CN109025067A - T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱，所述异形柱包括底座以及垂直安装在底座上的T形异形柱；所述T形异形柱内均匀分布有若干根纵向平行的钢筋以及若干圈横向的T形箍筋并浇注有混凝土；所述三个肢端分别布置槽形型钢，所述槽形型钢套在三个肢端外，所述槽形型钢的凹口朝向T形异形柱中心，其施工方法包括：绑扎钢筋骨→拼装成组合T形钢骨架→架设模板→浇注成型；本申请采用钢‑混凝土组合结构异形柱将槽钢包裹在异形柱肢端外侧，不会因槽钢埋于混凝土内部造成内部钢筋拥挤、空间不足的问题，有效解决型钢混凝土异形柱的钢骨架较复杂而造成施工不便的问题，节约施工时间及成本；有效提高普通钢筋混凝土异形柱结构抗震性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑工程领域，特别是一种T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱及其施工方法。
背景技术
异形柱是指柱截面为L形、T形、十字形，截面高与肢厚之比小于或等于4的柱。异形柱的肢厚通常与墙厚保持一致，避免了柱子凸出墙体，使得建筑内部既美观，同时也间接增大了房间的使用空间，因此，异形柱在建筑使用功能上有着不可替代的优越性，很容易受到用户和开发商的普遍欢迎，因而在实际工程中得到广泛应用。
但是，由于现有异形柱截面的不规则性，受力不合理，肢厚较小，使其在地震作用下首先在肢端脚部破坏，进而导致柱子整体很快破坏，抗震性能普遍不如矩形截面柱。
为了使异形柱结构性能进一步的优化，扩大应用范围，许多学者进行了大量的试验与理论研究，提出了一些新的结构形式及施工方法，例如型钢混凝土异形柱、钢管混凝土异形柱等；这些新的结构形势虽然能在一定程度上解决异形柱抗震性能不足的问题，但同时也带来施工空间不足的问题，对肢厚一般只有200mm的住宅用型钢或钢管混凝土异形柱结构，在节点处既要有型钢或钢管通过，又要有梁柱的纵向钢筋交叉穿过，是难以想象的拥挤，甚至难以在实际工程中实施。
现有技术中常用的制作异形柱及其施工方法的缺陷在于：
(1)普通钢筋混凝土异形柱，将钢筋按异形柱的形状绑扎成T形或其它形状，固定在设计位置，然后在混凝土内有钢筋穿过，混凝土浇筑比较方便，由于肢厚较薄，破坏时一般在肢端的混凝土首先被压碎，承载力较低，不能应用高于12层建筑，抗震性能差，不能用于高于8度地震区。
(2)型钢混凝土异形柱，即在混凝土内部埋置型钢，此种形式结构较为复杂，加上异形柱内部空间夹小，特别是在梁柱交接处的节点位置内部更拥挤，给施工带来困难，施工时截面内部型钢防碍混凝土的振捣密实，在混凝土内部埋置型钢，混凝土包裹型钢周围，型钢不外露，有腹式和空腹式，型钢不焊接栓钉等连接件，承载力较大，抗震性能较好，但由于内部有型钢穿过，会防碍钢筋的绑扎，在梁柱交叉处柱的型钢又将防碍梁的钢筋穿过。当截面较小时，可能会造成混凝土保护层厚度不足的缺点，同时，由于异形柱的截面复杂，相应的钢骨架也妨碍振岛器的***，不利于混凝土的振岛密实，不利于施工质量的保证。
(3)钢管混凝土异形柱，在钢筋混凝土异形柱布置有钢管，内填充混凝土，钢管间用构件连接，施工工序较多，难度大，抗震性能好，承载力高，钢管的防碍使梁柱交叉处钢筋不易穿过，要采取复杂的措施。一般不适用于住宅等截面较小的异形柱结构，只适用于大型异形柱。
专利号为201721687444.2，名称为钢管混凝土异形柱的在先申请，其主要技术点为多块钢筋焊接于***，虽然在一定程度上解决了传统异形柱抗震性能不足的优点，但其也存在诸多缺点，主要是纯外包钢板的异形柱在实际使用过程和施工过程受到很大的限制，首先，使用在房屋中不易抹灰，其次，漏水容易造成钢板生锈，外观受到大面积影响；最后，外包的钢板需要多块钢板进行焊接成型，工作量十分繁琐复杂，在实际应用中大大提高了施工成本；专利号为201611266329.8，专利名称为L形铝合金混凝土异形柱的在先申请，其技术点也为金属外包，除了上述提到的缺点以外，此申请中的外表面不在同一平面内，在实际施工过程还需要针对凹槽处另外抹灰，进一步加大了工作难度。
针对现有技术存在的缺点，本发明提供一种既能改善异形柱结构性能又有利于施工的新的结构形式和方法，意在解决现有技术存在的缺陷。
发明内容
