CN108505683A - 可拼接分割板的多层耗能式钢管混凝土组合柱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可拼接分割板的多层耗能式钢管混凝土组合柱，属于结构工程技术领域。解决现有技术中钢管混凝土组合柱装配程度低，无法多层耗能，整体性不足的问题。本发明包括基础、全装配式方钢管柱、半装配式方钢管柱、H型连接短梁、H型钢梁和十字叉耗能连接件，十字叉耗能连接件和H型连接短梁将中部的全装配式方钢管柱和四周的半装配式方钢管柱连接在一起形成组合柱，两种柱子均固定在底部的基础上；十字叉耗能连接件呈“叉”形，预先开十字叉型孔洞以削弱构件，达到先破坏先耗能的效果，十字叉耗能连接件与柱之间通过螺栓连接，震后变形耗能破坏后可快速更换。本发明实现了施工现场完全装配、地震时多层耗能以及提高震后恢复能力的作用。

Description

可拼接分割板的多层耗能式钢管混凝土组合柱

技术领域

本发明涉及一种可拼接分割板的多层耗能式钢管混凝土组合柱，属于结构工程技术领域。

背景技术

随着技术的发展，建筑结构的高度和跨度不断变大，在高耸、大跨框架结构建筑物中， 梁和柱组成的框架骨架是主要的承重结构破坏形式通常是剪切破坏。在实际设计中，柱子的 轴压比需严格控制以保证地震作用下的安全承载，当轴压比较大时，设计中通常采用的调整 方法是增大柱子截面和设置抗水平剪力体系(如剪力墙和柱间支撑等)。在住宅结构中传统的 框架结构柱子通常采用方形、矩形截面，柱子截面过大会造成不能完全被墙体所包围，会 造成占用更多的室内空间，使得家具摆设和房间布置受到一定的限制，尤其对于小面积住宅 更显影响。剪力墙的设置会提高房屋造价，柱间支撑的增加限制了建筑门窗开洞的灵活性。

方钢管混凝土组合异形柱是一种新型的结构体系，它由单根方钢管混凝土柱通过缀件连 接组合而成其最突出的特点是具有灵活的截面形式。常用的截面形式有L形、丁形和十字形 截面。它不仅解决了普通规则截面柱突出墙体的问题，同时由于柱肢间有缀条连接大大增加 了柱的抗侧刚度提高了框架结构的抗侧力能力，解决了柱间支撑对建筑布局的影响，可谓一 举多得。在全国大力推广钢结构住宅体系的背景下，方钢管混凝土组合异形柱具有广阔的发 展前景。但传统的方钢管混凝土组合异形柱单肢主要采用方钢管混凝土，柱肢间焊接缀条， 这就导致现场焊接工作繁琐，无法保证焊接质量，满足不了现在装配式钢结构发展的大需求。 同时传统的方钢管混凝土组合异形柱由于其装配程度不够，连接处主要以焊接为主，就造成 在地震作用下破坏后维修难度加大，无法恢复功能的后果，同时当较大地震作用时，组合柱 的整体性及耗能能力仍然经受较大的考验，地震后结构的恢复能力也有待提高。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种可拼接分割板的多层耗能式钢管混凝 土组合柱，其目的是用以解决现有技术中钢管混凝土组合柱装配程度低，无法多层耗能，较 大地震作用时，整体性不足的问题，实现施工现场完全装配、地震时多层耗能以及提高震后 恢复能力的作用。

