基于波纹腹板H型钢的预制组合结构柱及其制作方法与流程

本发明涉及一种基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱及其制作方法。

背景技术：

要大力推广装配式建筑，减少建筑垃圾和扬尘污染，缩短建造工期，提升工程质量。要求“制定装配式建筑设计、施工和验收规范。完善部品部件标准，实现建筑部品部件工厂化生产。鼓励建筑企业装配式施工，现场装配。建设国家级装配式建筑生产基地。加大政策支持力度，力争在10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30％”。积极稳妥推广钢结构建筑。

此种型钢与混凝土有效结合的构件形式可以代替传统的型钢混凝土柱、钢筋混凝土柱或单一的钢结构柱，作为竖向传力构件而形成结构体系。

此种型钢与混凝土有效结合的构件形式因承载力较高，使柱截面尺寸与普通钢筋混凝土柱比较，对于同样的建筑可以使室内增加3％～5％的使用面积。此柱结构减小了钢结构的裸露面积，从而减少了防腐、防火的材料。生产加工、运输、吊装均很好的契合国家大力推广装配式建筑的方针，可切实的节约能源、减少污染，缩短工期，提升工程质量。

型钢与混凝土有效结合的构件形式高效结合了两种材料特性，以较小的截面尺寸达到较高的承载效率；简化了加工过程中的繁复的钢筋绑扎、模板支护的工作，可以更好的控制产品的质量；并且解决了普通预制钢筋混凝土柱施工中连接节点施工困难、质量难控的问题。传统的混凝土结构钢柱中的混凝土与钢柱结合不牢固，凝固的混凝土容易与钢柱的表面分离，从而影响混凝土结构钢柱的承载能力。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱及其制作方法，能够增强混凝土与h型钢的结合强度。

为实现上述目的，本发明提供一种基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱，采用如下技术方案：一种基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱，所述波纹腹板h型钢包括腹板及连接于腹板两侧边的翼板，腹板正面与两个翼板之间围合成第一槽形空间，腹板反面与两个翼板之间围合成第二槽形空间；

所述第一槽形空间和第二槽形空间均设有多根沿腹板长度方向排列的连接钢筋，连接钢筋的两端分别连接在两个翼板上；

所述腹板弯折成波浪结构而在正面和反面均形成交替设置的凹槽和凸棱，各凹槽或凸棱的两端分别延伸至两个翼板处；

所述第一槽形空间和第二槽形空间均浇注有混凝土，混凝土填充满各凹槽并包裹住各连接钢筋。

优选地，所述腹板的宽度与翼板的宽度相等，腹板的两侧边分别连接在两个翼板的中间位置。

优选地，所述腹板的厚度为2至6毫米。

优选地，所述连接钢筋与翼板边缘之间的距离为20至30毫米。

优选地，所述连接钢筋的直径大于或等于10毫米。

优选地，所述凹槽的横截面为梯形、矩形或者楔形。

优选地，所述混凝土为微膨胀混凝土。

与本发明的一种基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱相应地，本发明还提供一种制作波纹腹板h型钢预制组合结构柱的方法，用于制作上述技术方案或其任一优选的技术方案所述的基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱，包括如下作业步骤：

1)在波纹腹板h型钢的第一槽形空间和第二槽形空间内焊接连接钢筋，各连接钢筋沿腹板长度方向排列，连接钢筋的两端分别焊接在两个翼板上；

2)使波纹腹板h型钢的第一槽形空间的开口朝上，并在第一槽形空间中浇注混凝土；

3)待第一槽形空间中的混凝土凝固之后，将波纹腹板h型钢翻转而使第二槽形空间朝上，并在第二槽形空间中浇注混凝土；

4)待第二槽形空间中的混凝土凝固之后将制作好的波纹腹板h型钢预制组合结构柱暂存。

优选地，在所述步骤3)中，待第一槽形空间中的混凝土凝结至额度强度的70％以上之后将波纹腹板h型钢翻转而使第二槽形空间朝上。

如上所述，本发明涉及的一种基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱及其制作方法，具有以下有益效果：在本发明的一种基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱中，由于h型钢的腹板弯折成波浪结构而在正面和反面均形成交替设置的凹槽和凸棱，这样，浇注在第一槽形空间和第二槽形空间内的混凝土就会与凹槽和凸棱卡在一起，而且，设置在两个翼板之间的连接钢筋也与混凝土凝结在一起，这样，第一槽形空间和第二槽形空间中的混凝土就能够与h型钢牢固地结合，不易在重力的作用下而与h型钢分离，这样就增强可混凝土与h型钢的结合强度，保证组合结构柱具有良好的承载能力。

