一种组合异形柱、含有该柱的结构体系及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种组合异形柱、含有该柱的结构体系及其施工方法，适用于建筑工程的技术领域。
【背景技术】
[0002]国际建筑业的发展趋势告诉我们，中国已到了加快推进建筑工业化的重要历史时期。十四年转型升级的实践经验告诉我们，建筑工业化是克服传统生产方式缺陷、促进建筑业又好又快发展的主要途径。而要实现建筑工业首先要实现设计标准化，这是建筑工业化的前提;实现设计标准化需要有标准化的结构体系。
[0003]目前，在钢结构建筑中常用的结构体系有钢框架结构体系、钢框架支撑结构体系、钢框架剪力墙结构体系和钢框架核心筒结构体系等，钢框架部分需要同时承受重力荷载和侧向荷载。重力荷载在构件内产生的内力随着结构高度增加成线性增长，侧向荷载(风荷载、地震作用)在构件内产生的内力随结构高度增加成非线性增长，在钢框架结构中，由于框架柱需要同时承受重力荷载和侧向荷载，很难实现结构体系的标准化。
[0004]因此，如何有效地实现竖向承重与水平抗侧功能的解耦，开发出竖向承重与水平抗侧向力分离的结构体系成为本领域技术人员亟需解决的技术难题。
[0005]为此，申请人在公开号为CN105064612A的发明专利申请中提出了一种钢-混凝土的组合异形柱，包括蜂窝组合截面、保温材料、纵筋、箍筋和混凝土;其中，蜂窝组合截面由若干个设置有孔洞的T型钢和圆钢管焊接而成，保温材料敷设在蜂窝组合截面的外侧，纵筋架设在蜂窝组合截面周向的外侧，箍筋环箍于纵筋外侧，混凝土浇筑外包于蜂窝组合截面、保温材料、纵筋和箍筋的外侧，并填充在圆钢管内，最终构成钢-混凝土组合异形柱。
[0006]公开号为CN204126127U的实用新型专利提出了一种钢管混凝土组合型柱，包括有钢管，钢管的外侧设有若干T型钢或槽型钢，所述型钢与钢管平行布置，型钢的腹板与钢管焊接;所述钢管内壁延高度方向设置有抗剪栓钉，同时钢管内浇注有混凝土，所述抗剪栓钉和钢管通过所述混凝土连成一体。
[0007]公开号为CN202401666U的实用新型专利提出了一种压弯分离式组合柱，旨在有效地解决柱的压弯组合承载力问题，避免现有结构所带来的缺陷，在保证安全、经济、实用及美观的前提下，可实现结构的最大综合效应。它包括由钢管和灌注于其内的核心混凝土所形成的钢管混凝土构件，钢管混凝土构件外对称设置有沿钢管长度方向延伸的T型钢构件，型钢构件与钢管形成固定连接。
[0008]从上述现有技术中公开的压弯分离式组合柱可见，其都是通过将T型钢或槽型钢连接到钢管的外侧形成，此时起到抗侧向力作用的部件是T型钢或槽型钢的顶部平钢板，很显然其承受侧向力的能力比较差。因此，现有技术中需要一种承受侧向力性能更好的组合柱的结构形式。
【发明内容】
[0009]本发明为了解决现有技术中存在的上述问题，提供了一种组合异形柱、含有该柱的结构体系及其施工方法。根据本发明的组合异形柱以及含有该柱的结构体系能够极大地提高抗侧向力水平，并且其施工步骤简单、组装快捷，能够很好地适应建筑标准化的要求。
[0010]本发明的第一方面涉及一种组合异形柱，包括一个H型钢和至少一个钢管，钢管中浇筑有混凝土，钢管和H型钢之间通过连接件连接。优选地，钢管的截面形状是圆形或多边形;钢管通过连接件连接到H型钢的腹板和/或翼缘，连接件与H型钢的腹板和/或翼缘垂直或不垂直;连接件是平直形和/或弯折形的连接件。
[0011]本发明的第二方面涉及一种含有上述组合异形柱的结构体系，包括组合异形柱、主梁和次梁；
[0012]至少一部分组合异形柱中的钢管肢与第一方向的主梁构成沿第一方向的框架，H型钢肢与第二方向的主梁构成沿第二方向的框架;另外一部分组合异形柱中的钢管肢与第二方向的主梁构成沿第二方向的框架，H型钢肢与第一方向的主梁构成沿第一方向的框架；或者
[0013]全部的组合异形柱中的钢管肢与第一方向的主梁构成沿第一方向的框架，H型钢肢与第二方向的主梁构成沿第二方向的框架。
