一种冷弯多腔钢管混凝土异形柱的刚性连接柱脚的制作方法

本实用新型属于建筑结构构件领域，特别涉及一种钢-混凝土组合结构刚性连接柱脚。

背景技术：

异形柱目前在住宅、公寓、宿舍等建筑中应用较多，异形柱与相邻墙体齐平，使得建筑室内空间规整，有利于家具摆放，提高室内空间利用效率。但目前普遍应用的异形钢筋混凝土柱其抗震设计较为严格，最大使用高度和柱轴压比等设计指标远低于普通矩形钢筋混凝土柱。相对于异形钢筋混凝土柱，冷弯多腔钢管混凝土异形柱的柱脚设计具有一定的特点。多腔钢管可作为施工模板，浇筑柱内混凝土时无需另行支模，施工方便，节省时间。而且多腔钢管和开孔钢板连接件可以实现工厂化生产，因此，这种新型柱脚可为住宅产业化提供一种参考的选择方法。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决钢管混凝土异形柱柱脚的传力问题。

为实现本实用新型目的而采用的技术方案包括：

一种冷弯多腔钢管混凝土异形柱的刚性连接柱脚(一字型)，包括一根核心柱钢管。所述核心柱钢管是一块矩形薄壁钢板采用冷弯的加工方式，弯折成的横截面为矩形的空心钢管。所述空心钢管侧壁的搭接处采用对接焊缝使空心钢管的侧壁闭合。

还包括若干个U形构件。所述U形构件是矩形薄壁钢板，采用冷弯的加工方式，分别将其弯折成U形。每个所述U形构件具有两块侧板和一块底板。两块所述侧板相互平行，且垂直于底板。两块侧板之间的距离等于核心柱钢管某一侧面的宽度。

核心柱钢管的一个或多个侧面上拼接有所述的U形构件，其拼接形成一字型冷弯多腔钢管，即将一个U形构件拼接到核心柱钢管的某一侧面上。采用单面坡口焊缝将这个U形构件的两块侧板分别与所拼接侧面的两条侧棱焊接，从而U形构件与该侧面结合成柱肢矩形钢管。

所述柱肢矩形钢管背向核心柱钢管的侧面上拼接一个U形构件。采用单面坡口焊缝将这个U形构件的开口处的棱边与所拼接侧面的两条棱边焊接，从而使得这个U形构件与所拼接侧面结合成端柱钢管。

所述核心柱钢管、柱肢矩形钢管和端柱钢管共同构成冷弯多腔钢管。

所述冷弯多腔钢管的内壁面焊接若干块钢板。所述钢板为矩形，其板面上开有若干孔洞。所述钢板的板面垂直于它所焊接的壁面。所述钢板的长度方向垂直于水平面，它的下端与冷弯多腔钢管的下端平齐。

混凝土基础中插入了若干基础插筋形成基础插筋区域。所述基础插筋区域呈一字型。

焊有钢板的冷弯多腔钢管固定在混凝土基础上，所述的基础插筋伸入冷弯多腔钢管的内腔中。所述基础插筋均匀分布在冷弯多腔钢管的内腔中。

所述冷弯多腔钢管的空腔内浇筑有混凝土。

一种冷弯多腔钢管混凝土异形柱的刚性连接柱脚(L型)：包括一根核心柱钢管。所述核心柱钢管是一块矩形薄壁钢板采用冷弯的加工方式，弯折成的横截面为矩形的空心钢管。所述空心钢管侧壁的搭接处采用对接焊缝使空心钢管的侧壁闭合。

还包括若干个U形构件。所述U形构件是矩形薄壁钢板，采用冷弯的加工方式，分别将其弯折成U形。每个所述U形构件具有两块侧板和一块底板。两块所述侧板相互平行，且垂直于底板。两块侧板之间的距离等于核心柱钢管某一侧面的宽度。

核心柱钢管的一个或多个侧面上拼接有所述的U形构件，其拼接形成L型冷弯多腔钢管，即核心柱钢管的两个相邻侧面分别拼接一个U形构件。每个U形构件的两块侧板分别与所拼接侧面的两条侧棱连接，其中连接在同一侧棱上的两块侧板采用熔透焊缝进行焊接，其他侧板采用单面坡口焊缝进行焊接。从而使得每个U形构件与所拼接侧面结合成柱肢矩形钢管。

