CN211114423U - 一种内支撑钢结构异形柱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种内支撑钢结构异形柱，属于钢结构工程技术领域，利用自身完整的内支撑外封闭结构形式较好地解决了现有钢结构柱在高轴压比下抗扭曲变形性能较差的问题；其技术特征是：包括中柱、边柱和角柱，在建筑边缘部位水平布置有多个边柱，边柱和边柱之间的角部设有用于连接中柱和边柱的角柱，中柱内设有中柱支撑组件，边柱内设有边柱支撑组件，角柱内设有角柱支撑组件。采用本实用新型内支撑钢结构异形柱的建筑结构受力和力传递更加合理，能够最大限度保证整体建筑的安全、稳定、可靠，降低和减灭各种荷载和自然灾害情况下对建筑的损害，保障人民生命和财产安全。

Description

一种内支撑钢结构异形柱

技术领域

本实用新型涉及钢结构工程技术领域，尤其涉及一种内支撑钢结构异形柱。

背景技术

目前常用的十字形钢结构柱没有弱轴，其受弯承载力、延性及抗震承载力较好；但与圆管、箱型钢结构柱相比其抗扭性能较差，特别是在高轴压比下变形很快。

故十字形钢结构柱一般需要与钢筋混凝土组合受力性能更好(提高十字形钢结构柱的外包混凝土强度，增加箍筋配筋率，提高箍筋强度等措施都能够使十字形钢结构柱的峰值荷载增大，抗变形能力增强，轴压比增大，承载力及塑性变形能力提高)，采用这一做法的主要原因是破坏模态属于局部屈曲的塑性破坏，且塑性变形主要发生在弯矩作用平面的翼缘上，因此，我们提出一种内支撑钢结构异形柱。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种内支撑钢结构异形柱，利用自身的结构形式较好地解决现有钢结构柱(十字柱没有封闭，箱型及圆管柱无内支撑) 在高轴压比下抗扭曲变形性能较差的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种内支撑钢结构异形柱，包括中柱、边柱和角柱，中柱四周连接有多个中柱，在建筑边缘部位布置有多个边柱，边柱和边柱之间设有用于连接中柱和边柱的角柱，中柱与中柱之间，中柱与边柱之间及中柱边柱和角柱之间用H型钢梁连接并用剪刀支撑加固，中柱内设有中柱支撑组件，边柱内设有边柱支撑组件，角柱内设有角柱支撑组件。

作为本实用新型再进一步的方案：中柱支撑组件包括中柱翼缘约束板、中柱翼缘板、中柱内支撑腹板和中柱内支撑加劲板，中柱的横截面为八边形，中柱翼缘约束板和中柱翼缘板交错设置在中柱的外壁上，中柱内支撑腹板在中柱内十字型交错设置，中柱内支撑腹板的两端通过焊接固定连接在中柱翼缘板的内壁，中柱内支撑加劲板在中柱内水平方向设置，中柱内支撑加劲板与中柱的内壁焊接固定连接。

作为本实用新型再进一步的方案：边柱支撑组件包括边柱翼缘约束板、边柱板、边柱翼缘板、边柱内垂直方向支撑腹板和边柱内水平方向支撑加劲板，边柱外壁中长边设置为边柱板，且交错设有边柱翼缘约束板和边柱翼缘板，在边柱内垂直方向支撑腹板的的两侧布置有多个边柱内水平方向支撑加劲板，边柱内水平方向支撑加劲板的四周与边柱的内壁焊接固定连接。

作为本实用新型再进一步的方案：所述边柱的结构为1/2中柱的外形，横截面为异形六边形。

作为本实用新型再进一步的方案：角柱支撑组件包括角柱翼缘约束板、角柱板、角柱翼缘板和角柱内水平方向支撑加劲板，角柱板构成角柱的两个直角边，角柱翼缘约束板和角柱翼缘板在角柱另外两直角边交错设置，角柱的内腔中布置有多个角柱内水平方向支撑加劲板，角柱结构为1/2边柱外形 (1/4的中柱)，横截面为异形五边形。中柱、边柱和角柱的外壁均设有用于防止柱体燃烧的防火保护层和增强柱面强度的柱面保护层，中柱、边柱和角柱的空腔内填充有防腐隔热保温的轻质混凝土填充材料。