[0014]优选地，组合异形柱可以包括角柱、第一边柱、第二边柱和中间柱。更优选地，角柱包括一个钢管，钢管通过一个连接件与H型钢的腹板在非中间位置处垂直连接，钢管的直径、H型钢的高度和连接件的长度的比值为1:0.5-5:0.2-2，连接件与H型钢的腹板的连接位置将H型钢的高度分为1:2-3的两部分;第一边柱包括关于H型钢对称布置的两个钢管，两个钢管分别通过一个连接件与H型钢的腹板在非中间位置处垂直连接，钢管的直径、H型钢的高度和连接件的长度的比值为1:0.5-5:0.1-1，连接件与H型钢的腹板的连接位置将H型钢的高度分为1: 2-3的两部分;第二边柱包括一个钢管，钢管通过一个连接件与H型钢的腹板在中间位置处垂直连接，钢管的直径、H型钢的高度和连接件的长度的比值为1:0.5-5:0.2-2;中间柱包括关于H型钢对称布置的两个钢管，两个钢管分别通过一个连接件与H型钢的腹板在中间位置处垂直连接，钢管的直径、H型钢的高度和连接件的长度的比值为1:0.5-5:O-H0
[0015]优选地，钢管中的混凝土为自密实混凝土，由硅酸盐水泥、粉煤灰、粒径为5-1Omm的卵石、粒径为3-5mm的砂砾石、减水剂、直径为0.5_lmm的钢纤维、消气剂和水按照质量比为1:0.32-0.37:0.21-0.25:0.15-0.17:0.08-0.1:0.1-0.15:0.03-0.05:0.23-0.26混合均匀制成。
[0016]本发明的第三方面涉及一种如上所述的结构体系的施工方法，包括以下步骤:
[0017](I)、在工厂内通过连接板将钢管与H型钢连接得到不同类型的组合柱，然后在现场安装完成；
[0018](2)、吊装主梁和次梁，并与组合柱连接形成框架结构；
[0019](3)、在组合柱的钢管内浇筑混凝土，养护硬化后得到含有组合异形柱的结构体系O
[0020]优选地，还包括在H型钢、钢管和连接件表面外包防火混凝土的步骤。
[0021]本申请的技术方案中充分利用了钢管混凝土和H型钢的优势，在结构体系和构件层面实现了竖向承重和抗侧向力的分离，具有受力合理、加工制作简便、布置灵活、标准化程度高等诸多优势，具有较好的推广应用前景。
【附图说明】
[0022]图1是本发明的组合异形柱的第一种实施方式的示意图。
[0023]图2是本发明的组合异形柱的第二种实施方式的示意图。
[0024]图3是本发明的组合异形柱的第三种实施方式的示意图。
[0025]图4是本发明的组合异形柱的第四种实施方式的示意图。
[0026]图5是本发明的组合异形柱的第五种实施方式的示意图。
[0027]图6是本发明的组合异形柱的第六种实施方式的示意图。
[0028]图7是含有本发明的组合异形柱的结构体系的第一种实施方式的示意图。
[0029]图8是含有本发明的组合异形柱的结构体系的第二种实施方式的示意图。
[0030]图9是含有本发明的组合异形柱的结构体系的第三种实施方式的示意图。
[0031]图10是含有本发明的组合异形柱的结构体系中的角柱的一种实施方式的示意图。
[0032]图11是含有本发明的组合异形柱的结构体系中的第一边柱的一种实施方式的示意图。
[0033]图12是含有本发明的组合异形柱的结构体系中的第二边柱的一种实施方式的示意图。
[0034]图13是含有本发明的组合异形柱的结构体系中的中间柱的一种实施方式的示意图。
[0035]图14是本发明的连接件的可能实施方式的示意图，分别为连续钢板、带孔钢板、角钢拼接板和弯折钢板。
[0036]图15是包括有3个钢管的组合异形柱的示意图。
[0037]图16是包括有4个钢管的组合异形柱的示意图。
【具体实施方式】
[0038]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
[0039]根据本发明的组合异形柱，包括一个H型钢2和至少一个钢管I，钢管I中浇筑有混凝土，钢管I和H型钢2之间通过连接件3连