钢增强混凝土柱的制作方法

本发明总体上涉及一种用于高层建筑物的钢增强混凝土柱。本发明还涉及一种用于此类钢增强混凝土柱的钢结构和包括此类钢增强混凝土柱的高层建筑物。

背景技术：

钢增强混凝土柱是包括被封入增强混凝土中的结构钢型材的复合柱。它们广泛用于高层建筑物，并且由于其尺寸也被称为“巨型柱”。利用混凝土与钢型材之间复合作用的优点，复合柱的承载能力通常大于单独的混凝土和钢型材的承载能力之和。

第一类型的钢增强混凝土柱具有由通过焊接现场组装的重型钢板组成的焊接钢骨架。此类柱例如披露于中国实用新型专利cn204919988u。此柱的钢骨架包括在柱的纵向中心轴线上居中的十字形横截面。柱本身的横截面是正方形的，其中钢筋笼增强柱的四个角部。还已知将钢骨架设计为由通过焊接现场组装的重型钢板组成的巨大钢沉箱。此钢沉箱用混凝土填充并且被封入用纵向和横向钢筋增强的混凝土中。

还已知将开放式钢型材与闭合式钢型材组合在钢增强混凝土柱中。此类柱例如披露于中国实用新型专利cn104405082u。此柱具有十字形截面。十字的每个臂包括焊接的t形钢型材，所述型材具有指向十字中心的腹板。在柱的中心，管状钢型材嵌入混凝土中并且用混凝土填充。

在此第一类型的钢增强混凝土柱中，可以自由地设计钢骨架，使得混凝土和钢有效地配合。然而，建造此类钢骨架总体上需要对重型结构钢执行大量现场焊接工作，这些工作成本高、耗费时间，并且可能导致质量问题。

第二类型的钢增强混凝土柱包括单独的热轧钢型材。此类柱例如披露于中国实用新型专利cn203113624u中。其中披露的钢增强混凝土柱具有正方形或矩形截面，其中工字形截面钢梁布置在柱的每个角部。这些工字形横截面钢梁的腹板沿着用纵向和横向钢筋增强的混凝土芯的两个相反侧布置。在柱为矩形截面的情况下，四条工字形截面梁的腹板沿着柱的较小侧定位。钢筋环围绕工字形横截面梁对以及工字形横截面的整个布置结构。

此第二类型的钢增强混凝土柱不需要对重型结构钢执行大量现场焊接工作，但就混凝土与钢型材之间用于保证高承载能力的配合而言，它们通常效率较低。

本发明的目的是提出一种易于在现场建造的钢增强混凝土柱，并且尽管如此其中混凝土和钢仍有效地配合以保证高承载能力。

技术实现要素：

根据本发明的用于高层建筑物的钢增强混凝土柱包括纵向延伸穿过混凝土柱的多个热轧钢型材，其中这些钢型材中的每一个钢型材具有：向外凸缘，该向外凸缘带有在混凝土柱中朝向外的外表面；相反的向内凸缘，该向内凸缘带有在混凝土柱中朝向内的外表面；以及将向外凸缘连接到向内凸缘的中心腹板。优选的热轧钢型材例如为具有宽凸缘的h形钢型材，诸如根据pren16828-2015、en10025-2:2004、10025-4:2004的欧规hea、heb或hem梁，或根据astma6/a6m-14的美规宽凸缘或w梁，或类似于或符合前述梁的具有两个凸缘和一个中心腹板的其他热轧钢型材。钢增强混凝土柱具有纵向轴线，钢型材沿着纵向轴线延伸，优选地使得每个钢型材的纵向轴线平行于钢增强混凝土柱的纵向轴线。

