一种装配式巨型筒中筒圆形钢管柱异型组合结构及安装方法与流程

本发明涉及结构工程技术领域，具体涉及一种基于高强钢和纤维混凝土设计的装配式巨型筒中筒圆形钢管柱异型组合结构及安装方法。

背景技术：

随着技术的发展，高强钢开始逐渐应用于高层建筑、大跨度建筑结构中。使用高强钢设计的圆形钢管混凝土或型钢混凝土组合结构，在变形过大时，与高强钢管或型钢结合的混凝土会开裂破落，随后钢管或型钢发生局部屈曲并导致结构破坏。然而采用高强度材料设计的筒中筒圆形钢管混凝土柱，内外圆形钢管与内填混凝土整体性高，并且由于内外钢管与内填混凝土之间的相互作用(内填混凝土的极限应变增大，内外圆钢管的局部屈曲受限制)，使得采用高强度材料设计的筒中筒圆形钢管混凝土柱的承载力和变形能力显著提高，但当遇到较大荷载要求时，一根柱的承载能力远达不到受力要求，而且当柱的尺寸较大时，浪费了节点处的建筑空间。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种装配式巨型筒中筒圆形钢管柱异型组合结构及安装方法，提出一种新的装配式筒中筒钢管混凝土柱的连接方式，能极大限度地降低现场施工对质量的影响，且节点的可靠性更高。同时解决现有技术中荷载较大时，钢管混凝土结构承载能力达不到受力要求以及当柱的尺寸较大时，浪费了节点处的建筑空间的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种装配式巨型筒中筒圆形钢管柱异型组合结构，包括至少两组筒中筒圆形钢管柱、圆形转换分隔套筒和高强钢连接板；筒中筒圆形钢管柱上下之间通过圆形转换分隔套筒连接，两组筒中筒圆形钢管柱左右之间通过高强钢连接板连接，所述筒中筒圆形钢管柱包括外筒和内筒，外筒和内筒的两端至少一侧设有楔形齿，楔形齿设置在外筒和内筒内外两侧的两端，所述圆形转换分隔套筒包括底板和竖向隔板，底板为圆形，其上设有通孔，底板两面均设有竖向隔板，所述竖向隔板上设有楔形槽，楔形槽的尺寸与楔形齿的尺寸一致，竖向隔板对称设置且至少为两组，每一组又分为内外两对隔板。

进一步的，所述外筒一侧与高强钢连接板之间的连接为可拆卸连接。

进一步的，所述底板上的通孔包括设置在底板的圆心处的通孔和竖向隔板的间隙处的通孔，圆心处的通孔为圆形，竖向隔板间隙处的通孔为梯形形状。

进一步的，所述外筒另一侧设有加强环，加强环通过焊接或螺栓连接的方式与钢梁连接。

进一步的，所述外筒与内筒之间以及内筒中心填充纤维混凝土。

进一步的，所述的装配式巨型筒中筒圆形钢管柱异型组合节点的安装方法，包括以下步骤：

第一步：将圆形转换分隔套筒下侧与外筒和内筒上端端部通过楔形槽实现固定连接；

第二步：将上半部分内筒与纤维混凝土上侧通过楔形槽实现固定连接；

第三步：将上半部分提前焊接在一起的外筒、加强环以及高强钢连接板与圆形转换分隔套筒上侧通过楔形槽实现固定连接；

第四步：将通过上述第一步至第四步连接好的组合结构通过高强螺栓连接在一起，即左侧高强钢连接板与右侧高强钢连接板之间、即上侧高强钢连接板与下侧高强钢连接板之间均通过高强螺栓连接；

第五步，将钢梁连接在加强环上；

第六步，在外筒与内筒之间以及内筒中心浇筑纤维混凝土，纤维混凝土通过圆形转换分隔套筒上底板处的通孔，先将底板下侧的筒中筒圆形钢管柱中间的空隙填充完毕，之后继续填充地板上侧的筒中筒圆形钢管柱空隙。

本发明具有以下有益效果：

(1)单柱之间通过连接钢板连接，形成一个巨型的异型组合节点，提高了节点的抗剪承载能力，且避免了柱子尺寸太大浪费建筑空间的情况；

(2)外筒和内筒与圆形转换分隔套筒通过楔形槽实现固定连接，避免了钢管之间的现场焊接，提高了节点的可靠性；

(3)此连接方式在每层柱子中点处，上下两侧用转换分隔套筒与上下钢管连接，可以有效地解决钢管混凝土柱变截面困难的难题；

(4)整个节点的钢材部位全部工厂制作，然后现场装配，现场浇筑混凝土，最大限度地降低了现场焊接对质量的影响；

(5)采用纤维混凝土，有利于提高混凝土的抗剪能力，从而增强整个节点的抗剪承载力；

(6)圆形转换分隔套筒的底板上设有通孔，使得底板上下两侧的筒中筒钢管柱通过一次浇筑即可完成，方便省时。

总之，本发明所述的一种装配式巨型筒中筒圆形钢管柱异型组合结构及安装方法，大大降低了现场施工对质量产生的影响，节点处的连接可靠性更高，同时解决现有技术中荷载较大时，钢管混凝土结构承载能力达不到受力要求以及当柱的尺寸较大时，浪费了节点处的建筑空间的问题，施工简单、安装方便、可靠性好，具有良好的市场推广前景。

