CN109555268A - 基于h型钢的预制支承柱及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于H型钢的预制支承柱及其施工方法，H型钢的第一凹形空间和第二凹形空间设置有第一结构件和第二结构件，第一凹形空间和第二凹形空间中还浇注有混凝土，第一结构件第二结构件均嵌入到混凝土中、能够使得混凝土与第一结构件、第二结构件牢固地结合在一起，从而使得H型钢支承柱的承载能力大幅度增强，而且第二结构件连接在第一翼板和第二翼板之间，能够防止混凝土膨胀造成H型钢变形。在施工建造本发明的一种基于H型钢的预制支承柱时，可以在工厂预制好之后整体运输到施工现场进行拼装。由此可见，本发明的一种基于H型钢的预制支承柱强度和刚度较高，且易于进行装配式施工。

Description

基于H型钢的预制支承柱及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种基于H型钢的预制支承柱及其施工方法。

背景技术

H型钢常常用在建筑中作为支承立柱结构，在一些承载负荷大的场合，仅靠H型钢难以 满足负载需求，如果采用尺寸规格较大的H型钢或者在H型钢的外侧增加支承结构，一方面 会增加较多的成本，另一方面还会使得支承柱的占地面积较大，这在空间需求日益紧张的今 天，也是一种成本的浪费和损耗。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于H型钢的预制支承柱及 其施工方法，支承柱的强度和刚度较高，且易于进行装配式施工。

为实现上述目的，本发明提供一种基于H型钢的预制支承柱，采用如下技术方案：一种 基于H型钢的预制支承柱，H型钢包括腹板、第一翼板和第二翼板，腹板的一侧为第一凹形 空间，腹板的另一侧为第二凹形空间；

腹板的两侧均连接有多个第一结构件，第一结构件沿突出于腹板的表面；第一凹形空间 和第二凹形空间中均设有多个第二结构件，第二结构件连接在第一翼板和第二翼板之间，第 一凹形空间和第二凹形空间中均填充有混凝土，混凝土将第一结构件、第二结构件及H型钢 凝结在一起。

优选地，所述第一结构件为焊接在腹板表面的栓钉。

更为优选地，所述栓钉的一端焊接在腹板上，栓钉的另一端连接有一连接头，连接头的 直径大于栓钉的直径。

更为优选地，所述栓钉的长度为栓钉直径的4倍以上。

更为优选地，所述多个第一结构件沿腹板的长度方向排布成一列或者多列。

进一步地，上下相邻的两个第一结构件之间设有一个第二结构件。

优选地，所述第二结构件为焊接在第一翼板和第二翼板之间的钢筋。

优选地，所述混凝土为微膨胀混凝土，微膨胀混凝土限制膨胀率的设计取值介于0.015％～0.025％之间。

与本发明的一种基于H型钢的预制支承柱相应地，本发明还提供一种基于H型钢的预制 支承柱的施工方法，用于建造上述技术方案或其任一优选的技术方案所述的基于H型钢的预 制支承柱，包括如下步骤：