本发明公开了一种T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱及其施工方法，应用钢-混凝土组合结构异形柱将槽钢包裹在异形柱肢端外侧，槽钢与混凝土通过栓钉焊接件相连，不会因槽钢埋于混凝土内部而造成混凝土内部钢筋拥挤、空间不足等问题；为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱，所述T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱包括底座以及垂直安装在底座上的T形异形柱；其特征在于：
所述T形异形柱形成三个肢端，所述三个肢端分别布置有槽形型钢，所述槽形型钢套在三个肢端外，所述槽形型钢的凹口朝向T形异形柱中心，所述槽形型钢凹背向外露于T形异形柱三个肢端外；
所述槽形型钢宽度与所述T形异形柱混凝土肢端相同。
优选的，所述槽形型钢凹面焊接有若干个栓钉连接件，所述栓钉连接件与槽形型钢垂直焊接，所述栓钉连接件埋于所述混凝土内，所述栓钉连接件包括一体成形的连接杆和在连接杆一端的栓钉头，所述连接杆另一端垂直焊接在槽形型钢的凹口内，所述栓钉头的竖直截面比连接杆的竖直截面大。
优选的，所述T形异形柱包含内置的纵向钢筋及横向的T形箍筋，所述栓钉连接件与T形箍筋横向错开，不在同一平面内，避开施工拥挤。
优选的，所述底座为T字形结构，所述底座截面大于所述T型异形柱垂直投影截面；所述底座上设置有多个预留孔，用于纵向钢筋的定位。
优选的，所述T形异形柱分为上部和下部横向箍筋加密区，所述外包的槽形型钢下部位于T形异形柱加密区的栓钉连接件相邻两两之间间距小于上部栓钉连接件相邻两两之间的间距。
优选的，所述栓钉连接件长度为8-15cm，所述栓钉头设置为圆形金属头或者十字交叉连接的钢筋件。
所述的T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱的施工方法，其特征在于：
包括以下步骤：
(1)绑扎钢筋骨：
按设计要求将箍筋分段后弯折成若干个矩形，并两两成T形交错按顺序套入预先布置好的纵向钢筋上；
接着将若干根竖向钢筋与若干圈横向T形箍筋绑扎成T形钢筋笼骨架；
(2)定制槽形型钢、栓钉连接件以及制作底座；
(3)槽形型钢与栓钉连接件焊接：将栓钉连接件按预设间距垂直焊接于槽形型钢凹面中心；
(4)将底座、槽形型钢与钢筋笼骨架拼装成组合T形钢骨架并将槽形型钢垂直焊接于底座上；
(5)按T形异形柱的要求架设混凝土模板；
(6)浇注混凝土成型，养护后拆下模板便成为T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱。
优选的，所述步骤(2)中的底座制作，所述底座设计为T形，所述底座T形截面大于所述T形异形柱截面；所述底座上表面预设有多个预留孔用于定位纵向钢筋。
优选的，所述步骤(3)中的栓钉连接件与槽形型钢焊接，焊接时按T形异形柱下部加密区的栓钉连接件两两相互之间的间距小于上部栓钉连接件两两之间的间距焊接；
优选的，所述步骤(5)中的架设模板是在T形钢骨架上的相邻槽形型钢边之间安装长方形模板即可，即长方形模板与三个槽形型钢共同围成T形***，所述长方形模板与模板之间用铁丝连接固定即可。
本发明的相关说明，槽形型钢与混凝土异形柱或梁底部通过剪力连接键连接组合受力，这个结构与型钢混凝土异形柱在外观形式上有明显的不同，型钢仅布置于柱肢端，而不是埋入混凝土中，截面上明显分为钢结构与混凝土结构，并且没有型钢混凝土异形柱结构那样的由于内部埋置型钢而导致空间拥挤所带来的施工困难问题，同时，型钢布置于异形柱的肢端，能很好地加强肢端的受力，使其不会像钢筋混凝土异形柱那样在地震作用下首先在肢端部破坏。本方案与钢筋混凝土相比，有效提高了承载力和抗震性能；与型钢混凝土相比，解决了梁柱交接处的节点位置内部拥挤，施工困难的问题。
本发明的有益效果为：
(1)本发明所述的异形柱是钢-混凝土组合结构异形柱将槽钢包裹在异形柱肢端外侧，槽钢与混凝土通过栓钉连接件相连，不会因槽钢埋于混凝土内部而造成混凝土内部钢筋拥挤、空间不足的问题；同时槽钢处于混凝土外侧，不会妨碍梁柱节点处钢筋的穿过；
