一种钢管混凝土柱结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种钢管混凝土柱结构，涉及结构工程及施工技术领域，为在保证钢管屈服性能的基础上，使钢管壁厚明显减小，进而节省钢材，降低成本而发明。一种钢管混凝土柱结构，包括钢管，所述钢管内浇注有混凝土，所述钢管的内壁设有加劲肋，所述加劲肋远离所述钢管的内壁的一侧连接有加劲板，所述加劲肋和加劲板均被所述混凝土包裹，当所述钢管受到沿钢管径向的外力时，所述加劲板与所述混凝土配合，可阻止所述钢管沿径向形变。本发明用于建筑施工。
【专利说明】
一种钢管混凝土柱结构
技术领域
[0001] 本发明涉及结构工程及施工技术领域，尤其涉及一种钢管混凝土柱结构。
【背景技术】
[0002] 众所周知，混凝土的抗压强度高，但抗弯能力很弱，而钢材，特别是型钢的抗弯能 力强，具有良好的弹塑性，但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。钢管混凝土在结构上 能够将二者的优点结合在一起，可使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高。同 时由于混凝土的存在，提高了钢管的刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能 力。按截面形式不同，可分为圆钢管混凝土，方、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。矩 形钢管混凝土柱以其轴向刚度及承载力较大、延性及稳定性能良好、构件连接相对方便、节 点形式相对简单、建筑布置灵活等特点，广泛应用于高层和超高层建筑中。
[0003] 现有技术提供了 一种矩形钢管混凝土柱结构，如图1所示，包括矩形钢管01，矩形 钢管01内浇注有混凝土02,为增加钢管01和混凝土02的粘合力，在矩形钢管01的内壁上固 定有多个肋板03,且多个肋板03的截面呈I形。
[0004] 但是，现有技术存在以下问题:参照图1，1形的肋板03与混凝土03的粘合力增加， 是利用了肋板03两侧面与混凝土02的接触，而当矩形混凝土柱结构受径向的外力时，且该 外力与肋板03的两侧面平行时，肋板03与混凝土 02的粘合力往往不足以使肋板03带动混凝 土02共同形变，即钢管01与混凝土02不能实现共同工作，进而钢管壁局部屈曲性能不高。因 此，为保证钢管壁局部屈曲性能，参照图1，现有技术中的矩形钢管尺寸需要符合《组合结构 设计规范》限定钢管壁宽厚比：
[0006] 其中，矩形钢管的管壁宽度为b，管壁高度为h，管壁厚度为t，钢材屈服强度为fy， 矩形钢管的管壁宽厚比为b/t、h/t。这样，为保证钢管壁局部屈曲性能，满足《组合结构设计 规范》的钢管壁宽厚比限值要求，对于超大截面矩形钢管混凝土柱，钢管壁宽度与厚度必然 较大，进而构造整个结构时所需用钢材量偏大、经济性不高。
【发明内容】
[0007] 本发明的实施例提供一种钢管混凝土柱结构，在保证钢管屈服性能的基础上，钢 管壁厚明显减小，节省了钢材，降低了成本。
[0008] 为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
[0009] -种钢管混凝土柱结构，包括钢管，所述钢管内浇注有混凝土，所述钢管的内壁设 有加劲肋，所述加劲肋远离所述钢管的内壁的一侧连接有加劲板，所述加劲肋和加劲板均 被所述混凝土包裹，当所述钢管受到沿钢管径向的外力时，所述加劲板与所述混凝土配合， 可阻止所述钢管沿径向形变。