根据本发明的第一方面，钢型材布置在混凝土柱中，使得其向内凸缘的外表面在其中界定中心混凝土芯，该中心混凝土芯具有n个侧向侧和形成n边多边形的横截面，n至少等于三，其中中心混凝土芯的n个侧向侧中的每一个侧向侧与至少一个钢型材的向内凸缘的外表面共面。应当理解，此处的“共面”是指中心混凝土芯的相应侧向侧和向内凸缘的外表面位于同一平面中，当然，在向内凸缘的外表面的平直度公差范围内。重要的是，向内凸缘的外表面形成中心混凝土芯的向外边界。因此，中心混凝土芯的约束(通常仅由外部增强混凝土层确保)通过钢型材的向内凸缘的特定布置结构得到改善。此处的“约束”是指在压缩力作用下阻止混凝土横向膨胀。由于混凝土芯的约束得到改善，因此在混凝土芯中形成3d应力状态，从而增大钢增强混凝土柱的承载能力和延展性。轴向压缩混凝土芯的裂纹扩展和生长降至最低程度。仍然需要注意的是，约束效应尚未在设计规范中加以考虑，但它确实为用户提供了额外的安全性。概括地说，本发明提出了一种能够易于用热轧钢型材建造的钢增强混凝土柱，其中这些型材不仅提供高承载能力，而且增大中心混凝土芯的承载能力。

为了通过向内凸缘改善中心混凝土芯的约束，混凝土芯的n个侧向侧中每一个侧向侧的表面的优选地至少30％、更优选地至少40％、最优选地至少50％应受到一个或多个钢型材的向内凸缘的外表面限制。

此外，柱中两个相邻钢型材之间的水平距离应至少为几厘米，使得每个单独的钢型材充分嵌入混凝土中。因此，混凝土芯的n个侧向侧中每一个侧向侧的表面的最多98％将通常受到一个或多个钢型材的向内凸缘的外表面限制。在优选的实施例中，受到一个或多个钢型材的向内凸缘的外表面限制的混凝土芯的n个侧向侧中每一个侧向侧的表面的百分比将在30％至98％的范围内，并且更优选地在30％至80％或40％至80％的范围内。

如果中心混凝土芯的一侧与单个钢型材的向内凸缘的外表面共面，则该向内凸缘相对于中心混凝土芯的该侧的宽度优选地居中。向内凸缘的这种居中布置结构提供对中心混凝土芯的良好约束，并且提供将承载梁连接到柱的良好可能性。

应当理解，如果存在与一个以上的钢型材的向内凸缘的外表面共面的中心混凝土芯的多个侧，可以容易地增加所提出的钢增强混凝土柱的截面(以及由此其承载能力)而不减小中心混凝土芯的约束。

为了改善对中心混凝土芯的约束，如果中心混凝土芯的一侧与m个钢型材的向内凸缘的外表面共面，其中m至少等于二，则沿着中心混凝土芯的这侧布置的两个相继的向内凸缘之间的距离以及侧向界定中心混凝土芯的这侧的角部与最靠近该角部的向内凸缘之间的距离应优选地不大于0.8·w/(m+1)，优选地不大于0.7·w/(m+1)，其中w是这侧的宽度并且m是沿着这侧布置的钢型材的数目。

通常，所有向内凸缘将具有相同的宽度。然而，在特殊情况下，向内凸缘可以具有不同的宽度。

通常，钢型材的向内凸缘具有与其向外凸缘相同的宽度。然而，在特殊情况下，向内凸缘可以比向外凸缘宽。

通常，所有钢型材将具有相同的尺寸。然而，在特殊情况下，可以在同一柱中使用不同尺寸的钢型材。

如果中心混凝土芯具有形成n边凸多边形的横截面，则可以容易地实现中心混凝土芯的良好约束。然而，只要可以沿着中心混凝土芯的每一侧布置至少一个钢型材，不排除中心混凝土芯可以具有形成n边凹多边形诸如星形的横截面的情况。(凸多边形定义为所有内角小于180°的多边形。凹多边形具有至少一个大于180°的角。)

在许多情况下，中心混凝土芯的n个侧将全部具有相同的宽度。然而，不排除中心混凝土芯的n个侧可以具有不同宽度的情况。例如，如果中心混凝土芯具有矩形横截面，则是这种情况。

应当理解，如果中心混凝土芯具有形成规则多边形的横截面，则可实现此中心混凝土芯的良好约束，规则多边形即等角(所有角的度量相等)和等边(所有边具有相同的长度)的多边形。然而，架构化和/或结构化约束(例如，连接到柱的梁的承载方向)可能意味着赋予中心混凝土芯形成不等角和/或不等边多边形的横截面。