本发明所述的可拼接分割板的多层耗能式钢管混凝土组合柱，包括基础、全装配式方钢 管柱、半装配式方钢管柱、H型连接短梁和十字叉耗能连接件，位于中部的全装配式方钢管 柱与位于四周的半装配式方钢管柱均固定于基础上；全装配式方钢管柱和半装配式方钢管柱 之间经由H型连接短梁相连构成组合柱；上下两个H型连接短梁之间设置有十字叉耗能连接 件，十字叉耗能连接件一端连接全装配式方钢管柱，另一端连接半装配式方钢管柱；全装配 式方钢管柱和半装配式方钢管柱均包括由若干块预制标准件拼接成的方钢管柱、插接于全装 配式方钢管柱中心的十字连接插件，以及十字连接插件与全装配式方钢管柱内壁间浇筑混凝 土；H型连接短梁一端利用全分割板组装件与全装配式方钢管柱相连，另一端利用半分割板 组装件与半装配式方钢管柱相连；半装配式方钢管柱通过半分割板组装件与H型钢梁相连； 十字叉耗能连接件呈“叉”形，由钢板焊接制成，钢板上开设有十字叉型孔洞。

优选地，所述方钢管柱由四块预制标准件组装而成，预制标准件一端设有倒三角凸出， 另一端设有倒三角凹槽，柱角处设有滑道；预制标准件竖向搭接有避免漏浆的橡胶垫，预制 标准件搭接缝相互交错设置。

优选地，所述十字连接插件为方钢管柱内部的加强构件，位于方钢管柱的中间，十字连 接插件的四个角端有凸出，由上到下插入柱角处的滑道与方钢管柱相连。

优选地，所述全装配方钢管柱的节点域部位固定有连接板，连接板与全分割板组装件相 连；连接板呈“T”字形，上下均设有凹槽，连接板固定在全装配的方形钢管的外壁；连接板 一侧通过普通长螺栓贯穿全装配的方形钢管连接固定，另一侧通过自锁螺栓连接固定。

优选地，所述全分割板组装件下端设有凸字滑道，四个全分割板组装件通过高强螺栓构 成环板，每个节点域组装有两组环板；环板紧贴在全装配的方形钢管的外壁。

优选地，所述半装配式方钢管柱的节点域部位固定有连接板，连接板与半分割板组装件 相连；通过连接板与H型连接短梁和H型钢梁相连；连接板一侧通过自锁螺栓与半装配的方 形钢管外壁的半分割板组装件相连，另一侧通过长螺栓贯穿半装配的方形钢管连接固定。

优选地，所述半分割板组装件上设有耳式连接板和形状记忆合金长螺栓，耳式连接板通 过形状记忆合金长螺栓将两个半分割板组装件拼装成完整的环板。

优选地，所述全装配式方钢管柱和半装配式方钢管柱的节点域部分之间通过四块拼接板 Ⅰ与H型连接短梁螺栓连接。

优选地，所述半装配式方钢管柱与H型钢梁之间通过拼接板Ⅱ相连。

优选地，所述全装配式方钢管柱和半装配式方钢管柱通过柱外连接处的缀板与十字叉耗 能连接件相连。

本发明的有益效果是：(1)传统的方钢管混凝土组合异形柱单肢主要采用方钢管混凝土， 柱肢间焊接缀条，这就导致现场焊接工作繁琐，无法保证焊接质量，本发明巧妙地采用十字 叉耗能连接件将中柱和外柱紧密连接在一起，它是地震作用下的主要耗能部件，通过预留十 字叉型孔洞使构件变弱，在地震中首先耗能，有效保护结构的安全，同时在破坏后可以及时 更换，是结构迅速恢复正常使用；

(2)本发明提供的可拼接分割板的多层耗能式钢管混凝土组合柱，在四周外柱设计形状 记忆合金长螺栓，形成可恢复功能的长螺栓双耳式连接方式，形状记忆合金长螺栓在超弹性 在外力作用下，具有比普通螺栓更强的变形恢复能力，即地震作用后产生的大变形会随着卸 载而恢复；因此在地震作用时在组合柱四周的形状记忆合金长螺栓通过大变形，在地震时首 先变形，耗散能量，实现第二层耗能，保证了中柱不被地震所破坏，同时在塑性变形后可恢 复到原来位置，达到自恢复的效果；

