CN1963105A - 型钢－钢管混凝土异形柱及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种型钢―钢管混凝土异形柱及其制作方法，属于异形柱结构领域。这种型钢―钢管凝土异形柱的横截面可以是圆形和矩形组合的截面，也可以是两个及两个以上矩形组合的截面，在钢管混凝土异形柱中配置适量的型钢(1)，型钢在整个异形柱中是连续成一整体的，钢管组合转角处的钢管壁(8)要延伸到型钢腹板(4)并与型钢腹板焊接，在型钢翼缘外侧焊接钢筋段(6)或锚钉。本发明可以满足高层建筑较高建筑功能的要求，比现有的钢筋混凝土异形柱和钢管混凝土异形柱承载力高、延性好、抗震能力强。

Description

型钢-钢管混凝土异形柱及制作方法

技术领域

本发明涉及一种型钢-钢管混凝土异形柱及制作方法，属于异形柱结构领域。

背景技术

随着我国经济的快速发展，人们对房屋建筑的功能和外观都有了较高的要求。为了满足建筑等专业功能要求，高层建筑结构中出现了许多钢筋混凝土异形柱，例如截面形如乒乓球拍、T形、十字形、Z形和L形等。这些异形柱的抗震性能低于传统的矩形截面和圆形截面柱，现行的《混凝土结构设计规范》和《建筑抗震设计规范》未能提供相关的设计方法。

我国是多地震国家，建筑物不仅需要良好的建筑功能，也需要具有良好的抗震性能，这就要求建筑结构和构件有较高的承载力和良好延性。

然而，异形柱框架结构在更进一步推广应用上，如应用于层数更多、高度更高的建筑，受到了其自身特点的限制：异形柱为了和墙体的尺寸一致，柱截面偏小，因此其承载能力就会受到限制，目前工程中所用到的异形截面柱的轴压比限值较低；相对普通矩形截面柱，其柱肢较为薄弱，抗震能力相对不足，延性较差。已有的研究发现，钢筋混凝土异形柱承载力和延性相对较低，从而提高其承载力和延性成为改变异形柱抗震性能的主要问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是在保持现有异形截面尺寸，甚至减小异形截面尺寸的情况下，进一步改善其受力性能，提高承载力、改善延性。从而充分发挥异形柱框架结构的优点，使其应用范围更广。本发明提出了一种型钢-钢管混凝土异形柱及制作方法。

本发明的型钢-钢管混凝土异形柱采用的技术方案是：

异形柱的横截面为：(1)圆形和矩形组合的截面，如乒乓球拍形截面；(2)两个及两个以上矩形组合的截面，如十字形截面、T形截面、L形截面、Z形截面等。异形柱外侧为钢管，钢管中配置适量的型钢，型钢腹板在截面中心布置；并填入混凝土，型钢在整个异形柱中是连续成一整体的。为避免混凝土异形柱受压时钢管组合转角处的钢管壁因混凝土膨胀而外凸，此处的钢管壁要延伸到型钢腹板并与型钢腹板焊接。为保证型钢和混凝土能共同工作，不发生滑移，需采取适当的构造措施，如在型钢翼缘外侧焊接钢筋段或锚钉等，这些钢筋段和锚钉起到销栓的作用。