综上所述，本实用新型的有益效果是：本实用新型实施例首先将钢柱制作成十字柱结构形式，在十字柱内腔焊接水平方向加劲板，再在十字的外部翼缘板之间四个方向均焊接翼缘约束板(注意垂直方向翼缘约束板遇到水平方向支撑加劲板断开并在外部焊接)构成全封闭的中柱结构；

边柱制作时先在边柱板的两端焊接两边侧翼缘板，在边柱板内侧焊接一端有翼缘板的T型支撑腹板，再在支撑腹板、翼缘板和边柱板之间焊接支撑腹板两侧的水平方向支撑加劲板，最后在翼缘板外部两侧焊接翼缘约束板(注意垂直方向翼缘约束板遇到水平方向支撑加劲板断开并在外部焊接)构成全封闭的边柱结构；

角柱制作时先将两块翼缘板分别焊接在角柱的两块角柱板上形成两个L 型，再将两个角柱板相对并焊接在一起，然后在角柱内焊接水平方向支撑加劲板，最后在翼缘板之间焊接翼缘约束板(注意垂直方向翼缘约束板遇到水平方向支撑加劲板断开并在外部焊接)构成全封闭的角柱结构。

中柱的横断面为八边形结构，根据边柱、角柱的需要中柱可衍生为1/2 边柱(横断面为六边形结构)和1/4角柱(横断面为五边形结构)。

在柱内形成的空腔填充防腐隔热保温的轻质混凝土，在柱外部包裹防止柱体燃烧的防火保护层，再在柱最外层(防火保护层外)喷涂增强柱面强度的柱面保护层，用这种具有内支撑钢结构异形柱建造的建筑结构特别是高层或超高层建筑结构，不仅重量轻而且受力和力传递更好，性能大大优于目前的钢结构柱和混凝土结构柱；由于这种钢结构形式外部为全封闭结构，内部又有完整的垂直方向十字腹板支撑和水平方向支撑加劲板结构，腹板、翼缘板和翼缘约束板之间全部焊接连接又构成稳定的结构形式，限制了钢柱在各个方向的扭曲变形，保证了整个建筑结构的安全、稳定、可靠，最大限度降低和减灭各种荷载和自然灾害情况下对整体建筑的损害，保障人民生命和财产安全，更适宜于装配式高层或超高层民用(住宅)及公用建筑。

附图说明

图1为实用新型的中柱结构示意图。

图2为实用新型的边柱结构示意图。

图3为实用新型的角柱结构示意图。

图4为图1的A-A向剖视图。

图5为图2的A-A向剖视图。

图6为图3的A-A向剖视图。

图7为图1的B-B向剖视图。

图8为图2的B-B向剖视图。

图9为图3的B-B向剖视图。

图10为图1的C-C向剖视图。

图11为图2的C-C向剖视图。

图12为图3的C-C向剖视图。

图中：1-中柱、2-中柱翼缘约束板、3-中柱翼缘板、4-中柱内支撑腹板、 5-中柱内水平方向支撑加劲板、6-边柱、7-轻质混凝土、8-边柱翼缘约束板、 9-边柱板、10-边柱内支撑腹板、11-边柱内水平方向支撑加劲板、12-角柱、13-角柱翼缘约束板、14-角柱板、15-角柱内水平方向支撑加劲板、16-防火保护层、17-边柱翼缘板、18-角柱翼缘板、19-柱面保护层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1～12所示，本实用新型实施例中，一种内支撑钢结构异形柱，包括中柱1、边柱6和角柱12，中柱1的四周连接有多个中柱1，在建筑边缘部位布置有多个边柱6，边柱6和边柱6之间设有用于连接中柱1和边柱6的角柱12，中柱与中柱之间，中柱与边柱之间及中柱边柱和角柱之间用H型钢梁连接并用剪刀支撑加固，中柱1内设有中柱支撑组件，边柱6内设有边柱支撑组件，角柱12内设有角柱支撑组件。

