CN113073786B - 一种集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱及其加工方法 - Google Patents

一种集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱及其加工方法 Download PDF

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Abstract

发明提供一种集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱及其加工方法。该异形柱包括冷弯薄壁型异形钢管柱和内置冷弯薄壁型钢构件。所述冷弯薄壁型异形钢管柱为冷弯成型的异形空心钢管。所述冷弯薄壁型异形钢管柱的横截面整体为L形、T形或十字形。所述内置冷弯薄壁型钢构件嵌插在槽形柱肢的槽口中。所述内置冷弯薄壁型钢构件与平直支撑面通过自攻螺钉连接。采用集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱作为竖向承重构件，可避免室内凸柱，满足建筑使用功能与美观要求。异形钢管柱截面宽厚比较大易发生局部屈曲，通过内置冷弯薄壁型钢构件，可避免因板件发生局部屈曲而降低承载力。

Description

一种集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱及其加工方法
技术领域
本发明涉及，特别涉及一种集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱及其加工方法。
背景技术
建筑耗能已经成为我国社会总耗能的重要组成部分，有数据显示，2014年，建筑耗能约占社会总耗能的30％，再加上建筑材料生产过程的消耗，在社会总耗能的占比将达到46％～47％。可见，目前我国建设工程耗能与资源浪费问题十分严重，行业整体能耗高。冷弯薄壁型房屋建筑具有用钢量省、钢材可回收利用、自重低、人工投入少、施工周期短、预制装配化程度高、抗震性能好等特点，因此冷弯薄壁型钢结构房屋的推广使用将有效减少建筑工程耗能，减少资源浪费和对环境的污染，是一种天然的绿色建筑和工业化建筑，适合我国国情的发展需要。
在薄壁钢结构住宅体系中，通常采用竖向承重龙骨或钢板组成的墙体来承重和抗侧，但会带来建筑空间布置局限的问题，且建筑高度受抗侧力体系限制，多适用于低层建筑。采用柱承重方式传力途径明确，空间布置灵活，用户接受度高，通过添加支撑等有效抗侧力体系，能够适用于多高层建筑。
为了防止柱失稳或强度破坏，通常采用由多根冷弯薄壁C型或U 型截面基本钢构件使用自攻螺钉连接形成各种拼合柱来提高稳定承载力。参见图1，1a～1g所示为现有常用的拼合构件截面形式。现有冷弯薄壁型钢拼合柱承载力较小，不能满足冷弯薄壁型钢结构向中、多高层建筑的发展需求，当为提高承载力而排列多个拼合柱时会导致构造复杂繁琐，施工困难，更不利于设计计算。
通过在薄壁钢管柱内焊接加劲肋来提高稳定承载力时，存在焊接困难问题且很容易导致薄壁钢板焊穿焊透，而在冷弯薄壁型钢管柱内置冷弯薄壁型钢使用自攻螺钉形成集成式拼合柱时，可解决上述难题，同时柱无内置混凝土可减少加工制作时产生的粉尘和建筑垃圾，绿色环保。
异形柱具有抗弯、抗扭刚度大的优势，并且异形柱不外露墙体，符合建筑美观及使用要求，目前还未有集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱的提出。
发明内容
本发明的目的是提供一种集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱及其加工方法，以解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱，包括冷弯薄壁型异形钢管柱和内置冷弯薄壁型钢构件。
所述冷弯薄壁型异形钢管柱为冷弯成型的异形空心钢管。所述冷弯薄壁型异形钢管柱的横截面整体为L形、T形或十字形。
横截面整体为L形的冷弯薄壁型异形钢管柱包括L形核心侧板和两个槽形柱肢。所述L形核心侧板整体为L形型钢。所述槽形柱肢整体为槽形型钢。所述槽形型钢包括腹板和两个翼缘板。所述翼缘板为折弯波形板。所述翼缘板包括依次连接的若干个平直支撑面和若干个向内弯折出的梯形平槽。所述槽形柱肢位于L形的两端，L 形核心侧板位于L形的拐角处。所述槽形柱肢的开口方向朝拐角处。
横截面整体为T形的冷弯薄壁型异形钢管柱包括一字形核心侧板和三个槽形柱肢。所述槽形柱肢位于T形的三个端部。所述槽形柱肢的开口都朝向T形的交点。
横截面整体为十字形冷弯薄壁型异形钢管柱包括开口两两相对的四个槽形柱肢。
所述内置冷弯薄壁型钢构件为冷弯薄壁C型钢、冷弯薄壁U型钢或冷弯薄壁矩形钢管。所述内置冷弯薄壁型钢构件嵌插在槽形柱肢的槽口中。所述内置冷弯薄壁型钢构件与平直支撑面通过自攻螺钉连接。
