CN216787650U - 方形管uhpc复合空心柱及空心柱-型钢梁组合框架 - Google Patents

Abstract

方钢管UHPC复合空心柱及空心柱‑型钢梁组合框架，属于钢‑混凝土组合结构领域。内层、外层方形钢管形成空心柱，钢筋笼置于夹层中，UHPC结构浇筑于夹层中。本实用新型结合混凝土结构及钢结构各自的优点，并利用UHPC的优异性能提高了框架的综合性能。复合空心柱采用将UHPC灌入钢管而成，方形钢管约束UHPC组合结构，方形钢管侧向约束UHPC，提高核心UHPC抗压强度，韧性与耐久性也进一步提高，能最大限度发挥UHPC的优势，对减少构件截面积，优化结构层次有着良好的作用。框架梁采用型钢梁有着减少施工周期，减轻结构自重的效果。

Description

方形管UHPC复合空心柱及空心柱-型钢梁组合框架

技术领域

本实用新型涉及一种建筑构件的结构，尤其涉及一种方形管UHPC复合空心柱及空心柱-型钢梁组合框架，属于钢-混凝土组合结构领域。

背景技术

混凝土和钢材是构成现代建筑结构的两种最重要的建筑材料，这两种材料自身性能的改善及相互组合方式的改进，促进了建筑结构从构件到体系的不断发展和创新。钢-混凝土组合结构作为一种在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展而来的新型结构形式，可充分利用钢和混凝土材料各自的优点，已被广泛应用于高层及超高层建筑、大跨结构、桥梁结构、地下工程和建筑加固改造等多个领域。作为建筑创新的重要方向，钢-混凝土组合结构将在我国土木工程事业的发展过程中扮演愈加重要的角色。

超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，UHPC）是基于最大堆积密度理论原理配制的一种超高强水泥基复合材料。UHPC剔除了粗骨料，水泥基体均匀密实，具有强度高、韧性好、耐久性好等特点。将UHPC应用到框架柱内能有效提高框架柱承载力、韧性、耐久性等相关性能，满足了建筑结构对于混凝土材料工作性能的要求。

目前装配式建筑的研究是建筑类科研工作者的主要研究课题之一，装配式建筑有以下几个主要的优点：

（1）缩短工期

与传统的现浇方式相比，省去了许多传统工艺的施工步骤，有效地缩短了施工工期，也明显提高了施工效率；

（2）降低劳动力成本

通过机械化的装配施工方式，充分弥补传统施工的短板，不仅减少了现场施工人员，也缓解了管理人员的工作压力，劳动力成本大大降低；

（3）提高安全性

装配式建筑的应用，交叉作业面明显减少，现场只需配备吊装、安装工人，管理人员也相对减少，从而可以有效降低施工现场的安全隐患，为相关施工人员提供了可靠安全保障。

实用新型内容

本实用新型针对普通钢筋混凝土框架结构在现场立模浇筑施工周期长，养护条件差、人力资源消耗大、结构耐久性较差及钢结构框架耐火性、耐腐蚀性较差等问题，提供的一种方形管UHPC复合空心柱及型钢梁组合框架，旨在提高框架结构的综合性能并缩短施工周期。

本实用新型结合钢筋混凝土框架结构和钢框架结构各自的特点，引入UHPC复合空心柱及组合框架，具体的：

本实用新型的第一个目的是提供：方形管UHPC复合空心柱，其特征是，包括内层方形钢管、外层方形钢管、钢筋笼以及UHPC结构；所述内层方形钢管置于外层方形钢管内，且两者中心点重合，形成空心柱；所述钢筋笼置于内层、外层方形钢管之间的夹层中，所述UHPC结构浇筑于内层、外层方形钢管之间的夹层中。所述钢筋笼由若干箍筋、纵筋绑扎而成。

采用上述方案，UHPC复合空心柱，利用内、外层双钢管以及箍筋的三重约束大幅度提高了框架柱的承载能力及抗震性能等相关性能。钢管约束钢筋混凝土柱相比于普通钢筋混凝土柱承载能力、抗震性能、延性等相关性能均得到有效提高。预制阶段，方形钢管约束混凝土柱在浇筑混凝土时无需模板，可直接利用钢管作为板，且相对于普通模板而言，钢管作为模板可以更好地承担施工荷载。空心结构又能减轻自重，便于运输、装卸。