类似地，为了改善中心混凝土芯的约束，如果钢型材形成的布置结构的柱的纵向中心轴线为360°/n旋转对称轴，其中n为中心混凝土芯的侧的数目，则是有利的。

在中心混凝土芯的一侧与单一钢型材的向内凸缘的外表面共面的情况下，如果此钢型材的腹板包括中平面并且具有此类结构钢应用和柱纵向轴线的通用公差，则中心混凝土芯的约束也得到改善。

每个向内凸缘优选地包括穿入到中心混凝土芯中的多个剪切连接件。这些剪切连接件提供的优势在于，钢型材和中心混凝土芯的布置结构作为复合体表现得更加高效，由此钢增强混凝土柱承受因偏心柱载荷引起的弯曲应力的能力显著提高。

钢型材中的每一个钢型材可以除此之外或另选地包括多个剪切连接件，这些剪切连接件在向外凸缘与向内凸缘之间穿入到混凝土中和/或围绕其向外凸缘的外表面穿入到混凝土中。这些剪切连接件提供的优势在于，钢型材和包封钢型材的混凝土作为复合体表现得更加高效。

混凝土一般来讲包括纵向和/或横向钢筋，其中“钢筋”是“增强钢筋”的简称，其将钢条用作张力装置，以便加强和保持混凝土的张力，钢筋的表面通常具有图案以便与混凝土形成更好的结合。

在优选的实施例中，混凝土包括由纵向和横向钢筋形成并且包封钢型材布置结构的外部增强笼。具体地讲，此外部混凝土增强笼能够对包封钢型材的周边混凝土层进行外部约束。具体地讲，它对抗此周边混凝土层在轴向压缩力作用下的爆发，使得此周边混凝土层可以对钢增强混凝土柱的承载能力造成更大载荷。

外部增强笼有利地包括连接到纵向钢筋的多个闭合圆形钢筋环。应当理解，这些闭合圆形钢筋环能够吸收大量周向拉伸应力(类似于压力容器的圆柱形壁)，从而有效地对抗在轴向压缩混凝土中产生的横向压力。

混凝土也可有利地包括由纵向和横向钢筋形成的内部钢筋笼，该笼布置在外部凸缘与向内凸缘之间，以便包封中心混凝土芯。具体地讲，此内部混凝土增强笼提供对直接围绕中心混凝土芯的中间混凝土层的约束。因此，它对抗此中间混凝土层在轴向压缩力作用下产生的横向压力，使得此中间混凝土层可以对钢增强混凝土柱的承载能力造成更大载荷。

内部增强笼优选地包括穿过钢型材腹板中的孔的闭合圆形钢筋环。因此，这些环在结构方面与钢型材的布置无关，这在钢型材遭受变形时是有利的。另选地，内部增强笼包括钢筋环的其端部焊接到钢型材腹板上的弧形段。虽然从结构角度来看不太有利，然而，此替代实施例具有不可忽略的优点，即不需要在钢型材的腹板中钻孔。

在优选的实施例中，钢增强混凝土柱包括至少两个纵向间隔开的梁到柱的连接节点。此类“梁到柱的连接节点”是钢增强混凝土柱的特定节段，专门用于在其上连接支撑例如高层建筑物中的地板的承重梁。应当理解，在两个相继的梁到柱的连接节点之间，有利的是没有将钢型材互相连接的结构钢。换句话讲，在两个相继的梁到柱的连接节点之间，钢增强混凝土柱的承重钢结构只由平行延伸穿过柱的单独钢型材组成。然而，在梁到柱的连接节点处，钢型材可以通过结构钢在结构上互相连接。此处的术语“结构钢”是指多种重型钢形状，诸如h梁、i梁、t梁、重型u或l横截面以及重型钢板，它们用作钢结构中的承重或载荷转移构件。在此上下文中，钢筋不被视为结构钢。由于两个相继的梁到柱的连接节点之间不存在将钢型材互相连接的结构钢，因此针对结构钢的现场焊接工作极为有限，从而显著提高柱的质量并且更容易建造柱。

