CN106639149A - 核心约束型空腹式型钢混凝土组合柱及制作方法 - Google Patents

Abstract

一种核心约束型空腹式型钢混凝土组合柱，包括竖向型钢、钢缀件、螺旋箍筋、纵向钢筋、方箍、混凝土。核心约束型空腹式型钢混凝土组合柱是在普通空腹式型钢混凝土柱核心配置螺旋钢筋笼，钢筋笼由螺旋箍筋和纵向钢筋绑扎而成。螺旋钢筋笼对其核心混凝土产生约束作用，并与型钢共同作用，对组合柱内混凝土形成复合约束，改善空腹式型钢混凝土柱对混凝土约束较弱的问题，提高组合柱的抗压承载性能和抗震性能。

Description

核心约束型空腹式型钢混凝土组合柱及制作方法

技术领域

本发明涉及一种钢与混凝土组合结构，尤其涉及一种核心约束型空腹式型钢混凝土组合柱及制作方法。

背景技术

近年来，随着城市化建设的高速发展，各城市的高层及超高层建筑井喷式涌现。型钢混凝土结构以其优异的承载能力、抗火性能、抗震性能以及施工快捷等优势，成为高层及超高层建筑所采用最主要的结构形式之一。

型钢混凝土柱根据配钢形式可分为实腹式和空腹式两类，空腹式型钢混凝土柱是在混凝土柱中配置由竖向型钢和钢缀件连接形成的空间钢骨架，钢骨架在横向是非连续的，其型钢间的空间在节点部位便于梁钢筋或型钢穿过，没有实腹式型钢混凝土柱节点中由于横向连续的实腹型钢阻挡而难以解决的交叉穿筋和施工困难等问题，同时由于型钢沿四周分布具有更好抗扭和压弯性能，从而受到工程应用的青睐。然而，研究表明由于含钢率较低，且对混凝土的约束性能较差，空腹式型钢混凝土柱的抗震性能劣于实腹式型钢混凝土柱，限制了其在高烈度地震区和抗震要求较高建筑中的应用。

因此，很有必要研究一种既便于节点设计施工、具有良好的抗扭、抗压弯性能，又满足抗震性能要求更高的新型空腹式型钢混凝土组合柱。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种节点施工方便的核心约束型空腹式型钢混凝土组合柱，改善空腹式型钢混凝土组合柱对混凝土的约束效果，提高组合柱的承载力和抗震性能。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

核心约束型空腹式型钢混凝土组合柱，包括竖向型钢、钢缀件、螺旋箍筋、纵向钢筋、方箍、混凝土；在混凝土内配置由竖向型钢通过钢缀件连接形成的空腹式钢骨架，钢骨架外侧设置由纵向钢筋与方箍绑扎形成的钢筋笼，钢骨架内侧即组合柱的核心处设置螺旋钢筋笼，螺旋钢筋笼由螺旋箍筋和纵向钢筋绑扎而成。

竖向型钢与横向、斜向钢缀件相互连接形成空腹式钢骨架，竖向型钢对称设置于靠近组合柱截面的角部或边缘处，钢缀件以水平横向和斜向交替首尾相连焊接于型钢翼缘外侧。

竖向型钢为角钢或槽钢，钢缀件为扁钢或钢板制作。

螺旋钢筋笼至少配置6根纵向钢筋，纵向钢筋均匀布置，绑扎于螺旋箍筋内壁。

螺旋箍筋采用截面是圆形的螺旋箍筋，直径为6mm-10mm，螺旋间距为40mm-80mm。

螺旋钢筋笼外边缘距钢骨架内边缘距离不小于50mm，螺旋钢筋笼直径与组合柱截面边长之比不小于0.3。

核心约束型空腹式型钢混凝土组合柱的制作方法，包括如下步骤：

(1)根据竖向型钢类型，焊接竖向型钢和钢缀件，形成空腹式钢骨架；

(2)在钢骨架外部定位绑扎纵向钢筋和方箍，形成钢筋笼；

(3)将纵向钢筋绑扎于螺旋箍筋内侧，形成螺旋钢筋笼；

(4)在空腹式钢骨架内定位安装螺旋钢筋笼，使螺旋钢筋笼的形心与钢骨架的形心重合；

(5)支模板浇筑混凝土，成型后即为核心约束型空腹式型钢混凝土组合柱。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果是：