[0010] 进一步地，所述钢管为矩形钢管，所述加劲板与所述加劲肋垂直，所述加劲肋垂直 于与其连接的所述矩形钢管的内壁。
[0011] 优选地，所述加劲肋与所述加劲板在所述矩形钢管的径向的横截面为T形。
[0012] 进一步地，所述矩形钢管的管壁宽度为b，管壁高度为h，管壁厚度为t，钢材屈服强 度为fy，所述矩形钢管的管壁宽厚比b/t、h/t满足以下公式：
[0014] 进一步地，所述加劲肋和所述加劲板均为多个，且一一对应，多个所述加劲肋和所 述加劲板沿所述矩形钢管的内壁一周均匀分布。
[0015] 优选地，所述加劲肋和所述加劲板均为四个，且四个所述加劲肋分别固定于所述 矩形钢管的四个内壁的中部位置。
[0016] 优选地，所述加劲肋在所述矩形钢管径向的长度，相比与其平行的所述矩形钢板 内壁的宽度的比值为1:9,所述加劲板在所述矩形钢管径向的长度，相比与其平行的所述矩 形钢板内壁的宽度的比值为1:10。
[0017] 进一步地，所述加劲肋和所述加劲板沿所述钢管轴向延伸，且延伸的长度与所述 钢管轴向长度一致。
[0018] 进一步地，所述加劲肋上开设有多个通孔，多个所述通孔沿所述钢管轴向间隔排 列，且多个所述通孔内浇注所述混凝土。
[0019] 进一步地，所述加劲肋与所述加劲板由两块钢板焊接而成，所述加劲肋与所述钢 管的内壁焊接固定，且所述加劲肋与所述钢管的内壁之间连接有加强筋。
[0020] 本发明实施例的钢管混凝土柱结构，在钢管内浇注有混凝土，且在钢管内壁上设 有加劲肋，加劲肋远离钢管内壁的一侧连接有加劲板，当钢管受到沿钢管径向的外力时，通 过加劲板与混凝土的配合，可阻止钢管沿径向形变。相比现有技术，在加劲肋远离钢管内壁 的一侧连接加劲板，即使钢管受到的径向外力与加劲肋的两侧面平行时，加劲板依然可以 与混凝土的配合，阻止钢管发生形变，这样，使钢管和混凝土能共同工作，提高了钢管壁局 部屈曲性能。进而，在保证钢管与现有技术同样的屈服强度的前提下，比现有技术的钢管壁 厚明显减小，节省了钢材，降低了成本。
【附图说明】
[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些 实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附 图获得其他的附图。
[0022] 图1为现有技术的一种矩形钢管混凝土柱的结构示意图；
[0023]图2为本发明实施例的钢管混凝土柱结构的结构示意图；
[0024]图3为本发明实施例的钢管混凝土柱结构的立体结构示意图；
[0025] 图4为本发明实施例的钢管混凝土柱结构的加劲肋上设置通孔的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相 连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对 于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0028]本发明实施例提供的一种钢管混凝土柱结构，如图2和图3所示，包括钢管1，所述 钢管1内浇注有混凝土 2,所述钢管1的内壁设有加劲肋3,所述加劲肋3远离所述钢管1的内 壁的一侧连接有加劲板4,所述加劲肋3和加劲板4均被所述混凝土 2包裹，当所述钢管1受到 沿钢管径向的外力时，所述加劲板4与所述混凝土 2配合，可阻止所述钢管1沿径向形变。 [0029]本发明实施例的钢管混凝土柱结构，在钢管1内浇注有混凝土 2,且在钢管1内壁上 设有加劲肋3,加劲肋3远离钢管1内壁的一侧连接有加劲板4,当钢管1受到沿钢管1径向的 外力时，通过加劲板4与混凝土 2的配合，可阻止钢管1沿径向形变。相比现有技术，在加劲肋 3远离钢管1内壁的一侧连接加劲板4,即使钢管1受到的径向外力与加劲肋3的两侧面平行 时，加劲板4依然可以与混凝土 2的配合，阻止钢管1发生形变，这样，使钢管1和混凝土 2能共 同工作，提高了钢管1壁局部屈曲性能。进而，在保证钢管1与现有技术同样的屈服强度的前 提下，比现有技术的钢管壁厚明显减小，节省了钢材，降低了成本。
