CN108894327A - 钢木组合柱及组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于土木工程技术领域，涉及钢木组合柱及组装方法。包括工字钢、填充材料，所述工字钢的腹板两侧与翼缘之间设有填充材料，形成组合柱。本申请的钢木组合柱，不仅具有良好的抗压性能、抗拉性能、抗弯性能及耐火性，木材以及竹材也提高了钢木组合柱承载力，利用木材与钢材组合，使得传统钢结构构件的局部屈曲得到约束，使构件的承载能力得到极大的改良。同时由于木材为绝热体，在同样厚度的条件下，其隔热值比标准混凝土高16倍，比钢材高400倍，比吕材高1600倍，所以其耐火性能与传统钢结构构件相比得到增强，在施工时容易操作，节约成本，提高了工作效率，综上所述，本发明可以有效改良传统钢结构构件性能。

Description

钢木组合柱及组装方法

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，涉及钢木组合柱及组装方法。

背景技术

在众多建材中，木、竹材是惟一可再生且能够多次循环利用的天然材料。木材作为一种建筑材料，具有轻质高强、抗震性能好、易加工、便于施工维修等特点，相比较钢材，其在高温下的强度损失较小，因而木结构建筑在世界上许多国家应用已很普遍。虽然木材的优点很多，但也有易变形、质地不均匀、明显的各向异性等天然缺陷。木材在顺其生长方向上的纤维长度及强度较径向大得多。这决定了木材特别适合单向承受顺纹方向的拉、压及弯矩。

钢材是一种轻质高强的材料，材质较为均匀。钢材的塑性及韧性非常好，可焊性也非常好。除此之外，还可以采用螺栓连接、铆接等多种方式，使不同构件之间及与其他材料之间的连接更为方便。钢结构是一种高效、快速、经济、可持续发展的环保型建筑结构，不仅可以大大节约施工时间且施工不受季节影响，同时还增大了住宅空间使用面积，节能效果好，抗震性能好，可避免钢筋混凝土湿式施工所造成的环境污染和噪声污染，便于拆卸回收和循环利用。

通过不同材料构成的结构构件或结构形式组合，最大限度地发挥材料各自的属性，弥补各自的力学缺陷，从而达到结构能效的优化，基于这种结构体系的建筑即为组合结构。木结构中辅以钢材使整个结构具备了较强的拉、压、弯能力，许多新型高效的结构同样可以采用木结构，而钢节点的设计也极大的简化了构件的连接，易形成简洁的形象；钢结构中辅以木材，不仅可以提高钢结构的局部稳定性、耐火性，还可以使整个建筑给人自然亲切的感觉。

钢木组合结构是指运用钢材和木材相互组合的方式建造的构筑物结构体系。这种组合结构体系比传统的木结构体系更加坚固耐用，又比现代的纯钢结构更丰富多彩，被广泛地运用于多种建筑结构当中。钢木组合结构最大的优势在于两种材料的性能互补、协同作用，既有利于各自材料性能的高效发挥，同时也能够使结构抵抗各种拉、压、弯、剪等应力作用。基于不同力学承载机制的结构形态被引入现代钢木组合结构的设计中，其结构类型与建筑的表现形式也日益丰富。钢木组合结构形式不仅能创造木质空间的效果，而且能够大大增强结构整体的强度，可以广泛应用在各种公共建筑中。与传统的钢结构、混凝土结构相比，大有崛起追赶之势，而木质空间的效果及材料的生态可持续性则是其突出的优势。

发明内容

本发明提供了一种钢木组合柱及组装方法，目的在于提高传统的工字形型钢构件的性能，利用木材与钢材组合，使得传统钢结构构件的局部屈曲得到约束，使构件的承载能力得到极大的改良。同时由于木材为绝热体，在同样厚度的条件下，其隔热值比标准混凝土高16倍，比钢材高400倍，比吕材高1600倍，所以其耐火性能与传统钢结构构件相比得到增强。综上所述，本发明可以有效改良传统钢结构构件性能。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：钢木组合构件，包括工字钢1、填充材料2，所述工字钢1的腹板两侧与翼缘之间设有填充材料2，通过螺栓形成组合柱。