中柱支撑组件包括中柱翼缘约束板2、中柱翼缘板3、中柱内支撑腹板4 和中柱支撑加劲板5，中柱1的横截面为八边形，中柱内支撑腹板4在中柱内十字形交错设置，中柱内支撑腹板4的两端通过焊接固定连接在翼缘板内壁，中柱支撑加劲板5在中柱内水平方向设置，中柱内水平方向支撑加劲板5与中柱1的四周焊接固定连接。中柱翼缘约束板2和中柱翼缘板3交错焊接设置在中柱1的外壁上，中柱翼缘约束板2的设置实现了对中柱翼缘板3的约束并与垂直方向的十字型内支撑腹板4和翼缘板3及柱内水平方向的支撑加劲板5构成了垂直方向和水平方向稳定的结构形式，限制了钢柱在各个方向的扭曲变形，保证了结构的稳定。

实施例2

如图1～12所示，本实用新型实施例中，一种内支撑钢结构异形柱，包括中柱1、边柱6和角柱12，中柱1的四周连接有多个中柱1，在建筑边缘部位布置有多个边柱6，边柱6和边柱6之间设有用于连接中柱1和边柱6的角柱12，中柱与中柱之间，中柱与边柱之间及中柱边柱和角柱之间用H型钢梁连接并用剪刀支撑加固，中柱1内设有中柱支撑组件，边柱6内设有边柱支撑组件，角柱12内设有角柱支撑组件。

中柱支撑组件包括中柱翼缘约束板2、中柱翼缘板3、中柱内支撑腹板4 和中柱内支撑加劲板5，中柱1的横截面为八边形，中柱内支撑腹板4十字型交错设置在中柱内，中柱内支撑腹板4的两端通过焊接固定连接在翼缘板3 内壁，中柱内支撑加劲板水平方向设置在中柱1内，中柱内水平方向支撑加劲板5与中柱1的四周焊接固定连接。中柱翼缘约束板2和中柱翼缘板3交错焊接设置在中柱1的外壁上，中柱翼缘约束板2的设置实现了对中柱翼缘板3的约束并与垂直方向的十字型内支撑腹板4和翼缘板3及柱内水平方向的中柱内支撑加劲板5构成了垂直方向和水平方向稳定的结构形式，限制了钢柱在各个方向的扭曲变形，保证了结构的稳定。

边柱支撑组件包括边柱翼缘约束板8、边柱板9、边柱翼缘板17，边柱内支撑腹板10和边柱内水平方向支撑加劲板11，所述边柱6的横截面为异形六边形，边柱6外壁中长边设置为边柱板9，且交错设有边柱翼缘约束板8和边柱翼缘板17，边柱6内还在垂直方向设有边柱内支撑腹板10，在边柱内支撑腹板10的两侧布置有多个边柱内水平方向支撑加劲板11，边柱内水平方向支撑加劲板11的四周与边柱6的内壁焊接固定连接。

角柱支撑组件包括角柱翼缘约束板13、角柱板14、角柱翼缘板18和角柱内水平方向支撑加劲板15，角柱板14构成角柱的两个直角边，角柱翼缘约束板13和角柱翼缘板18在角柱12的另外两直角边交错设置，角柱12的内腔中布置有多个角柱内水平方向支撑加劲板15。

中柱1、边柱6和角柱12的外侧均设有用于防止柱体燃烧的防火保护层 16和增强柱面强度的柱面保护层17，中柱1、边柱6和角柱12的的空腔内均填充有防腐隔热保温的轻质混凝土7。