[0030] 需要说明的是，本发明实施例的钢管混凝土柱结构，在钢管1内壁上设有加劲肋3， 且加劲肋3远离钢管1内壁的一侧连接有加劲板4,其中，钢管可以是圆形钢管、矩形钢管、或 其他异形钢管。由于矩形钢管比较常用，下面以矩形钢管为例来详细说明。
[0031] 如图2所示，钢管1为矩形钢管11，加劲板4与加劲肋3垂直，加劲肋3垂直于与其连 接的矩形钢管11的内壁。加劲板4与加劲肋3垂直，且劲肋3垂直于与其连接的矩形钢管11的 内壁，这样，当钢管1受到沿钢管1径向的外力时，不仅加劲肋3和加劲板4均与混凝土 2具有 粘合力，且加劲板4可将该外力传递给混凝土2的内部核心部分，使钢管1和混凝土2共同工 作，增加整个结构的屈服性能，尤其是当钢管1受到的径向外力与加劲肋3的两侧面平行时， 加劲板4与该外力的方向垂直，使钢管1的管壁趋向形变时，加劲板4拉拽混凝土 2的核心部 分，进而钢管1和混凝土 2共同工作，增加整个结构的屈服性能。
[0032] 需要说明的是，加劲板4与加劲肋3垂直，以及加劲肋3垂直于与其连接的矩形钢管 11的内壁，为优选的方案，其加劲板4与加劲肋3也可不垂直，只要保证在钢管1受径向的外 力时，加劲板4可对混凝土 2内部形成拉拽力即可，同样的，加劲肋3的作用为保证加劲板4位 于混凝土内部，且将加劲板4与钢管1连接，在保证上述功能的前提下，加劲肋3也可不垂直 于与其连接的矩形钢管11的内壁。
[0033] 由于加劲板4与加劲肋3垂直，以及加劲肋3垂直于与其连接的矩形钢管11的内壁， 如图2所示，加劲肋3与加劲板4在矩形钢管11的径向的横截面为T形。当然，该横截面也可呈 L形或工形，其中，L形相比T形，加劲板4与混凝土 2的作用点只位于加劲肋3的一侧，容易使 加劲肋3由于两侧的受力不均匀而形变;而工形相比T形，只是在加劲肋3与钢管1内部固定 处增加了一块板，其固定的稳固性看似得到加强，但增加了钢材的使用量，且在实际施工中 较复杂，因此，本发明实施例优选截面为T形。
[0034] 根据本发明实施例的方案，进行了施工以及计算后，得到验证，采用上述方案的钢 管混凝土结构，钢管1的管壁宽厚比相比现有技术的钢管壁宽厚比大大减小，可突破《组合 结构设计规范》钢管壁宽厚比限值要求，具体参照图2,矩形钢管11的管壁宽度为b，管壁高 度为h，管壁厚度为t，钢材屈服强度为fy，以图2中矩形钢管11的下方管壁为例，在不设置加 劲肋3和加劲板4的情况下，当矩形钢管11受径向的外力时，管壁的屈曲形态为整体屈曲，为 保证屈服强度，钢管壁宽厚比限值要求满足《组合结构设计规范》规定的：
[0036]而设置了加劲肋3和加劲板4后，当矩形钢管11受径向的外力时，由于加劲板4与混 凝土2的配合，加劲肋3成为矩形钢管11管壁屈曲的不动铰支点，此时，管壁的屈曲形态由整 体屈曲变化为以加劲肋3为节点的两段屈曲，参照图2所示，矩形钢管11这两段的管壁宽度 分别为m和n，为分别保证这两段管壁宽度的屈服强度，令其满足《组合结构设计规范》的规 定，得到：
[0040]同样，钢管高度h与厚度t的比值也满足上述公式，即：矩形钢管11的管壁宽厚比b/ t、h/t满足以下公式：
