專利名稱：鋼管－鋼骨混凝土異型柱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混凝土構(gòu)件，特別是涉及一種用于土木工程中的鋼管-鋼骨混凝土異型柱。
背景技術(shù)：
目前，作為框架結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件的框架柱一般為普通的鋼筋混凝土柱。但普通鋼筋混凝土柱無法解決由于框架柱的截面尺寸往往大于墻體的厚度，而出現(xiàn)室內(nèi)柱角突出墻體的現(xiàn)象，以此影響了室內(nèi)的空間和使用。
針對(duì)普通鋼筋混凝土柱的這一問題，出現(xiàn)了鋼筋混凝土異形柱的結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于鋼筋混凝土異型柱結(jié)構(gòu)，主要有T、L、十字形，如圖1所示，國內(nèi)外的學(xué)者進(jìn)行了廣泛、深入的研究。
但是，在研究中也發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土異形柱的延性比普通矩形柱的差。異形柱由于多肢的存在，其剪力中心與截面形心往往不重合，在受力狀態(tài)下，各肢產(chǎn)生翹曲正應(yīng)力和剪應(yīng)力。由于剪應(yīng)力，使柱肢混凝土先于普通矩形柱出現(xiàn)裂縫，即產(chǎn)生腹剪裂縫，導(dǎo)致異形柱脆性明顯，使異形柱的變形能力比普通矩形柱降低。
作為異形柱延性的保證措施，必須嚴(yán)格控制軸壓比，同時(shí)避免高長比小于4(短柱)。控制柱截面軸壓比的目的，在于要求柱應(yīng)具有足夠大的截面尺寸，以防止出現(xiàn)小偏壓破壞，提高柱的變形能力，滿足抗震要求。因此，各種規(guī)程中，對(duì)異型柱的軸壓比都進(jìn)行了嚴(yán)格的限制，普遍比國家現(xiàn)行抗震規(guī)范規(guī)定的軸壓比限值要低。這無疑限制了異型柱結(jié)構(gòu)的發(fā)展。因此如何提高異型柱結(jié)構(gòu)的延性和承載力是當(dāng)務(wù)之急。
為解決這一問題，中國實(shí)用新型專利99236299.7號(hào)給出了《一種新型鋼管混凝土柱》，其中用于充填混凝土的鋼管為異形薄壁鋼管，在異形薄壁鋼管各邊設(shè)置有約束拉桿，所述的異形薄壁鋼管可以是方形、L形或T形薄壁鋼管，異形薄壁鋼管的最小邊長≥150mm，壁厚≥8mm；設(shè)置約束拉桿的間距為100～200mm；柱的長細(xì)比(長度與最小截面寬度之比)≤30。這種鋼管混凝土柱雖解決了現(xiàn)有鋼管混凝土柱形狀單一的問題，但存在需要設(shè)置約束拉桿，施工多有不便的缺點(diǎn)。
另一專利ZL200520090306.7號(hào)，給出一種新型的異型鋼骨高強(qiáng)混凝土柱。這種異型鋼骨高強(qiáng)混凝土柱的截面形式隨柱與墻的關(guān)系而變化，為實(shí)腹式異型鋼骨，不僅解決現(xiàn)有鋼筋高強(qiáng)混凝土柱抗震性能差的缺點(diǎn)，而且還豐富了鋼骨混凝土柱的截面形式和研究內(nèi)容，具有承載力高，剛度大、重量輕、塑性、韌性好，抗沖擊和抗疲勞性能好、抗震性能佳等特點(diǎn)。但是同樣存在著施工不便的問題，尤其是對(duì)于柱截面偏小時(shí)，更為突出。
有的學(xué)者提出了如圖2所示的異形柱，為空腹式鋼骨混凝土異形柱。該種柱能夠改善了柱的承載力和延性，是一種新型的框架柱。有的學(xué)者提出了如圖3所示的方鋼管混凝土異形柱，該種柱由方鋼管和檁條組成，同樣是一種新型的柱。
鋼管混凝土的研究國外開始于1897年，美國人John Lally發(fā)明在鋼管中填充混凝土作為房屋建筑的承重柱。在上個(gè)世紀(jì)20年代前后，國外各國對(duì)鋼管混凝土有了比較深入的了解，興建了大量的建筑。20世紀(jì)60年代前后，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)在國外發(fā)達(dá)國家受到重視，開展了大量的研究。
鋼管混凝土的大量研究在我國主要開始于上個(gè)世紀(jì)的70年代后期，對(duì)鋼管混凝土的理論進(jìn)行了深入的研究，并指導(dǎo)工程的應(yīng)用。我國于1990年頒布了《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》(CECS2890)。