在一个优选的实施例中，钢增强混凝土柱在至少一个钢型材的向外凸缘上包括至少一个梁到柱的连接元件，用于将此向外凸缘连接到承重梁。此类梁到柱的连接元件可以例如包括结构钢元件，诸如：刚性附连到向外凸缘的l横截面，用于在其上焊接或螺栓连接梁的腹板；向外凸缘上的螺栓孔，用于将梁的端板固定到向外凸缘，以便获得螺栓连接的端板梁到柱的连接等。梁到柱的连接应优选地为刚性梁柱连接。

钢增强混凝土柱可以具有圆形或椭圆形或其他曲线形截面，但也可以具有多边形截面。本发明因此在设计柱的截面方面提供相当大的架构自由度。然而，应当理解，如果中心混凝土芯有n个侧，则非常有用的实施例包括有2n个边的多边形截面。然后，在这些2n个侧的每个第二侧的后面将布置至少一个钢型材的向外凸缘的外表面。应当理解，此类实施例还能够有效地避免突起不包括钢型材的混凝土角部。

本发明还提出了一种用于高层建筑物的钢增强混凝土柱的钢结构，该钢增强混凝土柱包括被布置成纵向延伸穿过混凝土柱的多个热轧钢型材。这些钢型材中的每一个钢型材具有：向外凸缘，该向外凸缘带有在混凝土柱中朝向外的外表面；相反的向内凸缘，该向凸缘带有在混凝土柱中朝向内的外表面；以及将向外凸缘连接到向内凸缘的腹板。钢型材经过布置，使得其向内凸缘的外表面界定中心芯体积，该中心芯体积具有n个侧向侧和形成n边多边形的横截面，n至少等于三；中心芯体积的n个侧向侧中的每一个侧向侧与至少一个钢型材的向内凸缘的外表面共面。一旦此类钢结构被封入混凝土，即通过钢型材的向内凸缘限制或限定中心混凝土芯。如本文所述，随着混凝土芯的约束得到改善，在混凝土芯中形成3d应力状态，从而增大钢增强混凝土柱的承载能力和延展性。轴向压缩混凝土芯的裂纹扩展和生长降至最低程度。

此类钢结构通常还包括至少两个纵向间隔开的梁到柱的连接节点，用于在其上连接承重梁；其中在两个相继的梁到柱的连接节点之间，没有将钢型材互相连接的结构钢。在梁到柱的连接节点处，钢型材可以通过结构钢在结构上互相连接。由于两个相继的梁到柱的连接节点之间不存在将钢型材互相连接的结构钢，因此针对结构钢的现场焊接工作极为有限，从而显著提高钢结构的质量并且更容易建造钢结构。

本发明还提出包括至少一个本文所述的钢增强混凝土柱的高层建筑物。

此高层建筑物通常包括至少两个相继的地板，这些地板在钢增强混凝土柱的两个相继的梁到柱的连接节点处由钢增强混凝土柱支撑，其中在两个相继的梁到柱的连接节点之间，没有将钢型材互相连接的结构钢。

