一种可装配轻型钢管‑约束小径木材组合承重柱及作法的制作方法

本发明涉及一种可装配轻型钢管-约束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。推动建造方式创新，大力发展装配式混凝土建筑和钢结构建筑，在具备条件的地方倡导发展现代木结构建筑，不断提高装配式建筑在新建建筑中的比例。可以预见装配式结构将成为我国未来主要的建筑形式。

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，无法适应目前装配式建筑的发展。基于此，本发明提出了一种可装配轻型钢管-约束小径木材组合承重柱，轻型钢管部件作为外部可装配模板，内部填充由frp碳纤维布约束的小径木材，相比于传统的混凝土承重柱，其承载力显著提高，具有可装配式施工的特点，同时充分发挥和利用了小径木材，符合目前装配式发展的新要求，适用于低、多层装配式建筑的发展。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有可装配式施工、构造简单、施工方便、绿色环保一体化等优点的可装配轻型钢管-约束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，装配化效率低，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：

一种可装配轻型钢管-约束小径木材组合承重柱，该组合承重柱包括小径木材1、木屑填充物2、frp碳纤维布3、混凝土4、预埋连接钢筋5和轻型钢管6；混凝土4、预埋连接钢筋5和轻型钢管6组成组合承重柱的外部装配式模板；小径木材1、木屑填充物2由frp碳纤维布3约束围护组成内部填充结构，内部填充结构设置在外部装配式模板中间；预埋连接钢筋5设置在轻型钢管6的周向角部处，小径木材1设置在由frp碳纤维布3围护成的圆形内部填充结构中间，木屑填充物2填充在小径木材1与frp碳纤维布3之间的空隙处；frp碳纤维布3与轻型钢管6之间填充有混凝土4。

所述小径木材1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1在内部填充结构中间呈分层交错布置；各层小径木材1以及各个小径木材1之间通过乳胶进行粘结。

木屑填充物2由木屑、乳胶、细沙、水泥和水组成，木屑为小径木材1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。

所述frp碳纤维布3由12k碳纤维丝织制而成，frp碳纤维布3粘结在外部装配模板的内腔壁上，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3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。

所述混凝土4为普通混凝土或者再生混凝土，外部装配模板为工厂化预制而成。混凝土4的强度等级根据要求选用，当选用为再生混凝土时，粗骨料取代率为0-100％，细骨料选用天然砂或者机制砂，即细骨料不取代。

所述预埋连接钢筋5为装配式连接时用的连接钢筋，外部装配模板为工厂化预制而成。预埋连接钢筋5直径宜为12mm-14mm，钢筋强度等级大于hrb335，预埋连接钢筋5的外伸长度大于200mm，方便装配施工时套筒连接。

所述轻型钢管6为结构最外侧钢管，外部装配模板为预制结构。轻型钢管6的截面为圆形或者矩形，考虑到后期装配方便，建议采用矩形形式，钢管厚度不大于5mm，钢管外尺寸不应大于200mm。

利用组合承重柱进行的一种可装配轻型钢管-约束小径木材组合承重柱的制作方法，该方法实施过程如下：

第一步，定位和架立轻型钢管6，将预先加工的圆环钢模放入轻型钢管6内部，确定对应四角预埋连接钢筋5的位置，架立预埋连接钢筋5，之后向四角浇筑混凝土4，养护形成装配外模板，装配外模板通过预埋连接钢筋5进行套筒式装配连接，此步骤在工厂预制完成外部装配式模板；

第二步，预先在外部装配式模板内部确定内部填充结构的位置，在外部装配式模板的内框腔壁涂刷粘结胶，铺贴frp碳纤维布3，黏贴层数为2～3层，黏贴时的搭接长度大于等于150mm，每层黏贴层均涂刷粘结胶；

第三步，向frp碳纤维布3组成的圆框内填充预先初步加工的小径木材1，小径木材1通过乳胶进行粘结固定；

第四步，在frp碳纤维布3与小径木材1之间的剩余空隙位置灌入木屑填充物2，即形成轻型钢管-约束小径木材组合承重柱。

本发明一种可装配轻型钢管-约束小径木材组合承重柱适用于低、多层装配式建筑的发展。通过frp碳纤维对内部小径木材进行合理约束，大大提高了核心填充结构的承载能力，外部装配模板可工厂化预制，通过预埋连接钢筋联系上下结构，具有施工装配方便等特点，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是一种可装配轻型钢管-约束小径木材组合承重柱截面图。

图2一种可装配轻型钢管-约束小径木材组合承重柱立面图。

图中：1小径木材、2木屑填充物、3frp碳纤维布、4混凝土、5预埋连接钢筋、6轻型钢管。

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，本发明的一种可装配轻型钢管-约束小径木材组合承重柱，包括小径木材1、木屑填充物2、frp碳纤维布3、混凝土4、预埋连接钢筋5和轻型钢管6。内部填充小径木材，外围为frp碳纤维布，同时剩余空隙内浇筑木屑填充物2组成内部填充结构，frp碳纤维布对内部小径木材产生了较好的核心约束作用，大大提高了结构的承载能力，由混凝土4、预埋连接钢筋4和轻型钢管6组成的外部模板可以实现装配式连接，施工简单方便，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、多层的新型建筑体系。

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
本发明公开了一种可装配轻型钢管‑约束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、多层装配式建筑的发展；轻型钢管与预埋连接钢筋浇筑混凝土后形成外部装配模板，小径木材在FRP碳纤维布的围护约束下承载力大大提高，柱结构的承载能力可提高30％，同时装配施工简单，由于较好的利用和开发了小径木材，做到了绿色环保低碳。

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：2017.07.25