附图说明

图1是本发明实施例1剖面结构示意图；

图2是本发明实施例1圆形转换分隔套筒俯视图；

图3是图2中a-a剖面图；

图4是图2中另一种a-a剖面图；

图5是本发明实施例1中的加强环平面图；

图6是图5中圆形钢管柱的b-b剖面图；

图7是本发明安装过程示意图；

图8是本发明组合方式示意图；

其中，上述附图包括以下附图标记：1、外筒；2、内筒；3、圆形转换分隔套筒；4、高强钢连接板；5、加强环；6、钢梁；7、高强螺栓；8、纤维混凝土；9、底板；10、竖向隔板；11、通孔；12、楔形齿；13、楔形槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1-8所示，一种装配式巨型筒中筒圆形钢管柱异型组合结构，包括至少两组筒中筒圆形钢管柱、圆形转换分隔套筒3和高强钢连接板4；筒中筒圆形钢管柱上下之间通过圆形转换分隔套筒连接，两组筒中筒圆形钢管柱左右之间通过高强钢连接板连接，所述筒中筒圆形钢管柱包括外筒1和内筒2，外筒和内筒的两端至少一侧设有楔形齿12，楔形齿设置在外筒和内筒内外两侧的两端，所述圆形转换分隔套筒包括底板和竖向隔板，底板9为圆形，其上设有通孔11，底板两面均设有竖向隔板10，所述竖向隔板上设有楔形槽13，楔形槽的尺寸与楔形齿的尺寸一致，竖向隔板对称设置且至少为两组，每一组又分为内外两对隔板。

进一步的，所述外筒一侧与高强钢连接板之间的连接为可拆卸连接。

进一步的，所述底板上的通孔包括设置在底板的圆心处的通孔和竖向隔板的间隙处的通孔，圆心处的通孔为圆形，竖向隔板间隙处的通孔为梯形形状。

进一步的，所述外筒另一侧设有加强环5，加强环通过焊接或高强螺栓7连接的方式与钢梁6连接，加强环结构如图7所示，为八边形加强环。

进一步的，所述外筒与内筒之间以及内筒中心填充纤维混凝土8，这里需要说明的一点是，在圆形转换分隔套筒处连接的柱截面，内填纤维混凝土加强了竖向隔板与内外圆钢管的连接，使刚度连接处提高，结构更加稳定。

圆形转换分隔套筒上的竖向隔板为四部分圆筒状的隔板，如图2和图3所示，圆筒状的隔板不是连续的，这样的好处是为了实现钢管与圆形转换分隔套筒的连接以及方便实现竖向隔板与圆形底板的焊接。如图1和图3所示，圆形转换分隔套筒上下两面的圆筒状的竖向隔板，直径一样，所以上下连接的内外圆形钢管的直径一致。如图4所示，当圆形转换分隔套筒上下两面的圆筒状的竖向隔板直径不一样时，上面的竖向隔板直径小于下面的竖向隔板直径，这样在圆形转换分隔套筒上部的圆形钢管就可以连接下部圆形钢管，有效地解决了钢管混凝土柱变截面困难的技术难题，使得整个钢柱结构更加合理，整个结构体系的自重减轻，承重能力更强。

本发明安装步骤如下：

第一步：将圆形转换分隔套筒下侧与外筒和内筒上端端部通过楔形槽实现固定连接；

第二步：将上半部分内筒与纤维混凝土上侧通过楔形槽实现固定连接；

第三步：将上半部分提前焊接在一起的外筒、加强环以及高强钢连接板与圆形转换分隔套筒上侧通过楔形槽实现固定连接；

第四步：将通过上述第一步至第四步连接好的组合结构通过高强螺栓连接在一起，即左侧高强钢连接板与右侧高强钢连接板之间、即上侧高强钢连接板与下侧高强钢连接板之间均通过高强螺栓连接；

第五步，将钢梁连接在加强环上；

第六步，在外筒与内筒之间以及内筒中心浇筑纤维混凝土，纤维混凝土通过圆形转换分隔套筒上底板处的通孔，先将底板下侧的筒中筒圆形钢管柱中间的空隙填充完毕，之后继续填充地板上侧的筒中筒圆形钢管柱空隙。

根据实际需要，装配式巨型筒中筒圆形钢管柱异型组合结构的组合方式有多种，如图8所示，但不限于图8中的组合方式。采用本发明中的连接方式可以避免柱子尺寸太大浪费建筑空间的问题。

当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明专利涵盖范围。