附图说明：

参考本发明的若干实施例的以下描述并参考附图将更好地理解本发明的前述和其他特征、方面以及优点，其中：

图1：是根据本发明的钢增强混凝土柱的第一实施例的截面；

图2：是根据本发明的钢增强混凝土柱的第二实施例的截面；

图3a：是在根据本发明的钢增强混凝土柱中使用的钢混凝土增强笼的第一实施例的正视图；

图3b：是图3a的钢混凝土增强笼的截面；

图4a：是在根据本发明的钢增强混凝土柱中使用的钢混凝土增强笼的第二实施例的正视图；

图4b：是图4a的钢混凝土增强笼的截面；

图5：是在根据本发明的钢增强混凝土柱中使用的钢型材的截面；

图6：是根据本发明的钢增强混凝土柱的第三实施例的截面；

图7：是根据本发明的钢增强混凝土柱的第四实施例的截面；

图8：是根据本发明的钢增强混凝土柱的第五实施例的截面；

图9：是根据本发明的钢增强混凝土柱的第六实施例的截面；

图10：是图2所示的钢增强混凝土柱的截面，示出了梁到柱的连接，其中水平承重梁附连到钢增强混凝土柱；并且

图11：是图1、图2或图6所示的柱的正视图，其中未示出混凝土和混凝土增强条。

本发明的实施例的详细描述

应当理解，下文说明书和附图出于例证目的以举例的方式描述本发明的实施例。实施例不应限制要求保护的主题的范围、实质或精神。在附图中，不同实施例中的等同元件具有相同的参考标号。

图1示意性地示出了根据本发明的钢增强混凝土柱10(也简称为“柱10”)的第一实施例的截面。柱10包括纵向中心轴线12和壳表面(或外包层)14。纵向中心轴线12垂直于绘图平面。在图1的柱中，壳表面14是将纵向中心轴线12作为柱体轴线的正圆柱形表面。因此，图1的柱具有圆形截面。

具有h形横截面的四个热轧钢型材161、162、163、164(下文中也简称为“钢型材16i”，其中i＝1、2、3、4)沿着柱10的纵向中心轴线12纵向延伸。这些柱梁16i中的每一个柱梁具有：向内凸缘18i，该向内凸缘带有朝向内(即朝向纵向中心轴线12)的大致平面的外表面20i；相反的向外凸缘22i，该向外凸缘带有朝向外(即朝向柱10的壳表面14)的大致平面的外表面24i；以及将向内凸缘18i连接到向外凸缘20i的腹板26i。由此，每个钢型材16i的腹板26i的中平面包括柱10的纵向中心轴线12。

优选的热轧钢型材为具有宽凸缘的h形钢型材，诸如根据pren16828-2015、en10025-2:2004、10025-4:2004的欧规hea、heb或hem梁，或根据astma6/a6m-14的美规宽凸缘或w梁，或为类似于或符合前述梁的其他热轧h形钢型材。适用的钢型材的相关机械参数和钢等级例如列于欧洲标准en1993-1-1:2005的表3.1的条款3.2.6中。

四个钢型材16i布置在柱10中，使得其向内凸缘18i的外表面20i在其中界定中心芯体积28，该体积具有四个侧向侧和形成四边形的横截面。参考标号30在绘图平面上标识此中心芯体积28的外部界限，其中外部界限具有图1中的正方形形式。在空间中，中心芯体积28的外部界限(即包封表面)由四个虚拟平面限定，这四个虚拟平面中的每一个虚拟平面与四个向内凸缘18i中的一个的外表面20i共面。柱10的纵向中心轴线12也是中心芯体积28的中心轴线。

混凝土32(由点状图案填充示意性地表示)包封四个钢型材16i，并且还填充由四个钢型材16i的向内凸缘18i的外表面20i界定的中心芯体积28。因此，柱10包括中心混凝土芯28’，该芯具有四个侧向侧和形成四边形(更具体地讲是正方形)的横截面，其中中心混凝土芯28’的四个侧向侧中的每一个侧向侧与钢型材16i中的一个钢型材的向内凸缘的外表面20i共面。

因此，中心混凝土芯28’的约束(通常仅由外部增强混凝土层提供)通过钢型材16i的向内凸缘18i的特定布置结构得到改善。这种约束在压缩力作用下非常有效地阻止混凝土横向膨胀。由于混凝土芯28’的约束得到改善，因此在混凝土芯中形成3d应力状态，从而增大钢增强混凝土柱10的承载能力和延展性。轴向压缩混凝土芯的裂纹扩展和生长降至最低程度。仍然需要注意的是，约束效应尚未在设计规范中加以考虑，但它确实为用户提供了额外的安全性。

用于包封热轧钢型材并填充中心芯体积28的合适混凝土例如符合欧洲标准en1992-1-1:2004的表3.1或等同的其他标准。如果对钢型材使用高强度钢材料，则建议也使用高强度混凝土材料。