(3)本发明组合柱的所有构件均可在工厂加工完成，现场全部通过螺栓连接，实现了完 全装配化施工，可避免现场焊接可能带来的质量问题，并加快施工进度、提高劳动生产率， 地震过后，任意破坏的构件均可精准拆卸并实现快速更换；同时实现了承受荷载与节省空间 的结合，也避免了梁柱节点过大的浪费，充分节省了建筑空间与建筑成本。

附图说明

图1是本发明整体结构立体图。

图2是本发明整体结构正视图。

图3是本发明整体结构俯视图。

图4是全装配式方钢管柱节点拼接示意图。

图5是全装配式方钢管柱节点连接俯视图。

图6是半装配式方钢管柱节点拼接示意图。

图7是H型连接短梁连接示意图。

图8是柱间十字叉耗能连接件示意图。

图9是柱间十字叉耗能连接件俯视图。

图中：1、全装配式方钢管柱；2、半装配式方钢管柱；3、基础；4、H型钢梁；5、十字 叉耗能连接件；6、十字叉型孔洞；7、缀板；8、十字连接插件；9、全分割板组装件；10、 连接板；11、拼接板Ⅰ；12、H型连接短梁；13、高强螺栓；14、普通长螺栓；15、自锁螺 栓；16、拼接板Ⅱ；17、半分割板组装件；18、耳式连接板；19、形状记忆合金长螺栓。

具体实施方式

为了使本发明目的、技术方案更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步详细 说明。

实施例1：

如图1至图3所示，本发明所述的可拼接分割板的多层耗能式钢管混凝土组合柱，包括 基础3、全装配式方钢管柱1、半装配式方钢管柱2、H型连接短梁12和十字叉耗能连接件5， 位于中部的全装配式方钢管柱1与位于四周的半装配式方钢管柱2均固定于基础3上；全装 配式方钢管柱1和半装配式方钢管柱2之间经由H型连接短梁12相连构成组合柱；上下两个 H型连接短梁12之间设置有十字叉耗能连接件5，十字叉耗能连接件5一端连接全装配式方 钢管柱1，另一端连接半装配式方钢管柱2。

如图4至图6所示，全装配式方钢管柱1和半装配式方钢管柱2均包括由若干块预制标 准件拼接成的方钢管柱、插接于全装配式方钢管柱1中心的十字连接插件8，以及十字连接 插件8与全装配式方钢管柱1内壁间浇筑混凝土。

所述方钢管柱由四块预制标准件组装而成，预制标准件一端设有倒三角凸出，另一端设 有倒三角凹槽，柱角处设有滑道；预制标准件竖向搭接有避免漏浆的橡胶垫，预制标准件搭 接缝相互交错设置。搭接缝要交错开，以免形成薄弱受力面。

所述十字连接插件8为方钢管柱内部的加强构件，位于方钢管柱的中间，十字连接插件 8的四个角端有凸出，由上到下插入柱角处的滑道与方钢管柱相连。

所述全装配方钢管柱的节点域部位固定有连接板10，连接板10与全分割板组装件9相 连；连接板10呈“T”字形，上下均设有凹槽，连接板10固定在全装配的方形钢管的外壁；连接板10一侧通过普通长螺栓14贯穿全装配的方形钢管连接固定，另一侧通过自锁螺栓15连接固定。

所述全分割板组装件9下端设有凸字滑道，四个全分割板组装件9通过高强螺栓13构成 环板，每个节点域组装有两组环板；环板紧贴在全装配的方形钢管的外壁。

如图7所示，H型连接短梁12一端利用全分割板组装件9与全装配式方钢管柱1相连， 另一端利用半分割板组装件17与半装配式方钢管柱2相连；半装配式方钢管柱2通过半分割 板组装件17与H型钢梁4相连。

所述半装配式方钢管柱2的节点域部位固定有连接板10，连接板10与半分割板组装件 17相连；通过连接板10与H型连接短梁12和H型钢梁4相连；连接板10一侧通过自锁螺栓15与半装配的方形钢管外壁的半分割板组装件17相连，另一侧通过长螺栓贯穿半装配的方形钢管连接固定。