(2)本发明所述的异形柱便于施工，有效解决型钢混凝土异形柱的钢骨架较复杂而造成施工不便的问题，节约施工时间及成本；有效提高钢筋混凝土异形柱结构抗震性能，有效提高钢筋混凝土异形柱结构承载力；相同轴压比下T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱(以下简称SCC T形柱)负向峰值荷载较RC T形柱提高了180-190％。
(3)本发明的异形柱耗能及延性较普通混凝土异形柱(以下简称RCT形柱)提高明显，SCC T形柱滞回曲线饱满，等效粘滞阻尼系数比RC T形柱大，耗能性能良好；相同轴压比下RC T形柱正向延性系数为2.5-3，SCC T形柱正向延性系数达到4-4.5，较RC T形柱分别提高了40-50％，延性性能良好。
(4)本申请中SCC T形柱抵抗承载力退化、刚度退化能力较RC T形柱好。在相同轴压比下SCC T形柱承载力降低系数、平均环线折算刚度基本均比RC T形柱大，最后一位移级时正向刚度在RC-T1基础上提高了25-30％，第三循环正向承载力降低系数是RC T形柱的2-2.5倍，且曲线下降平缓，表现出良好的抗承载力退化、刚度退化能力。
(5)本发明异形柱施工工序较为简单，钢筋绑扎与普通钢筋混凝土异形柱的钢筋绑扎难度相同，外包槽钢可预先制好，在现场拼装即可；且在梁柱交叉处无多余钢材料阻碍，不存在钢筋不易穿过的问题。
(6)在T形截面的混凝土异形柱三个肢端分别布置槽形型钢，槽钢的凹口朝向混凝土肢端，套在肢端上，槽钢凹背向外露于混凝土外；外形美观，与普通钢筋混凝土柱相比更坚固，肢端有槽钢保护，抗震性能得到大大的提高。
附图说明
图1是槽形型钢示意图；
图2是本发明浇注混凝土的异形柱拆分结构示意图；
图3是本发明施工方法流程结构示意图；
图中，槽形型钢100，栓钉连接件200，T形箍筋300，矩形301，纵向钢筋400，底座500，模板600。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”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发明和简化描述，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发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是螺栓连接，也可以是焊接连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1
结合图1-图3所示，
一种T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱，所述T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱包括底座500以及垂直安装在底座500上的T形异形柱；其特征在于：
结合图1-2所示；所述T形异形柱形成三个肢端，所述三个肢端分别布置有槽形型钢100，所述槽形型钢100套在三个肢端外，所述槽形型钢100的凹口朝向T形异形柱中心，所述槽形型钢100凹背向外露于T形异形柱三个肢端外；
所述T形异形柱内均匀分布有若干根纵向平行的纵向钢筋400以及若干圈横向的T形箍筋300并浇注有混凝土；
所述槽形型钢100宽度与所述T形异形柱混凝土肢端相同。
优选的，所述槽形型钢100凹面焊接有若干个栓钉连接件200，所述栓钉连接件200与槽形型钢100垂直焊接，所述栓钉连接件200埋于所述混凝土内，所述栓钉连接件包括一体成形的连接杆和在连接杆一端的栓钉头，所述连接杆另一端垂直焊接在槽形型钢的凹口内，所述栓钉头的竖直截面比连接杆的竖直截面大。栓钉头的使用和设置增加了与混凝土的粘结力，使得异形柱整体结构更稳固。
优选的，所述T形异形柱包含内置的纵向钢筋400及横向的T形箍筋300，所述栓钉连接件200与T形箍筋300横向错开，不在同一平面内，避开施工拥挤，错开设置避免了内部施工拥挤以及增大了异形柱整体结构的粘结力。
优选的，所述底座500为T字形结构，所述底座500截面大于所述T型异形柱垂直投影截面；所述底座500上设置有多个预留孔，用于纵向钢筋400的定位。
优选的，所述T形异形柱分为上部和下部横向箍筋加密区，所述外包的槽形型钢100下部位于T形异形柱加密区的栓钉连接件200相邻两两之间间距小于上部栓钉连接件200相邻两两之间的间距，此设置是由于在实际应用中异形柱底部承载力大于上部，故本异形柱根据实际也设置有加强区域，保护整体柱子整体的稳定性。
