專利名稱：異形鋼管混凝土芯柱的制作方法
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異形鋼管混凝土芯柱，是一種新型的鋼管混凝土組合柱。
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。但由于無法解決由于框架柱的截面尺寸往往大于墻體的厚度，在使用時，室內(nèi)會出現(xiàn)柱子部分突出墻體的現(xiàn)象，從而影響了室內(nèi)的空間和使用。
為了解決這一問題，出現(xiàn)了鋼筋混凝土異形柱的結(jié)構(gòu)形式。對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)者進行了廣泛、深入的研究。其理論基本形成，天津、沈陽、廣東、山西等省市已經(jīng)完成的地方規(guī)程的編寫，并指導(dǎo)于工程實踐，建筑面積達數(shù)以千萬平方米。其中國內(nèi)進行這方面研究的許多學(xué)者、專家曾獲得諸多政府科技獎勵。
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，必須嚴格控制軸壓比，同時避免高長比小于4(短柱)?？刂浦孛孑S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，對異型柱的軸壓比都進行了嚴格的限制，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務(wù)之急。
為解決這一問題，中國實用新型專利99236299.7號給出了《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。
本人曾經(jīng)申請的專利“一種鋼骨高強混凝土柱，專利號ZL200520090306.7”，目的是針對當前由于建造的層數(shù)越來越多、建筑物高度越來越高、所使用的混凝土的強度等級越來越高，而高強混凝土的延性較差，影響結(jié)構(gòu)的抗震性能的問題，結(jié)合已知的鋼骨高強混凝土的理論，對現(xiàn)有鋼骨高強混凝土柱的結(jié)構(gòu)進行改進，并給出一種新型的異型鋼骨高強混凝土柱。這種異型鋼骨高強混凝土柱的截面形式隨柱與墻的關(guān)系而變化，不僅解決現(xiàn)有鋼筋高強混凝土柱抗震性能差的缺點，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。但是同樣存在著施工不便的問題，尤其是對于柱截面偏小時，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。在上個世紀20年代前后，國外各國對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60年代前后，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)在國外發(fā)達國家受到重視，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世紀的70年代后期，對鋼管混凝土的理論進行了深入的研究，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。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，其維護費用較高。
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混凝土，其強度等級通常等于或高于鋼管外的混凝土強度等級。由于鋼管對核心區(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)部混凝土強度等級高于外部的情況，采用疊合柱的原理進行設(shè)計和施工。圖4，即首先在柱內(nèi)部制作一個抗壓強度高的核心柱，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，達到改善高強混凝土結(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。但是如果將鋼筋混凝土異形柱和圖4的鋼管混凝土組合柱綜合起來，研究一種異形鋼管混凝土芯柱，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)明的目的在于將鋼筋混凝土異形柱和鋼管混凝土組合柱綜合起來，研究一種異形鋼管混凝土芯柱，以改善現(xiàn)在的鋼筋混凝土異形柱的不足，并通過混凝土而組成一個整體。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的異形鋼管混凝土芯柱，柱的截面形式為T、L、十字形，圓鋼管位于鋼筋混凝土內(nèi)部，且在縱橫兩個方向鋼筋混凝土的交叉部位；所述的異形鋼管混凝土芯柱，其芯柱正截面承載力由三部分疊加而成，分別為混凝土部分、鋼筋部分、鋼管混凝土芯柱三部分的承載力的疊加之合。
本發(fā)明的優(yōu)點與效果是1.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，后澆注鋼管外測的混凝土，從而形成疊合柱；3.由于鋼管的存在改善了柱的延性，提高了柱的承載力，利于地震區(qū)抗震設(shè)計。


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圖示意圖；圖5是本發(fā)明十字形異形鋼管混凝土芯柱圖；圖6是本發(fā)明L形異形鋼管混凝土芯柱圖；圖7是本發(fā)明T形異形鋼管混凝土芯柱圖。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
圖1～4為對比技術(shù)，圖中的文字不清晰，不影響對本發(fā)明的理解。
本處所提的異形是指柱的截面形式為T、L、十字形，而鋼管仍然是圓形。
芯柱正截面承載力由三部分疊加而成，分別為混凝土部分、鋼筋部分、鋼管混凝土芯柱三部分的承載力的疊加之合。
具體計算公式為 式中N為軸力設(shè)計值；為鋼管混凝土芯柱承載力的影響系數(shù)；Aci，σci為第i個混凝土單元的面積和應(yīng)力；Asj，σsj為第j個鋼筋的面積和應(yīng)力；Asck，σsck為第k個鋼管混凝土芯柱單元的面積和應(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)。Mx，My分別為關(guān)于截面形心軸x0，y0的彎距設(shè)計值；xci，yci為第i個混凝土單元在整體坐標系下的形心坐標；xsj，ysj為第j個鋼筋在整體坐標系下的形心坐標；xsck，ysck為第k個鋼管混凝土芯柱單元在整體坐標系下的形心坐標；x0，y0為截面形心在整體坐標系下的坐標。
圖5是截面為“十”字形結(jié)構(gòu)的異形鋼管混凝土芯柱示意圖。由圓鋼管2、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)的異形鋼管混凝土芯柱示意圖。由圓鋼管2、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)的異形鋼管混凝土芯柱示意圖。由圓鋼管2、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)，鋼管位于縱橫方向的鋼筋混凝土3內(nèi)。
權(quán)利要求
1.異形鋼管混凝土芯柱，其特征在于柱的截面形式為T、L、十字形，圓鋼管(2)位于鋼筋混凝土(3)內(nèi)部，且在縱橫兩個方向鋼筋混凝土(3)的交叉部位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異形鋼管混凝土芯柱，其特征在于柱正截面承載力由三部分疊加而成，分別為混凝土部分、鋼筋部分、鋼管混凝土芯柱三部分的承載力的疊加之合。
全文摘要
異形鋼管混凝土芯柱，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異形鋼管混凝土芯柱。該柱由圓鋼管、鋼筋混凝土和混凝土構(gòu)成。柱的截面形式為T、L、十字形，圓鋼管位于混凝土內(nèi)部，且在縱橫兩個方向混凝土的交叉部位；柱正截面承載力由三部分疊加而成，分別為混凝土部分、鋼筋部分、鋼管混凝土芯柱三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。
文檔編號E04C3/34GK101025034SQ20061013454
公開日2007年8月29日 申請日期2006年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月7日
發(fā)明者徐亞豐, 白首晏 申請人:沈陽建筑大學(xué)