进一步，所述L形核心侧板和一字形核心侧板的板面上也向内弯折出梯形平槽。
进一步，所述冷弯薄壁型异形钢管柱和内置冷弯薄壁型钢构件的材料采用Q235碳素结构钢、Q345低合金高强度结构钢、Q390 低合金高强度结构钢、Q420低合金高强度结构钢或Q460低合金高强度结构钢。
进一步，所述冷弯薄壁型异形钢管柱和内置冷弯薄壁型钢构件的壁厚为3～6mm。
本发明还公开一种采用上述集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱的薄壁钢结构住宅体系，集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱与冷弯薄壁型拼合梁焊接。楼板龙骨与冷弯薄壁型拼合梁通过自攻螺钉连接。
本发明还公开一种上述集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱的施工方法，包括以下步骤：
1)确定冷弯薄壁型异形钢管柱的截面形式、尺寸和梯形平槽的设置部位。
2)截取一块矩形薄壁钢板，采用冷弯的加工方式将其弯折成异形钢管。
3)截取若干块矩形薄壁钢板，采用冷弯的加工方式弯折成若干个内置冷弯薄壁型钢构件。
4)内置冷弯薄壁型钢构件嵌插入槽形柱肢的槽口中。
5)通过自攻螺钉将冷弯薄壁型异形钢管柱与内置冷弯薄壁型钢构件连接，形成集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱。
本发明的技术效果是毋庸置疑的：采用集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱作为竖向承重构件，可避免室内凸柱，满足建筑使用功能与美观要求。单个内置冷弯薄壁型钢构件长细比较大易发生整体失稳，通过钢板约束可提高整体稳定承载力。异形钢管柱截面宽厚比较大易发生局部屈曲，通过内置冷弯薄壁型钢构件，可避免因板件发生局部屈曲而降低承载力。内置冷弯薄壁型钢构件与异形钢管组合成一种集成式结构构件，可最大程度地充分发挥各自优势，减小各自弱点，提高整体受力性能。异形钢管柱与内置冷弯薄壁型钢构件通过自攻螺钉连接，避免了在柱内直接焊接加劲肋时存在的焊接困难和因板件过薄而焊穿焊透问题。钢管柱的薄壁钢板局部冷弯成型，可以进一步提高稳定承载力和抗侧力，同时因薄壁钢板的凹凸构造可方便制作时固定内置冷弯薄壁型钢构件。集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱均采用薄壁钢板件加工制作而成，无内置混凝土，加工制作均为干作业、粉尘和建筑垃圾小，绿色环保，减少建筑能耗。集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱为闭口截面形式，更有利于提高薄壁型钢板件的局部稳定性。集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱的稳定承载力高，抗弯及抗扭刚度大，通过调整其构造可满足薄壁钢结构住宅体系向中、多高层建筑的受力需求。
附图说明
图1为现有冷弯薄壁型钢拼合构件示意图；
图2为L形集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱结构图；
图3为L形集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱装配图；
图4为T形集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱结构图；
图5为T形集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱装配图；
图6为十字形集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱结构图；
图7为十字形集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱装配图；
图8为薄壁钢结构住宅体系结构示意图；
图9为上下柱连接示意图。
图中：冷弯薄壁型异形钢管柱1、L形核心侧板101、槽形柱肢 102、平直支撑面103、梯形平槽104、一字形核心侧板105、内置冷弯薄壁型钢构件2、自攻螺钉3、冷弯薄壁型拼合梁4、楼板龙骨5。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
本实施例公开一种集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱，包括冷弯薄壁型异形钢管柱1和内置冷弯薄壁型钢构件2。
所述冷弯薄壁型异形钢管柱1为冷弯成型的异形空心钢管。所述冷弯薄壁型异形钢管柱1的横截面整体为L形、T形或十字形。
