一种钢管混凝土组合柱的制作方法

本实用新型属于建筑结构技术领域，具体涉及一种钢管混凝土组合柱。

背景技术：

随着我国城市建设的飞速发展以及建筑工业化的推进，高层建筑特别是高层住宅需求越来越多。传统的钢筋混凝土结构由于抗震性能差、影响环境保护、劳动力需求量大、建造速度慢等缺点，难以在大荷载、大跨度等条件下实现高层建筑的功能多样化，更达不到建筑产业发展方向所要求的节地、节能等重要指标，已经不适应高层建筑发展的需要。而钢管混凝土结构通过在钢管中填充混凝土而形成，钢管及内部的混凝土能共同承受外部荷载作用，通过将钢管和混凝土的组合，不仅可以弥补两种材料各自的缺点，而且能够充分发挥二者的优点，因此钢管混凝土结构已经成为高层建筑的一种主要结构形式。

中国专利于2019.11.18公开了名称为一种装配式排钢管混凝土柱、墙结构(申请号：cn201911128714.x)的发明专利，其包括一排竖直设置的钢管、灌注在至少一个钢管内的填充材料、用于连接钢管的连接约束件，其采用钢管、填充材料和连接约束件的结构，钢管对填充材料提供约束力，内部填充材料对钢管提供支撑，两者协同工作，提高结构承载力和抗震性能，大幅降低用钢量、减轻震害、降低资源能源消耗、减少建筑垃圾、降低环境污染、实现绿色环保。

由此可见，该技术中装配式排钢管混凝土柱、墙结构的钢管之间无焊接，主要通过沿高度间隔布置约束件作为钢板短梁与钢管混凝土柱来形成框架结构，导致排钢管混凝土柱的抗弯刚度及抗弯承载力不足。

技术实现要素：

本实用新型目的在于解决现有技术中存在的上述不足，提供一种钢管混凝土组合柱，能有效提高抗弯刚度及抗弯承载力，在高层住宅中还可以把组合柱隐藏在墙体中，方便做到柱不凸出墙面。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种钢管混凝土组合柱，包括竖向设置的钢管，其特征在于：相邻两根钢管之间采用全长焊接方式组合，能有效提高抗弯刚度及抗弯承载力，在高层住宅中还可以把组合柱隐藏在墙体中，方便做到柱不凸出墙面。

当在一个方向组合排布的钢管数量足够多时，钢管混凝土组合柱可以演变为在这个方向的钢管混凝土组合剪力墙。

进一步，钢管采用圆管或椭圆管，其是本实用新型主要的承受竖向和水平荷载的部件。圆管及椭圆管具有较高的局部屈曲承载力，在满足构件只屈服而不屈曲的条件下，与矩形管相比，圆管的壁厚比矩形管壁厚可以大大减小。

而且在管内浇灌混凝土的情况下，圆管只有极微小的外鼓，而矩形管在长边上有明显的外鼓；圆管柱增加了一次性浇灌混凝土的高度，进而减少了柱子的竖向接头数量；在受力阶段，圆管具有明显的套箍作用，混凝土强度有较高的提高，而矩形管内的混凝土强度的提高不明显。

进一步，每楼层中，相邻两根钢管之间焊接有至少三道竖向分布的第一水平加劲肋，第一水平加劲肋的内侧紧贴钢管的外侧面，并与钢管焊接。楼面处的第一水平加劲肋设置在牛腿上翼缘、下翼缘的水平方向处，主要是传递梁翼缘的水平力，使该水平力均匀传给组合柱的每根钢管；楼层间的第一水平加劲肋设置在楼层上下相邻牛腿之间的区域中，主要作用是增强组合柱的面外整体刚度，能使结构符合设计计算假定。

进一步，排列成角度的三根钢管之间焊接有至少三道竖向分布的第二水平加劲肋，第二水平加劲肋的内侧紧贴钢管的外侧面，并与钢管焊接。本实用新型的三根钢管排列成直角，第二水平加劲肋主要用于成角度方向上钢管之间的连接，使得本实用新型在构成一字型结构外，还可构成l形、t形、z形、十字形等结构，第二水平加劲肋的作用和第一水平加劲肋的作用相同。

进一步，还包括牛腿，牛腿为梁柱刚接节点，与钢梁翼缘现场对接焊接，与钢梁腹板螺栓连接。牛腿和钢管之间设有节点补强板，用于钢梁与柱子传递荷载，以保证节点刚度及受力需要。