优选的，所述的填充材料2为竹材或木材。

优选的，所述工字钢1为工程中使用的普通工字形型钢。

优选的，所述工字钢1的腹板两侧设有多个对应的螺杆4，填充材料2设有与螺杆4匹配的通孔，螺杆4穿过填充材料2的通孔与螺母3连接。

优选的，所述工字钢1的翼缘与填充材料2设有对应的通孔，螺杆4穿过通孔与螺母3连接。

优选的，所述工字钢1的腹板设有穿孔，螺杆4穿过穿孔置于腹板两侧或螺杆4焊接在腹板两侧。

优选的，所述组合柱为矩形结构。

钢木组合柱的组装方法，组装步骤包括：

步骤一、工字钢1的腹板两侧设有螺杆4，在填充材料2设有与螺杆匹配的通孔；

步骤二、将螺杆4穿过填充材料2的通孔与螺母3连接；

步骤三、工字钢1翼缘与填充材料2设有对应的通孔，螺杆4穿过翼缘及填充材料2的通孔与螺母3连接。

步骤四、工字钢1翼缘与填充材料2设有对应的通孔，螺杆4穿过通孔与螺母3连接。

本发明的有益效果是：本申请在工字钢构件的基础上，在其翼缘与腹板间填充了填充材料，填充材料为木材或竹材，组成了本发明的钢木组合柱；使得传统钢结构构件的局部屈曲得到约束，使构件的承载能力得到极大的改良；同时由于木材为绝热体，在同样厚度的条件下，其隔热值比标准混凝土高16倍，比钢材高400倍，比吕材高1600倍，所以其耐火性能与传统钢结构构件相比得到增强，木材具有较理想的力学性能，属于可再生材料，且与混凝土材料相比，木材具有加工较方便，施工周期短等优势。二者组合可以充分发挥两种结构的优点，钢材的使用弥补了木材各向异性的受力性能在抗剪等力学状态下的不足，木材的使用可以有效的防止钢结构构件的局部屈曲，提高钢构件的稳定性，在翼缘与腹板处同时使用螺栓固定可以使钢材与木材充分结合发挥各自的力学性能，在构件外喷涂防火涂料可以有效提高构件的抗火性能，与工字形型钢相比此类构件可以降低构件与空气接触面积，防火涂料的使用可以减少，也可以提高其抗火性能。综上所述，本发明有效改良传统钢结构构件性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1是钢木组合梁的结构示意图；

图2是钢木组合柱的结构示意图；

图3是腹板螺杆及螺母的局部示意图；

图4是工字钢的示意图；

图5是翼缘及螺母的局部示意图。

图中：1、工字钢，2、填充材料，3、螺母，4、螺杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1、参考图1-5，钢木组合构件，包括工字钢1、填充材料2，在本实施例中填充材料2为木材，所述工字钢1的腹板及木材设有多个对应的通孔，将木材置于工字钢1腹板两侧，螺杆4穿过木材及工字钢1的腹板，螺杆4的两端分别于螺母3连接，使木材与工字钢1的腹板充分贴紧，所述组合柱为矩形结构，达到增加钢材局部稳定的作用；为了限制工字钢1的翼缘局部屈曲，工字钢1的翼缘及木材设有对应的通孔，螺杆4穿过工字钢1的翼缘及木材，螺杆4的两端与螺母3连接，达到限制翼缘的局部屈曲的目的，可以作为组合梁使用。

钢木组合柱的组装方法，组装步骤包括：

步骤一、在木材与工字钢1腹板位置有对应的通孔；

步骤二、将螺杆4穿过木材与工字钢1腹板的通孔与螺母3连接；

步骤三、工字钢1翼缘与木材设有对应的通孔，螺杆4穿过通孔，两端与螺母3连接。

实施例2、参考图1-5，钢木组合构件，包括工字钢1、填充材料2，在本实施例中填充材料2为竹材，所述工字钢1的腹板两侧焊接有多个对应的螺杆4，竹材对应位置设有与螺杆4匹配的通孔，螺杆4穿过竹材的通孔，使木材(竹材)置于工字钢1腹板两侧，螺杆4的两端分别于螺母3连接，使竹材与工字钢1的腹板充分贴紧，形成矩形结构的组合柱，达到增加钢材局部稳定的作用；为了限制工字钢1的翼缘局部屈曲，工字钢1的翼缘及竹材设有对应的通孔，螺杆4穿过工字钢1的翼缘及竹材的通孔，螺杆4的两端与螺母3连接，达到限制翼缘的局部屈曲的目的，可以作为组合柱使用。

