CN105239726B - 预制型钢混凝土组合异形耗能柱 - Google Patents

预制型钢混凝土组合异形耗能柱 Download PDF

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Abstract

一种预制型钢混凝土组合异形耗能柱，其结构表征为，该柱包括型钢混凝土的主柱、型钢混凝土的辅柱、钢结构的耗能连梁，辅柱包裹在墙体中，所述耗能连梁通过焊接分别与主柱、辅柱中的型钢等强连接，从而组成截面形状为哑铃形的预制型钢混凝土组合异形耗能柱的钢骨，所述钢骨上架设纵筋和箍筋，三者形成内部钢骨架，所述骨架外浇筑混凝土。应用于装配式型钢混凝土结构施工，将耗能减震原理应用于组合异形柱，结合了组合柱延性高的特点和联肢剪力墙连梁屈服耗能的特点，能以较小的截面获得很大的抗弯刚度。工厂预制构件，现场螺栓连接，施工速度快，精度高。

Description

预制型钢混凝土组合异形耗能柱
技术领域
本发明属于装配式型钢混凝土结构施工技术领域，涉及一种预制型钢混凝土组合柱设计。
背景技术
型钢混凝土组合结构是把型钢埋入钢筋混凝土中的一种独立的结构形式。由于在钢筋混凝土中增加了型钢，型钢以其固有的强度和延性及型钢、钢筋、混凝土三位一体地工作使型钢混凝土具备了比传统的钢筋混凝土承载力高、刚度大、抗震性能好的优点。与钢结构相比，具有防火性能好，结构局部和整体稳定性好，节省钢材的优点。综上所述，型钢混凝土用于结构柱具有极大的优势。
装配式型钢混凝土结构施工速度快、质量好、可大量节省模板和支撑，具有显著的节能减排特点，是一种符合工业化建筑发展需求的结构形式。
目前，在住宅和办公建筑中，常常由于过大的柱子截面使得建筑角部出现凸角，影响房屋的使用面积和和家居布置。同时装配式建筑通过现场拼装施工，节点刚度弱于现浇和全焊接点，为满足抗震要求，对结构抗侧力体系提出了更高要求。
发明内容
本发明提出一种新型的预制组合异形耗能柱设计，应用于装配式型钢混凝土结构施工，将耗能减震原理应用于组合异形柱，结合了组合柱延性高的特点和联肢剪力墙连梁屈服耗能的特点，能以较小的截面获得很大的抗弯刚度。工厂预制构件，现场螺栓连接，施工速度快，精度高。
本发明采用以下技术方案：
一种预制型钢混凝土组合异形耗能柱，其结构表征为，该柱包括型钢混凝土的主柱、型钢混凝土的辅柱、钢结构的耗能连梁，
辅柱包裹在墙体中，
所述耗能连梁通过焊接分别与主柱、辅柱中的型钢等强连接，从而组成截面形状为哑铃形的预制型钢混凝土组合异形耗能柱的钢骨，所述钢骨上架设纵筋和箍筋，三者形成内部钢骨架，所述骨架外浇筑混凝土。
本发明适用于钢结构住宅或办公建筑，特别是装配式减震建筑。
设计原理：
将主柱和辅柱中的型钢通过耗能连梁焊接连接，再将组合钢骨架放入模具内浇筑混凝土最终成型，现场装配时辅柱埋入墙体。构件各部分功能明确，主柱作为框架柱承担主要竖向荷载，辅柱作为协同构件与主柱协调变形，地震作用下形成耗能连梁屈服耗能机制，同时具有抗侧能力；辅柱包裹在墙体中，避免了室内角部出现凸角；柱肢间距根据设计调整，采用小截面型钢柱获得较大的抗弯刚度。
本发明采用型钢混凝土柱，提高了延性，抗火性能，耐腐蚀性能，克服了钢筋混凝土异形柱易开裂、抗震性能相对较差的缺点，克服了钢材抗火性能差、耐腐蚀性能差的缺点。
本发明辅柱柱子包裹在墙体中，避免了室内角部出现凸角，克服了普通矩形柱或圆形柱截面尺寸大的缺点。
附图说明：
图1为实施例预制型钢混凝土组合异形耗能柱剖视和立面结构示意图；
图2a，2b，2c为耗能连梁的三种可选形式；
图3为耗能连梁梁端局部构造；
图4为连梁与辅柱连接节点；
图5为连梁与主柱连接节点；
图6为组合柱端部拼接接头；
附图标记
1：主柱矩形型钢，
2：主柱核心混凝土，
3：主柱纵筋，
4：主柱箍筋，
5：主柱外包混凝土，
6：辅柱工字型钢，
7：辅柱约束区混凝土，