1)在H型钢的第一凹形空间连接第一结构件和第二结构件：

在H型钢的第一凹形空间一侧的腹板表面连接多个第一结构件，第一结构件在腹板的表 面成行、列排布；

在H型钢的第一凹形空间一侧的第一翼板和第二翼板之间连接多个第二结构件，第二结 构件沿H型钢的纵向均匀排布；

2)在H型钢的第二凹形空间连接第一结构件和第二结构件：

在H型钢的第二凹形空间一侧的腹板表面连接多个第一结构件，第一结构件在腹板的表 面成行、列排布；

在H型钢的第二凹形空间一侧的第一翼板和第二翼板之间连接多个第二结构件，第二结 构件沿H型钢的纵向均匀排布；

3)在H型钢的第一凹形空间和第二凹形空间中浇注混凝土。

优选地，在所述步骤3)中，按照以下步骤a)或者步骤b)施工：

a)将H型钢放平使第一凹形空间朝上之后向其中浇注混凝土，等待混凝土凝固之后再 将H型钢翻转而使另一侧的第二形空间朝上之后向其中浇注混凝土；

b)将H型钢放平使第二凹形空间朝上之后向其中浇注混凝土，等待混凝土凝固之后再 将H型钢翻转而使另一侧的第一形空间朝上之后向其中浇注混凝土。

如上所述，本发明涉及的一种基于H型钢的预制支承柱及其施工方法，具有以下有益效 果：在本发明的一种基于H型钢的预制支承柱中，H型钢的第一凹形空间和第二凹形空间设 置有第一结构件和第二结构件，第一凹形空间和第二凹形空间中还浇注有混凝土，第一结构 件第二结构件均嵌入到混凝土中、能够使得混凝土与第一结构件、第二结构件牢固地结合在 一起，从而使得H型钢支承柱的承载能力大幅度增强，而且第二结构件连接在第一翼板和第 二翼板之间，能够防止混凝土膨胀造成H型钢变形。在施工建造本发明的一种基于H型钢的 预制支承柱时，可以在工厂预制好之后整体运输到施工现场进行拼装。由此可见，本发明的 一种基于H型钢的预制支承柱强度和刚度较高，且易于进行装配式施工。

附图说明

图1显示为支承柱用在建筑中的结构示意图。

图2显示为图1中A-A处的剖视图。

元件标号说明

1 上支承柱

2 下支承柱

3 横梁

4 加强筋板

5 柱脚底板

6 H型钢

7 腹板

8 第一翼板

9 第二翼板

10 栓钉

11 连接头

12 钢筋

13 第一凹形空间

14 第二凹形空间

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭 露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的 内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具 技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能 产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。 同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于 叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更 技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1和图2所示，本发明提供一种基于H型钢的预制支承柱，H型钢6包括腹板7、第一翼板8和第二翼板9，腹板7的一侧为第一凹形空间13，腹板7的另一侧为第二凹形空 间14；

腹板7的两侧均连接有多个第一结构件，第一结构件沿突出于腹板7的表面；第一凹形 空间13和第二凹形空间14中均设有多个第二结构件，第二结构件连接在第一翼板8和第二 翼板9之间，第一凹形空间13和第二凹形空间14中均填充有混凝土，混凝土将第一结构件、 第二结构件及H型钢6凝结在一起。

在本发明的一种基于H型钢的预制支承柱中，H型钢6的第一凹形空间13和第二凹形 空间14设置有第一结构件和第二结构件，第一凹形空间13和第二凹形空间14中还浇注有混 凝土，第一结构件第二结构件均嵌入到混凝土中、能够使得混凝土与第一结构件、第二结构 件牢固地结合在一起，从而使得H型钢6支承柱的承载能力大幅度增强，而且第二结构件连 接在第一翼板8和第二翼板9之间，能够防止混凝土膨胀造成H型钢6变形。在施工建造本 发明的一种基于H型钢的预制支承柱时，可以在工厂预制好之后整体运输到施工现场进行拼 装。由此可见，本发明的一种基于H型钢的预制支承柱强度和刚度较高，且易于进行装配式 施工。

在本发明的一种基于H型钢的预制支承柱中，通过在H型钢6上连接第一结构件和第二 结构件而使得混凝土与H型钢6凝结为一体，这样，在H型钢6承受负载时，填充在H型钢6中的混凝土结构以及第一结构件、第二结构件能够共同分担负载，从而使得支承柱的承载能力得以大幅度提高。其中，第一结构件突出与腹板7的表面而嵌入到混凝土中，可以采用钢板、钢柱、螺栓、栓钉10等成本低、强度好的结构件作为所述第一结构件，可以采用螺栓连接或者焊接的方式将第一结构件连接在腹板7上，作为一种优选的实施方式，如图1和图2所示，所述第一结构件为焊接在腹板7表面的栓钉10。在制作支承柱时，先将栓钉10 焊接在腹板7的两侧，然后再在第一凹形空间13和第二凹形空间14中浇注混凝土。如图1 和图2所示，各栓钉10垂直于腹板7，栓钉10的一端焊接在腹板7上，栓钉10的另一端连 接有一连接头11，连接头11的直径大于栓钉10的直径。这样，栓钉10头部的连接头11嵌 入到混凝土中而使得混凝土难以与栓钉10发生沿栓钉10轴向的移动而脱落。为了使得栓钉 10具有较好的强度和刚度，作为一种优选的实施方式，所述栓钉10的长度为栓钉10直径的 4倍以上。