钢木组合柱的组装方法，组装步骤包括：

步骤一、工字钢1的腹板两侧焊接多个对应的螺杆4，竹材对应位置设有与螺杆4匹配的通孔；

步骤二、工字钢1腹板两侧螺杆4穿过竹材的通孔与螺母3连接；

步骤三、工字钢1翼缘与竹材设有对应的通孔，螺杆4穿过通孔，两端与螺母3连接。

实施例3：下面结合实验对本发明的应用效果作进一步的说明。

(1)竖向加载：

在本实施例中以竹材为填充材料，同时向相同规格的钢木组合柱和混凝土钢管加载竖向荷载，观察受力过程，加载初期，本申请的钢木组合柱与混凝土钢管并未出现变形情况；加载中期，继续向本申请组的钢木组合柱与混凝土钢管施加相同的竖向加载，混凝土钢管出现明显弯曲，而本申请的钢木组合柱并未出现明显弯曲；达到极限承载力之后继续加载，直至混凝土钢管破坏，由于竹材具有抗压性能、抗拉性能及抗弯性能均良好等优点，本申请的钢木组合柱只是出现弯曲，经过多次试验，本申请的钢木组合柱满足承载要求，且绿色环保。

(2)水平加载：

在本实施例中以竹材为填充材料，同时向相同规格的钢木组合柱和混凝土钢管加载水平荷载，在侧向加载过程中，组合构件在于混凝土钢管收到相同加载时，本申请的组合柱未发生明显弯曲，经过多次试验，本申请钢木组合柱的竹材有效的提高了承载。

实施例4：在本实施例中填充材料2为木材，其余步骤均与实施例3相同，得到本申请的钢木组合柱具有良好抗压性能、抗拉性能、抗弯性能及耐火性，同时木材也提高了钢木组合柱承载力。

本申请的钢木组合柱，不仅具有良好的抗压性能、抗拉性能、抗弯性能及耐火性，木材以及竹材也提高了钢木组合柱承载力，利用木材与钢材组合，使得传统钢结构构件的局部屈曲得到约束，使构件的承载能力得到极大的改良。同时由于木材为绝热体，在同样厚度的条件下，其隔热值比标准混凝土高16倍，比钢材高400倍，比吕材高1600倍，所以其耐火性能与传统钢结构构件相比得到增强，在施工时容易操作，节约成本，提高了工作效率，综上所述，本发明可以有效改良传统钢结构构件性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.钢木组合构件，其特征在于，包括工字钢(1)、填充材料(2)，所述工字钢(1)的腹板两侧或翼缘之间设有填充材料(2)，通过螺栓连接为组合构件。

2.根据权利要求1所述的钢木组合柱，其特征在于，所述的填充材料(2)为竹材或木材。

3.根据权利要求1所述的钢木组合柱，其特征在于，所述工字钢(1)为工程中使用的普通工字形型钢。

4.根据权利要求1所述的钢木组合柱，其特征在于，所述工字钢(1)的腹板两侧设有多个对应的螺杆(4)，填充材料(2)设有与螺杆(4)匹配的通孔，螺杆(4)穿过填充材料(2)的通孔与螺母(3)连接。

5.根据权利要求4所述的钢木组合柱，其特征在于，所述工字钢(1)的翼缘与填充材料(2)设有对应的通孔，螺杆(4)穿过填充材料(2)的通孔与螺母(3)连接。

6.根据权利要求4所述的钢木组合柱，其特征在于，所述工字钢(1)的腹板设有穿孔，螺杆(4)穿过穿孔置于腹板两侧或螺杆(4)焊接在腹板两侧。

7.根据权利要求1所述的钢木组合柱，其特征在于，所述组合柱为矩形结构。

8.根据权利要求1-7任一所述的钢木组合柱的组装方法，其特征在于，组装步骤包括：

步骤一、工字钢(1)的腹板两侧设有螺杆(4)，在填充材料(2)设有与螺杆匹配的通孔；

步骤二、将螺杆(4)穿过填充材料(2)的通孔与螺母(3)连接；

步骤三、工字钢(1)翼缘与填充材料(2)设有对应的通孔，螺杆(4)穿过翼缘及填充材料(2)的通孔与螺母(3)连接。