专利名称：底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱及作法
技术领域：
本发明涉及一种新型钢管混凝土叠合柱，特别涉及一种底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱及作法。
背景技术：
随着生产技术的发展和人们生活水平的提高，人们对各类建筑的要求也日益提高，对结构的安全性、舒适性都有一定的要求。钢筋混凝土柱和钢管混凝土在各类高层和超高层建筑中的应用越来越多，而且各有其优越性。钢筋混凝土柱充分发挥了钢筋和混凝土各自的优点，具有良好的抗震性能和防火防腐性能；钢管混凝土柱，克服了钢管易发生局部屈曲的缺点，同时对混凝土起着约束作用，充分发挥了钢管和混凝土的优点。钢筋混凝土柱和钢管混凝土柱在大范围应用的同时，其缺点也日益显现。钢筋混凝土柱的截面尺寸较大，占用了使用空间，而且变形能力有限；钢管混凝土柱的防火性能较差；钢管混凝土叠合柱的出现在一定程度上为我们解决了这一问题，但在超高层结构中，普通的钢管混凝土叠合柱的截面尺寸依旧很大，而且结构的破坏多集中在钢管混凝土叠合柱的底部。这就要求我们对叠合柱的底部进行强化设计，充分发挥材料的抗震性能，保证结构的安全性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是增加钢管混凝土叠合柱的抗震防线，提高其抗震性能。本发明为了解决这一问题，提出了一种底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱及作法。本发明采用的技术方案是底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱，其特征在于所述叠合柱包括内部钢管、钢管内部混凝土、钢管外部混凝土、纵筋、箍筋和软钢套管；内部钢管内部灌注有钢管内部混凝土，内部钢管外部灌注有钢管外部混凝土，钢管外部混凝土中预埋有纵筋和箍筋；内部钢管的底部管壁外侧包裹有软钢套管，软钢套管伸进下部的地面或者基础顶面并与其锚固。其锚固长度应符合设计的要求。所述钢管混凝土叠合柱为矩形或圆形截面。所述内部钢管为矩形钢管或者圆形钢管。所述软钢套管高出地面或基础顶面的高度为l.Oh，其中，h为内部钢管圆形截面的直径或矩形截面的长边尺寸。也就是加强了钢管混凝土叠合柱底部的塑性铰域，延缓或避免钢管混凝土叠合柱底部的破坏，充分发挥其抗震承载能力和耗能能力，使其在地震作用下表现出更优异的性能。所述内部钢管相应的位置处预留有一定数量的通气孔。使混凝土能够浇筑密实， 同时使钢管内、外混凝土连接为一体。所述软钢套管和内部钢管通过螺栓连接固定。
所述软钢套管的厚度不小于内部钢管的厚度。上述底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱的作法，制作顺序如下1)按照要求制作内部钢管和其底部的软钢套管，在内部钢管全高度范围内预留一定数量的通气孔，以使钢管内部混凝土和钢管外部混凝土能够通过该通气孔连为一体；2)在内部钢管和底部的软钢套管相对应的位置根据实际需要双向预留螺栓孔洞；3)在内部钢管预留的螺栓孔洞处的外侧面焊接相应的螺母；4)将软钢套管套在内部钢管底部管壁外侧，并对内部钢管和底部的软钢套管进行正确的定位，穿入螺栓，并通过内部钢管外侧面的螺母拧紧螺栓；5)绑扎外侧的纵筋和箍筋，形成钢筋网；6)在钢筋网外侧预留一定的保护层厚度，支模板；7)在模板中灌注混凝土，成型后即为底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱。由于内部钢管和软钢套管被外部混凝土包裹，可以起到套箍作用。本发明的底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱及作法，在多遇地震作用下，钢管混凝土叠合柱受力较小，此时软钢套管和内部钢管在混凝土的挤压作用下摩擦耗能；混凝土的挤压作用不仅提高了其摩擦耗能能力，而且使软钢套管和内部钢管连为一体，其整体工作性能好，刚度大，强度也大；当在罕遇地震作用下，由于钢管混凝土叠合柱的变形增大，软钢套管和内部钢管联系减弱，其共同工作性能退化，它们开始各自充分发挥其延性性能和耗能作用，总体刚度减小，结构周期变长，地震作用减小，相当于增加了一道抗震防线，提高了结构的安全性。