CN109610732B - 一种内置骨架的钢管混凝土异形柱 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种内置骨架的钢管混凝土异形柱，包括采用钢板制作的具有中空结构的柱体以及骨架，骨架置于柱体的腔体内，柱体包括交汇区及若干柱肢，骨架包括若干纵向加强筋及若干横向加强筋，纵向加强筋设于柱肢内，横向加强筋的两端分别与两根纵向加强筋连接。通过在钢管的腔体内设置骨架来约束交汇区的混凝土，限制混凝土的横向膨胀，保护异形柱的阴角，骨架采用框架式设计，形成相互制约的结构，防止出现局部受力不均、过大导致骨架的变形，从而失去对阴角的保护。

Description

一种内置骨架的钢管混凝土异形柱

技术领域

本发明涉及钢管混凝土领域，尤其涉及一种内置骨架的钢管混凝土异形柱。

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，且截面各肢的肢宽肢厚比不大于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。

传统钢管混凝土异形柱将钢板制作成异形柱的外壳，在空腔中浇注混凝土形成一体的钢管混凝土，传统钢管混凝土异形柱在轴向荷载作用下，阴角区域最容易发生应力集中而发生破坏，即出现阴角现象，会极大程度削弱结构柱的竖向承载力。在现有技术中，采用多腔钢管拼接或焊接加强筋等方式来提高对混凝土的约束能力，但不管是钢管拼接或是增加加强筋都涉及到焊接工艺，焊接工艺不仅对钢管造成一定破坏，产生热应力，同时焊缝之间的不均匀及漏焊等问题，导致容易出现局部应力多大的问题。以及在钢板外壳的内部进行焊接难度大，操作空间小，整体的施工难度较大，工程周期长。

有鉴于此，现提出一种内置骨架的钢管混凝土异形柱，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内置骨架的钢管混凝土异形柱，通过在柱体的交汇区设置骨架来实现对阴角的保护以及混凝土的约束能力，从而实现防止阴角现象的出现，提高异形柱在竖向的承载力。

本发明采用的技术是：

一种内置骨架的钢管混凝土异形柱，包括采用钢板制作的具有中空结构的柱体以及骨架，骨架置于柱体的腔体内，柱体包括交汇区及若干柱肢，骨架包括若干纵向加强筋及若干横向加强筋，纵向加强筋设于柱肢内，横向加强筋的两端分别与两根纵向加强筋连接；柱体的高度与柱肢肢高的比值小于等于5。

通过在钢管的腔体内设置骨架来约束交汇区的混凝土，限制混凝土的横向膨胀，保护异形柱的阴角，骨架采用框架式设计，形成相互制约的结构，防止出现局部受力不均、过大导致骨架的变形，从而失去对阴角的保护。

作为方案的进一步优化，柱体在交汇区周向设有若干阴角，阴角距离横向加强筋的垂直距离为1~2cm。横向加强筋尽可能靠近阴角，保证保护效果，防止大颗粒的混凝土石料落入两者之间，导致混凝土浇筑不密实，结构不紧密。

作为方案的进一步优化，柱体的肢高与肢宽的比值为2-3。异形柱的肢高与肢宽的比值越小，骨架能约束的相对比例就越大，保护效果越好。

作为方案的进一步优化，横向加强筋的纵向排列间距为80-200mm。合理控制横向加强筋纵向的间距要保证混凝土的大石料能顺畅通过，又保证骨架的强度。

作为方案的进一步优化，横向加强筋连接在纵向加强筋靠交汇区的内侧。骨架内的混凝土横向膨胀时，作用力从中心往外，横向加强筋与纵向加强筋的连接点设置在纵向加强筋的内侧，起到保护连接点的作用，在外侧相对内侧更容易受力被破坏。

作为方案的进一步优化，柱体的横截面为十字形时，四根纵向加强筋与四列横向加强筋形成骨架，骨架呈矩形结构。骨架对应异形柱为十字形异形柱时，设计为矩形的框架式结构，形成对称性的受力结构。

作为方案的进一步优化，柱体的横截面为T字形时，横向加强筋包括第一横向加强筋与第二横向加强筋，第二横向加强筋为弧形结构，三根纵向加强筋、两列第一横向加强筋与一列第二横向加强筋形成骨架，骨架呈扇形结构，扇形为直角扇形。当异形柱为T字形时，无阴角的柱面，采用弧形的横向加强筋进行保护即可，在混凝土横向膨胀时，弧形的加强筋受力均匀。

作为方案的进一步优化，柱体的横截面为L字形时，横向加强筋包括第一横向加强筋与第二横向加强筋，第二横向加强筋为弧形结构，两根纵向加强筋、一列第一横向加强筋与一列第二横向加强筋形成骨架，骨架呈半圆形结构。与T字形异形柱同理，L字形异形柱的无阴角的柱面，采用弧形的横向加强筋进行保护，使得骨架受力更加均匀。

作为方案的进一步优化，纵向加强筋位于柱体的柱肢宽度方向的中部。骨架的摆向关系到骨架的受力，纵向加强筋设置在柱体的中心线位置，骨架受力更加均匀，约束混凝土的能力更均匀。