为了足够地约束中心混凝土芯28’，混凝土芯28’的四个侧向侧中每一个侧向侧的表面的至少30％应受到相应钢型材16i的向内凸缘18i的外表面20i限制。在图1中，向内凸缘18i中的每一个向内凸缘居中位于中心混凝土芯28’的相应侧上并且限制该侧表面的约78％。换句话讲，中心混凝土芯28’在其周边表面30的约78％上受到向内凸缘18i限制。

结合图5和图1，应当理解，每个向内凸缘18i优选地包括从其外表面20i突起的剪切连接件34。这些剪切连接件34深深地穿入到中心混凝土芯28’中。这样，中心混凝土芯28’完全结合到钢型材16i的四个向内凸缘18i，即，连接件在凸缘-混凝土芯界面处完全传递剪切应力。因此，充分利用受限中心混凝土芯28’的高压缩强度以及钢型材16i的高拉伸和压缩强度的优势，形成复合的钢混凝土柱10。

如图5中单独所示，钢型材16i中的每一个钢型材还可包括：在其向外凸缘22i与其向内凸缘18i之间穿入到混凝土32中的剪切连接件36和/或围绕其向外凸缘22i的外表面24i穿入到混凝土32中的剪切连接件38。图中示出的所有剪切连接件34、36、38均为带头剪切螺柱，但不排除使用其同类型剪切连接件的情况，只要其能够在相应的混凝土-钢界面处恰当地传递剪切应力即可。

在图1中，参考标号40标识围绕混凝土32中的四个钢型材16i的外部增强笼。此类外部增强笼40的优选实施例通过图4a和4b示出，其中图4a示出其侧视图并且图4b示出其截面。在此优选实施例中，外部增强笼40包括纵向延伸穿过柱10的增强条42(也称为纵向钢筋42)和闭合圆形增强环44(也称为闭合圆形钢筋环)。闭合圆形增强环44由至少一根钢筋制成，该钢筋被弯曲以具有圆形环的形状，随后通过将钢筋的两端焊接在一起而闭合该环。闭合圆形增强环44在柱10中优选地平行于水平面并且居中位于纵向中心轴线12上，该闭合圆形增强环优选地通过焊接或另选地通过机械连接(诸如捆绑钢丝或机械联接器)固定到纵向钢筋42中的全部或一些。钢筋的几何和材料特征依据例如en1992-1-1:2004、en10080的表6和en1992-1-1:2004的章节3.2.2.(3)进行定义。应当理解，这些闭合圆形钢筋环44能够吸收大部分周向拉伸应力(类似于压力容器的圆柱形壁)，从而有效地对抗轴向压缩的混凝土32的爆发。图3a和3b示出了外部增强笼40的另选实施例。在该实施例中，围绕纵向钢筋42将连续钢筋48缠绕成螺旋形式。该螺旋缠绕的连续钢筋48通过焊接或另选地通过机械连接(诸如捆绑钢丝或机械联接器)固定到纵向钢筋42中的全部或一些。仍然需要注意的是，外部混凝土增强笼40保证对包封钢型材16i的周边混凝土层进行外部约束。具体地讲，它对抗此周边混凝土层在轴向压缩力作用下的爆发，使得此周边混凝土层可以对钢增强混凝土柱10的承载能力造成更大载荷。

参考标号50标识内部混凝土增强笼，该笼布置在向外凸缘22i与向内凸缘18i之间，以便包封中心混凝土芯28’。此内部混凝土增强笼50的优选实施例也通过图3a、3b和图4a、4b示出。与外部增强笼40一样，内部增强笼50有利地包括竖直增强条52(也称为纵向钢筋52)和闭合圆形增强环54(如图4a和图4b所示)或围绕纵向钢筋52缠绕成螺旋形式的连续钢筋58(如图3a和图3b所示)。闭合圆形增强环54和螺旋缠绕的连续钢筋58有利地穿过在腹板26i上钻出的小孔。另选地，为了避免在腹板26i上钻孔，闭合圆形增强环54可替换为圆的四段弧，其中这些弧中每段弧的端部焊接到两个相邻的腹板26i。应当理解，内部混凝土增强笼50尤其保证约束直接围绕中心混凝土芯28’的中间混凝土层。因此，它阻止混凝土在压缩力作用下的横向膨胀，使得此中间混凝土层可以对钢增强混凝土柱10的承载能力造成更大载荷。