由于钢管混凝土叠合柱在浇筑混凝土以后，仅对软钢套管和内部钢管而言，在软钢套管和内部钢管连接部位的刚度相对于钢管内部混凝土的刚度较弱，形成了内刚外柔的结构，而软钢套管外部同样被钢筋混凝土包裹哲，这种结构有利于在地震作用下的耗能能力，能够充分发挥外部软钢套管和钢管混凝土叠合柱的耗能能力；与相同断面、相同荷载作用下的普通钢管混凝土柱比较，底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱提高了构件的抗剪能力，容易实现强剪弱弯；具有良好的延性性能，在动荷载尤其是地震荷载作用下能通过自身变形耗散能量，阻滞或延缓结构的破坏。有益效果与普通钢管混凝土叠合柱相比，本发明具有以下优点本发明是钢管和混凝土的组合、是内部钢管混凝土和外部钢筋混凝土的组合、是底部软钢套管和内部钢管的组合，是一种多重组合约束的钢管混凝土叠合柱；本发明的底部软钢套管有利于提高叠合柱的水平和竖向承载能力、延性和耗能能力；由于叠合柱的破坏一般发生在柱的根部，所以对根部的加强可有效减小其截面面积，增大使用面积，混凝土用量则随之减少，结构自重减轻，建设能耗降低，在相同用钢量的条件下，可以带来更大的经济效益。
图1是底部带软钢套管外包混凝土的圆形截面钢管混凝土叠合柱的内部钢管为矩形时的平面示意图2是底部带软钢套管外包混凝土的圆形截面钢管混凝土叠合柱的内部钢管为圆形时的平面示意图；图3是底部带软钢套管外包混凝土的矩形截面钢管混凝土叠合柱的内部钢管为圆形时的平面示意图；图4是底部带软钢套管外包混凝土的矩形截面钢管混凝土叠合柱的内部钢管为矩形时的平面示意图；图5是图1、图2、图3和图4中的A-A剖面图；其中1-内部钢管，2-钢管内部混凝土，3-软钢套管，4-钢管外部混凝土，5-纵筋，6-箍筋，7-螺栓，8-拉接筋，9-地面或者基础顶面。
具体实施例方式实施例1底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱及作法的一种结构形式如图1 所示，其剖面图如图5所示，包括内部钢管1、钢管内部混凝土 2、钢管外部混凝土 4、纵筋5、 箍筋6和软钢套管3 ；内部钢管1内部灌注有钢管内部混凝土 2，内部钢管1外部灌注有钢管外部混凝土 4，钢管外部混凝土 4中预埋有纵筋5和箍筋6 ；内部钢管1的底部管壁外侧包裹有软钢套管3，软钢套管3伸进下部的地面或者基础顶面9并与其锚固。钢管混凝土叠合柱为圆形截面。内部钢管1为矩形钢管。软钢套管3高出地面或基础顶面9的高度为 1. 0h，其中，h为内部钢管1矩形截面的长边尺寸。内部钢管1相应的位置处预留有一定数量的通气孔。使混凝土能够浇筑密实，同时使钢管内、外混凝土连接为一体。软钢套管3和内部钢管1通过螺栓7连接固定。软钢套管3的厚度不小于内部钢管1的厚度。上述底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱的作法为1)按照要求制作内部钢管1和其底部的软钢套管3，在内部钢管1全高度范围内预留一定数量的通气孔，以使钢管内部混凝土 2和钢管外部混凝土 4能够通过该通气孔连为一体；2)在内部钢管1和底部的软钢套管3相对应的位置根据实际需要双向预留螺栓孔洞；3)在内部钢管1预留的螺栓孔洞处的外侧面焊接相应的螺母(图中未示出)；4)将软钢套管3套在内部钢管1底部管壁外侧，并对内部钢管1和底部的软钢套管3进行正确的定位，穿入螺栓7，并通过内部钢管1外侧面的螺母拧紧螺栓7 ；5)绑扎外侧的纵筋5和箍筋6，形成钢筋网；6)在钢筋网外侧预留一定的保护层厚度，支模板；7)在模板中灌注混凝土，成型后即为底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱。实施例2底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱及作法的另一种结构形式如图2 所示，其剖面图如图5所示。叠合柱外部形状为圆形，其内部钢管1亦为圆形，其它结构形式和实施例1相同。实施例3
底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱及作法的另一种结构形式如图3 所示，其剖面图如图5所示。叠合柱外部形状为矩形，其内部钢管1为圆形，其它结构形式和实施例1相同。实施例4底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱及作法的另一种结构形式如图4 所示，其剖面图如图5所示。叠合柱外部形状为矩形，其内部钢管亦为矩形，其它结构形式和实施例1相同。以上是本发明的典型实施例，本发明的实施不限于此。
