CN109610731B - 一种十字形钢筋混凝土异形柱 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种十字形钢筋混凝土异形柱，采用混凝土与钢筋组合形成的柱体，交汇区内设有四根中部钢筋，四个柱肢各设有两根外部钢筋，中部钢筋与外部钢筋呈井字形排列，矩形箍筋设于中部钢筋及外部钢筋外侧，形成两个垂直的矩形箍筋结构；加强钢筋设于中部钢筋的外侧，中部钢筋位于四边形的边上；中部箍筋位于四根加强钢筋外侧，若干中部箍筋与四根加强钢筋形成中心约束增强结构；柱肢的两个外部钢筋与相邻最近的加强钢筋呈等腰三角形排列，三角形箍筋设于等腰三角形外侧，若干三角形箍筋、外部钢筋及加强钢筋形成四个柱肢约束增强结构；中心约束增强结构与四个柱肢约束增强结构连接，形成十字形钢筋混凝土异形柱的混凝土约束增强结构。

Description

一种十字形钢筋混凝土异形柱

技术领域

本发明涉及钢筋混凝土领域，尤其涉及一种十字形钢筋混凝土异形柱。

背景技术

异形柱是指在满足结构刚度和承载力等要求的前提下，根据建筑使用功能，建筑设计布置的要求而采取不同几何形状截面的柱，诸如：T、L、十字形等形状截面的柱，且截面各肢的肢高肢厚比不大于4的柱。一般异形柱的各肢肢长相等，其抗震能力比不相等的异形柱更好。

传统钢筋混凝土异形柱中配置的箍筋是水平箍筋，即平行于两个工程轴方向，为闭合的矩形箍筋，在受力较大的应用场景，这类配箍形式对细长形钢筋混凝土异形柱在对混凝土的约束能力显得不足，混凝土很容易发生横向膨胀。

同时，当柱体受力较大时，在两个工程轴的交汇区，所谓的阴角区域，也就是异形柱的核心，这个区域是一个应力交汇区，受力最为复杂，普通的水平箍筋对限制混凝土的横向膨胀难以满足，提高阴角区的混凝土约束能力也是极为重要的。

十字形钢筋混凝土异形柱主要应用在建筑的中柱，受力复杂且较大，传统的十字形钢筋混凝土异形柱在核心区混凝土约束方面往往难以满足要求，需通过增加配箍率来满足相关受力性能需求，导致其在细长的异形柱柱肢内箍筋配置密集，不利于混凝土施工和相关工艺要求。

有鉴于此，现提出一种十字形钢筋混凝土异形柱，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种十字形钢筋混凝土异形柱，通过在传统的十字形钢筋混凝土异形柱的基础上，增加加强钢筋以及相应箍筋，形成约束增强结构，从而实现对异形柱交汇区中的混凝土约束能力的提高，以提高对阴角区的混凝土约束能力。

本发明采用的技术是：

一种十字形钢筋混凝土异形柱，采用混凝土与钢筋组合形成的柱体，柱体包括交汇区及四个柱肢，交汇区内设有四根中部钢筋，四个柱肢各设有两根外部钢筋，中部钢筋与外部钢筋呈井字形排列，还包括若干矩形箍筋，矩形箍筋设于中部钢筋及外部钢筋外侧，形成两个垂直的矩形箍筋结构；还包括四根加强钢筋，加强钢筋设于中部钢筋的外侧，四根加强钢筋呈四边形排列，中部钢筋位于四边形的边上；还包括若干中部箍筋，中部箍筋位于四根加强钢筋外侧，若干中部箍筋与四根加强钢筋形成中心约束增强结构；还包括若干三角形箍筋，柱肢的两个外部钢筋与相邻最近的加强钢筋呈等腰三角形排列，三角形箍筋设于等腰三角形外侧，若干三角形箍筋、外部钢筋及加强钢筋形成四个柱肢约束增强结构；中心约束增强结构与四个柱肢约束增强结构连接，形成十字形钢筋混凝土异形柱的混凝土约束增强结构；柱体的高度与柱肢肢高的比值小于等于5。