本实用新型在方钢管内以UHPC替代普通混凝土，制成方钢管UHPC复合空心柱将其用作框架柱，能有效提高框架柱的承载力、韧性、耐久性等相关性能，进而有效地提高框架结构的综合性能。

本实用新型的第二个目的是提供：UHPC复合空心柱-型钢梁组合框架，包括至少两根UHPC复合空心柱以及一根型钢梁，型钢梁水平布置，其两端分别连接两根复合空心柱的顶部外壁。

进一步的，组合框架中，柱与柱之间以法兰盘连接，且法兰盘上预留有螺栓孔。梁柱连接板焊接在复合空心柱的外层方形钢管顶部外壁，所述梁柱连接板上设有螺栓孔、腰型孔中的一种或两种，以与型钢梁通过螺栓相连，梁、柱连接采用螺栓铰接的方式。

型钢梁其自重相对于混凝土梁较轻，且有着较好的延性，采用轻质的型钢作为框架梁有利于减轻结构整体的自重，对减小框架柱的截面尺寸，增大建筑使用面积有着较大的帮助。

进一步的，位于底层的组合框架，其复合空心柱底部设有钢板预埋件，所述钢板预埋件上焊接有地脚螺栓，所述钢板预埋件底部焊接有π型锚固钢筋，所述钢板预埋件底部还焊接有抗剪键；所述钢板预埋件通过混凝土基础与地面固定，并利用地脚螺栓与对应复合空心柱的法兰盘相连。

采用上述方案，钢板预埋件通过锚固钢筋与混凝土基础增加根基牢固性。地脚螺栓底部设置弯钩，增加其与混凝土基础的强度，地脚螺栓顶部伸出钢板预埋件并与复合空心柱法兰盘通过螺栓相连。

进一步的，每根复合空心柱柱脚法兰盘焊接有加劲肋，以增强复合空心柱的强劲；位于顶层的组合框架，其复合空心柱顶部设有钢盖板，用于防止杂物进入空心柱内腔。

本实用新型的复合空心柱以及钢结构部分可在工厂预制，组合框架可在现场装配两个环节。本实用新型能广泛应用于建筑领域，利用UHPC高强耐久的优点配合内外层方形钢管的约束力，提高复合空心柱的承载力、耐久性。采用型钢梁减轻结构自重，优化结构体系。利用工厂预制及现场拼接有效提高了施工速度，提高工程质量。本实用新型可用作建筑结构的承重结构。

本实用新型的有益效果：

本实用新型结合混凝土结构及钢结构各自的优点，并利用UHPC的优异性能提高了框架的综合性能。复合空心柱采用将UHPC灌入钢管而成，方形钢管约束UHPC组合结构，方形钢管侧向约束UHPC，提高核心UHPC抗压强度，韧性与耐久性也进一步提高，能最大限度发挥UHPC的优势，对减少构件截面积，优化结构层次有着良好的作用。框架梁采用型钢梁有着减少施工周期，减轻结构自重的效果。本实用新型在浇筑UHPC时无需制作模板，在方形钢管内直接浇筑UHPC大大减少了施工周期，也节约了人力物力的损耗。

附图说明

图1为实施例1中普通层复合空心柱示意图；

图2为实施例1中顶层复合空心柱示意图；

图3为图1中 A-A 向剖视图；

图4为实施例2中组合框架示意图；

图5为实施例3中底层框架示意图；

图6为实施例3中中间层框架示意图；

图7为实施例3中顶层框架示意图；

图8为实施例2或3中柱脚示意图；

图9为实施例2或3中钢板预埋件示意图；

图10为实施例2或3中混凝土基础内部示意图；

图11、12为实施例2或3梁、柱连接节点示意图；

图中：外层方形钢管1、箍筋2、纵筋3、内层方形钢管4、UHPC结构5、法兰盘6、加劲肋7、梁柱连接板8、螺栓9、钢板预埋件10、抗剪键11、锚固钢筋12、地脚螺栓13、型钢梁14、混凝土基础15、钢盖板16。

