钢管混凝土翼缘组合截面十字形柱,其特征在于:包括钢管混凝土翼缘一、钢管混凝土翼缘二、钢管混凝土翼缘三、钢管混凝土翼缘四、钢腹板一、钢腹板二和钢腹板三,所述钢腹板一、钢腹板二和钢腹板三连接在一起形成十字形构件,该十字形构件的四个外端分别与钢管混凝土翼缘一、钢管混凝土翼缘二、钢管混凝土翼缘三、钢管混凝土翼缘四的宽度中点连接,形成十字形截面柱,钢腹板一、钢腹板二和钢腹板三为中间设有腹板孔洞的蜂窝状钢腹板,钢腹板二和钢腹板三分别由两块边缘带缺口的形状相同钢板组成,这两块钢板通过对接焊缝焊接形成蜂窝状钢腹板;钢腹板一由两块一侧边缘带缺口的形状相同钢板、及一块两侧边缘带缺口的钢板组成,这三块钢板通过对接焊缝焊接形成蜂窝状钢腹板。
2.根据权利要求1所述的蜂窝状钢腹板-钢管混凝土翼缘组合截面十字形柱,其特征在于:所述钢腹板一、钢腹板二和钢腹板三的孔洞形式为圆形、椭圆形、方形、长方形、六边形或八边形。
3.根据权利要求1所述的蜂窝状钢腹板-钢管混凝土翼缘组合截面十字形柱,其特征在于:所述钢管混凝土翼缘一、钢管混凝土翼缘二、钢管混凝土翼缘三和钢管混凝土翼缘四为矩形钢管或圆钢管。
4.根据权利要求1所述的蜂窝状钢腹板-钢管混凝土翼缘组合截面十字形柱,其特征在于:所述蜂窝状腹板十字形截面异形钢柱的截面包括等肢和不等肢十字形截面两类。
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