在本发明的一种基于H型钢的预制支承柱中，H型钢6腹板7的表面排布有多个栓钉10， 如图1所示，所述多个第一结构件沿腹板7的长度方向排布成一列或者多列，栓钉10在腹板 7的表面较为均匀地排列，从而使得混凝土的不同部位与栓钉10结合作用力较为均匀，使得 H型钢6支承柱的整体力学性能较为均匀。如图1所示，栓钉10在腹板7的每个侧面排布成 两列，在同一高度位置的腹板7同一侧面设置有两根栓钉10，作为一种优选的实施方式，上 下相邻的两个第一结构件之间设有一个第二结构件，上下相邻的两个第二结构件之间设有两 个沿水平方向排布的第一结构件。所述第二结构件可以是连接在第一翼板8和第二翼板9之 间的钢筋12，可以采用焊接连接的方式将钢筋12焊接在第一翼板8和第二翼板9之间。如 图1所示，各钢筋12在H型钢6的第一翼板8和第二翼板9之间沿H型钢6纵向等间距地 排布，第一翼板8外侧面和第二翼板9外侧面间距的为h，上下相邻的两根钢筋12之间的间 距为h/2左右，优选的加密区间距100毫米，非加密区间距200毫米。

为了使得混凝土与H型钢6的表面能够良好地结合，防止H型钢6的表面与混凝土之间 出现间隙，填充的第一凹形空间13和第二凹形空间14的混凝土为微膨胀混凝土。这样，混 凝土在凝固之后就能保持与H型钢6的表面紧密结合，而不会收缩出现缝隙。微膨胀混凝土 是一种添加膨胀剂的混凝土，该混凝土强度等级不宜低于C30。

在本发明的一种基于H型钢的预制支承柱中，H型钢6可采用热轧或焊接H型钢6，一般采用宽翼板的H型钢6，第一翼板8或第二翼板9与腹板7基本等宽。在H型钢6中填充 混凝土后，H型钢6的裸露面积减少了2/3，减少了H型钢6需要进行防腐和防火的处理面 积。H型钢6中焊接的栓钉10和横向钢筋12保证了混凝土和H型钢6的有效结合。本发明 的一种基于H型钢的预制支承柱在未增加柱外包尺寸的情况下，提高了支承柱构件的承载力， 解决了H型钢6柱稳定性差的问题。将H型钢6水平横放即可在朝上的凹形空间内浇注混凝 土，无需模板，待混凝土强度达到70％后将H型钢6构件翻转180度后在另一侧的凹形空间 内浇注混凝土。无绑扎钢筋，便于混凝土的浇注及振捣。该支承柱可用于钢筋混凝土结构中， 也可用于钢结构中，梁柱节点焊接或螺栓连接均可采用，工厂加工后现场安装，应用范围十 分广泛，工业标准化生产程度高，易于实现设计、生产、施工一体化，提高装配式建筑工业 化水平。

材料要求：H型钢6材料宜采用牌号Q235-B.C.D级的碳素结构钢，以及牌号Q345-B.C.D.E 的低合金高强度结构钢，其质量标准应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB700和《低 合金高强度结构钢》GB/T1951的规定。栓钉10材料宜采用钢号Q235，应符合现行国家标准 《圆柱头焊钉》GB 10433的规定。钢筋12宜采用HRB400级热轧钢筋，应符合国家标准《钢 筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB 1499-91的规定。微膨胀混凝土应符合现行行业标准《补偿 收缩混凝土应用技术规程》JGJ/T 178的有关规定。微膨胀混凝土强度等级不宜低于C30。

本发明的一种基于H型钢的预制支承柱可用于全部结构构件采用型钢混凝土的结构和部 分结构构件采用型钢混凝土的结构。此两类结构宜用于框架结构、框架-剪力墙结构、底部大 空间剪力墙结构、框架-核心筒结构等结构体系。实验表明，此种H型钢的预制支承柱具有良 好的变形性能和耗能能力，适用于地震区采用。