仍然需要注意的是，如果柱10必须支撑根据两个正交方向布置的水平承重梁(这是最常见的情况)，不仅如图1所示的采用十字形布置结构的四个钢型材16i的实施例，而且如下文所述的图2和图6的实施例，都尤其有用。

图2的柱10主要在以下特征方面不同于图1的柱10。它具有正方形截面(而不是圆形截面)，其中其壳表面包括四个基本上平行于四个向外凸缘22i的外表面24i的平面侧表面14i。向内凸缘18i中的每一个向内凸缘限制4侧中心混凝土芯28’的相应侧的表面的约52％。换句话讲，4侧中心混凝土芯28’在其周边表面30的约52％上受到向内凸缘18i限制。外部混凝土增强笼40’和内部混凝土增强笼50’均包括为正方形的闭合增强环44’。钢筋角部托架60使正方形增强环44’变硬，使得它们更适于对抗混凝土32在轴向压缩力作用下的爆发。然而，对于减小混凝土32的爆发，具有正方形增强环44’的此实施例的效率低于具有闭合圆形增强环44的实施例。

图6的柱10主要在以下特征方面不同于图1的柱10。它具有八边形截面，其中其壳表面包括八个平面侧表面14i，其中每个第二侧表面基本上平行于四个向外凸缘22i中每一个向外凸缘的外表面24i。向内凸缘18i中的每一个向内凸缘限制中心混凝土芯28’的相应侧的表面的约52％。换句话讲，中心混凝土芯28’在其周边表面30的约52％上受到向内凸缘18i限制。需要注意的是，闭合圆形增强环44非常良好地贴合柱10的八边形横截面，其中混凝土比在图2的柱中使用得更好。

图7的柱10主要在以下特征方面不同于图1的柱10。它仅包括限定具有三角形截面30’的中心混凝土芯28’的三个钢型材16i。柱10作为整体具有六边形截面，其中其壳表面包括三个小的平面侧表面141、142、143，它们基本上平行于三个向外凸缘22i的外表面24i，并且与三个大的平面侧表面144、145、146交替(此处的“大”和“小”是指侧表面的宽度)。向内凸缘18i中的每一个向内凸缘覆盖中心混凝土芯28’的三个侧中每一侧的表面的约75％。外部混凝土增强笼40”包括具有与柱10的六边形截面类似的轮廓的六边形增强环44”。如果必须支撑根据三个不同方向布置的三个水平梁(在此处，三个方向相互间隔开120°的角度)，则此类柱10尤其有用。(仍然需要注意的是，在图7中，未示出纵向钢筋。)

图8的柱10主要在以下特征方面不同于图6的柱10。它包括限制具有五边形截面30”的中心混凝土芯28’的五个钢型材16i。柱10作为整体具有十边形截面，其中其壳表面包括十个平面侧表面14i，其中每个第二侧表面基本上平行于五个向外凸缘22i中每一个向外凸缘的外表面24i。向内凸缘18i中的每一个向内凸缘覆盖中心混凝土芯28’的相应侧的表面的约93％。换句话讲，中心混凝土芯28’在其周边表面30”的约93％上受到向内凸缘18i限制。如果柱10必须支撑根据五个不同方向布置的五个水平梁(在此处，五个方向间隔开72°的角度)，则此类实施例尤其有用。(仍然需要注意的是，在图8中，未示出纵向钢筋。)

图9的柱10主要在以下特征方面不同于图2的柱10。沿着也具有正方形截面30的中心混凝土芯28’的每一侧，布置一对钢型材16i、16’i的向内凸缘18i、18’i。这两个向内凸缘18i、18’i限制中心混凝土芯28’的相应侧的表面的约85％。如果柱10必须支撑在其四个侧中每一侧上的两个水平承重梁或者需要特别强效的钢增强混凝土柱，则此类实施例尤其有用。尽管可商购获得的钢型材的凸缘宽度存在限制，但沿着中心混凝土芯28’的一侧布置多于一个钢型材16i的向内凸缘18i能够设计更大的混凝土芯28’，进而能够设计更大的柱。

