專利名稱：異形鋼管混凝土芯柱的制作方法
技術領域：
木實用新型涉及一種混凝土構件，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：
目前，作為框架結構的主要構件的框架柱-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，室內會出現柱子部分突出墻體的現象，從而影響了室內的 空間和使用。
為了解決這一問題，出現了鋼筋混凝土異形柱的結構形式。對于
鋼筋混凝土異型柱結構，主要有T、 L、十字形，如圖1所示，國內外 的學者進行了廣泛、深入的研究。其理論基本形成，天津、沈陽、廣 東、山西等省市已經完成的地方規程的編寫，并指導于工程實踐，建 筑面積達數以千萬平方米。其中國內進行這方面研究的許多學者、專 家曾獲得諸多政府科技獎勵。
但是，在研究中也發現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， 在受力狀態下，各肢產生翹曲正應力和剪應力。由于剪應力，使柱肢 混凝土先于普通矩形柱出現裂縫，即產生腹剪裂縫，導致異形柱脆性 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)。控制柱截面軸壓比的目的，在于要求柱應具有足 夠大的截面尺寸，以防止出現小偏壓破壞，提高柱的變形能力，滿足 抗震要求。因此，各種規程中，對異型柱的軸壓比都進行了嚴格的限 制，普遍比國家現行抗震規范規定的軸壓比限值要低。這無疑限制了 異型柱結構的發展。因此如何提高異型柱結構的延性和承載力是當務 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 上8mni;設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有鋼管混凝土 柱形狀單.一的問題,但存在需要設置約束拉桿，施工多有不便的缺點。
本人曾經申請的專利" 一 種鋼骨高強混凝上柱，專利號 ZL200520090306.7"，目的是針對當前由于建造的層數越來越多、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，影響結構的抗震性能的問題，結合己知的鋼骨高強 混凝土的理論，對現有鋼骨高強混凝土柱的結構進行改進,并給出--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 形式隨柱與墻的關系而變化，不僅解決現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。
有的學者提出了如圖2a-圖2f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。 有的學者提出了如圖3a-圖3e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，鋼管混凝土結構技術在國外發達國家受到重視，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，并指導工程的應用。我 國于1990年頒布了《鋼管混凝土結構設計與施工規程》(CECS28:90)。
在"鋼管混凝土結構"中，鋼管混凝土柱可以分為鋼管在柱外側的 鋼管混凝土柱和鋼管在柱內的鋼管混凝土柱，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，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，因管內無鋼筋，澆 灌容易，振搗密實.與鋼結構構件相比，鋼管混凝土的構造通常比鋼 結構構件簡單，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。由于鋼管對核心區的混凝土提供了約束作用，產 生了套筒效應，所以，鋼管混凝土組合柱可增加結構的耗能能力、提 高建筑物的整體抗震性能，其耗能能力明顯高十一般鋼筋混凝土柱。 鋼管內部混凝土強度等級高于外部的情況，采用疊合柱的原理進
行設計和施工。圖4，即首先在柱內部制作一個抗壓強度高的核心柱， 由其承受結構施工初期的荷載。待主體結構施工到某一高度后，再澆 筑鋼管外圍混凝土，因此也稱為疊合柱。在疊合柱中，結構的部分豎 向荷載將由核心柱承受，另一部分豎向荷載山柱外,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構 抗震性能的目的，其研究成果已成功地應用于近30棟高層建筑之中。 經過分析和比較發現，以上兒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， 一定能夠改善現在的鋼筋混凝土異形柱的 不足。 發明內容
本實用新型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。
本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的
異形鋼管混凝土芯柱，柱的截面形式為T、 L、十字形，圓鋼管 位于鋼筋混凝土內部，且在縱橫兩個方向鋼筋混凝土的交叉部位；
如上所述的異形鋼管混凝土芯柱，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。
本實用新型的優點與效果是
1. 鋼管位于縱橫方向鋼筋混凝土交叉部位的內部，可以耐火、 耐腐蝕；
2. 可以先澆注鋼管內部的混凝土，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 地震區抗震設計。
圖1是L形鋼筋混凝土異形柱示意圖2a-圖2提空腹式鋼骨混凝土異形柱示意圖； 圖3a-圖3e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5是本實用新型十字形異形鋼管混凝土芯柱圖； 圖6是本實用新型L形異形鋼管混凝土芯柱圖7是本實用新型T形異形鋼管混凝土芯柱圖。
具體實施方式
下面參照附圖對本實用新型進行詳細說明。
閣1 4為對比技術，圖中的文字不清晰，不影響對本實用新型的 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
<formula>formula see original document page 8</formula>
式中W為軸力設計值；^為鋼管混凝土芯柱承載力的影響系數； 《, ,為第i個混凝土單元的面積和應力；4;，(7,,為第」個鋼筋的面積 和應力；^U，cr^為第k個鋼管混凝土芯柱單元的面積和應力；"。為 混凝土劃分的單元數； 為鋼筋的根數；",,鋼管混凝土芯柱劃分的 單元數。M"M,分別為關于截面形心軸Y。，j。的彎距設計值；、,^為 第i個混凝土單元在整體坐標系下的形心坐標；、，^為第J個鋼筋在 整體坐標系下的形心坐標；；^.，Xrf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；、，乂,為截面形心在整體坐標系下的坐標。
圖5是截面為"十"字形結構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， 鋼管位于縱橫方向的鋼筋混凝土 3內。
圖6是截面為"L"字形結構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， 鋼管位亍縱橫方向的鋼筋混凝土3內。
圖7是截面為"T"字形結構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 I位于鋼管2內， 鋼管位于縱橫方向的鋼筋混凝土3內。
權利要求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)內部，且在縱橫兩個方向鋼筋混凝土(3)的交叉部位。
2. 根據權利要求l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。
專利摘要異形鋼管混凝土芯柱，涉及一種混凝土構件，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成。柱的截面形式為T、L、十字形，圓鋼管位于混凝土內部，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。本實用新型是高層建筑物中建筑物框架結構的主要構件，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E04C3/30GK201011049SQ20062015352
公開日2008年1月23日 申請日期2006年12月7日 優先權日2006年12月7日
發明者徐亞豐, 白首晏 申請人:沈陽建筑大學