8：辅柱纵筋，
9：辅柱箍筋，
10：辅柱外包混凝土，
11：耗能连梁I，
12：耗能连梁可选形式II，
13：耗能连梁可选形式III，
14：耗能连梁梁端可选构造I，
15：耗能连梁梁端可选构造II，
16：耗能连梁与辅柱节点，
17：耗能连梁与主柱节点，
18：主柱端板，
19：主柱端板加劲肋，
20：主柱端板拼接螺孔，
21：辅柱端板，
22：辅柱端板加劲肋，
23：辅柱端板拼接螺孔。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明技术方案做进一步介绍。
本实施例，如图1所示，该柱包括主柱矩形型钢(1)、主柱核心混凝土(2)、主柱纵筋(3)、主柱箍筋(4)、主柱外包混凝土(5)、辅柱工字形型钢(6)、辅柱约束区混凝土(7)、辅柱纵筋(8)、辅柱箍筋(9)、辅柱外包混凝土、连接端板(18，21)、端板加劲(19，22)。
所述主柱内的型钢为矩形，所述辅柱内的型钢为工字型钢，
辅柱包裹在墙体中，
所述耗能连梁通过焊接分别与主柱、辅柱中的型钢等强连接，从而组成截面形状为哑铃形的预制型钢混凝土组合异形耗能柱的钢骨，再架设纵筋和箍筋，三者形成内部钢骨架，然后支模浇筑混凝土。上述过程均为工厂流水线作业，可大规模量产。
该组合柱是将主柱矩形型钢和辅柱工字型钢通过耗能连梁焊接连接，再将钢骨架放入模具中浇筑混凝土构成的。柱柱连接方式采用如图6所示的端板拼接。连梁构造可有图2a,2b,2c三种可选形式。
所述的组合柱的主柱和辅柱间距不应超过2m。
所述的耗能连梁竖向间距不受楼层高度约束，以满足组合柱受力为准。
所述的耗能连梁为工字形钢(11)或带加劲肋的工字型钢(12)或钢板(13)；
当型钢骨架以及耗能连梁11刚度都很大时，所述耗能连梁11端区域(14)可采用(15)所示局部圆弧形削弱控制梁端屈服位置；
所述耗能连梁与主柱的连接(17)采用全焊等强连接。
所述耗能连梁与辅柱的连接(16)采用全焊等强连接。
所述组合柱在前述骨架形成后架设纵筋(3、8)和箍筋(4、9)，支模浇筑振捣混凝土，批量生产。
所述组合柱的竖向连接中主柱与主柱的拼接采用端板(18)、加劲肋(19)、高强螺栓(20)对接拼接。
所述组合柱的竖向连接中辅柱柱与辅柱柱的拼接采用端板(21)、加劲肋(22)、高强螺栓(23)对接拼接。
所述耗能柱是指，在小震时，组合柱保持弹性；大震和中震时，耗能连梁屈服耗能，主柱作为主要竖向承力构件承载力不出现明显降低。
施工方法：
步骤一、在工厂中预制构件：
制作耗能连梁：本实施例的连梁梁端可选构造I(14)采用工字型钢(11)或者带加劲肋工字钢(12)或者钢板(13)，连梁与主柱、辅柱型钢采用全焊等强连接。
耗能连梁(14)优选地可采用(15)所示构造措施进行梁端圆弧形削弱，控制屈服发生区域。
步骤二、现场拼接型钢混凝土组合异形柱：
预制耗能柱根据运输要求长度不宜超过12m，耗能柱在结构中竖向拼接形式可采用端板(18)、(21)，加劲肋(19)、(22)，高强螺栓(20)、(23)所示对接拼接形式。

Claims (1)

1.一种预制型钢混凝土组合异形耗能柱，其特征在于，该柱包括型钢混凝土的主柱、型钢混凝土的辅柱、钢结构的耗能连梁，
辅柱包裹在墙体中，
所述耗能连梁通过焊接分别与主柱、辅柱中的型钢等强连接，从而组成截面形状为哑铃形的预制型钢混凝土组合异形耗能柱的钢骨，所述钢骨上架设纵筋和箍筋，三者形成内部钢骨架，所述骨架外浇筑混凝土；
将主柱和辅柱中的型钢通过耗能连梁焊接连接，再将组合钢骨架放入模具内浇筑混凝土最终成型，现场装配时辅柱埋入墙体；
主柱作为框架柱承担主要竖向荷载，辅柱作为协同构件与主柱协调变形，地震作用下形成耗能连梁屈服耗能机制，同时具有抗侧能力；
采用小截面型钢柱获得大抗弯刚度。
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