通过加强钢筋与中部钢筋及外部钢筋形成的中心约束增加结构与柱肢约束增强结构，两个增强结构的连接实现了对交汇区与柱肢的混凝土约束能力，提高异形柱整体的竖向承载力。

作为方案的进一步优化，加强钢筋位于柱肢的肢宽方向的中部。加强钢筋设于柱肢的中心线位置，实现受力对称的结构，保证柱体的受力均匀。

作为方案的进一步优化，外部钢筋距离柱体外壁的垂直距离为20-40mm。外部钢筋外的混凝土厚度不能太薄，太薄混凝土层容易剥离，太厚，混凝土约束增强结构的约束效果差。

作为方案的进一步优化，柱肢的肢高与肢宽的比值为2-3。柱体的肢高不宜比肢宽尺寸大太多，太高的肢高导致柱肢约束增强结构的覆盖面积变小，约束效果变低。

作为方案的进一步优化，柱肢的两个外部钢筋与相邻最近的加强钢筋呈等腰边三角形排列，三角形箍筋为等边三角形形状。当控制肢高与肢宽的比例时，可以将柱肢约束增强结构设计为等边三角形结构，此时结构最为稳定，受力强度最好。

作为方案的进一步优化，中部钢筋呈正方形排列，加强钢筋呈正方形排列。在传统的异形柱中，交汇区均为正方形结构，因此，为提高异形柱结构的对称性，中部钢筋与加强钢筋为呈正方形排列，设在正方形的角上，两个正方形同心设置，呈45度角度。

作为方案的进一步优化，矩形箍筋的纵向间距为80-200mm，中部箍筋的纵向间距为80-200mm，三角形箍筋的间距为80-200mm。各类箍筋的间距应设置合理，防止混凝土中的大块石料卡在箍筋之间，造成混凝土浇筑效果差，结构不密实。

作为方案的进一步优化，矩形箍筋、中部箍筋及三角形箍筋为封闭式箍筋。各个箍筋采用封闭式箍筋结构，提高箍筋箍紧的效果，提高对钢筋的拉扯作用。末端预留弯钩结构，必要时采用焊接进行加固。

作为方案的进一步优化，矩形箍筋、中部箍筋及三角形箍筋的直径为6-8mm。箍筋考虑到实际的要求，过小的箍筋容易断裂，过大的箍筋弯曲难度大，工作量大，容易造成浪费。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过加强钢筋与中部钢筋及外部钢筋形成的中心约束增加结构与柱肢约束增强结构，两个增强结构的连接实现了对交汇区与柱肢的混凝土约束能力，提高异形柱整体的竖向承载力。

通过将中部钢筋、加强钢筋及外部钢筋对称设计，保证了柱体结构的对称性及均匀性，防止出现受力不均的部位出现。

通过控制箍筋的间距与直径，在保证约束效果的基础上，节约用料成本以及降低劳动强度。

附图说明

图1为本发明提供的一种十字形钢筋混凝土异形柱的结构示意图；

图2 为本发明提供的一种十字形钢筋混凝土异形柱的柱体的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

实施例1：

参照附图1-2所示，一种十字形钢筋混凝土异形柱，采用混凝土与钢筋组合形成的柱体1，柱体1包括交汇区2及四个柱肢3，交汇区2内设有四根中部钢筋4，四个柱肢3各设有两根外部钢筋6，中部钢筋4与外部钢筋6呈井字形排列，还包括若干矩形箍筋7，矩形箍筋7设于中部钢筋4及外部钢筋6外侧，形成两个垂直的矩形箍筋7结构；还包括四根加强钢筋5，加强钢筋5设于中部钢筋4的外侧，四根加强钢筋5呈四边形排列，中部钢筋4位于四边形的边上；还包括若干中部箍筋8，中部箍筋8位于四根加强钢筋5外侧，若干中部箍筋8与四根加强钢筋5形成中心约束增强结构；还包括若干三角形箍筋9，柱肢3的两个外部钢筋6与相邻最近的加强钢筋5呈等腰三角形排列，三角形箍筋9设于等腰三角形外侧，若干三角形箍筋9、外部钢筋6及加强钢筋5形成四个柱肢3约束增强结构；中心约束增强结构与四个柱肢3约束增强结构连接，形成十字形钢筋混凝土异形柱的混凝土约束增强结构；柱体1的高度与柱肢3肢高的比值小于等于5。

在传统的十字形钢筋混凝土异形柱中，一般只含有中部钢筋4、外部钢筋6及矩形箍筋7三种钢筋结构，其形成的钢筋结构对交汇区2的混凝土横向膨胀的约束力较低，对阴角的保护显得不足。