中柱翼缘约束板2和中柱翼缘板3的板厚度相同，边柱板9与边柱翼缘约束板8及边柱翼缘板17的板厚度相同，角柱板14与角柱翼缘约束板13及角柱翼缘板18的板厚度相同。

本实用新型的制作装配方法是：中柱1的制作装配，首先根据十字柱工艺方法及制作步骤下料中柱内支撑腹板4和中柱翼缘板3并组对焊接制作成十字柱构件，再下料中柱翼缘约束板2和中柱内水平支撑加劲板5，在十字柱构件内相应位置焊接水平方向支撑加劲板5，然后在中柱1的空腔内填充轻质混凝土7待完全干燥，在相邻中柱翼缘板3之间外部焊接中柱翼缘约束板2 (注意垂直方向翼缘约束板遇到水平方向支撑加劲板断开并在外部焊接)，在中柱1的外壁涂覆五遍防火保护层(总厚度不小于25mm且满足国标防火规范要求)16，每遍用抹子压光，每层防火保护层16的厚度不超过5mm待充分干燥后再制作下一层，最后在柱防火保护层外侧喷涂三遍柱面保护层19(总厚度不小于15mm)，每遍用抹子压光，每层柱面保护层19的厚度不超过5mm，待充分干燥后再制作下一层。

边柱6的制作装配，边柱6制作时先在边柱板9的两端焊接两边柱侧翼缘板17，在边柱板内侧焊接一端有边柱翼缘板17的T型边柱内垂直方向支撑腹板10，再在边柱内支撑腹板10、边柱翼缘板17和边柱板9之间焊接内支撑腹板两侧水平方向的支撑加劲板11，然后在边柱6的空腔中填充轻质轻质混凝土7待干燥，在边柱的翼缘板17两侧焊接边柱翼缘约束板8(注意垂直方向翼缘约束板遇到水平方向支撑加劲板断开并在外部焊接)构成全封闭的边柱结构，最后在边柱6的外壁涂覆五遍防火保护层(总厚度不小于25mm且满足国标防火规范要求)16，每遍用抹子压光，每层防火保护层16的厚度不超过5mm待充分后再制作下一层，在柱防火保护层外侧喷涂三遍柱面保护层 19(总厚度不小于15mm)，每遍用抹子压光，每层柱面保护层19的厚度不超过5mm，待充分后再制作下一层。

角柱12的制作装配，先将两块角柱翼缘板18分别焊接在两块角柱板14 上形成两个角柱的L型构件，将两个角柱的L型构件相对根据图示方位焊接在一起，再在角柱内焊接水平方向支撑加劲板15，在角柱12的空腔内填充轻质混凝土7待完全干燥，最后在角柱翼缘板18之间焊接角柱翼缘约束板13 (注意垂直方向翼缘约束板遇到水平方向支撑加劲板断开并在外部焊接)构成全封闭的角柱结构。在角柱12的外侧涂覆五遍防火保护层(总厚度不小于 25mm且满足国标防火规范要求)16，每遍用抹子压光，每层防火保护层16的厚度不超过5mm待充分后再制作下一层，最后在柱防火保护层外侧喷涂三遍柱面保护层19(总厚度不小于15mm)，每遍用抹子压光，每层柱面保护层19 的厚度不超过5mm，待充分后再制作下一层。

