CN208310001U - 一种内置格构式芯柱方钢管混凝土柱 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及土木工程中钢管混凝土柱技术领域。一种内置格构式芯柱方钢管混凝土柱，包括竖向设置的方钢管和设置在所述方钢管内的芯柱；所述芯柱为四根竖向对称设置的角钢以及若干根连接于相邻两根所述角钢的缀条构成的格构角钢桁架，所述角钢呈矩形分布并且四个角钢两两肢背相对设置，每相邻的两根角钢之间分别水平设有若干根所述缀条；所述方钢管内与所述芯柱内填充有混凝土。本实用新型通过设置合理的方钢管芯柱形式增强方钢管混凝土性能，能够改善方钢管对内部混凝土约束分布不均匀的特点，提高方钢管混凝土柱的承载能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及土木工程中钢管混凝土柱技术领域，特别涉及一种内置格构式芯柱方钢管混凝土柱。
背景技术
钢管混凝土是在钢管内填充混凝土形成的组合构件。由于钢管中填充了混凝土，克服了钢管结构容易发生屈曲的缺陷。钢管混凝土柱在受力过程中，外包的钢管壁对核心混凝土形成约束作用后，核心混凝土处于三向受压应力状态，使得核心混凝土的抗压强度和抗变形能力均得到了明显的提高，也防止了核心混凝土的脆性破坏。钢管混凝土组合柱能有效发挥出钢管和混凝土两种材料的优势，使其具有承载力高、延性、抗火性能和抗震性能好等优势。随着科技进步和社会的发展，钢管混凝土因其自身的优势在建筑行业中有着广阔的发展前景。
在实际工程中，对比圆钢管混凝土柱，方钢管混凝土柱因其施工方便、节点构造简单等优点应用更为广泛。但是由于方钢管对核心混凝土的约束作用不及圆钢管，承载力也稍逊于圆钢管混凝土柱。现有研究已表明通过增设加劲肋、拉杆等方法均可以改善方钢管混凝土的性能，但由于增设加劲肋和约束拉杆不仅使得施工工艺复杂化，而且也存在用钢量大、造价高等问题。
如2015年5月20日公开的，公开号为1046317707A的发明专利，专利中提出一种复合方钢管混凝土柱，该发明构件由两件L形半钢管焊接组成，L形半钢管内壁上布置两排销钉，设置一定数量的竖杆和横杆，并采用混凝土填充。该发明所述的增强薄壁方钢管混凝土措施在一定程度上改善了方钢管混凝土柱的受力性能，但施工中涉及较多的构造措施以及焊接任务，施工工艺复杂，且人工成本较高，焊接质量参差不齐。
此外于2017年4月12日公开的，公开号为206091077U的中国实用新型所揭示的一种约束混凝土组合柱，该构件由一根方钢管柱作为基准柱，沿基准柱的相邻边上依次焊接U形钢管柱，沿U形钢管柱的相邻边一次焊接由L形钢管柱，构成钢管束，并以混凝土填充。该构件能够以灵活的截面形式出现在结构中，如方形、L形、T形等截面形式；但由于方钢管混凝土柱对内部混凝土约束不均匀，所组成的钢管束内部混凝土受到的约束也并不均匀，承载力提高效果有限。
在实际工程中存在的钢管混凝土格构构件外包裹钢筋混凝土柱，适用于大截面重载结构，但由于构件外部需要包覆混凝土，施工时仍需完成搭设构件模板及后续模板拆除工作，增加了一定的施工工序。如2014年10月22日公开的，公开号为203891340U的中国实用新型所揭示的一种组合格构式中空构件施工时便存在上述问题，该构件芯柱由一个方钢管与四个圆钢管通过腹杆相连形成，内置于外包方形钢筋笼中部；采用混凝土填充圆钢管并包覆内方钢管腔外区域。该实用新型结合了钢管混凝土和格构式结构优良的受力性能，具有优越的承载能力与变形性能，但采用传统的混凝土包裹钢的结构形式，施工工序增多，施工难度加大。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种内置格构式芯柱方钢管混凝土柱，通过设置合理的方钢管芯柱形式增强方钢管混凝土性能，能够改善方钢管对内部混凝土约束分布不均匀的特点，提高方钢管混凝土柱的承载能力。
为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
一种内置格构式芯柱方钢管混凝土柱，包括竖向设置的方钢管和设置在所述方钢管内的芯柱；所述芯柱为四根竖向对称设置的角钢以及若干根连接于相邻两根所述角钢的缀条构成的格构角钢桁架，所述角钢呈矩形分布并且四个角钢两两肢背相对设置，每相邻的两根角钢之间分别水平设有若干根所述缀条；所述方钢管内与所述芯柱内填充有混凝土。