与本发明的一种基于H型钢的预制支承柱相应地，本发明还提供一种基于H型钢的预制 支承柱的施工方法，用于建造上述技术方案或其任一优选的技术方案所述的基于H型钢的预 制支承柱，包括如下步骤：

1)在H型钢6的第一凹形空间13连接第一结构件和第二结构件：

在H型钢6的第一凹形空间13一侧的腹板7表面连接多个第一结构件，第一结构件在 腹板7的表面成行、列排布；

在H型钢6的第一凹形空间13一侧的第一翼板8和第二翼板9之间连接多个第二结构 件，第二结构件沿H型钢6的纵向均匀排布；

2)在H型钢6的第二凹形空间14连接第一结构件和第二结构件：

在H型钢6的第二凹形空间14一侧的腹板7表面连接多个第一结构件，第一结构件在 腹板7的表面成行、列排布；

在H型钢6的第二凹形空间14一侧的第一翼板8和第二翼板9之间连接多个第二结构 件，第二结构件沿H型钢6的纵向均匀排布；

3)在H型钢6的第一凹形空间13和第二凹形空间14中浇注混凝土。

通过上述本发明的一种基于H型钢的预制支承柱的施工方法就能够建造出H型钢6与混 凝土结合在一起的支承柱，这种建造方法特别适合在工厂中预制好支承柱，然后在将支承柱 运输到施工现场进行拼装。也可以在施工现场进行预制，制造完成后在现场进行拼装。如图 1所示，可以预制好上支承柱1和下支承柱2，下支承柱2的底部设置有柱脚底板5，柱脚底 板5与下支承柱2上H型钢6下端固定连接，柱脚底板5用于和地基固定连接。下支承柱2 的上部连接有横梁3，下支承柱2上与横梁3相连接的部位设置有加强筋板4以保证下支承 柱2与横梁3的连接强度和刚度。下支承柱2的上端与上支承柱1的下端连接，下支承柱2的下端附近和上支承柱1的上端附近设置有横向的加强筋板4，以保证下支承柱2和上支承柱1连接处的强度和刚度。下支承柱2上端和上支承柱1下端预留一定空间不浇注混凝土，下支承柱2和上支承柱1固定在一起之后再在下支承柱2和上支承柱1连接的部位浇注混凝土进行加固。

作为一种优选的实施方式，在所述步骤3)中，按照以下步骤a)或者步骤b)施工：

a)将H型钢6放平使第一凹形空间13朝上之后向其中浇注混凝土，等待混凝土凝固之 后再将H型钢6翻转而使另一侧的第二形空间朝上之后向其中浇注混凝土；

b)将H型钢6放平使第二凹形空间14朝上之后向其中浇注混凝土，等待混凝土凝固之 后再将H型钢6翻转而使另一侧的第一形空间朝上之后向其中浇注混凝土。

在上述步骤a)或者步骤b)中，需要等到混凝土凝固至70％强度以上才能对H型钢6进行翻转。

为了使得混凝土与H型钢能够良好地结合，在浇注混凝土前，必须将H型钢构件表面的 油漆、毛刺、铁锈、油污及附着物清除干净，使钢材的表面露出银灰色，除锈方法采用喷砂 或抛丸除锈，除锈质量等级要求达到Sa2.5级标准。

本发明的一种基于H型钢的预制支承柱将H型钢与混凝土有效结合，可以代替传统钢筋 混凝土柱或单一的钢结构柱，作为竖向传力构件而形成结构体系。此种型钢与混凝土有效结 合的构件形式因承载力较高，在支承柱截面尺寸与普通钢筋混凝土柱截面尺寸相同的情况下 而使支承柱强度与刚度大幅度提高，因此可以节约支承柱的占地面积，对于同样的建筑可以 使室内增加3％～5％的建筑面积。本发明的一种基于H型钢的预制支承柱减小了H型钢的裸 露面积，从而能够节约防腐、防火的材料用量。H型钢与混凝土有效结合的构件形式高效结 合了两种材料特性，以较小的截面尺寸达到较高的承载效率；简化了加工过程中的繁复的钢 筋绑扎、模板支护的工作，可以更好的控制产品的质量；并且解决了普通预制钢筋混凝土柱 施工中连接节点施工困难、质量难控的问题。跟传统的型钢混凝土柱比较，本发明的一种基 于H型钢的预制支承柱保留了承载力高、刚度大、良好的延性和耗能能力，实现了工厂化加 工、现场拼装的装配式建筑要求，生产加工、运输、吊装均能够很好地契合国家大力推广装 配式建筑的方针，可切实的节约能源、减少污染，缩短工期，提升工程质量。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技 术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡 所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等 效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于H型钢的预制支承柱，H型钢(6)包括腹板(7)、第一翼板(8)和第二翼板(9)，腹板(7)的一侧为第一凹形空间(13)，腹板(7)的另一侧为第二凹形空间(14)；