优选的，所述栓钉连接件200长度为8-15cm，所述栓钉头设置为圆形金属头或者十字交叉连接的钢筋件，所述形状为优选的实施例形状，但不妨碍对其它形状如三角形或锥形以及其它更适合的形状的保护。
结合图3所示，所述的T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱的施工方法，包括以下步骤：
(1)绑扎钢筋骨：
按设计要求将箍筋分段后弯折成若干个矩形301，并两两成T形交错按顺序套入预先布置好的纵向钢筋400上；
接着将若干根竖向钢筋与若干圈横向T形箍筋300绑扎成T形钢筋笼骨架；
(2)定制槽形型钢100、栓钉连接件200以及制作底座500；
(3)槽形型钢100与栓钉连接件200焊接：将栓钉连接件200按预设间距垂直焊接于槽形型钢100凹面中心；
(4)将底座500、槽形型钢100与钢筋笼骨架拼装成组合T形钢骨架并将槽形型钢100垂直焊接于底座500上；
(5)按T形异形柱的要求架设混凝土模板600；
(6)浇注混凝土成型，养护后拆下模板600便成为T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱。
优选的，所述步骤(2)中的底座500制作，所述底座500设计为T形，所述底座500T形截面大于所述T形异形柱截面；所述底座500上表面预设有多个预留孔用于定位纵向钢筋400。
优选的，所述步骤(3)中的栓钉连接件200与槽型型钢焊接，焊接时按T形异形柱下部加密区的栓钉连接件200两两相互之间的间距小于上部栓钉连接件200两两之间的间距焊接；
优选的，所述步骤(5)中的架设模板600是在T形钢骨架上的相邻槽形型钢100边之间安装长方形模板600即可，即长方形模板600与三个槽形型钢100共同围成T形***，所述长方形模板600与模板600之间用铁丝连接固定即可。
通过实验制作了1个普通钢筋混凝土T形截面异形柱(简称RC T形柱)、3个现浇式T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱(简称SCC T形柱)和2个预制装配式T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱(简称PSCC T形柱)，并进行低周反复荷载试验，研究其承载能力、延性、耗能、刚度退化等抗震性能，得出主要结论如下：
(1)SCC T形柱肢端外包槽钢对其肢端薄弱处起到很好的保护作用，柱脚最终破坏情况较RC T形柱轻，破坏时混凝土表面压碎外鼓继而剥落，槽钢对肢端混凝土约束作用明显，并未出现RC T形柱腹板边缘混凝土完全剥落的情况，承载力较RC T形柱有很大提高，相同轴压比下SCC T形柱负向峰值荷载较RC T形柱提高了180-190％。
(2)腹板及翼缘外包槽钢这种配钢形式大大改善了T形截面柱的受力特性，使得其正负向承载力不对称情况有了较大改善。正负向极限承载力相差不大，滞回曲线、骨架曲线、承载力退化及刚度退化曲线较RC T形柱对称。
(3)SCC T形柱耗能及延性较RC T形柱提高明显。SCC T形柱滞回曲线饱满，等效粘滞阻尼系数比RC T形柱大，耗能性能良好；相同轴压比下RC T形柱正向延性系数为2.5-3，SCC T形柱正向延性系数达到4-4.5，较RC T形柱分别提高了40-50％，延性性能良好。
(4)SCC T形柱抵抗承载力退化、刚度退化能力较RC T形柱好。在相同轴压比下SCCT形柱承载力降低系数、平均环线折算刚度基本均比RC T形柱大，最后一位移级时正向刚度在RC-T1基础上提高了25-30％，第三循环正向承载力降低系数是RC T形柱的2-2.5倍，且曲线下降平缓，表现出良好的抗承载力退化、刚度退化能力。
(5)相同含钢率情况下，轴压比越大，T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱屈服荷载越高，单个滞回环的耗能能力也变大，但延性变差，承载力退化、刚度退化变快。
(6)增大含钢率，试件的抗震承载能力提高明显。如在轴压比相同时，SCC-T3在屈服点和峰值点平均荷载较SCC-T2形柱分别提高了28.9％-32.9％、17.8％-21.8％。
