一種鋼管混凝土柱結構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋼管混凝土柱結構，涉及結構工程及施工技術領域，為在保證鋼管屈服性能的基礎上，使鋼管壁厚明顯減小，進而節(jié)省鋼材，降低成本而發(fā)明。一種鋼管混凝土柱結構，包括鋼管，所述鋼管內(nèi)澆注有混凝土，所述鋼管的內(nèi)壁設有加勁肋，所述加勁肋遠離所述鋼管的內(nèi)壁的一側連接有加勁板，所述加勁肋和加勁板均被所述混凝土包裹，當所述鋼管受到沿鋼管徑向的外力時，所述加勁板與所述混凝土配合，可阻止所述鋼管沿徑向形變。本發(fā)明用于建筑施工。
【專利說明】
一種鋼管混凝土柱結構
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及結構工程及施工技術領域，尤其涉及一種鋼管混凝土柱結構。
【背景技術】
[0002] 眾所周知，混凝土的抗壓強度高，但抗彎能力很弱，而鋼材，特別是型鋼的抗彎能 力強，具有良好的彈塑性，但在受壓時容易失穩(wěn)而喪失軸向抗壓能力。鋼管混凝土在結構上 能夠將二者的優(yōu)點結合在一起，可使混凝土處于側向受壓狀態(tài)，其抗壓強度可成倍提高。同 時由于混凝土的存在，提高了鋼管的剛度，兩者共同發(fā)揮作用，從而大大地提高了承載能 力。按截面形式不同，可分為圓鋼管混凝土，方、矩形鋼管混凝土和多邊形鋼管混凝土等。矩 形鋼管混凝土柱以其軸向剛度及承載力較大、延性及穩(wěn)定性能良好、構件連接相對方便、節(jié) 點形式相對簡單、建筑布置靈活等特點，廣泛應用于高層和超高層建筑中。
[0003] 現(xiàn)有技術提供了 一種矩形鋼管混凝土柱結構，如圖1所示，包括矩形鋼管01，矩形 鋼管01內(nèi)澆注有混凝土02,為增加鋼管01和混凝土02的粘合力，在矩形鋼管01的內(nèi)壁上固 定有多個肋板03,且多個肋板03的截面呈I形。
[0004] 但是，現(xiàn)有技術存在以下問題:參照圖1，1形的肋板03與混凝土03的粘合力增加， 是利用了肋板03兩側面與混凝土02的接觸，而當矩形混凝土柱結構受徑向的外力時，且該 外力與肋板03的兩側面平行時，肋板03與混凝土 02的粘合力往往不足以使肋板03帶動混凝 土02共同形變，即鋼管01與混凝土02不能實現(xiàn)共同工作，進而鋼管壁局部屈曲性能不高。因 此，為保證鋼管壁局部屈曲性能，參照圖1，現(xiàn)有技術中的矩形鋼管尺寸需要符合《組合結構 設計規(guī)范》限定鋼管壁寬厚比：
[0006] 其中，矩形鋼管的管壁寬度為b，管壁高度為h，管壁厚度為t，鋼材屈服強度為fy， 矩形鋼管的管壁寬厚比為b/t、h/t。這樣，為保證鋼管壁局部屈曲性能，滿足《組合結構設計 規(guī)范》的鋼管壁寬厚比限值要求，對于超大截面矩形鋼管混凝土柱，鋼管壁寬度與厚度必然 較大，進而構造整個結構時所需用鋼材量偏大、經(jīng)濟性不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的實施例提供一種鋼管混凝土柱結構，在保證鋼管屈服性能的基礎上，鋼 管壁厚明顯減小，節(jié)省了鋼材，降低了成本。
[0008] 為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術方案：
[0009] -種鋼管混凝土柱結構，包括鋼管，所述鋼管內(nèi)澆注有混凝土，所述鋼管的內(nèi)壁設 有加勁肋，所述加勁肋遠離所述鋼管的內(nèi)壁的一側連接有加勁板，所述加勁肋和加勁板均 被所述混凝土包裹，當所述鋼管受到沿鋼管徑向的外力時，所述加勁板與所述混凝土配合， 可阻止所述鋼管沿徑向形變。
[0010] 進一步地，所述鋼管為矩形鋼管，所述加勁板與所述加勁肋垂直，所述加勁肋垂直 于與其連接的所述矩形鋼管的內(nèi)壁。
[0011] 優(yōu)選地，所述加勁肋與所述加勁板在所述矩形鋼管的徑向的橫截面為T形。