在本实施例中，针对现有结构的不足，在中部钢筋4的外部设置加强钢筋5，再通过加强钢筋5与中部钢筋4的连接，加强钢筋5与外部钢筋6的连接，来加强整体柱体1对混凝土横向膨胀的约束能力。

即通过中部箍筋8连接加强钢筋5与中部钢筋4中心约束增加结构，通过三角形箍筋9连接加强钢筋5与外部钢筋6形成的柱肢3约束增强结构，两个增强结构的连接实现了对交汇区2与柱肢3的混凝土约束能力，提高异形柱整体的竖向承载力。

其中在每层建筑中，柱体1的高度与柱肢3肢高的比值小于等于5，过高的柱体1高度承载能力不足，安全性较低，整体柱体1细长，且混凝土浇筑效果随着柱体1高度增加而变差。合理控制两者的比例，异形柱的承载力才能得到保证。

实施例2：

请参照图1-2所示，本实施例与实施例1的区别是，对钢筋的位置以及柱体1的尺寸关系作出了优化设计，以提高柱体1的承载力。

在本实施例中，加强钢筋5位于柱肢3的肢宽方向的中部。如图1所示，加强钢筋5设于柱肢3的中心线位置，实现受力对称的结构，保证柱体1的受力均匀。

其中，外部钢筋6距离柱体1外壁的垂直距离为20-40mm。外部钢筋6外的混凝土厚度不能太薄，太薄混凝土层容易剥离，太厚，混凝土约束增强结构的约束效果差。

作为方案的进一步优化，柱肢3的肢高与肢宽的比值为2-3。柱体1的肢高不宜比肢宽尺寸大太多，太高的肢高导致柱肢3约束增强结构的覆盖面积变小，约束效果变低。

作为方案的进一步优化，柱肢3的两个外部钢筋6与相邻最近的加强钢筋5呈等腰边三角形排列，三角形箍筋9为等边三角形形状。当控制肢高与肢宽的比例时，可以将柱肢3约束增强结构设计为等边三角形结构，此时结构最为稳定，受力强度最好。

作为方案的进一步优化，中部钢筋4呈正方形排列，加强钢筋5呈正方形排列。在传统的异形柱中，交汇区2均为正方形结构，因此，为提高异形柱结构的对称性，中部钢筋4与加强钢筋5为呈正方形排列，设在正方形的角上，两个正方形同心设置，呈45度角度。

通过上述的技术方案，钢筋的布置呈严格的对称设计，中部钢筋4与加强钢筋5形成对交汇区2的约束结构，对四个阴角产生相同的保护效果，不存在局部不均等的情况。

在混凝土横向膨胀时，首先对中部钢筋4进行向外的挤压，中部钢筋4在与外部钢筋6及矩形箍筋7形成第一层约束膨胀结构；加强钢筋5通过中部箍筋8与中部钢筋4形成了中心约束增加结构，中部钢筋4通过中部箍筋8进行对阴角的保护；然后再对加强钢筋5进行挤压，加强钢筋5一方面与中部矩形形成正方形的自我约束结构，任何一根加强钢筋5想要往外变形，均受到其他三根加强钢筋5的约束；也就是说，任何一根加强钢筋5要往外，至少需要另外一根加强钢筋5往内变形，而对于加强钢筋5来说，本身在混凝土膨胀作用下有往外的趋势，而每一根加强钢筋5还与外部钢筋6形成稳定的三角形结构，因此，加强钢筋5就这样形成自相约束的结构，既不往外变形，又不往内变形，只有在箍筋断裂，使得约束结构解散才会出现加强钢筋5变形的情况。

在实施例中，如图1所示的，钢筋与箍筋之间形成了多个三角形的区域，起到将混凝土分散约束的效果，也就是说，通过化整为零的思路，将传统的约束效果差的缺点克服。

实施例3：

请参照图1-2所示，本实施例与实施例2的区别是，本实施例针对各类箍筋的排布间隔，以及用料尺寸，在保证效果的实现前提下进行降低成本。

在本实施例中，矩形箍筋7的纵向间距为80-200mm，中部箍筋8的纵向间距为80-200mm，三角形箍筋9的间距为80-200mm。各类箍筋的间距应设置合理，防止混凝土中的大块石料卡在箍筋之间，造成混凝土浇筑效果差，结构不密实。