作为方案的进一步优化，纵向加强筋为角钢。角钢自身具有一定三角形稳定性，比钢板与钢筋更适合作为受力结构，同时角钢的内侧面提供横向加强筋的连接位置，材料易得，规格齐全。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过在钢管的腔体内设置骨架来约束交汇区的混凝土，限制混凝土的横向膨胀，保护异形柱的阴角，骨架采用框架式设计，形成相互制约的结构，防止出现局部受力不均、过大导致骨架的变形，从而失去对阴角的保护。

针对现有常用的三种异形柱，各自优化了骨架的形状，达到节约成本，又保证效果的实现。

横向加强筋尽可能靠近阴角，保证保护效果，防止大颗粒的混凝土石料落入两者之间，导致混凝土浇筑不密实，结构不紧密。

合理控制横向加强筋纵向的间距要保证混凝土的大石料能顺畅通过，又保证骨架的强度。

附图说明

图1为本发明提供的一种内置骨架的钢管混凝土异形柱的结构示意图；

图2为本发明提供的一种内置骨架的钢管混凝土异形柱的俯视图；

图3为本发明提供的一种内置骨架的钢管混凝土异形柱的另一种结构示意图；

图4为本发明提供的一种内置骨架的钢管混凝土异形柱的另一种结构示意图。

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1-4所示，一种内置骨架的钢管混凝土异形柱，包括采用钢板制作的具有中空结构的柱体1以及骨架2，骨架2置于柱体1的腔体内，柱体1包括交汇区5及若干柱肢6，骨架2包括若干纵向加强筋3及若干横向加强筋4，纵向加强筋3设于柱肢6内，横向加强筋4的两端分别与两根纵向加强筋3连接；柱体1的高度与柱肢6肢高的比值小于等于5。

骨架2位于柱体1的内部，与柱体1的交汇区5形成交叉放置，骨架2尽可能将交汇区5覆盖起来，柱体1中心混凝体膨胀时，首先对骨架2进行挤压，柱体1的阴角7对应设置有两根纵向加强筋3与一列横向加强筋4，对阴角7形成保护面。

相对于柱体1的每一个阴角7来说，均设置有上述的保护面进行保护，防止阴角7现象的产生。对于骨架2来说，骨架2为框架式结构，对应着具有对称性的阴角7进行了对称性设计，在受力上杜绝了局部受力不均的问题；对于骨架2中单一保护面来说，想要产生变形，那么就需要将一列横向加强筋4产生变形才可以，而横向加强筋4有纵向加强筋3进行拉伸，骨架2在混凝土的横向膨胀作用下，受到了从中心往外的作用力，各结构均有向外变形的趋向，横向加强筋4想要往外变形，就需要骨架2有结构往内变形才可以。因此，骨架2支架形成互相约束的结构，只有在骨架2的结构出现断裂还可能发生横向加强筋4的变形，导致失去对阴角7的保护作用。

通过在钢管的腔体内设置骨架2来约束交汇区5的混凝土，限制混凝土的横向膨胀，保护异形柱的阴角7，骨架2采用框架式设计，形成相互制约的结构，防止出现局部受力不均、过大导致骨架2的变形，从而失去对阴角7的保护。

其中在每层建筑中，柱体1的高度与柱肢6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。

在本实施例中，异形柱为十字形钢管异形柱，如图1-2所示，柱体1的横截面为十字形时，四根纵向加强筋3与四列横向加强筋4形成骨架2，骨架2呈矩形结构。骨架2对应异形柱为十字形异形柱时，设计为矩形的框架式结构，形成对称性的受力结构。十字形柱体1在常规中均为各柱肢6等宽，所以柱体1的交汇区5为正方形，骨架2的横截面形状也呈正方形，两个正方形中心重合，并为45°设置，及图2所示。此时骨架2对应四个阴角7设有四个保护面，呈45°关系，此时横向加强筋4的受力均等，实现对四个阴角7的保护。

实施例2：

请参照图1-4所示，本实施例与实施例1的区别是，本实施例中柱体1的横截面为T字形，骨架2针对T字形异形柱进行了优化设计。

在本实施例中，柱体1的横截面为T字形时，横向加强筋4包括第一横向加强筋41与第二横向加强筋42，第二横向加强筋42为弧形结构，三根纵向加强筋3、两列第一横向加强筋41与一列第二横向加强筋42形成骨架2，骨架2呈扇形结构，扇形为直角扇形。当异形柱为T字形时，无阴角7的柱面，采用弧形的横向加强筋4进行保护即可，在混凝土横向膨胀时，弧形的加强筋受力均匀。

在本实施例中，T字形异形柱相对于十字形异形柱而言，少了一个柱体1，对于骨架2也少了一根纵向加强筋3，那么三个纵向加强筋3之间形成的对称性结构可以为等腰直角三角形与直角扇形，众所周知的，圆弧形结构比直边形结构受力更好，采用直角扇形的结构，离无阴角7的柱面更近，骨架2约束混凝土的面积更大。