附图说明

图1显示为本发明的一种基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱的主视图。

图2显示为图1中a-a截面的剖视图。

图3显示为图2中b-b截面的剖视图。

图4a显示为h型钢腹板上的凹槽和凸棱的结构示意图，凹槽和凸棱为梯形。

图4b显示为h型钢腹板上的凹槽和凸棱的结构示意图，凹槽和凸棱为矩形。

图4c显示为h型钢腹板上的凹槽和凸棱的结构示意图，凹槽和凸棱为倒梯形。

元件标号

1波纹腹板h型钢

2腹板

3翼板

4第一槽形空间

5第二槽形空间

6连接钢筋

7凹槽

8凸棱

9混凝土

10横梁

11加强板

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1至图3所示，本发明提供一种基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱，所述波纹腹板h型钢1包括腹板2及连接于腹板2两侧边的翼板3，腹板2正面与两个翼板3之间围合成第一槽形空间4，腹板2反面与两个翼板3之间围合成第二槽形空间5；所述第一槽形空间4和第二槽形空间5均设有多根沿腹板2长度方向排列的连接钢筋6，连接钢筋6的两端分别连接在两个翼板3上；所述腹板2弯折成波浪结构而在正面和反面均形成交替设置的凹槽7和凸棱8，各凹槽7或凸棱8的两端分别延伸至两个翼板3处；所述第一槽形空间4和第二槽形空间5均浇注有混凝土9，混凝土9填充满各凹槽7并包裹住各连接钢筋6。

在本发明的一种基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱中，由于h型钢的腹板2弯折成波浪结构而在正面和反面均形成交替设置的凹槽7和凸棱8，这样，浇注在第一槽形空间4和第二槽形空间5内的混凝土9就会与凹槽7和凸棱8卡在一起，而且，设置在两个翼板3之间的连接钢筋6也与混凝土9凝结在一起，这样，第一槽形空间4和第二槽形空间5中的混凝土9就能够与h型钢牢固地结合，不易在重力的作用下而与h型钢分离，这样就增强可混凝土9与h型钢的结合强度，保证组合结构柱具有良好的承载能力。

本发明的一种基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱可以在工厂或者现场预制，预制好之后在进行安装用作支承柱，这样可以满足装配式建筑的需要。如图1和图2所示，在支承柱与横梁10连接的部位或者两根支承柱相连的部位可以设置加强板11以增强连接部位的强度。为了使得所制作的组合结构柱具有较好的力学性能，如图3所示，所述腹板2的宽度与翼板3的宽度相等，腹板2的两侧边分别连接在两个翼板3的中间位置，波纹腹板h型钢1可采用钢板和波纹板组合焊接而成，所述腹板2的厚度为2至6毫米，可以采用冲压加工的方式加工腹板2上的凹槽7和凸棱8，在满足腹板2局部稳定的前提下，尽量减少腹板2用钢量，得到更优的经济性。如图3所示，所预制的组合结构柱的横截面基本呈正方形，腹板2两侧的结构基本相同，组合结构柱的力学性能分布较为均衡。

在本发明的一种基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱中，第一槽形空间4和第二槽形空间5中均设有连接钢筋6，连接钢筋6沿腹板2纵向排列，在腹板2纵向分为加密区和非加密区，加密区间距为1/4型钢高度且不大于100mm，非加密区间距为1/2型钢高度且不大于200mm，混凝土9内可以不配纵向钢筋。一般地，所述连接钢筋6的直径大于或等于10毫米，连接钢筋6与翼板3边缘之间的距离为20至30毫米，这样，连接钢筋6的混凝土9保护层厚度为25毫米左右，可以保证连接钢筋6能够完全被混凝土9包裹，从而与混凝土9牢固结合，使得混凝土9保持与h型钢牢固结合。

在本发明的一种基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱中，h型钢的钢材料宜采用牌号q235-b.c.d级的碳素结构钢，以及牌号q345-b.c.d.e的低合金高强度结构钢，其质量标准应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》gb700和《低合金高强度结构钢》gb/t1951的规定。连接钢筋宜采用hrb400级热轧钢筋，应符合国家标准《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》gb1499.2的规定。连接钢筋与h型钢可以采用焊接的方式连接，手工焊接用焊条应符合现行国家标准《碳素钢焊条》gb5117或《低合金钢焊条》gb5118的规定。选用的焊条型号应与主体金属强度相适应。自动焊接或半自动焊接应用的焊丝和焊剂，应与主体金属强度相适应。焊丝应符合现行国家标准《熔化焊用钢丝》gb/t14957的规定。在第一槽形空间和第二槽形空间中浇注的混凝土强度等级不宜小于c30，混凝土为微膨胀混凝土，微膨胀混凝土限制膨胀率的设计取值介于0.015％～0.025％之间。