进一步的，所述方钢管套设于所述芯柱的***且方钢管的中心轴与芯柱的中心轴重合，所述方钢管与所述芯柱之间形成用于填充混凝土的间隙。
进一步的，相邻两根所述角钢上的缀条上下交错设置且互不相邻的两根所述角钢上的缀条对称设置。
进一步的，所述角钢与缀条焊接或螺栓连接。
进一步的，所述缀条与方钢管焊接或螺栓连接。
进一步的，相邻两根所述角钢之间的缀条纵向间距不大于200mm，所述缀条的两端分别相对于相邻两根所述角钢的外侧凸出。
进一步的，相邻两根所述角钢之间的缀条等间距设置。
进一步的，所述缀条为扁钢缀条。
进一步的，所述方钢管、角钢和扁钢均采用Q235钢材、Q345钢材、Q390钢材或Q420钢材制成。
由于采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：
1、本实用新型通过设置合理的方钢管芯柱形式增强方钢管混凝土性能，能够改善方钢管对内部混凝土约束分布不均匀的特点，提高方钢管混凝土柱的承载能力。所述芯柱为四根竖向对称设置的角钢以及若干根连接于相邻两根所述角钢的缀条构成的格构角钢桁架，其中四个角钢两两肢背相对设置，使得角钢组件角部较强的约束区域集中，强化了自身的约束效果；角钢肢尖外展，使得芯柱获得较大的截面抗弯刚度，提高了芯柱的稳定性，从而提高了构件的承载能力。在内置格构角钢桁架结构中，通过每相邻的两根角钢之间分别水平设有若干根所述缀条；缀条作为连接角钢及加强钢材与混凝土锚固作用的必要构造措施，不作为承载构件，简化了构件设计的计算方法。
2、本实用新型的内置格构式芯柱方钢管混凝土柱，其中格构角钢桁架可在工厂中预制生产也可在施工现场加工。格构角钢桁架若选择专业化企业生产制作，现场施工只需确定芯柱于外方钢管内部的位置，连接处可采取螺栓连接，无需焊接工作，施工简单快捷，缩减了施工工期和劳动力成本，满足建筑行业装配式施工的发展要求。
3、本实用新型所述的内置格构式芯柱方钢管混凝土柱，方钢管浇筑混凝土时可以作为构件的模板，浇筑完成后，即与混凝土和芯柱装配形成整体作为构件，节省了施工原材料。
4、本实用新型所述的内置格构式芯柱方钢管混凝土柱作为结构底层等受荷较大的竖向柱构件时，利用钢管混凝土自身承载力较高的优势，在构件浇筑与养护阶段时省去了部分支撑措施的设置，减少了相应的施工工序。
附图说明
图1是本实用新型内置格构式芯柱方钢管混凝土柱的结构示意图。
图2是本实用新型内置格构式芯柱方钢管混凝土柱的俯视结构示意图。
图3是本实用新型芯柱的结构示意图。
其中，附图中标记为：1-方钢管；2-角钢；3-缀条；4-混凝土。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-3，一种内置格构式芯柱方钢管1混凝土柱，包括竖向设置的方钢管1和设置在方钢管1内的芯柱；芯柱为四根竖向对称设置的角钢2以及若干根连接于相邻两根角钢2的缀条3构成的格构角钢桁架，角钢2呈矩形分布并且四个角钢2两两肢背相对设置，每相邻的两根角钢2之间分别水平设有若干根缀条3；方钢管1内与芯柱内填充有普通混凝土4或者高性能混凝土4。
本实用新型通过设置合理的方钢管1芯柱形式增强方钢管1混凝土4性能，能够改善方钢管1对内部混凝土4约束分布不均匀的特点，提高方钢管1混凝土柱的承载能力。芯柱为四根竖向对称设置的角钢2以及若干根连接于相邻两根角钢2的缀条3构成的格构角钢桁架，其中四个角钢2两两肢背相对设置，使得角钢2组件角部较强的约束区域集中，强化了自身的约束效果；角钢2肢尖外展，使得芯柱获得较大的截面抗弯刚度，提高了芯柱的稳定性，从而提高了构件的承载能力。在内置格构角钢桁架结构中，通过每相邻的两根角钢2之间分别水平设有若干根缀条3；缀条3作为连接角钢2及加强钢材与混凝土4锚固作用的必要构造措施，不作为承载构件，简化了构件设计的计算方法。芯柱的制作可在施工现场加工或者专业化企业生产。由于角钢2本身具有一定的刚度，通过专业化企业生产的芯柱在运输方面的质量可以保证。
为了增强本实用新型的混凝土柱的承载力，提高延性和抗震性能，方钢管1套设于芯柱的***且方钢管1的中心轴与芯柱的中心轴重合，方钢管1与芯柱之间形成用于填充混凝土4的间隙。
为了增强本实用新型的混凝土柱整体的稳定性，相邻两根角钢2上的缀条3上下交错设置且互不相邻的两根角钢2上的缀条3对称设置。
角钢2与缀条3焊接或螺栓连接；缀条3与方钢管1焊接或螺栓连接。