根据本发明的技术方案，采用型钢-钢管混凝土异形柱的制作方法，其顺序如下：

1)制作异形柱中的型钢，通过焊接的方式将独立的型钢拼装起来；

2)在型钢翼缘外侧焊接钢筋段或锚钉；

3)配置异形柱外侧的钢管，钢管组合转角处的钢管壁要延伸到型钢腹板并与型钢腹板焊接，通过焊接的方式将独立的钢管组合起来；

4)将异形柱的钢管、型钢，通过浇捣混凝土一次成型为型钢-钢管混凝土异形柱。

本发明采用了圆形截面和矩形截面组合、矩形截面和矩形截面组合、型钢和钢管混凝土组合，形成了型钢-钢管混凝土异形柱，充分发挥了钢管、型钢和混凝土的自身性能，构造简单，施工方便。同钢管混凝土柱相比，型钢-钢管混凝土异形柱内部的型钢在整个异形柱中连续成一整体，其存在提高了柱子的承载力和延性，因而可以减小构件的截面尺寸，增加建筑物使用空间以及减轻自重。与型钢混凝土柱相比，型钢-钢管混凝土异形柱钢管内的混凝土处于三向受力状态，提高了其强度和变形能力，混凝土受到钢管的约束，在受力过程中不会发生因混凝土被压碎而导致试件丧失承载力；施工中无需支模，柱中无需配置箍筋，方便了施工。该种异形柱可用于高轴压力情况，不但具有很好的延性，而且在破坏后仍具有较高的竖向残余承载力，可避免结构倒塌，适合在高地震烈度区的结构中应用。

由于混凝土柱是建筑结构中的主要承重构件，提高了混凝土柱的抗震能力，也就提高了建筑结构的整体抗震能力，当建筑物遭遇强烈地震时，可减轻其震害，防止其倒塌。

附图说明

图1是本发明型钢-钢管混凝土异形柱乒乓球拍形截面示意图；

图2是本发明型钢-钢管混凝土异形柱圆形与两个矩形组合截面示意图；

图3是本发明型钢-钢管混凝土异形柱十字形截面示意图；

图4是本发明型钢-钢管混凝土异形柱T形截面示意图；

图5是本发明型钢-钢管混凝土异形柱L形截面示意图；

图6是本发明型钢-钢管混凝土异形柱Z形截面示意图；

图7是型钢翼缘外侧焊接钢筋段示意图。

图中：1-型钢；2-钢管，3-混凝土，4-型钢腹板，5-型钢翼缘，6-钢筋段，7-加焊钢板条，8-钢管组合转角处的钢管壁。

具体实施方式

下面结合附图1～7详细说明本发明的具体实施例：

实施例1：

在本实施例中，型钢-钢管混凝土异形柱的横截面为一个圆形和一个矩形组合的截面，即如图1所示的乒乓球拍形截面。钢管2采用一个圆形和一个矩形钢管结合，在钢管2内部配置型钢1，圆形截面部分的型钢1由两个工字形型钢在圆心交叉，布置呈十字形，其中在矩形截面长向对称轴的延长线上的型钢腹板4沿此对称轴线延长至矩形截面远离圆形截面的一端，同时在此端部与腹板4垂直的方向焊接翼缘5，当矩形截面的长边大于或等于2倍的短边长度时，在矩形截面中的型钢腹板上(距翼缘5一定距离处)加焊一个和翼缘5平行的钢板条7。通过焊接，型钢1在整个异形柱中是连续成一整体的。为避免混凝土异形柱受压时，钢管组合转角处的钢管壁8因混凝土膨胀而外凸，此处的钢管壁要延伸到型钢腹板4并与型钢腹板4焊接。为保证型钢和混凝土能共同工作，不发生滑移，在型钢翼缘5外侧焊接钢筋段6，参见图7，这些钢筋段起到销栓的作用，也可将钢筋段采用锚钉替换，起到同钢筋段同样的作用。

制作方法：

1)通过焊接的方式将独立的型钢拼接起来，制作成异形柱中连续成一整体的型钢1；

2)在型钢翼缘5外侧按一定的间距焊接钢筋段6；

3)配置异形柱外侧的钢管2，将圆形钢管的钢管壁沿柱长方向切割一竖向缝隙，然后和型钢1进行套装，再将圆形钢管缝隙处与型钢腹板4焊接；将只有三面的矩形钢管(即半包围形式的矩形钢管)与圆形钢管交接处通过焊接的方式将两钢管组合起来；