[0042]可以明显的发现，本发明实施例的钢管混凝土柱结构，在钢管管壁厚度比上将范 围扩大了一倍，从而在保证钢管1相同的屈服强度的基础上，可明显的减小钢管的管壁厚 度，从而节省钢材，降低成本。
[0043] 为了使钢管1与混凝土 2共同工作更加紧密，如图2和图3所示，加劲肋3和加劲板4 均为多个，且一一对应，多个加劲肋3和加劲板4沿矩形钢管11的内壁一周均匀分布。设置多 个一一对应的加劲肋3和加劲板4,且沿矩形钢管11的内壁一周均匀分，可使钢管1内壁一周 都连接有可与混凝土 2配合的加劲板4,这样，多个加劲板4与混凝土 2内部多个位置，进行多 个方向的配合，使钢管1与混凝土 2共同工作更加紧密。
[0044] 需要说明的是，设置多个一一对应的加劲肋3和加劲板4,且沿矩形钢管11的内壁 一周均匀分，不仅适用于矩形钢管，也可适用于其他各种截面的钢管。
[0045] 对于矩形钢管11，由于其具有四个不同的内壁，如果多个一一对应的加劲肋3和加 劲板4为两个或三个，钢管必然有内壁上没设置加劲肋3和加劲板4，这样，不利于钢管1与混 凝土2共同工作；因此，对于矩形钢管11来说，优选的，如图2所示，加劲肋3和加劲板4均为四 个，且四个加劲肋3分别固定于矩形钢管11的四个内壁的中部位置。这样，矩形钢管11的每 个内壁上均固定有加劲肋3和加劲板4,使矩形钢管11的每个内壁都通过加劲板4与混凝土 2 的配合，使整个结构在受到沿矩形钢管11径向的外力时，成为一个整体，共同工作，提高屈 服性能。
[0046] 参照图2,加劲肋3在矩形钢管11径向的长度，相比与其平行的矩形钢板11内壁的 宽度的比例关系，是保证加劲板4位于混凝土 2内壁的重要条件，如果加劲肋3的长度过长， 可能使相对的两个加劲板4干涉，如果加劲肋3的长度过短，可能使加劲板4不能位于混凝土 2内合适的位置，而使屈服性能提高的效果不明显；另外，加劲板4在矩形钢管11径向的长 度，相比与其平行的矩形钢板11内壁的宽度的比例关系，是保证加劲板4与混凝土 2作用面 积大小，一方面保证作用面积不宜过小，以使加劲板4能够与混凝土2很好的配合，另一方 面，作用面积不宜过大，以避免加劲板4将混凝土 2劈裂或将混凝土 2内部分离。因此，在进行 了大量的实际验证后，得到了最优选的比例关系，参照图2,加劲肋3在矩形钢管11径向的长 度，相比与其平行的矩形钢板11内壁的宽度的比值为1:9,加劲板4在矩形钢管11径向的长 度，相比与其平行的矩形钢板11内壁的宽度的比值为1:10。
[0047]加劲肋3和加劲板4沿钢管1的内壁设置，可以是沿钢管1轴向连续的延伸，也可以 是沿沿钢管1轴向间隔设置，其中，间隔设置虽然一定程度上节省钢材，但是使加劲肋3和加 劲板4与钢管1轴向的连接出现了间断点，在该间断点的屈服强度不易保证，且间隔设置后， 在加工时需要多个物料，增加了加工的难度，因此，如图3所示，优选地，加劲肋3和加劲板4 沿钢管1轴向延伸，且延伸的长度与钢管1轴向长度一致。这样，保证了钢管1轴向各个位置 的屈服强度。
[0048]为了进一步加强钢管1与混凝土2的共同工作性能，如图4所示，加劲肋3上开设有 多个通孔31，多个通孔31沿钢管1轴向间隔排列，且多个通孔31内浇注混凝土2。这样，通过 混凝土 2穿过多个通孔31，使混凝土 2不仅仅通过加劲板4与钢管1结合成一个整体，还能通 过混凝土 2与多个通孔31的配合，使钢管1与混凝土 2的共同工作性能进一步加强。
[0049]需要说明的是，钢管混凝土柱结构在施工时，在遇到楼层节点区时，钢管混凝土柱 的钢管1在楼层节点区是连续的，以传递荷载。同时，考虑施工可行性，加劲肋3和加劲板4不 必连续，可以在楼层节点区断开。