综上所述，本实用新型的有益效果是：本实用新型实施例制作装配的内支撑钢结构异形柱在外部焊接形成全封闭结构，内部又有完整的垂直方向十字腹板支撑和水平方向支撑加劲板结构，腹板、翼缘板和翼缘约束板之间又构成稳定的结构形式，限制了钢柱在各个方向的扭曲变形，柱内形成的空腔填充有防腐隔热保温的轻质混凝土，柱外部包裹防火保护层和柱面保护层，用这种内支撑异形钢结构柱建造的建筑结构，不仅重量轻强度高而且受力和力传递更好，性能大大优于目前的钢结构柱和混凝土结构柱，保证了整个建筑的安全、稳定、可靠，最大限度降低和减灭各种荷载和自然灾害情况下对整体建筑的损害，保障人民生命和财产安全，由于现场可以象钢结构一样直接施工装配，接头处仅需要局部处理，不需要大面积的的二次土建施工，符合装配式建筑绿色环保理念，更适宜于装配式高层、超高层民用(住宅)及公用建筑。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型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实用新型。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，本实用新型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实用新型内。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。

在本实用新型的描述中，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实用新型创造和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”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。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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)

1.一种内支撑钢结构异形柱，包括中柱(1)、边柱(6)和角柱(12)，中柱(1)的四周连接有多个中柱(1)，在建筑边缘部位布置有多个边柱(6)，其特征在于，边柱(6)和边柱(6)之间设有用于连接中柱(1)和边柱(6)的角柱(12)，中柱与中柱之间，中柱与边柱之间及中柱边柱和角柱之间用H型钢梁连接并用剪刀支撑加固，中柱(1)内设有中柱支撑组件，边柱(6)内设有边柱支撑组件，角柱(12)内设有角柱支撑组件。

2.根据权利要求1所述的一种内支撑钢结构异形柱，其特征在于，中柱支撑组件包括中柱翼缘约束板(2)、中柱翼缘板(3)、中柱内支撑腹板(4)和中柱内支撑加劲板(5)，中柱(1)的横截面为八边形，且中柱翼缘约束板(2)和中柱翼缘板(3)交错设置在中柱(1)的外壁上，中柱内支撑腹板(4)在中柱内十字型交错设置，中柱内支撑腹板(4)的两端通过焊接固定连接在中柱翼缘板(3)的内壁，中柱内支撑加劲板(5)在中柱(1)内水平方向设置，中柱内支撑加劲板(5)与中柱(1)的内壁焊接固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种内支撑钢结构异形柱，其特征在于，边柱支撑组件包括边柱翼缘约束板(8)、边柱板(9)、边柱翼缘板(17)、边柱内支撑腹板(10)和边柱内水平方向支撑加劲板(11)，边柱(6)外壁中长边设置为边柱板(9)且交错设有边柱翼缘约束板(8)和边柱翼缘板(17)，内支撑腹板(10)在边柱(6)内垂直方向设置，边柱内支撑腹板(10)两端分别与边柱板(9)和边柱翼缘板(17)内壁焊接固定连接，在边柱内支撑腹板(10)的两侧布置有多个边柱内水平方向支撑加劲板(11)，边柱内水平方向支撑加劲板(11)的四周与边柱(6)的内壁焊接固定连接。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种内支撑钢结构异形柱，其特征在于，所述边柱(6)结构为1/2中柱(1)外形，横截面为异形六边形。

5.根据权利要求1所述的一种内支撑钢结构异形柱，其特征在于，角柱支撑组件包括角柱翼缘约束板(13)、角柱板(14)、角柱翼缘板(18)和角柱内水平方向支撑加劲板(15)，角柱板(14)构成角柱的两个直角边，角柱翼缘约束板(13)和角柱翼缘板(18)在角柱(12)的另外两直角边交错设置，角柱(12)的内腔中布置有多个角柱内水平方向支撑加劲板(15)，角柱(12)结构为1/2边柱(6)外形、1/4中柱(1)外形，横截面为异形五边形。

6.根据权利要求1-3任一所述的一种内支撑钢结构异形柱，其特征在于，中柱(1)、边柱(6)和角柱(12)的外侧均设有用于防止柱体燃烧的防火保护层(16)和增强柱面强度的柱面保护层(19)，中柱(1)、边柱(6)和角柱(12)的空腔内填充有防腐隔热保温的轻质混凝土填充(7)。

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