通过在空腹式型钢混凝土柱核心处设置螺旋钢筋笼，使得核心处混凝土处于三向约束状态；同时，螺旋钢筋笼与空腹式钢骨架共同作用，形成对混凝土的复合约束，改善空腹式型钢混凝土组合柱对混凝土约束较弱的问题，提高组合柱的抗压承载性能和抗震性能；其节点能充分利用空腹式钢骨架和螺旋筋的空间，便于节点梁柱的交叉穿筋和箍筋布置，施工方便快捷。

附图说明

图1是本发明核心约束型空腹式型钢混凝土组合柱实施例1各组合部件空间结构示意图；

图2是本发明核心约束型空腹式型钢混凝土组合柱实施例2各组合部件空间结构示意图；

图中：1-竖向型钢 2-钢缀件 3-螺旋箍筋 4-纵向钢筋 5-方箍 6-混凝土 7-竖向型钢 8-钢缀件 9-螺旋箍筋 10-纵向钢筋 11-方箍 12-混凝土

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

实施例1：

如图1所示为核心约束型空腹式型钢混凝土组合柱第一种实施方式，包括竖向型钢1、钢缀件2、螺旋箍筋3、纵向钢筋4、方箍5、混凝土6；在混凝土6内配置由竖向型钢1通过钢缀件2连接形成的空腹式钢骨架，钢骨架外侧设置由纵向钢筋4与方箍5绑扎形成的钢筋笼，钢骨架内侧即组合柱的核心处设置螺旋钢筋笼，螺旋钢筋笼由螺旋箍筋3和纵向钢筋4绑扎而成。

本实施例中竖向型钢1采用角钢，钢缀件2采用扁钢或钢板；竖向角钢与横向及斜向钢缀件相互连接形成空腹式钢骨架，四个竖向角钢对称设置于靠近组合柱截面角部处，钢缀件以水平横向和斜向交替首尾相连焊接于型钢翼缘外侧。对称布置的竖向角钢能提高组合柱的压弯性能，钢缀件的配置以及该连接方式能提高组合柱水平受力性能。

螺旋钢筋笼至少配置6根纵向钢筋4，纵向钢筋均匀布置，绑扎于螺旋箍筋3内壁，纵向钢筋和横向螺旋箍筋分别在空间轴向和径向上对混凝土实现横向约束。螺旋箍筋3采用圆形螺旋钢筋，可以产生均匀连续的侧向压力，同时弥补钢骨架由于截面呈矩形而造成角部约束强，而四边约束较弱，最大程度的发挥对混凝土的约束效果；螺旋钢筋3直径为6mm-10mm，这是由于若螺旋箍筋直径大于10mm时，组合柱的承载力不能相应有效提高，因此控制钢筋直径可在保证一定承载力下节约钢材用量；螺旋间距为40mm-80mm，最好为40mm、50mm、60mm、70mm或80mm，这是因为螺旋间距小于40mm时不便于混凝土的浇筑，螺旋间距大于80mm时不能起到有效的约束作用。螺旋钢筋笼外边缘距钢骨架内边缘距离不小于50mm，这样便于螺旋钢筋笼的安装，以及混凝土的浇筑。螺旋钢筋笼直径与组合柱截面边长之比不小于0.3，若小于0.3不能保证核心混凝土的有效约束面积，对组合柱承载能力和抗震性能的提高有限。

