一种带分腔钢板的轻钢管‑小径木材组合承重柱及作法的制作方法

本发明涉及一种带分腔钢板的轻钢管-小径木材组合承重柱及作法，属于结构工程技术领域。

背景技术：

随着我国住宅建设的快速发展，为满足人民群众日益增长的住房需求，推进住宅产业现代化，发展钢结构住宅，扩大钢结构住宅的市场占有率。预见将轻型钢管与小径木材合理组合所形成的结构具有广阔的应用前景。

随着资源的不断匮乏，我国的木材资源也面临着严峻的问题，由于多数国家应经禁止出口原木木材，因此依靠进口木材已经变得不可能，同时，在使用过程中由于对大直径木材的青睐，导致小直径(尺寸为40mm～130mm)的木材很少被完整的开发和使用，多数小径木材被严重浪费。如何完整的开发和利用被人忽视的小径木材已经成为了当前热点的研究问题，这一问题的解决不仅将有效地缓解资源危机，在某种程度上也解决了森林资源供需矛盾。

碳纤维以其优异的综合性能成为当今世界材料学科研究的重点。研究表明：碳纤维的抗拉强度>3500mpa，抗拉模量>230gpa，密度仅为1.76～1.94g/cm，具有优异的力学性能和综合特性；碳纤维已在建筑、能源等等领域和行业得到广泛应用。

传统的钢筋混凝土柱结构承载力普遍较差，施工过程中需要使用大量的(木)模板，容易造成资源的严重浪费，同时施工养护需要大量的工期，无法适应当前绿色建筑的发展。基于此，本发明提出了一种带分腔钢板的轻钢管-小径木材组合承重柱，核心为带分腔钢板的轻型钢管，钢管内部浇筑小径木材木屑填充物，在分腔空隙内填充小径木材，外围包裹fpr碳纤维布同时角部采用角钢进行加固，相比于传统的混凝土承重柱，其承载力显著提高，减少了模板施工，同时充分开发和利用了小径木材，符合目前绿色建筑的发展需要，适用于低、多层村镇建筑的发展。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有受力科学、构造简单和绿色环保一体化等优点的带分腔钢板的轻钢管-小径木材组合承重柱，以期有效解决传统混凝土柱承载能力不佳，施工效率低，资源利用率低等问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种带分腔钢板的轻钢管-小径木材组合承重柱，该组合承重柱包括木屑混合物1、轻型钢管2、小径木材3、分腔钢板4、frp碳纤维布5和角部加强件6；轻型钢管2设置在该组合承重柱的中间，轻型钢管2为该组合承重柱的中心腔体结构，中心腔体结构的外表面焊接有若干等间距均匀布置的分腔钢板4，轻型钢管2和分腔钢板4焊接后共同组成该组合承重柱组成核心钢骨，frp碳纤维布5包裹在分腔钢板4的外侧，各个分腔钢板4与frp碳纤维布5之间形成外部分腔结构，外围包裹frp碳纤维布5能够提供良好的核心约束作用；轻型钢管2的内部浇筑有木屑混合物1，以提高核心钢骨的受力性能；在外部分腔结构内填充放置小径木材3；frp碳纤维布5的四角位置加设有角部加强件6用以提供额外的约束保护；

木屑混合物1由木屑、乳胶、细沙、水泥和水组成，木屑为小径木材3预先加工时的产物，木屑、乳胶、细沙、水泥、水按照1:1:0.25:0.25:0.05进行均匀拌合，细沙的颗粒直径为5mm-10mm，木屑、乳胶、细沙、水泥、水均匀拌合后应在初凝前完成填充工作；同时木屑也能用废弃秸秆取代，取代率为0～100％，废弃秸秆加工成10mm以下尺寸。

所述轻型钢管2为核心钢骨组成部分之一，轻型钢管2与分腔钢板4焊接共同组成核心钢骨。轻型钢管2的截面为圆形或者矩形，考虑到后期施工方便，建议采用矩形形式，钢管厚度不大于4mm，钢管外径不应大于200mm。