[0012] 進一步地，所述矩形鋼管的管壁寬度為b，管壁高度為h，管壁厚度為t，鋼材屈服強 度為fy，所述矩形鋼管的管壁寬厚比b/t、h/t滿足以下公式：
[0014] 進一步地，所述加勁肋和所述加勁板均為多個，且一一對應，多個所述加勁肋和所 述加勁板沿所述矩形鋼管的內(nèi)壁一周均勻分布。
[0015] 優(yōu)選地，所述加勁肋和所述加勁板均為四個，且四個所述加勁肋分別固定于所述 矩形鋼管的四個內(nèi)壁的中部位置。
[0016] 優(yōu)選地，所述加勁肋在所述矩形鋼管徑向的長度，相比與其平行的所述矩形鋼板 內(nèi)壁的寬度的比值為1:9,所述加勁板在所述矩形鋼管徑向的長度，相比與其平行的所述矩 形鋼板內(nèi)壁的寬度的比值為1:10。
[0017] 進一步地，所述加勁肋和所述加勁板沿所述鋼管軸向延伸，且延伸的長度與所述 鋼管軸向長度一致。
[0018] 進一步地，所述加勁肋上開設有多個通孔，多個所述通孔沿所述鋼管軸向間隔排 列，且多個所述通孔內(nèi)澆注所述混凝土。
[0019] 進一步地，所述加勁肋與所述加勁板由兩塊鋼板焊接而成，所述加勁肋與所述鋼 管的內(nèi)壁焊接固定，且所述加勁肋與所述鋼管的內(nèi)壁之間連接有加強筋。
[0020] 本發(fā)明實施例的鋼管混凝土柱結構，在鋼管內(nèi)澆注有混凝土，且在鋼管內(nèi)壁上設 有加勁肋，加勁肋遠離鋼管內(nèi)壁的一側連接有加勁板，當鋼管受到沿鋼管徑向的外力時，通 過加勁板與混凝土的配合，可阻止鋼管沿徑向形變。相比現(xiàn)有技術，在加勁肋遠離鋼管內(nèi)壁 的一側連接加勁板，即使鋼管受到的徑向外力與加勁肋的兩側面平行時，加勁板依然可以 與混凝土的配合，阻止鋼管發(fā)生形變，這樣，使鋼管和混凝土能共同工作，提高了鋼管壁局 部屈曲性能。進而，在保證鋼管與現(xiàn)有技術同樣的屈服強度的前提下，比現(xiàn)有技術的鋼管壁 厚明顯減小，節(jié)省了鋼材，降低了成本。
【附圖說明】
[0021] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例描述 中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些 實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附 圖獲得其他的附圖。
[0022] 圖1為現(xiàn)有技術的一種矩形鋼管混凝土柱的結構示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實施例的鋼管混凝土柱結構的結構示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明實施例的鋼管混凝土柱結構的立體結構示意圖；
[0025] 圖4為本發(fā)明實施例的鋼管混凝土柱結構的加勁肋上設置通孔的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0027]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語"安裝"、"相 連"、"連接"應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接。對 于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。
[0028]本發(fā)明實施例提供的一種鋼管混凝土柱結構，如圖2和圖3所示，包括鋼管1，所述 鋼管1內(nèi)澆注有混凝土 2,所述鋼管1的內(nèi)壁設有加勁肋3,所述加勁肋3遠離所述鋼管1的內(nèi) 壁的一側連接有加勁板4,所述加勁肋3和加勁板4均被所述混凝土 2包裹，當所述鋼管1受到 沿鋼管徑向的外力時，所述加勁板4與所述混凝土 2配合，可阻止所述鋼管1沿徑向形變。 [0029]本發(fā)明實施例的鋼管混凝土柱結構，在鋼管1內(nèi)澆注有混凝土 2,且在鋼管1內(nèi)壁上 設有加勁肋3,加勁肋3遠離鋼管1內(nèi)壁的一側連接有加勁板4,當鋼管1受到沿鋼管1徑向的 外力時，通過加勁板4與混凝土 2的配合，可阻止鋼管1沿徑向形變。