腹板(7)的两侧均连接有多个第一结构件，第一结构件沿突出于腹板(7)的表面；第一凹形空间(13)和第二凹形空间(14)中均设有多个第二结构件，第二结构件连接在第一翼板(8)和第二翼板(9)之间，第一凹形空间(13)和第二凹形空间(14)中均填充有混凝土，混凝土将第一结构件、第二结构件及H型钢(6)凝结在一起。

2.根据权利要求1所述的基于H型钢的预制支承柱，其特征在于：所述第一结构件为焊接在腹板(7)表面的栓钉(10)。

3.根据权利要求2所述的基于H型钢的预制支承柱，其特征在于：所述栓钉(10)的一端焊接在腹板(7)上，栓钉(10)的另一端连接有一连接头(11)，连接头(11)的直径大于栓钉(10)的直径。

4.根据权利要求2所述的基于H型钢的预制支承柱，其特征在于：所述栓钉(10)的长度为栓钉(10)直径的4倍以上。

5.根据权利要求2所述的基于H型钢的预制支承柱，其特征在于：所述多个第一结构件沿腹板(7)的长度方向排布成一列或者多列。

6.根据权利要求5所述的基于H型钢的预制支承柱，其特征在于：上下相邻的两个第一结构件之间设有一个第二结构件。

7.根据权利要求1所述的基于H型钢的预制支承柱，其特征在于：所述第二结构件为焊接在第一翼板(8)和第二翼板(9)之间的钢筋(12)。

8.根据权利要求1所述的基于H型钢的预制支承柱，其特征在于：所述混凝土为微膨胀混凝土。

9.一种基于H型钢的预制支承柱的施工方法，用于建造如权利要求1所述的基于H型钢的预制支承柱，其特征是，包括如下步骤：

1)在H型钢(6)的第一凹形空间(13)连接第一结构件和第二结构件：

在H型钢(6)的第一凹形空间(13)一侧的腹板(7)表面连接多个第一结构件，第一结构件在腹板(7)的表面成行、列排布；

在H型钢(6)的第一凹形空间(13)一侧的第一翼板(8)和第二翼板(9)之间连接多个第二结构件，第二结构件沿H型钢(6)的纵向均匀排布；

2)在H型钢(6)的第二凹形空间(14)连接第一结构件和第二结构件：

在H型钢(6)的第二凹形空间(14)一侧的腹板(7)表面连接多个第一结构件，第一结构件在腹板(7)的表面成行、列排布；

在H型钢(6)的第二凹形空间(14)一侧的第一翼板(8)和第二翼板(9)之间连接多个第二结构件，第二结构件沿H型钢(6)的纵向均匀排布；

3)在H型钢(6)的第一凹形空间(13)和第二凹形空间(14)中浇注混凝土。

10.根据权利要求9所述的基于H型钢的预制支承柱的施工方法，其特征是，在所述步骤3)中，按照以下步骤a)或者步骤b)施工：

a)将H型钢(6)放平使第一凹形空间(13)朝上之后向其中浇注混凝土，等待混凝土凝固之后再将H型钢(6)翻转而使另一侧的第二形空间朝上之后向其中浇注混凝土；

b)将H型钢(6)放平使第二凹形空间(14)朝上之后向其中浇注混凝土，等待混凝土凝固之后再将H型钢(6)翻转而使另一侧的第一形空间朝上之后向其中浇注混凝土。