所述半分割板组装件17上设有耳式连接板18和形状记忆合金长螺栓19，耳式连接板18 通过形状记忆合金长螺栓19将两个半分割板组装件17拼装成完整的环板。

所述全装配式方钢管柱1和半装配式方钢管柱2的节点域部分之间通过四块拼接板Ⅰ11 与H型连接短梁12螺栓连接。

所述半装配式方钢管柱2与H型钢梁4之间通过拼接板Ⅱ16相连。

如图8至图9所示，十字叉耗能连接件5呈“叉”形，由钢板焊接制成，钢板上开设有十字叉型孔洞6。钢板上预先开十字叉型孔洞6以削弱构件，达到先破坏先耗能的效果，十字叉耗能连接件5与柱之间通过螺栓连接，震后变形耗能破坏后可快速更换。

所述全装配式方钢管柱1和半装配式方钢管柱2通过柱外连接处的缀板7与十字叉耗能 连接件5相连。

实施例2：

需要在本实施例说明的是，本发明所述的可拼接分割板的多层耗能式钢管混凝土组合柱， 全装配式方钢管柱1与半装配式方钢管柱2的组装方式多变的，结构是不唯一的。

例如，如图1至图3所示，一根全装配式方钢管柱1与四根半装配式方钢管柱2由H型连接短梁12相连构成“十”字形的组合柱结构。

一根全装配式方钢管柱1与三根半装配式方钢管柱2由H型连接短梁12相连构成“T”字 型的边柱组合柱结构。

一根全装配式方钢管柱1与两根半装配式方钢管柱2由H型连接短梁12相连构成“L” 字型的角柱组合柱结构。

传统的方钢管混凝土组合异形柱单肢主要采用方钢管混凝土，柱肢间焊接缀条，这就导 致现场焊接工作繁琐，无法保证焊接质量，本发明巧妙地采用十字叉耗能连接件5将中柱和 外柱紧密连接在一起，它是地震作用下的主要耗能部件，通过预留十字叉型孔洞6使构件变 弱，在地震中首先耗能，有效保护结构的安全，同时在破坏后可以及时更换，是结构迅速恢 复正常使用；本发明提供的可拼接分割板的多层耗能式钢管混凝土组合柱，在四周外柱设计 形状记忆合金长螺栓19，形成可恢复功能的长螺栓双耳式连接方式，形状记忆合金长螺栓19 在超弹性在外力作用下，具有比普通螺栓更强的变形恢复能力，即地震作用后产生的大变形 会随着卸载而恢复；因此在地震作用时在组合柱四周的形状记忆合金长螺栓19通过大变形， 在地震时首先变形，耗散能量，实现第二层耗能，保证了中柱不被地震所破坏，同时在塑性 变形后可恢复到原来位置，达到自恢复的效果；本发明组合柱的所有构件均可在工厂加工完 成，现场全部通过螺栓连接，实现了完全装配化施工，可避免现场焊接可能带来的质量问题， 并加快施工进度、提高劳动生产率，地震过后，任意破坏的构件均可精准拆卸并实现快速更 换；同时实现了承受荷载与节省空间的结合，也避免了梁柱节点过大的浪费，充分节省了建 筑空间与建筑成本。