在“鋼管混凝土結(jié)構(gòu)”中，鋼管混凝土柱可以分為鋼管在柱外側(cè)的鋼管混凝土柱和鋼管在柱內(nèi)的鋼管混凝土柱，前者通常稱為鋼管混凝土柱，后者通常稱為鋼管混凝土組合柱。在鋼管混凝土柱中，核心混凝土在鋼管的約束下，不但在使用階段改善了它的彈性性質(zhì)，而且在破壞時(shí)具有很大的塑性變形。與鋼筋混凝土柱相比，采用鋼管混凝土柱沒有綁扎鋼筋、支模和拆模等工序，施工簡便，因管內(nèi)無鋼筋，澆灌容易，振搗密實(shí)。與鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件相比，鋼管混凝土的構(gòu)造通常比鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件簡單，焊縫少，易于制作。但是由于鋼管混凝土柱的鋼管需要防火、防銹處理等問題，所以在建造高層建筑時(shí)，其維護(hù)費(fèi)用較高。
鋼管混凝土組合柱的形式，見圖4。在鋼管混凝土組合柱中，鋼管內(nèi)的混凝土通常為高強(qiáng)混凝土，其強(qiáng)度等級(jí)通常等于或高于鋼管外的混凝土強(qiáng)度等級(jí)。由于鋼管對(duì)核心區(qū)的混凝土提供了約束作用，產(chǎn)生了套筒效應(yīng)，所以，鋼管混凝土組合柱可增加結(jié)構(gòu)的耗能能力、提高建筑物的整體抗震性能，其耗能能力明顯高于一般鋼筋混凝土柱。
鋼管內(nèi)部混凝土強(qiáng)度等級(jí)高于外部的情況，采用疊合柱的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。圖4，即首先在柱內(nèi)部制作一個(gè)抗壓強(qiáng)度高的核心柱，由其承受結(jié)構(gòu)施工初期的荷載。待主體結(jié)構(gòu)施工到某一高度后，再澆筑鋼管外圍混凝土，因此也稱為疊合柱。在疊合柱中，結(jié)構(gòu)的部分豎向荷載將由核心柱承受，另一部分豎向荷載由柱外圍混凝土承受，其軸壓比較小，從而使柱子具有較好的延性，達(dá)到改善高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能的目的，其研究成果已成功地應(yīng)用于近30棟高層建筑之中。
經(jīng)過分析和比較發(fā)現(xiàn)，以上幾種異形柱都存在著許多不足。但是如果將鋼骨混凝土異形柱和圖4的鋼管混凝土組合柱綜合起來，研究一種鋼管-鋼骨高強(qiáng)混凝土異型柱，一定能夠改善現(xiàn)在的鋼筋混凝土異形柱的不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鋼管-鋼骨混凝土異型柱，其將鋼骨混凝土異形柱和鋼管混凝土組合柱結(jié)合起來，并通過混凝土而組成一個(gè)整體。改善了柱的延性，提高了柱的承載力，利于地震區(qū)抗震設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的鋼管-鋼骨混凝土異型柱，柱的截面形式為T、L、十字形，由圓鋼管、鋼骨、鋼筋混凝土和混凝土組成，其中混凝土位于鋼管內(nèi)，鋼管位于縱橫方向的鋼筋混凝土內(nèi)。
如上所述的鋼管-鋼骨混凝土異型柱，其柱正截面承載力由四部分疊加而成，分別為混凝土部分、鋼筋部分、鋼骨部分、鋼管混凝土芯柱四部分的承載力的疊加之合。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是1.本發(fā)明的鋼管位于縱橫方向鋼筋混凝土交叉部位的內(nèi)部，可以耐火、耐腐蝕。
2.可以先澆注鋼管內(nèi)部的混凝土，后澆注鋼管外測(cè)的混凝土，從而形成疊合柱。
3.本發(fā)明為鋼骨混凝土異形柱和鋼管混凝土組合柱的結(jié)合柱，改善了柱的延性，提高了柱的承載力，利于地震區(qū)抗震設(shè)計(jì)。


圖1是L形鋼筋混凝土異形柱示意圖；圖2是空腹式鋼骨混凝土異形柱示意圖；圖3是方鋼管混凝土異形柱示意圖；圖4是鋼管混凝土組合柱截面示意圖；圖5是本發(fā)明十字形鋼管-鋼骨混凝土異型柱結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明L字形鋼管-鋼骨混凝土異型柱結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明T字形鋼管-鋼骨混凝土異型柱結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明Y字形鋼管-鋼骨混凝土異型柱結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1～4為現(xiàn)有技術(shù)，圖中的文字不清晰，不影響對(duì)本發(fā)明的理解。