所述柱肢矩形钢管背向核心柱钢管的侧面上拼接一个U形构件。采用单面坡口焊缝将这个U形构件的开口处的棱边与所拼接侧面的两条棱边焊接，从而使得这个U形构件与所拼接侧面结合成端柱钢管。

所述核心柱钢管、柱肢矩形钢管和端柱钢管共同构成冷弯多腔钢管。

所述冷弯多腔钢管的内壁面焊接若干块钢板。所述钢板为矩形，其板面上开有若干孔洞。所述钢板的板面垂直于它所焊接的壁面。所述钢板的长度方向垂直于水平面，它的下端与冷弯多腔钢管的下端平齐。

混凝土基础中插入了若干基础插筋形成基础插筋区域。所述基础插筋区域呈L型。

焊有钢板的冷弯多腔钢管固定在混凝土基础上，所述的基础插筋伸入冷弯多腔钢管的内腔中。所述基础插筋均匀分布在冷弯多腔钢管的内腔中。

所述冷弯多腔钢管的空腔内浇筑有混凝土。

一种冷弯多腔钢管混凝土异形柱的刚性连接柱脚(T型)：包括一根核心柱钢管。所述核心柱钢管是一块矩形薄壁钢板采用冷弯的加工方式，弯折成的横截面为矩形的空心钢管。所述空心钢管侧壁的搭接处采用对接焊缝使空心钢管的侧壁闭合。

还包括若干个U形构件。所述U形构件是矩形薄壁钢板，采用冷弯的加工方式，分别将其弯折成U形。每个所述U形构件具有两块侧板和一块底板。两块所述侧板相互平行，且垂直于底板。两块侧板之间的距离等于核心柱钢管某一侧面的宽度。

核心柱钢管的一个或多个侧面上拼接有所述的U形构件，其拼接形成T型冷弯多腔钢管，即核心柱钢管的三个侧面分别拼接一个U形构件。每个U形构件的两块侧板分别与所拼接侧面的两条侧棱连接，其中连接在同一侧棱上的两块侧板采用熔透焊缝进行焊接，其他侧板采用单面坡口焊缝进行焊接。从而使得每个U形构件与所拼接侧面结合成柱肢矩形钢管。

所述柱肢矩形钢管背向核心柱钢管的侧面上拼接一个U形构件。采用单面坡口焊缝将这个U形构件的开口处的棱边与所拼接侧面的两条棱边焊接，从而使得这个U形构件与所拼接侧面结合成端柱钢管。

所述核心柱钢管、柱肢矩形钢管和端柱钢管共同构成冷弯多腔钢管。

所述冷弯多腔钢管的内壁面焊接若干块钢板。所述钢板为矩形，其板面上开有若干孔洞。所述钢板的板面垂直于它所焊接的壁面。所述钢板的长度方向垂直于水平面，它的下端与冷弯多腔钢管的下端平齐。

混凝土基础中插入了若干基础插筋形成基础插筋区域。所述基础插筋区域呈T型。

焊有钢板的冷弯多腔钢管固定在混凝土基础上，所述的基础插筋伸入冷弯多腔钢管的内腔中。所述基础插筋均匀分布在冷弯多腔钢管的内腔中。

所述冷弯多腔钢管的空腔内浇筑有混凝土。

一种冷弯多腔钢管混凝土异形柱的刚性连接柱脚(十字型)：包括一根核心柱钢管。所述核心柱钢管是一块矩形薄壁钢板采用冷弯的加工方式，弯折成的横截面为矩形的空心钢管。所述空心钢管侧壁的搭接处采用对接焊缝使空心钢管的侧壁闭合。

还包括若干个U形构件。所述U形构件是矩形薄壁钢板，采用冷弯的加工方式，分别将其弯折成U形。每个所述U形构件具有两块侧板和一块底板。两块所述侧板相互平行，且垂直于底板。两块侧板之间的距离等于核心柱钢管某一侧面的宽度。

核心柱钢管的一个或多个侧面上拼接有所述的U形构件，其拼接形成十字型冷弯多腔钢管，即核心柱钢管的四个侧面分别拼接一个U形构件。每个U形构件的两块侧板分别与所拼接侧面的两条侧棱连接，其中每条侧棱上的两块侧板采用熔透焊缝进行焊接，从而使得每个U形构件与所拼接侧面结合成柱肢矩形钢管。

