专利名称：一种钢管-钢筋混凝土叠合框架结构体系的制作方法
技术领域：
本发明属于土木工程中的结构工程领域，特别涉及一种钢管-钢筋混凝土叠合框架结构体系。
背景技术：
近年来，随着我国经济的快速发展和建筑结构技术的不断提高，各地对高层、超高层建筑和标志性建筑的需求不断增加，使得巨型结构的建设有了前所未有的发展。目前，巨型结构采用的主要类型包括，钢筋混凝土结构、纯钢结构和钢-混凝土组合结构。其中，钢管混凝土、钢骨混凝土等组合结构，由于能充分发挥钢、混凝土两种材料各自的优势，具有强度高、刚度大、性能优越、经济效益好等优势，在巨型结构中得到越来越广泛的应用。巨型结构作为重要大型建筑，其在各类灾害中的安全是人们生命财产的保障。由于巨型结构质量大，在地震中承受的作用力也相对较大；同时，巨型结构多为高层、超高层，消防难度大，对耐火性能提出了更高的要求。采用更合理的结构体系，提高巨型结构的抗灾性能，成为现代建筑发展的新需求。因此，迫切需要一种传力明确、整体性能好、能满足各项建筑功能，同时具有良好抗震和耐火性能的结构体系，来适应巨型结构发展的要求。一种钢管-钢筋混凝土叠合框架结构体系，其梁、柱均采用中空钢管外包钢筋混凝土形成的叠合构件。柱的内中空钢管可以是圆形或矩形截面；梁的内中空钢管采用方形截面。中空截面减少了混凝土的填充，有效减轻了结构自重；同时，外包混凝土对钢管提供了相对良好的防火和防腐保护。因此，该类结构具有截面开展、刚度大、自重轻、抗震优越、耐火和耐腐蚀性能好等优点，适用于大型高层、超高层结构等巨型结构的主体结构体系。利用钢管-钢筋混凝土叠合框架结构体系，是改善巨型结构自重大、抗震性能差、耐火性能差的有效途径。
发明内容
本发明的目的在于解决背景技术中所述的巨型结构自重大、抗震性能差、耐火性能差的问题，提供一种截面开展、刚度大、自重轻、抗震优越、耐火和耐腐蚀性能好的钢管-钢筋混凝土叠合框架结构体系。中空钢管-外包钢筋混凝土截面开展，两种材料间存在组合作用，在压荷载和弯荷载作用下的承载力高、刚度大。钢管内部不填充混凝土，在对整体刚度影响较小的前提下，有效地减小了结构的自重，从而降低了结构在地震中受到的作用力。比热容大、升温慢的外包混凝土在火灾中可以对内部的钢管和钢筋提供较好的保护作用，大大改善了结构的耐火性能。同时，由于混凝土对钢管的保护，结构的耐久性能也相对较好。因此，这种钢管-钢筋混凝土叠合框架结构体系力学性能好，抗震、耐火性能优越，适用于在大型高层、超高层巨型结构中应用。本发明的特征在于，是包括框架结构、框架-剪力墙结构和悬挂结构在内的任意一个结构形式中的梁柱体系，包括框架柱2、框架梁3和作为梁、柱连接节点的节点4，其中
框架柱2，是一种内中空钢管-外包钢筋混凝土的框架柱，内部采用柱中空钢管201，在所述柱中空钢管201外包有柱混凝土 202，在所述柱混凝土 202的每个角沿纵向至少布置一根柱纵筋203，在所述柱混凝土 202内自上到下箍有多圈柱箍筋204，框架梁3，是一种内中空钢管-外包钢筋混凝土的框架梁，内部采用梁中空钢管301，在所述梁中空钢管301外包有梁混凝土 302，在所述梁混凝土 302的每个角沿横向至少布置一根梁纵筋303，在所述梁混凝土 302内从左到右箍有多圈梁箍筋304，节点4，框架柱2内的柱中空钢管201和框架梁3内的梁中空钢管301的连接区域设有外加强环板401，所述框架柱2的柱中空钢管201贯通，把所述梁中空钢管301通过所述外加强环板401焊接在所述柱中空钢管201上，所述柱纵筋203上下贯通布置，所述柱箍筋204在节点区的圈数加密，所述梁纵筋303绕过所述柱中空钢管201，所述梁箍筋304在节点区的圈数加密。在外加强环板401上有加劲肋。在梁纵筋303无法绕过框架柱2的柱中空钢管201时，是直接用钢筋连接器焊接在所述柱中空钢管201上的。所述框架柱2内的柱中空钢管201的横截面是圆形或矩形。所述框架梁3内的梁中空钢管301的横截面是矩形。所述框架柱2内的柱中空钢管201和框架梁3内的梁中空钢管301的材料是普通钢材或高强钢材。所述框架柱2内的柱混凝土 202和框架梁3内的梁混凝土 302的材料是普通混凝