进一步，牛腿包括上翼缘、下翼缘和腹板，腹板焊接在上翼缘和下翼缘之间，节点补强板为与圆管紧贴的圆弧板，上翼缘的内侧和下翼缘的内侧均为圆弧面，上翼缘的内侧和下翼缘的内侧均与节点补强板焊接，腹板与节点补强板及钢管焊接，节点补强板与钢管四周围焊接。

在一般的钢结构设计中，节点的用钢量在总用钢量中的占比是比较大的，针对该技术问题，本实用新型将节点补强板设置为弧形，牛腿根据节点补强板的结构进行设计，具有以下特点：

(1)在一定的梁翼缘拉(压)力作用下，在节点补强板内产生一部分拉(压)力，板内的弯矩比平板明显减小，也就减小了弧形板内的综合应力，从而达到减小节点用钢量的目的。

(2)构造简单：在组合柱的端部，紧贴钢管外侧，简单加焊弧形补强板，完成了与牛腿的连接，特别在转角处，可以方便设置二个方向的牛腿，制作简单，效率及标准化程度高。

(3)由于节点补强板是贴在钢管外侧，方便了管内的混凝土浇灌，混凝土的密实度可以得到保证。

进一步，钢管中灌注有填充材料，填充材料采用c40以上等级的混凝土。具有的技术效果为：首先是分担一部分钢管混凝土组合柱的竖向荷载，减少钢管的用钢量，降低建造成本；其次是提高钢管混凝土组合柱的防火能力，与纯钢管比，在一定的耐火极限条件下，可以减少防火涂料的厚度，减小组合柱的外围尺寸，进而减小填充墙的厚度，减轻建筑物重量，进而降低造价。

进一步，相邻两根钢管之间接触排布，焊接位置设置在相邻两根钢管接触部位的两侧。

进一步，相邻两根钢管之间非接触排布，焊接位置设置在相邻两根钢管之间。

本实用新型由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

1、本实用新型的相邻两根钢管之间采用全长焊接方式组合，主要采用两种方式全长焊接：(1)相邻两根钢管之间接触排布，焊接位置设置在相邻两根钢管接触部位的两侧；(2)相邻两根钢管之间非接触排布，焊接位置设置在相邻两根钢管之间。目的是为了有效提高抗弯刚度及抗弯承载力，在高层住宅中还可以把组合柱隐藏在墙体中，方便做到柱不凸出墙面。

2、本实用新型设计了特定结构的水平加劲肋，主要包括焊接在相邻两根钢管之间的第一水平加劲肋和焊接在排列成角度的三根钢管之间的第二水平加劲肋。水平加劲肋的技术效果为：楼面处的水平加劲肋设置在牛腿的上翼缘、下翼缘的水平方向处，主要是传递梁翼缘的水平力，使该水平力均匀传给组合柱的每根钢管；楼层间的水平加劲肋设置在上下相邻牛腿之间的区域中，主要作用是增强组合柱的面外整体刚度，能使结构符合设计计算假定。

3、在一般的钢结构设计中，节点的用钢量在总用钢量中的占比是比较大的，针对该技术问题，本实用新型将节点补强板设置为弧形，牛腿根据节点补强板的结构进行设计，具有以下特点：

(1)在一定的梁翼缘拉(压)力作用下，在节点补强板内产生一部分拉(压)力，板内的弯矩比平板明显减小，也就减小了弧形板内的综合应力，从而达到减小节点用钢量的目的。

(2)构造简单：在组合柱的端部，紧贴钢管外侧，简单加焊弧形补强板，完成了与牛腿的连接，特别在转角处，可以方便设置二个方向的牛腿，制作简单，效率及标准化程度高。

(3)由于节点补强板是贴在钢管外侧，方便了管内的混凝土浇灌，混凝土的密实度可以得到保证。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型实施例一的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1中a-a向的结构示意图；

图4为实施例一中相邻两根钢管接触式焊接的结构示意图；

图5为实施例一中相邻两根钢管非接触式焊接的结构示意图；

图6为实施例一中第一水平加劲肋的结构示意图；

图7为实施例一中第二水平加劲肋的结构示意图；

图8为实施例一中牛腿的结构示意图；

图9为本实用新型实施例二的结构示意图；

图10为图9的侧视图；

图11为图9中b-b向的结构示意图。

图中，1-钢管；2-第一水平加劲肋；3-第二水平加劲肋；4-牛腿；5-节点补强板；6-上翼缘；7-下翼缘；8-腹板；9-填充材料。

具体实施方式

如图1至图8所示，为本实用新型实施例一，

一种钢管混凝土组合柱，包括竖向设置的钢管1，相邻两根钢管1之间采用全长焊接方式组合，主要采用两种方式全长焊接：(1)相邻两根钢管1之间接触排布，焊接位置设置在相邻两根钢管1接触部位的两侧(如图3所示)。(2)相邻两根钢管1之间非接触排布，焊接位置设置在相邻两根钢管1之间(如图4所示)。主要目的是能有效提高抗弯刚度及抗弯承载力，在高层住宅中还可以把组合柱隐藏在墙体中，方便做到柱不凸出墙面。