所述柱肢矩形钢管背向核心柱钢管的侧面上拼接一个U形构件。采用单面坡口焊缝将这个U形构件的开口处的棱边与所拼接侧面的两条棱边焊接，从而使得这个U形构件与所拼接侧面结合成端柱钢管。

所述核心柱钢管、柱肢矩形钢管和端柱钢管共同构成冷弯多腔钢管。

所述冷弯多腔钢管的内壁面焊接若干块钢板。所述钢板为矩形，其板面上开有若干孔洞。所述钢板的板面垂直于它所焊接的壁面。所述钢板的长度方向垂直于水平面，它的下端与冷弯多腔钢管的下端平齐。

混凝土基础中插入了若干基础插筋形成基础插筋区域。所述基础插筋区域呈十字型。

焊有钢板的冷弯多腔钢管固定在混凝土基础上，所述的基础插筋伸入冷弯多腔钢管的内腔中。所述基础插筋均匀分布在冷弯多腔钢管的内腔中。

所述冷弯多腔钢管的空腔内浇筑有混凝土。

进一步，所述U形构件的底板至开口的距离根据冷弯多腔钢管混凝土异形柱的大小设计相应的尺寸，而它们的两侧板之间的距离等于核心柱钢管侧面的宽度。

进一步，采用熔透焊缝焊接同一侧棱上的两块侧板时，这两块侧板的内壁均预先设置有一块垫板。所述垫板为长条形金属板，其板面与侧板贴合。通过施焊一条熔透焊缝使得垫板、侧板与核心柱钢管的侧棱焊接在一起。

进一步，所述混凝土为普通混凝土、轻骨料混凝土或高性能混凝土。

进一步，所述核心柱钢管、柱肢矩形钢管和端柱钢管、钢板和基础插筋的材料为碳素结构钢Q235级钢材、低合金高强度结构钢Q345级、Q390级、Q420级或Q460级钢材。

本实用新型提出的冷弯多腔钢管混凝土异形柱与基础的连接方式具有如下优点：

1.本实用新型中的冷弯多腔钢管混凝土异形柱可应用于低层或多层框架结构、框架－剪力墙结构的别墅、住宅、公寓、宿舍、办公楼等形式建筑。改善普通方、矩形柱室内柱楞外露的缺陷，改善室内观瞻，利于家居摆放，提高室内空间的利用效率。

2.多腔钢管混凝土异形柱能够改善目前普遍应用的混凝土异形柱抗震设计的严格限制，扩大异形柱的应用范围。外包钢管与内置竖向隔板共同作用给内置混凝土良好的约束，提高了异形柱的承载力与延性，从而提高异形柱的抗震性能，使其能够应用在抗震设防烈度较高的地区，或者应用于高度更高的框架结构和框架－剪力墙结构中。

3.由于冷弯多腔钢管混凝土异形柱采用多腔式约束方式，薄钢管亦可发挥良好的约束效果。与传统钢管混凝土异形柱相比，多腔钢管混凝土异形柱可以在保证构件性能的前提下具有更低的含钢率，更佳的经济性。多腔式结构使得内部核心柱柱壁可以直接作为内置隔板代替加劲肋合理地布置在阴角处，大部分加工工序皆可在工厂预制完成，减少了现场施工阶段的工作量，非常适合现在建筑产业化的需求。

4.开孔的钢板焊接在多腔钢管内侧，与柱内混凝土结合，可有效将多腔钢管所承担的弯矩传递给柱内混凝土，再通过基础插筋传至基础。同时，柱剪力可由柱内混凝土传给基础。整个构件受力简单，传力路径明确合理。

附图说明

图1为冷弯多腔钢管混凝土异形柱与基础的连接方式的示意图；

图2为冷弯多腔钢管混凝土异形柱与基础的连接方式的施工示意图；

图3为L型的冷弯多腔钢管混凝土异形柱的俯视图；

图4为一字型的冷弯多腔钢管混凝土异形柱的俯视图；

图5为T型的冷弯多腔钢管混凝土异形柱的俯视图；

图6为十字型的冷弯多腔钢管混凝土异形柱的俯视图；

图7为图1中Q-Q处的剖面示意图；

图8为图7中P-P处的剖面示意图。

图中：核心柱钢管1、柱肢矩形钢管2、端柱钢管3、对接焊缝4、熔透焊缝5、垫板6、单面坡口焊缝7、冷弯多腔钢管8、钢板9、基础插筋10。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但不应该理解为本实用新型上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本实用新型上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本实用新型的保护范围内。