具体实施方式

实施例1

如图1-3所示，本实施例提供一种方形管UHPC复合空心柱，由内层方形钢管4、外层方形钢管1组合并在双钢管之间的空腔内放入钢筋笼并注入UHPC结构5，形成方钢管的UHPC复合空心柱。内层方形钢管置于外层方形钢管内，且两者中心点重合，钢筋笼由若干箍筋2、纵筋3绑扎而成。

本实施例复合空心柱的预制过程：

（1）绑扎方钢管的UHPC复合空心柱钢筋笼；

（2）将钢筋笼放入内层、外层方形钢管之间的空腔内；

（3）将UHPC结构填充进空心柱夹层，养护UHPC达到强度要求；

（4）在复合空心柱外钢管顶/底部焊接法兰盘6，法兰盘上预留螺栓孔，柱顶外钢管焊接梁柱连接板8。

本实施例利用钢管和箍筋的约束UHPC提高框架柱的承载能力、韧性、抗震性等相关性能。

实施例2

如图4、图8至图12所示，本实施例提供一种方形管UHPC复合空心柱-型钢梁组合框架，含两根实施例1中的复合空心柱以及一根型钢梁14。

组合框架现场安装：

（1）将所需的各种材料及复合空心柱运至施工现场；

（2）首先利用地脚螺栓将底层框架柱安装到位；

（3）焊接柱脚加劲肋；

（4）利用螺栓安装一层框架梁；

所有材料用量及相关尺寸均需根据实际工程的需求计算选取。

实施例3

在实施例2基础上，如图5-7所示，为多层结构的组合框架，在一层框架安装完毕后，依次用螺栓安装每层复合空心柱及框架梁。

本实用新型框架梁采用型钢梁其自重轻、延性好，对减轻结构自重，减小框架柱截面尺寸有着良好的表现，柱端拼接处纵筋伸入上下柱的长度需满足规范规定的搭接长度要求，型钢梁、内外钢管、配筋率等均根据实际所需承担荷载要求计算所得。

Claims (10)

1.方形管UHPC复合空心柱，其特征是，包括内层方形钢管、外层方形钢管、钢筋笼以及UHPC结构；所述内层方形钢管置于外层方形钢管内，且两者中心点重合，形成空心柱；

所述钢筋笼置于内层、外层方形钢管之间的夹层中，所述UHPC结构浇筑于内层、外层方形钢管之间的夹层中。

2.根据权利要求1所述的方形管UHPC复合空心柱，其特征是，所述钢筋笼由若干箍筋、纵筋绑扎而成。

3.根据权利要求1或2所述的方形管UHPC复合空心柱，其特征是，该复合空心柱的两端设有用于相互连接的法兰盘，且法兰盘上预留有螺栓孔。

4.空心柱-型钢梁组合框架，其特征是，包括至少两根权利要求1所述的UHPC复合空心柱以及一根型钢梁；所述型钢梁水平布置，其两端分别连接两根复合空心柱的顶部外壁。

5.根据权利要求4所述的空心柱-型钢梁组合框架，其特征是，所述外层方形钢管的顶部外壁焊接有用于连接型钢梁的梁柱连接板。

6.根据权利要求5所述的空心柱-型钢梁组合框架，其特征是，所述梁柱连接板上设有螺栓孔、腰型孔中的一种或两种，以与型钢梁通过螺栓相连。

7.根据权利要求5或6所述的空心柱-型钢梁组合框架，其特征是，位于底层的组合框架，其复合空心柱底部设有钢板预埋件，所述钢板预埋件上焊接有地脚螺栓；

所述钢板预埋件通过混凝土基础与地面固定，并利用地脚螺栓与对应复合空心柱的法兰盘相连。

8.根据权利要求7所述的空心柱-型钢梁组合框架，其特征是，所述钢板预埋件底部焊接有π型锚固钢筋，所述钢板预埋件底部还焊接有抗剪键。

9.根据权利要求8所述的空心柱-型钢梁组合框架，其特征是，每根复合空心柱柱脚法兰盘焊接有加劲肋。

10.根据权利要求8所述的空心柱-型钢梁组合框架，其特征是，位于顶层的组合框架，其复合空心柱顶部设有钢盖板。

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