相比現(xiàn)有技術，在加勁肋 3遠離鋼管1內(nèi)壁的一側連接加勁板4,即使鋼管1受到的徑向外力與加勁肋3的兩側面平行 時，加勁板4依然可以與混凝土 2的配合，阻止鋼管1發(fā)生形變，這樣，使鋼管1和混凝土 2能共 同工作，提高了鋼管1壁局部屈曲性能。進而，在保證鋼管1與現(xiàn)有技術同樣的屈服強度的前 提下，比現(xiàn)有技術的鋼管壁厚明顯減小，節(jié)省了鋼材，降低了成本。
[0030] 需要說明的是，本發(fā)明實施例的鋼管混凝土柱結構，在鋼管1內(nèi)壁上設有加勁肋3， 且加勁肋3遠離鋼管1內(nèi)壁的一側連接有加勁板4,其中，鋼管可以是圓形鋼管、矩形鋼管、或 其他異形鋼管。由于矩形鋼管比較常用，下面以矩形鋼管為例來詳細說明。
[0031] 如圖2所示，鋼管1為矩形鋼管11，加勁板4與加勁肋3垂直，加勁肋3垂直于與其連 接的矩形鋼管11的內(nèi)壁。加勁板4與加勁肋3垂直，且勁肋3垂直于與其連接的矩形鋼管11的 內(nèi)壁，這樣，當鋼管1受到沿鋼管1徑向的外力時，不僅加勁肋3和加勁板4均與混凝土 2具有 粘合力，且加勁板4可將該外力傳遞給混凝土2的內(nèi)部核心部分，使鋼管1和混凝土2共同工 作，增加整個結構的屈服性能，尤其是當鋼管1受到的徑向外力與加勁肋3的兩側面平行時， 加勁板4與該外力的方向垂直，使鋼管1的管壁趨向形變時，加勁板4拉拽混凝土 2的核心部 分，進而鋼管1和混凝土 2共同工作，增加整個結構的屈服性能。
[0032] 需要說明的是，加勁板4與加勁肋3垂直，以及加勁肋3垂直于與其連接的矩形鋼管 11的內(nèi)壁，為優(yōu)選的方案，其加勁板4與加勁肋3也可不垂直，只要保證在鋼管1受徑向的外 力時，加勁板4可對混凝土 2內(nèi)部形成拉拽力即可，同樣的，加勁肋3的作用為保證加勁板4位 于混凝土內(nèi)部，且將加勁板4與鋼管1連接，在保證上述功能的前提下，加勁肋3也可不垂直 于與其連接的矩形鋼管11的內(nèi)壁。
[0033] 由于加勁板4與加勁肋3垂直，以及加勁肋3垂直于與其連接的矩形鋼管11的內(nèi)壁， 如圖2所示，加勁肋3與加勁板4在矩形鋼管11的徑向的橫截面為T形。當然，該橫截面也可呈 L形或工形，其中，L形相比T形，加勁板4與混凝土 2的作用點只位于加勁肋3的一側，容易使 加勁肋3由于兩側的受力不均勻而形變;而工形相比T形，只是在加勁肋3與鋼管1內(nèi)部固定 處增加了一塊板，其固定的穩(wěn)固性看似得到加強，但增加了鋼材的使用量，且在實際施工中 較復雜，因此，本發(fā)明實施例優(yōu)選截面為T形。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明實施例的方案，進行了施工以及計算后，得到驗證，采用上述方案的鋼 管混凝土結構，鋼管1的管壁寬厚比相比現(xiàn)有技術的鋼管壁寬厚比大大減小，可突破《組合 結構設計規(guī)范》鋼管壁寬厚比限值要求，具體參照圖2,矩形鋼管11的管壁寬度為b，管壁高 度為h，管壁厚度為t，鋼材屈服強度為fy，以圖2中矩形鋼管11的下方管壁為例，在不設置加 勁肋3和加勁板4的情況下，當矩形鋼管11受徑向的外力時，管壁的屈曲形態(tài)為整體屈曲，為 保證屈服強度，鋼管壁寬厚比限值要求滿足《組合結構設計規(guī)范》規(guī)定的：
[0036]而設置了加勁肋3和加勁板4后，當矩形鋼管11受徑向的外力時，由于加勁板4與混 凝土2的配合，加勁肋3成為矩形鋼管11管壁屈曲的不動鉸支點，此時，管壁的屈曲形態(tài)由整 體屈曲變化為以加勁肋3為節(jié)點的兩段屈曲，參照圖2所示，矩形鋼管11這兩段的管壁寬度 分別為m和n，為分別保證這兩段管壁寬度的屈服強度，令其滿足《組合結構設計規(guī)范》的規(guī) 定，得到：
[0040]同樣，鋼管高度h與厚度t的比值也滿足上述公式，即：矩形鋼管11的管壁寬厚比b/ t、h/t滿足以下公式：