[0050]加劲肋3、加劲板4和钢管的固定，可以材料螺栓固定或焊接固定，以保证固定的稳 固性，其中，螺栓固定需要开设多个安装孔，且安装时零件较多，在使用一段时间后螺栓容 易生锈老化，因此，优选采用焊接固定的方式，参照图4,加劲肋3与加劲板4可由两块钢板焊 接而成，加劲肋3与钢管1的内壁通过焊接固定，同时，为了增加加劲肋3与钢管1的内壁固定 的稳固性，加劲肋3与钢管1的内壁之间连接有加强筋5(图中未示出）。
[0051]以上仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉 本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖 在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种钢管混凝上柱结构，其特征在于，包括钢管，所述钢管内诱注有混凝上，所述钢 管的内壁设有加劲肋，所述加劲肋远离所述钢管的内壁的一侧连接有加劲板，所述加劲肋 和加劲板均被所述混凝±包裹，当所述钢管受到沿钢管径向的外力时，所述加劲板与所述 混凝±配合，可阻止所述钢管沿径向形变。2. 根据权利要求1所述的钢管混凝±柱结构，其特征在于，所述钢管为矩形钢管，所述 加劲板与所述加劲肋垂直，所述加劲肋垂直于与其连接的所述矩形钢管的内壁。3. 根据权利要求2所述的钢管混凝±柱结构，其特征在于，所述加劲肋与所述加劲板在 所述矩形钢管的径向的横截面为T形。4. 根据权利要求3所述的钢管混凝±柱结构，其特征在于，所述矩形钢管的管壁宽度为 b，管壁高度为h，管壁厚度为t，钢材的屈服强度为fy，所述矩形钢管的管壁宽厚比b/t、h/t 满足W下公式：5. 根据权利要求4所述的钢管混凝±柱结构，其特征在于，所述加劲肋和所述加劲板均 为多个，且一一对应，多个所述加劲肋和所述加劲板沿所述矩形钢管的内壁一周均匀分布。6. 根据权利要求5所述的钢管混凝±柱结构，其特征在于，所述加劲肋和所述加劲板均 为四个，且四个所述加劲肋分别固定于所述矩形钢管的四个内壁的中部位置。7. 根据权利要求6所述的钢管混凝±柱结构，其特征在于，所述加劲肋在所述矩形钢管 径向的长度，相比与其平行的所述矩形钢板内壁的宽度的比值为1:9,所述加劲板在所述矩 形钢管径向的长度，相比与其平行的所述矩形钢板内壁的宽度的比值为1:10。8. 根据权利要求1所述的钢管混凝±柱结构，其特征在于，所述加劲肋和所述加劲板沿 所述钢管轴向延伸，且延伸的长度与所述钢管轴向长度一致。9. 根据权利要求8所述的钢管混凝±柱结构，其特征在于，所述加劲肋上开设有多个通 孔，多个所述通孔沿所述钢管轴向间隔排列，且多个所述通孔内诱注所述混凝±。10. 根据权利要求1所述的钢管混凝±柱结构，其特征在于，所述加劲肋与所述加劲板 由两块钢板焊接而成，所述加劲肋与所述钢管的内壁焊接固定，且所述加劲肋与所述钢管 的内壁之间连接有加强筋。
【文档编号】E04C3/34GK106088477SQ201610698098
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月19日 公开号201610698098.1, CN 106088477 A, CN 106088477A, CN 201610698098, CN-A-106088477, CN106088477 A, CN106088477A, CN201610698098, CN201610698098.1
【发明人】傅学怡, 吴兵, 邸博, 孟美莉, 黄船宁, 冯叶文
【申请人】深圳大学建筑设计研究院有限公司