在柱的另一个实施例中(未示出)，柱包括六个钢型材并且其中中心混凝土芯具有包括两条长边和两条短边的矩形截面，两个钢型材的向内凸缘沿着两个长边中的每一个长边布置，并且一个钢型材的向内凸缘沿着两条短边中的每一个短边布置。如果柱必须沿着第一方向支撑两个平行的水平承重梁并且根据第二方向支撑一个(或不支撑)水平承重梁，则此类实施例尤其有用。

在附图示出的所有实施例中，所有钢型材16i具有相同尺寸并且具有向内凸缘，相应地具有相同宽度的向外凸缘。然而，不排除在同一钢增强混凝土柱中具有：较小和较大的钢型材16i；钢型材16i具有向内凸缘，相应地具有不同宽度的向外凸缘。

在附图示出的所有实施例中，中心混凝土芯28’的n个侧全部具有相同的宽度。然而，不排除中心混凝土芯的侧具有不同宽度的情况。例如中心混凝土具有矩形截面或为不规则多边形的截面的情况。

在图1、2、6、7和8的实施例中，钢型材16i中每一个钢型材的腹板具有包括柱10的纵向中心轴线12的中平面。然而，如例如图9所示，情况并非必须如此。

尽管附图所示的柱具有圆形、正方形、六边形、八边形或十边形截面，但应理解，根据本发明的柱可以具有任何类型的截面，包括例如：矩形、十字形和椭圆形截面，为规则或不规则多边形的截面，由曲线构成的截面等。

还应当理解，柱的截面可随高度而增大。在这种情况下，中心混凝土芯的截面也能够以相同比例减小，使得钢型材的向内凸缘可以不平行于柱的纵向中心轴线。

图10是图2所示的柱10的截面，更具体地讲是在所谓的梁到柱的连接节点70处，在这里(在沿着柱10的特定竖直位置或高度水平处)竖直柱10的向外凸缘22i中的每一个向外凸缘都固定了水平承重梁72i。此类水平承重梁72i支撑例如高层建筑物中的地板。箭头74指向有利地在连接节点70处、在与水平承重梁72i连接到柱10的向外凸缘22i相同的高度水平处将向内凸缘18i互相连接的可选横向结构钢。

图11是图1、2或6所示的柱的正视图，其中未示出混凝土和混凝土增强钢。此柱10包括如图10所示的至少两个纵向间隔开的梁到柱的连接节点70、70’，以用于支撑两个相继的地板。需要注意的是，在两个纵向间隔开的梁到柱的连接节点70、70’之间，没有将钢型材16i互相连接的结构钢。换句话讲，在柱10的两个纵向间隔开的梁到柱的连接节点70、70’之间，钢型材16i仅在结构上由钢增强混凝土32互相连接。

尽管本发明更具体地参照用于高层建筑物的钢增强混凝土柱进行描述，但应当理解，根据本发明的钢增强混凝土柱也可以用于非建筑结构，诸如大型厅堂、平台、桥梁、桥塔等。

参考标记列表

10钢增强混凝土柱36剪切连接件

1210的纵向中心轴线38剪切连接件

1410的壳表面40外部增强笼

14i14的侧表面42竖直增强条(竖直钢筋)

16i热轧钢型材44闭合圆形增强环

18i16i的向内凸缘44’闭合正方形增强环

20i18i的外表面4640的网片

22i16i的向外凸缘48螺旋缠绕的连续钢筋

24i22i的外表面50内部增强笼

26i16i的腹板52竖直增强条

28n侧中心芯体积54闭合圆形增强环

28’n侧中心混凝土芯(＝填充58螺旋缠绕的连续钢筋

有混凝土的28)60角部托架

3028的外部界限70、70’10的梁到柱的连接节点

(＝28’的周边表面)72i水平承重梁

32混凝土74将18i互相连接的横向结构

34剪切连接件钢