土或高强混凝土。所述外加强环板401向框架柱2内的柱中空钢管201内径向延伸，形成内加强环板。本发明的有益效果为( I)和目前常用的巨型钢筋混凝土结构、巨型组合结构相比，该结构体系采用内中空钢管，截面开展、刚度大、稳定性好，可有效减轻结构自重，在地震中承受较小的作用力，从而具有优越的抗震性能。(2)和目前常用的巨型钢结构、巨型组合结构相比，该结构体系的外包混凝土可以为内部钢管和钢筋提供良好的防火保护，使得结构具有优越的耐火性能。(3)外包混凝土可以有效延缓或避免内钢管外壁的腐蚀。同时，研究表明，封闭截面的空心管内部，由于缺乏氧气和水分，其腐蚀可忽略不计。因此，该结构体系具有良好的耐久性能。(4)钢管内部中空，减少了混凝土用量；钢管的应用大大降低了钢筋用量，加快了施工速度；同时，内部空间可布置管线等设备并对其起到保护作用。因此，该结构体系具有较好的经济性和适用性。
图I为本发明的实施例框架结构体系示意图；图2为图I的A-A柱截面首I]视图；图3为图I的B-B梁截面剖视图4为图I的4处的节点局部示意图。图中，I-钢管-钢筋混凝土叠合框架结构体系，2-框架柱，3-框架梁，4一梁柱节点，201—柱中空钢管，202—柱混凝土，203—柱纵筋，204—柱箍筋，301—梁中空钢管，302—梁混凝土，303—梁纵筋，304—梁箍筋，401—外加强环板。
具体实施例方式本发明提供了一种钢管-钢筋混凝土叠合框架结构体系，下面结合附图的实施例对本发明的结构及具体实施方式
作进一步的说明。本发明的目的通过如下技术方案实现钢管-钢筋混凝土叠合框架结构体系I由框架柱2、框架梁3和节点4构成。所述结构体系I的梁、柱截面均采用内中空钢管-外包钢筋混凝土组合结构。所述的框架柱2中，内部采用柱中空钢管201，在钢管外布置柱纵筋203和柱箍筋204，并浇灌柱混凝土 202。所述的框架梁3中，内部采用梁中空钢管301，外部布置梁纵筋303、梁箍筋304，并浇灌梁混凝土 302。在所述梁、柱连接节点4中，柱中空钢管201和梁中空钢管301可采用外加强环板式连接方式，柱中空钢管201贯通，将梁中空钢管301通过外加强环板401焊接在柱中空钢管201上，必要时可布置加劲肋。柱纵筋203贯通布置；柱箍筋204应在节点区有适当加密。梁纵筋303，可以绕过柱中空钢管201的，应深入节点并满足钢筋锚固的要求；无法绕过的，可用钢筋连接器焊接在柱中空钢管201上。梁箍筋304在节点区也应适当加密。节点区钢筋的布置除应保证梁端的应力可靠传递到柱端之外，还应便于混凝土的浇筑与密实性。最后，浇灌混凝土，形成梁、柱连接节点。在外加强环板401上有加劲肋。在梁纵筋303无法绕过框架柱2的柱中空钢管201时，是直接用钢筋连接器焊接在所述柱中空钢管201上的。框架柱2内的柱中空钢管201的横截面是圆形或矩形。框架梁3内的梁中空钢管301的横截面是矩形。框架柱2内的柱中空钢管201和框架梁3内的梁中空钢管301的材料是普通钢材或高强钢材。框架柱2内的柱混凝土 202和框架梁3内的梁混凝土 302的材料是普通混凝土或