作为方案的进一步优化，矩形箍筋7、中部箍筋8及三角形箍筋9为封闭式箍筋。各个箍筋采用封闭式箍筋结构，提高箍筋箍紧的效果，提高对钢筋的拉扯作用。末端预留弯钩结构，必要时采用焊接进行加固。

作为方案的进一步优化，矩形箍筋7、中部箍筋8及三角形箍筋9的直径为6-8mm。箍筋考虑到实际的要求，过小的箍筋容易断裂，过大的箍筋弯曲难度大，工作量大，容易造成浪费。

通过本实施例的技术方案，箍筋既起到自身作用，还考虑到浇筑工艺以及钢筋搭架工艺的实现，通过控制箍筋的直径以及封闭结构来保证对钢筋的箍紧作用，保证实施例2中的约束效果。在通过控制箍筋的排列距离，保证浇筑的质量，保证混凝土的密实性。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种十字形钢筋混凝土异形柱，采用混凝土与钢筋组合形成的柱体（1），其特征在于，所述柱体（1）包括交汇区（2）及四个柱肢（3），所述交汇区（2）内设有四根中部钢筋（4），四个所述柱肢（3）各设有两根外部钢筋（6），所述中部钢筋（4）与所述外部钢筋（6）呈井字形排列，还包括若干矩形箍筋（7），所述矩形箍筋（7）设于所述中部钢筋（4）及外部钢筋（6）外侧，形成两个垂直的矩形箍筋（7）结构；

还包括四根加强钢筋（5），所述加强钢筋（5）设于所述中部钢筋（4）的外侧，四根所述加强钢筋（5）呈四边形排列，所述中部钢筋（4）位于所述四边形的边上；

还包括若干中部箍筋（8），所述中部箍筋（8）位于四根所述加强钢筋（5）外侧，若干所述中部箍筋（8）与四根所述加强钢筋（5）形成中心约束增强结构；

还包括若干三角形箍筋（9），所述柱肢（3）的两个所述外部钢筋（6）与相邻最近的所述加强钢筋（5）呈等腰三角形排列，所述三角形箍筋（9）设于所述等腰三角形外侧，若干所述三角形箍筋（9）、所述外部钢筋（6）及所述加强钢筋（5）形成四个柱肢（3）约束增强结构；

所述中心约束增强结构与四个所述柱肢（3）约束增强结构连接，形成所述十字形钢筋混凝土异形柱的混凝土约束增强结构；

所述柱体（1）的高度与所述柱肢（3）肢高的比值小于等于5。

2.根据权利要求1所述的一种十字形钢筋混凝土异形柱，其特征在于，所述加强钢筋（5）位于所述柱肢（3）的肢宽方向的中部。

3.根据权利要求2所述的一种十字形钢筋混凝土异形柱，其特征在于，所述外部钢筋（6）距离所述柱体（1）外壁的垂直距离为20-40mm。

4.根据权利要求3所述的一种十字形钢筋混凝土异形柱，其特征在于，所述柱肢（3）的肢高与肢宽的比值为2-3。

5.根据权利要求4所述的一种十字形钢筋混凝土异形柱，其特征在于，所述柱肢（3）的两个所述外部钢筋（6）与相邻最近的所述加强钢筋（5）呈等腰边三角形排列，所述三角形箍筋（9）为等边三角形形状。

6.根据权利要求5所述的一种十字形钢筋混凝土异形柱，其特征在于，所述中部钢筋（4）呈正方形排列，所述加强钢筋（5）呈正方形排列。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种十字形钢筋混凝土异形柱，其特征在于，所述矩形箍筋（7）的纵向间距为80-200mm，所述中部箍筋（8）的纵向间距为80-200mm，所述三角形箍筋（9）的间距为80-200mm。

8.根据权利要求7所述的一种十字形钢筋混凝土异形柱，其特征在于，所述矩形箍筋（7）、中部箍筋（8）及三角形箍筋（9）为封闭式箍筋。

9.根据权利要求8所述的一种十字形钢筋混凝土异形柱，其特征在于，所述矩形箍筋（7）、中部箍筋（8）及三角形箍筋（9）的直径为6-8mm。

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