4)将异形柱的型钢1、钢管2，通过浇捣混凝土3一次成型为型钢-钢管混凝土异形柱。

实施例2：

实施例2的型钢-钢管混凝土异形柱的横截面是一个圆形和两个矩形组合的截面，即如图2所示截面。钢管2采用一个圆形和两个矩形钢管结合，其余同实施例1。

制作方法基本同实施例1，不同的是第三步中将圆形钢管的钢管壁沿柱长方向切割两条竖向缝隙，这两条缝隙在圆形钢管上的距离为四分之一圆弧。

实施例3：

型钢-钢管混凝土异形柱的横截面是如图3所示的十字形截面。

钢管2采用两个矩形钢管结合，在钢管2内部配置型钢1，由两矩形钢管交叉组合形成，型钢1由两个工字形型钢在两矩形相交部位的中心点交叉，布置呈十字形。通过焊接，型钢1在整个异形柱中是连续成一整体的。其余同实施例2。

制作方法基本同实施例1，不同的是第三步中将一矩形钢管的钢管壁沿柱长方向切割两条竖向缝隙，这两条竖向缝隙位于此矩形钢管短向的对称轴平面上，然后和型钢1进行套装，再将矩形钢管缝隙处与型钢腹板4焊接；将另一矩形钢管沿短向对称轴切割成两部分，分别焊于和型钢焊接好的矩形钢管的两侧。

实施例4：

型钢-钢管混凝土异形柱的横截面是如图4所示的T形截面。

钢管2采用两个矩形钢管结合，在钢管2内部配置型钢1，型钢1由两个工字形型钢在两矩形相交部位的中心点交叉，当T形截面的竖向这一矩形截面长边大于或等于2倍的短边长度时，在此矩形截面中的型钢腹板上(距翼缘5一定距离处)加焊一个和翼缘5平行的钢板条7。通过焊接，型钢1在整个异形柱中是连续成一整体的。其余同实施例2。

制作方法基本同实施例1，不同的是第三步中将一矩形钢管的钢管壁沿柱长方向切割一条竖向缝隙，缝隙的位置位于截面长向一侧的中点处，然后和型钢1进行套装，再将矩形钢管缝隙处与型钢腹板4焊接；将另一只有三面的矩形钢管(即半包围形式的矩形钢管)和已型钢焊接好的矩形钢管在交接处通过焊接的方式将两钢管组合起来。

实施例5：

型钢-钢管混凝土异形柱的横截面是如图5所示的L形截面。

钢管2采用两个矩形钢管结合，在钢管2内部配置型钢1，型钢1由两个工字形型钢在两矩形相交部位的中心点交叉，当两矩形的截面长边大于或等于2倍的短边长度时，在矩形截面中的型钢腹板上(距翼缘5一定距离处)加焊一个和翼缘5平行的钢板条7。通过焊接，型钢1在整个异形柱中是连续成一整体的。其余同实施例2。

制作方法基本同实施例4，不同之处仅在于在一矩形钢管的钢管壁沿柱长方向切割的竖向缝隙的位置不同，本实施例缝隙的位置位于截面长向一侧距离端部二分之一另一矩形宽度处，目的是为了和型钢1进行套装。

实施例6：

型钢-钢管混凝土异形柱的横截面是如图6所示的Z形截面。

钢管2采用三个矩形钢管结合，在钢管2内部配置型钢1，型钢1由Z字形中部竖向矩形截面内的王字形型钢和上部、下部矩形截面内的工字形型钢焊接而成，当上部、下部矩形的截面长边大于或等于2倍的短边长度时，在矩形截面中的型钢腹板上(距翼缘5一定距离处)加焊一个和翼缘5平行的钢板条7。通过焊接，型钢1在整个异形柱中是连续成一整体的。其余同实施例2。

制作方法基本同实施例5，不同之处在于本实施例在Z字形中部竖向矩形截面钢管的钢管壁上沿柱长方向切割两条竖向缝隙，缝隙的位置分别位于截面长向两侧距离端部二分之一另一矩形宽度处，两缝隙关于矩形截面的中心对称，目的是为了和型钢1进行套装。将另两个只有三面的矩形钢管(即半包围形式的矩形钢管)分别焊于和型钢焊接好的矩形钢管的两侧。