[0042]可以明顯的發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明實施例的鋼管混凝土柱結構，在鋼管管壁厚度比上將范 圍擴大了一倍，從而在保證鋼管1相同的屈服強度的基礎上，可明顯的減小鋼管的管壁厚 度，從而節(jié)省鋼材，降低成本。
[0043] 為了使鋼管1與混凝土 2共同工作更加緊密，如圖2和圖3所示，加勁肋3和加勁板4 均為多個，且一一對應，多個加勁肋3和加勁板4沿矩形鋼管11的內(nèi)壁一周均勻分布。設置多 個一一對應的加勁肋3和加勁板4,且沿矩形鋼管11的內(nèi)壁一周均勻分，可使鋼管1內(nèi)壁一周 都連接有可與混凝土 2配合的加勁板4,這樣，多個加勁板4與混凝土 2內(nèi)部多個位置，進行多 個方向的配合，使鋼管1與混凝土 2共同工作更加緊密。
[0044] 需要說明的是，設置多個一一對應的加勁肋3和加勁板4,且沿矩形鋼管11的內(nèi)壁 一周均勻分，不僅適用于矩形鋼管，也可適用于其他各種截面的鋼管。
[0045] 對于矩形鋼管11，由于其具有四個不同的內(nèi)壁，如果多個一一對應的加勁肋3和加 勁板4為兩個或三個，鋼管必然有內(nèi)壁上沒設置加勁肋3和加勁板4，這樣，不利于鋼管1與混 凝土2共同工作；因此，對于矩形鋼管11來說，優(yōu)選的，如圖2所示，加勁肋3和加勁板4均為四 個，且四個加勁肋3分別固定于矩形鋼管11的四個內(nèi)壁的中部位置。這樣，矩形鋼管11的每 個內(nèi)壁上均固定有加勁肋3和加勁板4,使矩形鋼管11的每個內(nèi)壁都通過加勁板4與混凝土 2 的配合，使整個結構在受到沿矩形鋼管11徑向的外力時，成為一個整體，共同工作，提高屈 服性能。
[0046] 參照圖2,加勁肋3在矩形鋼管11徑向的長度，相比與其平行的矩形鋼板11內(nèi)壁的 寬度的比例關系，是保證加勁板4位于混凝土 2內(nèi)壁的重要條件，如果加勁肋3的長度過長， 可能使相對的兩個加勁板4干涉，如果加勁肋3的長度過短，可能使加勁板4不能位于混凝土 2內(nèi)合適的位置，而使屈服性能提高的效果不明顯；另外，加勁板4在矩形鋼管11徑向的長 度，相比與其平行的矩形鋼板11內(nèi)壁的寬度的比例關系，是保證加勁板4與混凝土 2作用面 積大小，一方面保證作用面積不宜過小，以使加勁板4能夠與混凝土2很好的配合，另一方 面，作用面積不宜過大，以避免加勁板4將混凝土 2劈裂或將混凝土 2內(nèi)部分離。因此，在進行 了大量的實際驗證后，得到了最優(yōu)選的比例關系，參照圖2,加勁肋3在矩形鋼管11徑向的長 度，相比與其平行的矩形鋼板11內(nèi)壁的寬度的比值為1:9,加勁板4在矩形鋼管11徑向的長 度，相比與其平行的矩形鋼板11內(nèi)壁的寬度的比值為1:10。
[0047]加勁肋3和加勁板4沿鋼管1的內(nèi)壁設置，可以是沿鋼管1軸向連續(xù)的延伸，也可以 是沿沿鋼管1軸向間隔設置，其中，間隔設置雖然一定程度上節(jié)省鋼材，但是使加勁肋3和加 勁板4與鋼管1軸向的連接出現(xiàn)了間斷點，在該間斷點的屈服強度不易保證，且間隔設置后， 在加工時需要多個物料，增加了加工的難度，因此，如圖3所示，優(yōu)選地，加勁肋3和加勁板4 沿鋼管1軸向延伸，且延伸的長度與鋼管1軸向長度一致。這樣，保證了鋼管1軸向各個位置 的屈服強度。
[0048]為了進一步加強鋼管1與混凝土2的共同工作性能，如圖4所示，加勁肋3上開設有 多個通孔31，多個通孔31沿鋼管1軸向間隔排列，且多個通孔31內(nèi)澆注混凝土2。這樣，通過 混凝土 2穿過多個通孔31，使混凝土 2不僅僅通過加勁板4與鋼管1結合成一個整體，還能通 過混凝土 2與多個通孔31的配合，使鋼管1與混凝土 2的共同工作性能進一步加強。
[0049]需要說明的是，鋼管混凝土柱結構在施工時，在遇到樓層節(jié)點區(qū)時，鋼管混凝土柱 的鋼管1在樓層節(jié)點區(qū)是連續(xù)的，以傳遞荷載。同時，考慮施工可行性，加勁肋3和加勁板4不 必連續(xù)，可以在樓層節(jié)點區(qū)斷開。