一种冷弯多腔钢管混凝土异形柱的刚性连接柱脚，截取一块矩形薄壁钢板，采用冷弯的加工方式将其弯折成横截面为矩形的空心钢管。其中选取的横截面垂直于空心钢管的长度方向，本实施例中优选的横截面为正方形。

在上述空心钢管侧壁的搭接处采用对接焊缝4使空心钢管的侧壁闭合，从而得到核心柱钢管1。其中对接焊缝4为所在侧面的中轴线，其延伸方向与核心柱钢管1的长度方向相同。

所述核心柱钢管1为两端敞口的空心柱钢管，它的四个侧面都可作为柱肢的连接面。设这四个面分别为面A、面B、面C和面D，其上的四条侧棱为棱a、棱b、棱c和棱d。本实施例中所述的面A、面B、面C或面D以及棱a、棱b、棱c或棱d仅代表核心柱钢管1上任意的某个侧面或某条侧棱，并不代表固定位置的某个面或某个棱，但面A与面C是相对的，棱a与棱c是相对的。

再截取若干块矩形薄壁钢板，采用冷弯的加工方式分别将其弯折成若干个U形构件。每个所述U形构件具有两块侧板和一块底板。两块所述侧板相互平行，且垂直于底板。两块侧板之间的距离等于核心柱钢管1侧面的宽度。其中所述U形构件的底板至开口的距离可以根据工程的实际需要(冷弯多腔钢管8的大小)设计相应的尺寸，而它们的两侧板之间的距离需满足等于核心柱钢管1侧面的宽度。

在核心柱钢管1的一个或多个侧面上拼接U形构件，其拼接方式有四种：

A)参见图4，当拼接为一字型冷弯多腔钢管时，将一个U形构件拼接到核心柱钢管的面A上，面A上的两条侧棱为棱a和棱b；采用单面坡口焊缝7将这个U形构件的两块侧板分别与面A的棱a、棱b焊接，从而使U形构件与面A结合成柱肢矩形钢管2。

B)参见图3，当拼接成L型冷弯多腔钢管时，核心柱钢管1的两个相邻侧面(面A和面B)分别拼接一个U形构件，其中面A上的两条侧棱为棱a和棱b，面B上的两条侧棱为棱c和棱b；一个U形构件的两块侧板分别与面A的棱a和棱b连接，另一个U形构件的两块侧板分别与面B的棱b和棱c连接；其中连接在(公共棱)棱b上的两块侧板(两个U形构件各提供一块侧板)采用熔透焊缝5进行焊接，其他侧板(即连接在棱a、棱c上的侧板)采用单面坡口焊缝7进行焊接；从而使得这两个U形构件分别与面A、面B结合成两个柱肢矩形钢管2。

C)参见图5，当拼接成T型冷弯多腔钢管时，核心柱钢管1的面A、面B、面C分别拼接一个U形构件，其中面A上的两条侧棱为棱a和棱b，面B上的两条侧棱为棱b和棱c，面C上的两条侧棱为棱c和棱d；

其中一个U形构件的两块侧板分别与棱a、棱b连接，一个U形构件的两块侧板分别与棱b、棱c连接，另外一个U形构件的两块侧板分别与棱c、棱d连接；连接在同一侧棱上的两块侧板采用熔透焊缝5进行焊接，其他侧板采用单面坡口焊缝7进行焊接；即连接在棱b上的两块侧板(相邻两个U形构件各提供一块侧板)采用熔透焊缝5进行焊接，连接在棱c上的两块侧板(相邻两个U形构件各提供一块侧板)也采用熔透焊缝5进行焊接；连接在棱a、棱c上的侧板则采用单面坡口焊缝7进行焊接；从而使得这三个U形构件分别与面A、面B、面C结合成三个柱肢矩形钢管2。