横截面整体为L形的冷弯薄壁型异形钢管柱1包括L形核心侧板101和两个槽形柱肢102。所述L形核心侧板101整体为L形型钢。所述槽形柱肢102整体为槽形型钢。所述槽形型钢包括腹板和两个翼缘板。所述翼缘板为折弯波形板。所述翼缘板包括依次连接的多个平直支撑面103和多个向内弯折出的梯形平槽104。所述槽形柱肢102位于L形的两端，L形核心侧板101位于L形的拐角处。所述槽形柱肢102的开口方向朝拐角处。
横截面整体为T形的冷弯薄壁型异形钢管柱1包括一字形核心侧板105和三个槽形柱肢102。所述槽形柱肢102位于T形的三个端部。所述槽形柱肢102的开口都朝向T形的交点。
横截面整体为十字形冷弯薄壁型异形钢管柱1包括开口两两相对的四个槽形柱肢102。
所述内置冷弯薄壁型钢构件2为冷弯薄壁C型钢、冷弯薄壁U 型钢或冷弯薄壁矩形钢管。所述内置冷弯薄壁型钢构件2嵌插在槽形柱肢102的槽口中。所述内置冷弯薄壁型钢构件2与平直支撑面 103通过自攻螺钉3连接。
在实际生产中，可通过调整自攻螺钉位置与数量，提高柱稳定承载力。为便于加工，可由多张冷弯薄壁钢板外包内置冷弯薄壁型钢构件后，通过打自攻螺钉完成异形柱的制作。
实施例2：
本实施例公开一种集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱，包括冷弯薄壁型异形钢管柱1和内置冷弯薄壁型钢构件2。
所述冷弯薄壁型异形钢管柱1为冷弯成型的异形空心钢管。所述冷弯薄壁型异形钢管柱1的横截面整体为L形、T形或十字形。
参见图2，横截面整体为L形的冷弯薄壁型异形钢管柱1包括L 形核心侧板101和两个槽形柱肢102。所述L形核心侧板101整体为 L形型钢。所述槽形柱肢102整体为槽形型钢。所述槽形型钢包括腹板和两个翼缘板。所述翼缘板为折弯波形板。所述翼缘板包括依次连接的多个平直支撑面103和多个向内弯折出的梯形平槽104。所述槽形柱肢102位于L形的两端，L形核心侧板101位于L形的拐角处。所述槽形柱肢102的开口方向朝拐角处。
参见图4和图5，横截面整体为T形的冷弯薄壁型异形钢管柱1 包括一字形核心侧板105和三个槽形柱肢102。所述槽形柱肢102 位于T形的三个端部。所述槽形柱肢102的开口都朝向T形的交点。
参见图6和图7，横截面整体为十字形冷弯薄壁型异形钢管柱1 包括开口两两相对的四个槽形柱肢102。
所述内置冷弯薄壁型钢构件2为冷弯薄壁C型钢、冷弯薄壁U 型钢或冷弯薄壁矩形钢管。所述内置冷弯薄壁型钢构件2嵌插在槽形柱肢102的槽口中。所述内置冷弯薄壁型钢构件2与平直支撑面 103通过自攻螺钉3连接。
在本实施例中，所述L形核心侧板101和一字形核心侧板105 的板面上也向内弯折出梯形平槽104。所述冷弯薄壁型异形钢管柱1 和内置冷弯薄壁型钢构件2的材料采用Q235碳素结构钢、Q345 低合金高强度结构钢、Q390低合金高强度结构钢、Q420低合金高强度结构钢或Q460低合金高强度结构钢。所述冷弯薄壁型异形钢管柱 1和内置冷弯薄壁型钢构件2的壁厚为3～6mm。
实施例3：
参见图8和图9，本实施例提供一种采用上述集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱的薄壁钢结构住宅体系。集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱与冷弯薄壁型拼合梁4焊接。楼板龙骨5与冷弯薄壁型拼合梁4通过自攻螺钉连接。上集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱和下集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱能对接在一起，对接后，上下柱通过在内置冷弯薄壁型钢构件2处使用自攻螺钉连接。通过集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱来承重和抗侧，空间布置灵活，易于形成大空间，室内结构构件不外露，符合建筑美观及使用要求，是一种适合快速建造的绿色工业化建筑。
实施例4：
本实施例提供一种实施例1所述述集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱的施工方法，包括以下步骤：
1)确定冷弯薄壁型异形钢管柱1的截面形式、尺寸和梯形平槽 104的设置部位。
2)截取一块矩形薄壁钢板，采用冷弯的加工方式将其弯折成冷弯薄壁型异形钢管柱1。冷弯薄壁型异形钢管柱1在槽形柱肢102 侧壁上具有搭接缝。
3)截取多个块矩形薄壁钢板，采用冷弯的加工方式弯折成多个内置冷弯薄壁型钢构件2。
4)内置冷弯薄壁型钢构件2嵌插入槽形柱肢102的槽口中。
5)通过自攻螺钉3将冷弯薄壁型异形钢管柱1与内置冷弯薄壁型钢构件2连接，形成集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱。其中，异形钢管的搭接缝通过内置冷弯薄壁型钢构件2和自攻螺钉3 完成连接。