的格构角钢桁架结构中缀条3垂直的间距按照箍筋加密间距设置，并且相邻两根角钢2之间的缀条3纵向间距不大于200mm，缀条3的两端分别相对于相邻两根角钢2的外侧凸出。
相邻两根角钢2之间的缀条3等间距设置。
缀条3为扁钢缀条3。
为了提高本实用新型的混凝土柱的稳固性和抗火性能，方钢管1、角钢2和扁钢缀条3均采用Q235钢材、Q345钢材、Q390钢材或Q420钢材制成，本实施例中方钢管1、角钢2和扁钢均采用Q235钢材制成。
当本实用新型的混凝土柱作为高层建筑或者小高层建筑的较低层柱或者底层柱时，由于混凝土柱受到上部传递的轴力、弯矩、剪力等荷载较大，为了满足建筑结构抗震的轴压比限制的要求所需的极高的承载力，能有效提高承载力的方法是将角钢2型号适当放大，保证角钢2和扁钢最边缘距离方钢管1内壁的最小浇筑空间。
当本实用新型的混凝土柱作为建筑的上部的承重构件时，由于建筑物上部的荷载相对较小，出于节能环保和最优经济效益的目的可适当将混凝土柱截面尺寸减小。技术上可采用以下方法满足混凝土柱承载力的要求：1)若需要减小较多柱截面面积时，可适当减小缀条3间距，增加扁钢缀条3数量；2)保持混凝土柱各部分比例不变，同时减小柱截面尺寸。若不改变柱截面尺寸，可采用较小的角钢2型号从而适当降低混凝土柱承载能力。
本实用新型实施例的施工工艺如下：
首先，竖向设置方钢管1；
然后，在方钢管1内设置芯柱，保证方钢管1的中心轴与芯柱的中心轴重合。将四个角钢2两两肢背相对设置使角钢2呈矩形分布，内置的芯柱为四条角钢2和若干条扁钢缀条3通过焊接组成的格构角钢桁架，其中相邻两根角钢2上的扁钢缀条3上下交错设置且互不相邻的两根角钢2上的扁钢缀条3对称设置；相邻两根角钢2之间的扁钢缀条3等间距设置，相邻两根角钢2之间的扁钢缀条3纵向间距为150mm，扁钢缀条3的两端分别相对于相邻两根角钢2的外侧凸出，并且选择的芯柱和方钢管1应满足角钢2或者扁钢缀条3的最边缘到方钢管1内壁的最小距离能够满足浇筑混凝土4所需最小间距；
最后，在方钢管1内与芯柱内填充普通混凝土4，即得到内置格构式芯柱方钢管1混凝土柱。
上述说明是针对本实用新型较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本实用新型的专利申请范围，凡本实用新型所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本实用新型所涵盖专利范围。
Claims (9)
1.一种内置格构式芯柱方钢管混凝土柱，包括竖向设置的方钢管和设置在所述方钢管内的芯柱；其特征在于：所述芯柱为四根竖向对称设置的角钢以及若干根连接于相邻两根所述角钢的缀条构成的格构角钢桁架，所述角钢呈矩形分布并且四个角钢两两肢背相对设置，每相邻的两根角钢之间分别水平设有若干根所述缀条；所述方钢管内与所述芯柱内填充有混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种内置格构式芯柱方钢管混凝土柱，其特征在于：所述方钢管套设于所述芯柱的***且方钢管的中心轴与芯柱的中心轴重合，所述方钢管与所述芯柱之间形成用于填充混凝土的间隙。
3.根据权利要求1所述的一种内置格构式芯柱方钢管混凝土柱，其特征在于：相邻两根所述角钢上的缀条上下交错设置且互不相邻的两根所述角钢上的缀条对称设置。
4.根据权利要求1所述的一种内置格构式芯柱方钢管混凝土柱，其特征在于：所述角钢与缀条焊接或螺栓连接。
5.根据权利要求1所述的一种内置格构式芯柱方钢管混凝土柱，其特征在于：所述缀条与方钢管焊接或螺栓连接。
6.根据权利要求1所述的一种内置格构式芯柱方钢管混凝土柱，其特征在于：相邻两根所述角钢之间的缀条纵向间距不大于200mm，所述缀条的两端分别相对于相邻两根所述角钢的外侧凸出。
7.根据权利要求6所述的一种内置格构式芯柱方钢管混凝土柱，其特征在于：相邻两根所述角钢之间的缀条等间距设置。
8.根据权利要求1所述的一种内置格构式芯柱方钢管混凝土柱，其特征在于：所述缀条为扁钢。
9.根据权利要求8所述的一种内置格构式芯柱方钢管混凝土柱，其特征在于：所述方钢管、角钢和扁钢缀条均采用Q235钢材、Q345钢材、Q390钢材或Q420钢材制成。
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