(7)PSCC T形柱与SCC T形柱一样具有良好的抗震性能。极限承载力与SCC T形柱基本相当，屈服点、峰值点处平均荷载值相差不超过5％-7％，延性、耗能、刚度退化、承载力退化等各项抗震性能指标比SCC T形柱略差，破坏时柱脚预制部分连接处没有破坏迹象，说明此种PSCC T形柱是可行的。
(8)RC T形柱、SCC T形柱和PSCC T形柱在力控阶段基本符合平截面假定，腹板混凝土、钢筋和槽钢测点应变变化较为同步，表明力控阶段槽钢与混凝土协同工作能力较好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱，所述T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱包括底座以及垂直安装在底座上的T形异形柱；其特征在于：
所述T形异形柱形成三个肢端，所述三个肢端分别布置有槽形型钢，所述槽形型钢套在三个肢端外，所述槽形型钢的凹口朝向T形异形柱中心，所述槽形型钢凹背向外露于T形异形柱三个肢端外；
所述槽形型钢宽度与所述T形异形柱混凝土肢端相同。
2.根据权利要求1所述的T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱，其特征在于：
所述槽形型钢凹面焊接有若干个栓钉连接件，所述栓钉连接件与槽形型钢垂直焊接，所述栓钉连接件埋于所述混凝土内，所述栓钉连接件包括一体成型的连接杆和在连接杆一端的栓钉头，所述连接杆另一端垂直焊接在槽形型钢的凹口内，所述栓钉头的竖直截面比连接杆的竖直截面大。
3.根据权利要求2所述的T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱，其特征在于：
所述T形异形柱包含内置纵向钢筋及横向的T形箍筋，所述栓钉连接件与T形箍筋横向错开，不在同一平面内。
4.根据权利要求1所述的T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱，其特征在于：
所述底座为T字形结构，所述底座截面大于所述T型异形柱垂直投影截面；所述底座上设置有多个预留孔，用于纵向钢筋的定位。
5.根据权利要求2所述的T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱，其特征在于：
所述T形异形柱分为上部和下部横向箍筋加密区，所述外包的槽形型钢下部位于T形异形柱加密区的栓钉连接件相邻两两之间间距小于上部栓钉连接件相邻两两之间的间距。
6.根据权利要求5所述的T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱，其特征在于：
所述栓钉连接件长度为8-15cm，所述栓钉头设置为圆形金属头或者十字交叉连接的钢筋件。
7.根据权利要求1-6任一项所述的T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱的施工方法，其特征在于：
包括以下步骤：
(1)绑扎钢筋骨：
按设计要求将箍筋分段后弯折成若干个矩形，并两两成T形交错按顺序套入预先布置好的纵向钢筋上；
接着将若干根竖向钢筋与若干圈横向T形箍筋绑扎成T形钢筋笼骨架；
(2)定制槽形型钢、栓钉连接件以及制作底座；
(3)槽形型钢与栓钉连接件焊接：将栓钉连接件按预设间距垂直焊接于槽形型钢凹面中心；
(4)将底座、槽形型钢与钢筋笼骨架拼装成组合T形钢骨架并将槽形型钢垂直焊接于底座上；
(5)按T形异形柱的要求架设混凝土模板；
(6)浇注混凝土成型，养护后拆下模板便成为T形截面肢端外包槽钢混凝土组合异形柱。
8.根据权利要求7所述的组合异形柱的施工方法，其特征在于：
所述步骤(2)中的底座制作，所述底座设计为T形，所述底座T形截面大于所述T形异形柱截面；所述底座上表面预设有多个预留孔用于定位纵向钢筋。
9.根据权利要求7所述的组合异形柱的施工方法，其特征在于：
所述步骤(3)中的栓钉连接件与槽形型钢焊接，焊接时按T形异形柱下部加密区的栓钉连接件两两相互之间的间距小于上部栓钉连接件两两之间的间距焊接。
10.根据权利要求7所述的组合异形柱的施工方法，其特征在于：
所述步骤(5)中的架设模板是在T形钢骨架上的相邻槽形型钢边之间安装长方形模板即可，即长方形模板与三个槽形型钢共同围成T形***，所述长方形模板与模板之间用铁丝连接固定即可。
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