Claims (6)

1.一种集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱，其特征在于：包括冷弯薄壁型异形钢管柱(1)和内置冷弯薄壁型钢构件(2)；
所述冷弯薄壁型异形钢管柱(1)为冷弯成型的异形空心钢管；所述冷弯薄壁型异形钢管柱(1)的横截面整体为L形、T形或十字形；
横截面整体为L形的冷弯薄壁型异形钢管柱(1)包括L形核心侧板(101)和两个槽形柱肢(102)；所述L形核心侧板(101)整体为L形型钢；所述槽形柱肢(102)整体为槽形型钢；所述槽形型钢包括腹板和两个翼缘板；所述翼缘板为折弯波形板；所述翼缘板包括依次连接的若干个平直支撑面(103)和若干个向内弯折出的梯形平槽(104)；所述槽形柱肢(102)位于L形的两端，L形核心侧板(101)位于L形的拐角处；所述槽形柱肢(102)的开口方向朝拐角处；
横截面整体为T形的冷弯薄壁型异形钢管柱(1)包括一字形核心侧板(105)和三个槽形柱肢(102)；所述槽形柱肢(102)位于T形的三个端部；所述槽形柱肢(102)的开口都朝向T形的交点；
横截面整体为十字形冷弯薄壁型异形钢管柱(1)包括开口两两相对的四个槽形柱肢(102)；
所述内置冷弯薄壁型钢构件(2)为冷弯薄壁C型钢、冷弯薄壁U型钢或冷弯薄壁矩形钢管；所述内置冷弯薄壁型钢构件(2)嵌插在槽形柱肢(102)的槽口中；所述内置冷弯薄壁型钢构件(2)与平直支撑面(103)通过自攻螺钉(3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱，其特征在于：所述L形核心侧板(101)和一字形核心侧板(105)的板面上也向内弯折出梯形平槽(104)。
3.根据权利要求1所述的一种集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱，其特征在于：所述冷弯薄壁型异形钢管柱(1)和内置冷弯薄壁型钢构件(2)的材料采用Q235碳素结构钢、Q345低合金高强度结构钢、Q390低合金高强度结构钢、Q420低合金高强度结构钢或Q460低合金高强度结构钢。
4.根据权利要求1所述的一种集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱，其特征在于：所述冷弯薄壁型异形钢管柱(1)和内置冷弯薄壁型钢构件(2)的壁厚为3～6mm。
5.一种采用权利要求1所述集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱的薄壁钢结构住宅体系，其特征在于：集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱与冷弯薄壁型拼合梁(4)焊接；楼板龙骨(5)与冷弯薄壁型拼合梁(4)通过自攻螺钉连接。
6.一种权利要求1所述集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)确定冷弯薄壁型异形钢管柱(1)的截面形式、尺寸和梯形平槽(104)的设置部位；
2)截取一块矩形薄壁钢板，采用冷弯的加工方式将其弯折成异形钢管；
3)截取若干块矩形薄壁钢板，采用冷弯的加工方式弯折成若干个内置冷弯薄壁型钢构件(2)；
4)内置冷弯薄壁型钢构件(2)嵌插入槽形柱肢(102)的槽口中；
5)通过自攻螺钉(3)将冷弯薄壁型异形钢管柱(1)与内置冷弯薄壁型钢构件(2)连接，形成集成式冷弯薄壁型钢板约束型钢异形柱。
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