权利要求
1.底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱，其特征在于所述叠合柱包括内部钢管(1)、钢管内部混凝土(2)、钢管外部混凝土(4)、纵筋(5)、箍筋(6)和软钢套管(3)； 内部钢管(1)内部灌注有钢管内部混凝土(2)，内部钢管(1)外部灌注有钢管外部混凝土 (4)，钢管外部混凝土(4)中预埋有纵筋(5)和箍筋(6)；内部钢管(1)的底部管壁外侧包裹有软钢套管(3)，软钢套管(3)伸进下部的地面或者基础顶面(9)并与其锚固。
2.如权利要求1所述的底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱，其特征在于所述钢管混凝土叠合柱为矩形或圆形截面。
3.如权利要求1所述的底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱，其特征在于所述内部钢管(1)为矩形钢管或者圆形钢管。
4.如权利要求3所述的底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱，其特征在于所述软钢套管(3)高出地面或基础顶面(9)的高度为l.Oh，其中，h为内部钢管(1)圆形截面的直径或矩形截面的长边尺寸。
5.如权利要求1所述的底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱，其特征在于所述内部钢管(1)相应的位置处预留有一定数量的通气孔。
6.如权利要求1所述的底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱，其特征在于所述软钢套管(3)和内部钢管(1)通过螺栓(7)连接固定。
7.如权利要求1所述的底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱，其特征在于所述软钢套管(3)的厚度不小于内部钢管(1)的厚度。
8.如权利要求1-7之一所述的底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱的作法，其特征在于制作顺序如下1)按照要求制作内部钢管(1)和其底部的软钢套管(3)，在内部钢管(1)全高度范围内预留一定数量的通气孔，以使钢管内部混凝土(2)和钢管外部混凝土(4)能够通过该通气孔连为一体；2)在内部钢管(1)和底部的软钢套管(3)相对应的位置根据实际需要双向预留螺栓孔洞；3)在内部钢管(1)预留的螺栓孔洞处的外侧面焊接相应的螺母；4)将软钢套管(3)套在内部钢管(1)底部管壁外侧，并对内部钢管(1)和底部的软钢套管(3)进行正确的定位，穿入螺栓(7)，并通过内部钢管(1)外侧面的螺母拧紧螺栓(7)；5)绑扎外侧的纵筋(5)和箍筋(6)，形成钢筋网；6)在钢筋网外侧预留一定的保护层厚度，支模板；7)在模板中灌注混凝土，成型后即为底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱。
全文摘要
本发明涉及一种底部带软钢套管外包混凝土的钢管混凝土叠合柱及作法，包括内部钢管(1)、钢管内部混凝土(2)、钢管外部混凝土(4)、纵筋(5)、箍筋(6)和软钢套管(3)。本发明是钢管和混凝土的组合、内部钢管混凝土和外部钢筋混凝土的组合、底部软钢套管和内部钢管的组合，是一种多重组合约束钢管混凝土叠合柱；本发明的底部软钢套管(3)有利于提高叠合柱的水平和竖向承载能力、延性和耗能能力；由于叠合柱的破坏一般发生在柱的根部，所以对根部的加强可有效减小其截面面积，增大使用面积，混凝土用量则随之减少，结构自重减轻，建设能耗降低，在相同用钢量的条件下，可以带来更大的经济效益。
文档编号E04C5/01GK102409808SQ20111038547
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者惠存, 曹万林, 王智慧 申请人:北京工业大学