[0050]加勁肋3、加勁板4和鋼管的固定，可以材料螺栓固定或焊接固定，以保證固定的穩(wěn) 固性，其中，螺栓固定需要開設多個安裝孔，且安裝時零件較多，在使用一段時間后螺栓容 易生銹老化，因此，優(yōu)選采用焊接固定的方式，參照圖4,加勁肋3與加勁板4可由兩塊鋼板焊 接而成，加勁肋3與鋼管1的內(nèi)壁通過焊接固定，同時，為了增加加勁肋3與鋼管1的內(nèi)壁固定 的穩(wěn)固性，加勁肋3與鋼管1的內(nèi)壁之間連接有加強筋5(圖中未示出）。
[0051]以上僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉 本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋 在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應以權利要求所述的保護范圍為準。
【主權項】
1. 一種鋼管混凝上柱結構，其特征在于，包括鋼管，所述鋼管內(nèi)誘注有混凝上，所述鋼 管的內(nèi)壁設有加勁肋，所述加勁肋遠離所述鋼管的內(nèi)壁的一側連接有加勁板，所述加勁肋 和加勁板均被所述混凝±包裹，當所述鋼管受到沿鋼管徑向的外力時，所述加勁板與所述 混凝±配合，可阻止所述鋼管沿徑向形變。2. 根據(jù)權利要求1所述的鋼管混凝±柱結構，其特征在于，所述鋼管為矩形鋼管，所述 加勁板與所述加勁肋垂直，所述加勁肋垂直于與其連接的所述矩形鋼管的內(nèi)壁。3. 根據(jù)權利要求2所述的鋼管混凝±柱結構，其特征在于，所述加勁肋與所述加勁板在 所述矩形鋼管的徑向的橫截面為T形。4. 根據(jù)權利要求3所述的鋼管混凝±柱結構，其特征在于，所述矩形鋼管的管壁寬度為 b，管壁高度為h，管壁厚度為t，鋼材的屈服強度為fy，所述矩形鋼管的管壁寬厚比b/t、h/t 滿足W下公式：5. 根據(jù)權利要求4所述的鋼管混凝±柱結構，其特征在于，所述加勁肋和所述加勁板均 為多個，且一一對應，多個所述加勁肋和所述加勁板沿所述矩形鋼管的內(nèi)壁一周均勻分布。6. 根據(jù)權利要求5所述的鋼管混凝±柱結構，其特征在于，所述加勁肋和所述加勁板均 為四個，且四個所述加勁肋分別固定于所述矩形鋼管的四個內(nèi)壁的中部位置。7. 根據(jù)權利要求6所述的鋼管混凝±柱結構，其特征在于，所述加勁肋在所述矩形鋼管 徑向的長度，相比與其平行的所述矩形鋼板內(nèi)壁的寬度的比值為1:9,所述加勁板在所述矩 形鋼管徑向的長度，相比與其平行的所述矩形鋼板內(nèi)壁的寬度的比值為1:10。8. 根據(jù)權利要求1所述的鋼管混凝±柱結構，其特征在于，所述加勁肋和所述加勁板沿 所述鋼管軸向延伸，且延伸的長度與所述鋼管軸向長度一致。9. 根據(jù)權利要求8所述的鋼管混凝±柱結構，其特征在于，所述加勁肋上開設有多個通 孔，多個所述通孔沿所述鋼管軸向間隔排列，且多個所述通孔內(nèi)誘注所述混凝±。10. 根據(jù)權利要求1所述的鋼管混凝±柱結構，其特征在于，所述加勁肋與所述加勁板 由兩塊鋼板焊接而成，所述加勁肋與所述鋼管的內(nèi)壁焊接固定，且所述加勁肋與所述鋼管 的內(nèi)壁之間連接有加強筋。
【文檔編號】E04C3/34GK106088477SQ201610698098
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月19日 公開號201610698098.1, CN 106088477 A, CN 106088477A, CN 201610698098, CN-A-106088477, CN106088477 A, CN106088477A, CN201610698098, CN201610698098.1
【發(fā)明人】傅學怡, 吳兵, 邸博, 孟美莉, 黃船寧, 馮葉文
【申請人】深圳大學建筑設計研究院有限公司