如圖所示，圖5是截面為“十”字形結(jié)構(gòu)的鋼管-鋼骨混凝土異型柱示意圖。由鋼管2、鋼骨4、鋼筋混凝土3和混凝土1組成，其中混凝土1位于鋼管2內(nèi)，鋼管2位于縱橫方向的鋼筋混凝土3內(nèi)。
圖6是截面為“L”字形結(jié)構(gòu)的鋼管-鋼骨混凝土異型柱示意圖。由鋼管2、鋼骨4、鋼筋混凝土3和混凝土1組成，其中混凝土1位于鋼管2內(nèi)，鋼管2位于縱橫方向的鋼筋混凝土3內(nèi)。
圖7是截面為“T”字形結(jié)構(gòu)的鋼管-鋼骨混凝土異型柱示意圖。由鋼管2、鋼骨4、鋼筋混凝土3和混凝土1組成，其中混凝土1位于鋼管2內(nèi)，鋼管2位于縱橫方向的鋼筋混凝土3內(nèi)。
圖8是截面為“Y”字形結(jié)構(gòu)的鋼管-鋼骨混凝土異型柱示意圖。由鋼管2、鋼骨4、鋼筋混凝土3和混凝土1組成，其中混凝土1位于鋼管2內(nèi)，鋼管2位于縱橫方向的鋼筋混凝土3內(nèi)。
本發(fā)明所提及的異形是指柱的截面形式為T、L、十、Y字形，而鋼管仍然是圓形，鋼骨通過焊接和鋼管組成異型結(jié)構(gòu)。
柱正截面承載力由四部分疊加而成，分別為混凝土部分、鋼筋部分、鋼骨部分、鋼管混凝土芯柱四部分的承載力的疊加之合。
具體計(jì)算公式為 Mx≤Σi=1ncAciσci(yci-y0)+Σj=1nsAsjσsj(ysj-y0)+]]>
My≤Σi=1ncAciσci(xci-x0)+Σj=1nsAsjσsj(xsj-x0)+]]> 式中N為軸力設(shè)計(jì)值；為鋼管混凝土芯柱承載力的影響系數(shù)；Asc，σsc為第i個(gè)混凝土單元的面積和應(yīng)力；Asj，σsj為第j個(gè)鋼筋的面積和應(yīng)力；Asck，σsck為第k個(gè)鋼管混凝土芯柱單元的面積和應(yīng)力；Assl，σssl為第l個(gè)鋼骨的面積和應(yīng)力；nc為混凝土劃分的單元數(shù)；ns為鋼筋的根數(shù)；nsc為鋼管混凝土芯柱劃分的單元數(shù)；nss為鋼骨劃分的單元數(shù)。Mx，My分別為關(guān)于截面形心軸x0，y0的彎距設(shè)計(jì)值；xci，yci為第i個(gè)混凝土單元在整體坐標(biāo)系下的形心坐標(biāo)；xsj，ysj為第j個(gè)鋼筋在整體坐標(biāo)系下的形心坐標(biāo)；xsck，ysck為第k個(gè)鋼管混凝土芯柱單元在整體坐標(biāo)系下的形心坐標(biāo)；xssl，yssl為第l個(gè)鋼骨單元在整體坐標(biāo)系下的形心坐標(biāo)；x0，y0為截面形心在整體坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。
權(quán)利要求
1.鋼管-鋼骨混凝土異型柱，柱的截面形式為T、L、十字形，其特征在于，由鋼管(2)、鋼骨(4)、鋼筋混凝土(3)和混凝土(1)組成，其中混凝土(1)位于鋼管(2)內(nèi)，鋼管(2)位于縱橫方向的鋼筋混凝土(3)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管-鋼骨混凝土異型柱，其特征在于，柱正截面承載力由四部分疊加而成，分別為混凝土部分、鋼筋部分、鋼骨部分、鋼管混凝土芯柱四部分的承載力的疊加之合。
全文摘要
鋼管－鋼骨混凝土異型柱，涉及一種混凝土構(gòu)件，本發(fā)明的柱的截面形式為T、L、十字形，由圓鋼管、鋼骨、鋼筋混凝土和混凝土組成，其中混凝土位于鋼管內(nèi)，鋼管位于縱橫方向的鋼筋混凝土內(nèi)，柱正截面承載力由四部分疊加而成，分別為混凝土部分、鋼筋部分、鋼骨部分、鋼管混凝土芯柱四部分的承載力的疊加之合。本發(fā)明是高層建筑物中建筑物框架結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件，具有承載力高，剛度大、重量輕，塑性、韌性好，抗沖擊和抗疲勞性能好，抗震性能佳等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)E04C3/34GK101025035SQ20061013516
公開日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2006年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者趙敬義 申請(qǐng)人:沈陽建筑大學(xué)