D)参见图6，当拼接成十字型冷弯多腔钢管时，核心柱钢管1的面A、面B、面C、面D分别拼接一个U形构件，其中面A上的两条侧棱为棱a和棱b，面B上的两条侧棱为棱b和棱c，面C上的两条侧棱为棱c和棱d，面D上的两条侧棱为棱d和棱a；其中一个U形构件的两块侧板分别与棱a、棱b连接，一个U形构件的两块侧板分别与棱b、棱c连接，一个U形构件的两块侧板分别与棱c、棱d连接，另外一个U形构件的两块侧板分别与棱d、棱a连接；其中每条侧棱(棱a、棱b、棱c、棱d)上的两块侧板(相邻两个U形构件各提供一块侧板)均采用熔透焊缝5进行焊接，从而使得这四个U形构件分别与面A、面B、面C、面D结合成四个柱肢矩形钢管2。

需要说明的是，L型、T型和十字形冷弯多腔钢管均存在核心柱钢管1相邻两个侧面都有柱肢矩形钢管2的情况，即在上述过程中L型冷弯多腔钢管的棱b处焊接了两块侧板(相邻U形构件各提供一块侧板，下同)；T型冷弯多腔钢管的棱b和棱c处都焊接了两块侧板；十字形冷弯多腔钢管的每条侧棱(棱a、棱b、棱c、棱d)都焊接了两块侧板。

本实施例中，核心柱钢管1的一条侧棱上若要焊接两块侧板时，则需要在这两块侧板的内壁分别预先贴靠一块垫板6。所述垫板6为长条形金属板，其板面与侧板贴合；所述垫板6的长度方向与所贴靠的侧板的长度方向相同。然后施焊一条熔透焊缝5将此处的两块侧板以及垫板6与核心柱钢管1焊接在一起。其中垫板6可以保证焊缝成形平整光滑，不产生焊缝缺陷。若核心柱钢管1的一条侧棱上仅焊接一块侧板时，则直接采用单面坡口焊缝7进行焊接。

在柱肢矩形钢管2的底板上还拼接一个U形构件。拼接时，采用单面坡口焊缝7将这个U形构件的开口处的棱边与柱肢矩形钢管2的底板焊接在一起，从而使得这个U形构件与底板结合成端柱钢管3。

从而核心柱钢管1、柱肢矩形钢管2和端柱钢管3共同构成冷弯多腔钢管8；当冷弯多腔钢管8的空腔填充了混凝土后，则称为冷弯多腔钢管混凝土异形柱；

在冷弯多腔钢管8的内壁面(采用双面角焊缝)焊接若干块钢板9；所述钢板9为矩形，其板面上开有若干孔洞；所述钢板9的板面垂直于它所焊接的壁面；所述钢板9的长度方向垂直于水平面，它的下端与冷弯多腔钢管8的下端平齐；

本实施例中，所述核心柱钢管1的四个内壁均焊接有一块钢板9，其中钢板9处于它所连接壁面的中间位置；所述端柱钢管3的四个内壁也是各焊接一块钢板9，同时处于它所连接壁面的中间位置；所述柱肢矩形钢管2只有两侧壁(即自身U形构件的两侧板)上焊接有钢板9，其中每个侧壁上焊接三块钢板9，每块钢板9之间的间距相等；其中每块钢板9上开有两个上下布置的圆孔；

在混凝土基础中插入若干钢筋形成基础插筋10；所述基础插筋10在整体上呈一字型、L型、T型或十字型，具体与对应冷弯多腔钢管8的形状相对应；

然后将焊有钢板9的冷弯多腔钢管8固定在混凝土基础上，使得基础插筋10伸入冷弯多腔钢管8的内腔中；所述基础插筋10均匀分布在冷弯多腔钢管8的内腔中，其插入内腔中的长度即为锚固长度，锚固长度满足工程规范即可；在本实施例中，相邻两块钢板9之间(包括钢板9与冷弯多腔钢管8的内壁之间)就有一根基础插筋10，且基础插筋10到两侧钢板9的距离相等；

之后向冷弯多腔钢管8的空腔内浇筑混凝土，即可完成一字型、L型、T型或十字型的冷弯多腔钢管混凝土异形柱与基础的连接。

本实施例中，所述混凝土可选用普通混凝土、轻骨料混凝土或高性能混凝土。所述核心柱钢管1、柱肢矩形钢管2、端柱钢管3、钢板9和基础插筋10的材料可选用碳素结构钢Q235级钢材、低合金高强度结构钢Q345级、Q390级、Q420级或Q460级钢材。