高强混凝土。外加强环板401向框架柱2内的柱中空钢管201内径向延伸，形成内加强环板。本发明的结构体系截面开展、刚度大、自重轻、抗震优越、耐火和耐腐蚀性能好，同时可以减少混凝土用量，加快施工速度，具有较好的经济效益。适用于作为大型高层、超高层或巨型结构的主体结构体系。
权利要求
1.一种钢管-钢筋混凝土叠合框架结构体系，其特征在于，是包括框架结构、框架-剪力墙结构和悬挂结构在内的任意一个结构形式中的梁柱体系，包括框架柱2、框架梁3和作为梁、柱连接节点的节点4，其中 框架柱2，是一种内中空钢管-外包钢筋混凝土的框架柱，内部采用柱中空钢管201，在所述柱中空钢管201外包有柱混凝土 202，在所述柱混凝土 202的每个角沿纵向至少布置一根柱纵筋203，在所述柱混凝土 202内自上到下箍有多圈柱箍筋204， 框架梁3，是一种内中空钢管-外包钢筋混凝土的框架梁，内部采用梁中空钢管301，在所述梁中空钢管301外包有梁混凝土 302，在所述梁混凝土 302的每个角沿横向至少布置一根梁纵筋303，在所述梁混凝土 302内从左到右箍有多圈梁箍筋304， 节点4，框架柱2内的柱中空钢管201和框架梁3内的梁中空钢管301的连接区域设有外加强环板401，所述框架柱2的柱中空钢管201贯通，把所述梁中空钢管301通过所述外加强环板401焊接在所述柱中空钢管201上，所述柱纵筋203上下贯通布置，所述柱箍筋204在节点区的圈数加密，所述梁纵筋303绕过所述柱中空钢管201，所述梁箍筋304在节点区的圈数加密。
2.根据权利要求I所述的一种钢管-钢筋混凝土叠合框架结构体系，其特征在于，在外加强环板401上有加劲肋。
3.根据权利要求I所述的一种钢管-钢筋混凝土叠合框架结构体系，其特征在于，在梁纵筋303无法绕过框架柱2的柱中空钢管201时，是直接用钢筋连接器焊接在所述柱中空钢管201上的。
4.根据权利要求I所述的一种钢管-钢筋混凝土叠合框架结构体系，其特征在于，所述框架柱2内的柱中空钢管201的横截面是圆形或矩形。
5.根据权利要求I所述的一种钢管-钢筋混凝土叠合框架结构体系，其特征在于，所述框架梁3内的梁中空钢管301的横截面是矩形。
6.根据权利要求I所述的一种钢管-钢筋混凝土叠合框架结构体系，其特征在于，所述框架柱2内的柱中空钢管201和框架梁3内的梁中空钢管301的材料是普通钢材或高强钢材。
7.根据权利要求I所述的一种钢管-钢筋混凝土叠合框架结构体系，其特征在于，所述框架柱2内的柱混凝土 202和框架梁3内的梁混凝土 302的材料是普通混凝土或高强混凝土。
8.根据权利要求I所述的一种钢管-钢筋混凝土叠合框架结构体系，其特征在于，所述外加强环板401向框架柱2内的柱中空钢管201内径向延伸，形成内加强环板。
全文摘要
一种钢管-钢筋混凝土叠合框架结构体系，属于土木工程中的结构工程领域。其特征在于，该体系的梁、柱均采用中空钢管外包钢筋混凝土形成的叠合截面。内部采用中空钢管，截面开展，刚度大，在减小混凝土用量的同时有效减轻了结构自重，降低了在地震中的作用力；同时，外包钢筋混凝土对钢管提供了良好的防火和防腐保护。在体系的节点区，柱内钢管贯通，将梁内钢管通过加强环板焊接在柱内钢管上。柱纵筋贯通布置；梁纵筋部分绕过柱内钢管深入节点，部分焊接在柱内钢管上；节点区梁、柱箍筋适当加密。本发明应用于框架、框架-剪力墙等结构形式中，适用于作为大型高层、超高层或巨型结构的主体结构体系。
文档编号E04B1/98GK102979179SQ20121049523
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者韩林海, 侯超 申请人:清华大学