在本发明的一种基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱中，腹板2弯折成波浪结构而在正面和反面均形成交替设置的凹槽7和凸棱8，请参考图4a至图4c，腹板2正面的凹槽7位置对应腹板2反面的凸棱8位置，腹板2正面的凸棱8位置对应腹板2反面的凹槽7位置。如图4a所示，凹槽7的横截面为梯形，这样，混凝土9可以较容易地灌入凹槽7中；如图4a所示，凹槽7的横截面可以为矩形，这样，腹板2上的凸棱8和凹槽7比较容易加工，而且混凝土9与凹槽7或凸棱8结合较为紧密；如图4c所示，凹槽7的形状为楔形，凹槽7底部较宽，开口较窄，这样，凹槽7将其中凝固的混凝土9卡住而不易脱出，混凝土9与h型钢的结合较为牢固。

本发明的一种基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱可用于全部结构构件采用型钢混凝土结构的场合和部分结构构件采用型钢混凝土结构的场合。此两类结构宜用于框架结构、框架-剪力墙结构、底部大空间剪力墙结构、框架-核心筒结构等结构体系。实验表明，此种波纹腹板h型钢1混凝土9组合柱具有良好的变形性能和耗能能力，适用于地震区采用。

在本发明的一种基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱中，混凝土9被浇注在h型钢的第一槽形空间4与第二槽形空间5中，凝固的混凝土9被腹板2两侧的凹槽7和凸棱8卡住，而且，采用波纹结构的腹板2使得混凝土9与腹板2的接触面积更大，增加混凝土9与钢板的粘结性，所以，混凝土9与h型钢能够保持良好地结合。本发明的一种基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱充分发挥混凝土9的耐压特性和h型钢结构特性，较大提高柱的承载能力，并具有良好的抗震延性和耗能能力，适用于地震区采用。

在本发明的一种基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱中，混凝土9与h型钢形成一体结构，保证了混凝土9与h型钢受力一致性。填充混凝土9后型钢裸露的外表面积减少了2/3，减少了用于钢结构防腐和防火的处理面积。由于是填充混凝土9，在未增加柱外包尺寸的情况下，大幅提高了h型钢柱的承载能力，解决了h型钢柱稳定性差的问题。

本发明的一种基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱的柱脚与基础采用铰接、刚接连接均可。如果基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱需要与其他构件连接，或者需要将上下两根基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱连接在一起，则波纹腹板h型钢1翼缘与腹板2围合处填充混凝土的型钢柱的上下柱拼接部位在工厂预制时预留一定的空间不浇注混凝土，上下柱通过型钢焊接连接或螺栓连接，在施工现场吊装完成后上下柱连接部位再浇注混凝土，混凝土采用微膨胀细石混凝土。型钢混凝土柱的上下柱现场连接可采用焊接或高强螺栓等强连接，上下柱之间的施工预留空间用微膨胀细石混凝土二次浇注，连接可靠、施工简单。构件可用于钢筋混凝土梁的结构体系中或型钢混凝土梁结构体系中，也可用于钢梁结构体系中，梁柱节点焊接或螺栓连接均可采用，工厂加工后现场安装，应用范围十分广泛。本发明工业标准化生产程度高，易于实现设计、生产、施工一体化，提高装配式建筑工业化水平。

与本发明的一种基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱相应地，本发明还提供一种制作波纹腹板h型钢1预制组合结构柱的方法，用于制作上述技术方案或其任一优选的技术方案所述的基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱，包括如下作业步骤：

1)在波纹腹板h型钢1的第一槽形空间4和第二槽形空间5内焊接连接钢筋6，各连接钢筋6沿腹板2长度方向排列，连接钢筋6的两端分别焊接在两个翼板3上；

2)使波纹腹板h型钢1的第一槽形空间4的开口朝上，并在第一槽形空间4中浇注混凝土9；

3)待第一槽形空间4中的混凝土9凝固之后，将波纹腹板h型钢1翻转而使第二槽形空间5朝上，并在第二槽形空间5中浇注混凝土9；

4)待第二槽形空间5中的混凝土9凝固之后将制作好的波纹腹板h型钢1预制组合结构柱暂存。

本发明的一种制作波纹腹板h型钢1预制组合结构柱的方法当然具有本发明的一种基于波纹腹板h型钢的预制组合结构柱的有益效果，此处不再赘述。制作所述波纹腹板h型钢1预制组合结构柱的方法简单方便，将h型钢水平横放即可浇注混凝土9，无需模板，h型钢构件经1次翻转即可完成整混凝土9浇注。无需绑扎钢筋和支护模板，便于施工，降低成本。

优选地，在所述步骤3)中，待第一槽形空间4中的混凝土9凝结至额度强度的70％以上之后将波纹腹板h型钢1翻转而使第二槽形空间5朝上。这样，混凝土9能够与h型钢保持足够的结合强度，在翻转h型钢的过程中，h型钢不易与混凝土9分离，而且还能节约制作时间。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。