Claims (8)

1、型钢—钢管混凝土异形柱，横截面是圆形和矩形组合的截面或两个及两个以上矩形组合的截面，包括异形柱外侧的钢管(2)，其特征在于：钢管(2)中配置型钢(1)并填入混凝土(3)，型钢(1)在整个异形柱中是连续成一整体的；其中，型钢腹板(4)在截面中心布置，钢管组合转角处的钢管壁(8)延伸到型钢腹板(4)并与型钢腹板(4)焊接，在型钢翼缘(5)外侧焊接钢筋段(6)或锚钉。

2、按照权利要求1所述的型钢—钢管混凝土异形柱，其特征在于：柱的横截面是一个圆形和矩形组合的截面；圆形截面部分的型钢(1)由两个工字形型钢在圆心交叉，布置呈十字形，其中在矩形截面长向对称轴的延长线上的型钢腹板(4)沿此对称轴线延长至矩形截面远离圆形截面的一端，同时在此端部与腹板(4)垂直的方向焊接翼缘(5)，钢管组合转角处的钢管壁(8)延伸到型钢腹板(4)并与型钢腹板(4)焊接，在型钢翼缘(5)外侧焊接钢筋段(6)；当矩形截面的长边大于或等于2倍的短边长度时，在矩形截面中的型钢腹板上加焊一个和翼缘(5)平行的钢板条(7)。

3、按照权利要求2所述的型钢—钢管混凝土异形柱，其特征在于：柱的横截面是一个圆形和一个矩形组合的截面或一个圆形和两个矩形组合的截面。

4、按照权利要求1所述的型钢—钢管混凝土异形柱，其特征在于：柱的横截面是十字形截面，由两矩形钢管交叉组合形成，型钢(1)由两个工字形型钢在两矩形相交部位的中心点交叉，布置呈十字形。

5.按照权利要求1所述的型钢—钢管混凝土异形柱，其特征在于：柱的横截面是T形截面，钢管(2)采用两个矩形钢管结合，型钢(1)由两个工字形型钢在两矩形相交部位的中心点交叉，当T形截面的竖向这一矩形截面长边大于或等于2倍的短边长度时，在此矩形截面中的型钢腹板上加焊一个和翼缘(5)平行的钢板条(7)。

6.按照权利要求1所述的型钢—钢管混凝土异形柱，其特征在于：柱的横截面是L形截面，钢管(2)采用两个矩形钢管结合，型钢(1)由两个工字形型钢在两矩形相交部位的中心点交叉，当两矩形的截面长边大于或等于2倍的短边长度时，在矩形截面中的型钢腹板上加焊一个和翼缘(5)平行的钢板条(7)。

7.按照权利要求1所述的型钢—钢管混凝土异形柱，其特征在于：柱的横截面是Z形截面，钢管(2)采用三个矩形钢管结合，型钢(1)由Z字形中部竖向矩形截面内的王字形型钢和上部、下部矩形截面内的工字形型钢焊接而成，当上部、下部矩形的截面长边大于或等于2倍的短边长度时，在矩形截面中的型钢腹板上加焊一个和翼缘(5)平行的钢板条(7)。

8、型钢—钢管混凝土异形柱的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)制作异形柱中的型钢(1)，通过焊接的方式将独立的型钢拼装起来；

2)在型钢翼缘(5)外侧焊接钢筋段(6)或锚钉；

3)配置异形柱外侧的钢管(2)，钢管组合转角处的钢管壁要延伸到型钢腹板

(4)并与型钢腹板(4)焊接，通过焊接的方式将独立的钢管(2)组合起来；

4)将异形柱的钢管(2)、型钢(1)，通过浇捣混凝土一次成型为型钢—钢管混凝土异形柱。

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