本实施例的制作方法包括如下步骤：

(1)将钢缀件焊接于角钢翼缘外侧，将四个角钢连接起来形成空腹式钢骨架；

(2)在钢骨架外部定位绑扎纵向钢筋和方箍，形成钢筋笼；

(3)将纵向钢筋绑扎于螺旋箍筋内侧，形成螺旋钢筋笼；

(4)在空腹式钢骨架内定位安装螺旋钢筋笼，使螺旋钢筋笼的形心与钢骨架的形心重合；

(5)支模板浇筑混凝土，成型后即为核心约束型空腹式型钢混凝土组合柱。

实施例2：

本实施例技术方案及制作方法与实施例1基本相同，所不同之处在于：如图2所示，竖向型钢7采用两根槽钢，竖向槽钢与横向、斜向钢缀件8相互连接形成空腹式钢骨架，两槽钢对称设置于靠近组合柱截面边缘处。

综上所述，本发明核心约束型空腹式型钢混凝土组合柱与现有技术相比具有如下优势：

(1)通过在空腹式型钢混凝土柱核心处设置螺旋钢筋笼，使得核心处混凝土处于三向约束状态，提高核心混凝土的强度和延性。

(2)螺旋钢筋笼截面为圆形，置于截面为矩形的空腹式钢骨架内部，弥补矩形钢骨架四边对混凝土约束的不足，并与空腹式钢骨架形成复合约束，进一步提高对混凝土的约束能力，提高组合柱的抗压承载能力和抗震性能。

(3)有别于实腹式型钢混凝土柱和钢管混凝土柱，空腹式钢骨架和螺旋钢筋笼在横向都是非连续的，在梁柱节点处，能充分利用型钢和螺旋筋之间的空间，利于梁中钢筋或型钢穿过柱截面以及节点箍筋的布置，施工方便快捷。

Claims (7)

1.一种核心约束型空腹式型钢混凝土组合柱，其特征在于：包括竖向型钢、钢缀件、螺旋箍筋、纵向钢筋、方箍、混凝土；混凝土内配置由竖向型钢通过钢缀件连接形成的空腹式钢骨架，空腹式钢骨架外侧设置由纵向钢筋与方箍绑扎形成的钢筋笼，内侧设置螺旋钢筋笼，螺旋钢筋笼由螺旋箍筋和纵向钢筋绑扎而成。

2.如权利要求1所述的核心约束型空腹式型钢混凝土组合柱，其特征是空腹式钢骨架由竖向型钢通过横向和斜向钢缀件相互连接形成空间构架，竖向型钢对称设置于靠近组合柱截面的角部或边缘处，钢缀件以水平横向和斜向交替首尾相连焊接于型钢翼缘外侧。

3.如权利要求1所述的核心约束型空腹式型钢混凝土组合柱，其特征是竖向型钢为角钢或槽钢，钢缀件为扁钢或钢板制作。

4.如权利要求1所述的核心约束型空腹式型钢混凝土组合柱，其特征是螺旋钢筋笼至少配置6根纵向钢筋，纵向钢筋均匀布置，绑扎于螺旋箍筋内壁。

5.如权利要求4所述的核心约束型空腹式型钢混凝土组合柱，其特征是螺旋箍筋为截面是圆形的螺旋钢筋，直径为6mm-10mm，螺旋间距为40mm-80mm。

6.如权利要求1所述的核心约束型空腹式型钢混凝土组合柱，其特征是所述螺旋钢筋笼外边缘距钢骨架内边缘距离不小于50mm，螺旋钢筋笼直径与组合柱截面边长之比不小于0.3。

7.如权利要求1所述的核心约束型空腹式型钢混凝土组合柱的制作方法，其特征是包括如下步骤：

(1)根据竖向型钢类型，焊接竖向型钢和钢缀件，形成空腹式钢骨架；

(2)在钢骨架外部定位绑扎纵向钢筋和方箍，形成钢筋笼；

(3)将纵向钢筋绑扎于螺旋箍筋内侧，形成螺旋钢筋笼；

(4)在空腹式钢骨架内定位安装螺旋钢筋笼，使螺旋钢筋笼的形心与钢骨架的形心重合；

(5)支模板浇筑混凝土，成型后即为核心约束型空腹式型钢混凝土组合柱。