本发明可广泛运用于结构工程场合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员 来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等 同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可拼接分割板的多层耗能式钢管混凝土组合柱，其特征在于，包括基础(3)、全装配式方钢管柱(1)、半装配式方钢管柱(2)、H型连接短梁(12)和十字叉耗能连接件(5)，位于中部的全装配式方钢管柱(1)与位于四周的半装配式方钢管柱(2)均固定于基础(3)上；全装配式方钢管柱(1)和半装配式方钢管柱(2)之间经由H型连接短梁(12)相连构成组合柱；上下两个H型连接短梁(12)之间设置有十字叉耗能连接件(5)，十字叉耗能连接件(5)一端连接全装配式方钢管柱(1)，另一端连接半装配式方钢管柱(2)；全装配式方钢管柱(1)和半装配式方钢管柱(2)均包括由若干块预制标准件拼接成的方钢管柱、插接于全装配式方钢管柱(1)中心的十字连接插件(8)，以及十字连接插件(8)与全装配式方钢管柱(1)内壁间浇筑混凝土；H型连接短梁(12)一端利用全分割板组装件(9)与全装配式方钢管柱(1)相连，另一端利用半分割板组装件(17)与半装配式方钢管柱(2)相连；半装配式方钢管柱(2)通过半分割板组装件(17)与H型钢梁(4)相连；十字叉耗能连接件(5)呈“叉”形，由钢板焊接制成，钢板上开设有十字叉型孔洞(6)。

2.根据权利要求1所述的可拼接分割板的多层耗能式钢管混凝土组合柱，其特征在于，所述方钢管柱由四块预制标准件组装而成，预制标准件一端设有倒三角凸出，另一端设有倒三角凹槽，柱角处设有滑道；预制标准件竖向搭接有避免漏浆的橡胶垫，预制标准件搭接缝相互交错设置。

3.根据权利要求2所述的可拼接分割板的多层耗能式钢管混凝土组合柱，其特征在于，所述十字连接插件(8)为方钢管柱内部的加强构件，位于方钢管柱的中间，十字连接插件(8)的四个角端有凸出，由上到下插入柱角处的滑道与方钢管柱相连。

4.根据权利要求1或2所述的可拼接分割板的多层耗能式钢管混凝土组合柱，其特征在于，所述全装配方钢管柱的节点域部位固定有连接板(10)，连接板(10)与全分割板组装件(9)相连；连接板(10)呈“T”字形，上下均设有凹槽，连接板(10)固定在全装配的方形钢管的外壁；连接板(10)一侧通过普通长螺栓(14)贯穿全装配的方形钢管连接固定，另一侧通过自锁螺栓(15)连接固定。

5.根据权利要求4所述的可拼接分割板的多层耗能式钢管混凝土组合柱，其特征在于，所述全分割板组装件(9)下端设有凸字滑道，四个全分割板组装件(9)通过高强螺栓(13)构成环板，每个节点域组装有两组环板；环板紧贴在全装配的方形钢管的外壁。

6.根据权利要求4所述的可拼接分割板的多层耗能式钢管混凝土组合柱，其特征在于，所述半装配式方钢管柱(2)的节点域部位固定有连接板(10)，连接板(10)与半分割板组装件(17)相连；通过连接板(10)与H型连接短梁(12)和H型钢梁(4)相连；连接板(10)一侧通过自锁螺栓(15)与半装配的方形钢管外壁的半分割板组装件(17)相连，另一侧通过长螺栓贯穿半装配的方形钢管连接固定。

7.根据权利要求6所述的可拼接分割板的多层耗能式钢管混凝土组合柱，其特征在于，所述半分割板组装件(17)上设有耳式连接板(18)和形状记忆合金长螺栓(19)，耳式连接板(18)通过形状记忆合金长螺栓(19)将两个半分割板组装件(17)拼装成完整的环板。

8.根据权利要求7所述的可拼接分割板的多层耗能式钢管混凝土组合柱，其特征在于，所述全装配式方钢管柱(1)和半装配式方钢管柱(2)的节点域部分之间通过四块拼接板Ⅰ(11)与H型连接短梁(12)螺栓连接。

9.根据权利要求8所述的可拼接分割板的多层耗能式钢管混凝土组合柱，其特征在于，所述半装配式方钢管柱(2)与H型钢梁(4)之间通过拼接板Ⅱ(16)相连。

10.根据权利要求9所述的可拼接分割板的多层耗能式钢管混凝土组合柱，其特征在于，所述全装配式方钢管柱(1)和半装配式方钢管柱(2)通过柱外连接处的缀板(7)与十字叉耗能连接件(5)相连。