所述小径木材3为带皮直径为40mm～80mm的木材，预先将小径木材1加工成截面为矩形，便于小径木材的充分利用，矩形的边长尺寸为20mm的倍数，如20mm×40mm，40mm×40mm，40mm×20mm，20mm×20mm，小径木材3在分腔区域中呈分层交错布置；各层小径木材3以及各个小径木材3之间通过乳胶进行粘结。

所述分腔钢板4为核心钢骨组成部分之一，分腔钢板4与轻型钢管2焊接共同组成核心钢骨。分腔钢板4采用薄钢板制作而成，钢板厚度宜为2～3mm，分腔钢板4母材强度宜与轻型钢管2钢板母材强度一致。

所述frp碳纤维布5由12k碳纤维丝织制而成，frp碳纤维布5包裹在结构最外层，以提高对内部结构的约束作用。粘结层数宜为2～3层，黏贴时每层frp碳纤维布5需进行搭接，搭接长度不低于150mm，且搭接区域额外涂刷底胶，防止搭接区域松开。

所述角部加强件6为结构的角部保护措施，同时提供对内部结构额外约束作用。角部加强件6为角钢，角钢尺寸为30mm*30mm*4mm，角钢母材强度与内部钢骨强度一致，角部加强件6预留铆钉孔洞，方便与小径木材3铆钉连接。

所述的一种带分腔钢板的轻钢管-小径木材组合承重柱，其制作方法如下：

第一步，定位和架立由轻型钢管2和分腔钢板4组成的核心钢骨，同时在轻型钢管2内部浇筑试配好的木屑混合物1；

第二步，分腔区域内填充预先初步加工的小径木材3，小径木材3之间通过乳胶进行粘结固定，定位成型；

第三步，填充结构角部定位设置角部加强件6，角部加强件6可以沿高度方向每300mm设置一道，角部加强件6与小径木材3可以采用乳胶粘结固定或者通过预留孔洞铆钉连接；

第四步，在小径木材3组成的填充结构最外层包裹frp碳纤维布5，包裹成熟宜为2～3层，同时预留搭接长度200mm，搭接处应保证不宜松开，即形成一种带分腔钢板的轻钢管-小径木材组合承重柱。

本发明一种带分腔钢板的轻钢管-小径木材组合承重柱适用于低、多层村镇绿色建筑的发展。内部设置核心钢骨，并浇筑环保绿色材料，核心结构受力科学，通过frp碳纤维对内部小径木材进行合理约束，大大提高了整体结构的承载能力，由于较好的开发和利用了小径木材，做到了绿色环保低碳。

附图说明

图1是一种带分腔钢板的轻钢管-小径木材组合承重柱截面图。

图2一种带分腔钢板的轻钢管-小径木材组合承重柱立面图。

图中：1木屑混合物、2轻型钢管、3小径木材、4分腔钢板、5frp碳纤维布和6角部加强件。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：

如图1-2所示，本发明的一种带分腔钢板的轻钢管-小径木材组合承重柱，包括木屑混合物1、轻型钢管2、小径木材3、分腔钢板4、frp碳纤维布5和角部加强件6。核心受力部件为中部由轻型钢管2和分腔钢板4组成的核心钢管，轻型钢管内部浇筑木屑混合物1，之后在分腔区域内放置小径木材3形成内部填充结构，角部采用角部加强件加以固定约束，最外层包裹frp碳纤维布5，对内部小径木材3填充结构产生了较好的核心约束作用，提高了结构的承载能力，整体结构受力科学，同时小径木材得到合理的开发和利用，更加绿色环保，适宜于低、多层的村镇绿色建筑的发展。

以上是本发明的一个典型实施例，本发明的实施不限于此。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种带分腔钢板的轻钢管‑小径木材组合承重柱及作法，属于结构工程技术领域；本发明适用于村镇低、多层绿色建筑的发展；核心为轻型钢管与分腔钢板组成的钢骨结构，轻型钢管内部浇筑木屑混合物，分腔区域内填充小径木材组成填充结构，在最外层FRP碳纤维布的围护约束下整体结构承载力大大提高，承载能力最大可提高30％以上，同时受力模型简单(核心钢骨‑小径木材‑最外层FRP碳纤维)，充分利用和开发了小径木材，做到了绿色低碳环保。

技术研发人员：乔崎云;刘文超;曹万林;张建伟;董宏英
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2017.05.14
技术公布日：2017.07.18