实施例3：

请参照图1-4所示，本实施例与实施例3的区别是，本实施例中的异形柱的横截面为L字形，骨架2的结构针对柱体1进行了优化设计。

在本实施例中，柱体1的横截面为L字形时，横向加强筋4包括第一横向加强筋41与第二横向加强筋42，第二横向加强筋42为弧形结构，两根纵向加强筋3、一列第一横向加强筋41与一列第二横向加强筋42形成骨架2，骨架2呈半圆形结构。与T字形异形柱同理，L字形异形柱的无阴角7的柱面，采用弧形的横向加强筋4进行保护，使得骨架2受力更加均匀。

与实施例2中T字形异形柱提及的，骨架2既要保证对阴角7的保护，又需要对交汇区5覆盖的面积尽量的大，还要保证自身结构对称性，并与柱体1结合后形成对称结构；综合考虑，采用如图4所示的半圆形结构的骨架2能满足上述要求。

实施例4：

请参照图1-4所示，本实施例在上述三个实施例的基础上，针对骨架2相对与柱体1的位置，进行了详细优化，提高骨架2对阴角7的保护效果与对混凝土的横向膨胀的约束力。

在本实施例中，阴角7距离横向加强筋4的垂直距离为1~2cm。横向加强筋4尽可能靠近阴角7，保证保护效果，防止大颗粒的混凝土石料落入两者之间，导致混凝土浇筑不密实，结构不紧密。

作为方案的进一步优化，柱体1的肢高与肢宽的比值为2-3。异形柱的肢高与肢宽的比值越小，骨架2能约束的相对比例就越大，保护效果越好。

作为方案的进一步优化，横向加强筋4的纵向排列间距为80-200mm。合理控制横向加强筋4纵向的间距要保证混凝土的大石料能顺畅通过，又保证骨架2的强度。

作为方案的进一步优化，横向加强筋4连接在纵向加强筋3靠交汇区5的内侧。骨架2内的混凝土横向膨胀时，作用力从中心往外，横向加强筋4与纵向加强筋3的连接点设置在纵向加强筋3的内侧，起到保护连接点的作用，在外侧相对内侧更容易受力被破坏。

作为方案的进一步优化，纵向加强筋3位于柱体1的柱肢6宽度方向的中部。骨架2的摆向关系到骨架2的受力，纵向加强筋3设置在柱体1的中心线位置，骨架2受力更加均匀，约束混凝土的能力更均匀。

作为方案的进一步优化，纵向加强筋3为角钢。角钢自身具有一定三角形稳定性，比钢板与钢筋更适合作为受力结构，同时角钢的内侧面提供横向加强筋4的连接位置，材料易得，规格齐全。

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 (6)

1.一种内置骨架的钢管混凝土异形柱，其特征在于，包括采用钢板制作的具有中空结构的柱体（1）以及骨架（2），所述骨架（2）置于所述柱体（1）的腔体内，所述柱体（1）包括交汇区（5）及若干柱肢（6），所述骨架（2）包括若干纵向加强筋（3）及若干横向加强筋（4），所述纵向加强筋（3）设于所述柱肢（6）内，所述横向加强筋（4）的两端分别与两根所述纵向加强筋（3）连接；所述柱体（1）的高度与所述柱肢（6）肢高的比值小于等于5；

所述柱体（1）的横截面为T字形时，所述横向加强筋（4）包括第一横向加强筋（41）与第二横向加强筋（42），所述第二横向加强筋（42）为弧形结构，三根所述纵向加强筋（3）、两列所述第一横向加强筋（41）与一列所述第二横向加强筋（42）形成所述骨架（2），所述骨架（2）呈扇形结构，所述扇形为直角扇形。

2.根据权利要求1所述的一种内置骨架的钢管混凝土异形柱，其特征在于，所述柱体（1）的肢高与肢宽的比值为2-3。

3.根据权利要求1所述的一种内置骨架的钢管混凝土异形柱，其特征在于，所述柱体（1）的横截面为十字形时，四根所述纵向加强筋（3）与四列所述横向加强筋（4）形成所述骨架（2），所述骨架（2）呈矩形结构。

4.根据权利要求1所述的一种内置骨架的钢管混凝土异形柱，其特征在于，所述柱体（1）的横截面为L字形时，所述横向加强筋（4）包括第一横向加强筋（41）与第二横向加强筋（42），所述第二横向加强筋（42）为弧形结构，两根所述纵向加强筋（3）、一列所述第一横向加强筋（41）与一列所述第二横向加强筋（42）形成所述骨架（2），所述骨架（2）呈半圆形结构。

5.根据权利要求1-4之一所述的一种内置骨架的钢管混凝土异形柱，其特征在于，所述纵向加强筋（3）位于所述柱体（1）的所述柱肢（6）宽度方向的中部。

6.根据权利要求5所述的一种内置骨架的钢管混凝土异形柱，其特征在于，所述纵向加强筋（3）为角钢。

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