当在一个方向组合排布的钢管1数量足够多时，钢管1混凝土组合柱可以演变为在这个方向的钢管1混凝土组合剪力墙。

本实用新型在钢管1中灌注有填充材料10，填充材料10采用c40以上等级的混凝土。具有的技术效果为：首先是分担一部分钢管混凝土组合柱的竖向荷载，减少钢管1的用钢量，降低建造成本；其次是提高钢管混凝土组合柱的防火能力，与纯钢管比，在一定的耐火极限条件下，可以减少防火涂料的厚度，减小组合柱的外围尺寸，进而减小填充墙的厚度，减轻建筑物重量，进而降低造价。

本实用新型还包括牛腿4，牛腿4为梁柱刚接节点，与钢梁翼缘现场对接焊接，与钢梁腹板螺栓连接。

在实施例一中，钢管1采用圆管，钢管1是主要的承受竖向和水平荷载的部件。圆管具有较高的局部屈曲承载力，在满足构件只屈服而不屈曲的条件下，与矩形管相比，圆管的壁厚比矩形管壁厚可以大大减小。

而且在管内浇灌混凝土的情况下，圆管只有极微小的外鼓，而矩形管在长边上有明显的外鼓；圆管柱增加了一次性浇灌混凝土的高度，进而减少了柱子的竖向接头数量；在受力阶段，圆管具有明显的套箍作用，混凝土强度有较高的提高，而矩形管内的混凝土强度的提高不明显。

每楼层中，相邻两根钢管1之间焊接有至少三道竖向分布的第一水平加劲肋2，第一水平加劲肋2的内侧紧贴钢管1的外侧面，并与钢管1焊接。楼面处的第一水平加劲肋2设置在牛腿4的上翼缘、下翼缘的水平方向处，主要是传递梁翼缘的水平力，使该水平力均匀传给组合柱的每根钢管1；楼层间的第一水平加劲肋2设置在楼层上下相邻牛腿4之间的区域中，主要作用是增强组合柱的面外整体刚度，能使结构符合设计计算假定。

排列成角度的三根钢管1之间焊接有至少三道竖向分布的第二水平加劲肋3，第二水平加劲肋3的内侧紧贴钢管1的外侧面，并与钢管1焊接。本实用新型的三根钢管1排列成直角，第二水平加劲肋3主要用于成角度方向上钢管1之间的连接，使得本实用新型在构成一字型结构外，还可构成l形、t形、z形、十字形等结构，第二水平加劲肋3的作用和第一水平加劲肋2的作用相同。

牛腿4和钢管1之间设有节点补强板5，用于钢梁与柱子传递荷载，以保证节点刚度及受力需要。牛腿4包括上翼缘6、下翼缘7和腹板8，腹板8焊接在上翼缘6和下翼缘7之间，节点补强板5为与圆管1紧贴的圆弧板，上翼缘6的内侧和下翼缘7的内侧均为圆弧面，上翼缘6的内侧和下翼缘7的内侧均与节点补强板5焊接，腹板8与节点补强板5及钢管1焊接，节点补强板5与钢管1四周围焊接。

在一般的钢结构设计中，节点的用钢量在总用钢量中的占比是比较大的，针对该技术问题，本实用新型将节点补强板5设置为弧形，牛腿4根据节点补强板5的结构进行设计，具有以下特点：

(1)在一定的梁翼缘拉(压)力作用下，在节点补强板5内产生一部分拉(压)力，板内的弯矩比平板明显减小，也就减小了弧形板内的综合应力，从而达到减小节点用钢量的目的。

(2)构造简单：在组合柱的端部，紧贴钢管1外侧，简单加焊弧形补强板，完成了与牛腿4的连接，特别在转角处，可以方便设置二个方向的牛腿4，制作简单，效率及标准化程度高。

(3)由于节点补强板5是贴在钢管1外侧，方便了管内的混凝土浇灌，混凝土的密实度可以得到保证。

如图9至图11所示，为本实用新型实施例二，

基于实施例一的结构基础上，将实施例一中的圆管更换为椭圆管。

以上仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的技术特征并不局限于此。任何以本实用新型为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本实用新型的保护范围之中。

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