方形钢柱的加固结构的制作方法

本发明涉及建筑钢结构技术领域，特别涉及一种方形钢柱的加固结构。

背景技术：

一般的钢框架结构的柱较多采用方形钢柱对对横向梁柱进行支撑的形式，方形钢管的整体稳定性较强，但局部稳定性相对较弱，特别是与方形钢柱相抵的柱端部，在狂风或者地震力带来的水平力作用于钢框架时，与梁柱连接部相抵的方形钢柱的端部产生巨大的弯矩和剪力，局部稳定性弱的方形钢柱的端部容易发生局部屈曲破坏，导致结构倒塌，而采用一般的方法对柱端进行防屈曲加固，，虽可使加固区的柱端抗弯和抗剪承载力增强而不易破坏，，但靠近方形钢柱体的加固区弯矩较大的区域仍然会出现屈曲破坏，也就是屈曲破坏区内移，因此一般的局部防屈曲的加固方法获得的效果不佳，需要对整根柱或基本上整根柱进行加固才能完全消除屈曲破坏区获得理想的防屈曲效果，但此法的缺陷在于不经济且结构重量大幅增加

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种不需对方形钢柱的整体进行加固，只需对柱端进行局部加固即可获得理想的防屈曲效果，达到提高钢结构整体抗风抗震能力的方形钢柱的加固结构。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种方形钢柱的加固结构，包括横向设置的梁柱连接部、竖向设置的方形钢柱，所述方形钢柱通过柱端部与梁柱连接部相抵以承受梁柱整体的重量，其特征在于：所述柱端部设有用于集中应力的开孔，所述加固结构还包括用于覆盖所述开孔的加固板，所述加固板通过螺栓与柱端部连接，所述加固板包括本体、凸设于本体上且沿横向设置的多个筋条。

与现有技术相比，本发明的优点在于：采用不改变柱端抗弯和抗剪承载力的局部防屈曲加固方法，在柱端部设置开孔，开孔用于降低原先柱端截面的抗弯和抗剪承载力，将容易受到破坏的区域控制在开孔部位，再通过加固板进行局部加固不仅弥补了开孔损失掉的微不足道的稳定性，并且加固板上横向凸起的多个筋条可以大大提高柱端的局部稳定性，从而消除了柱端部潜在的屈曲破坏区，将柱端部通过加固板加固转变为稳定的塑性区，从而提高柱端部的抗风抗震能力。

作为本发明的第一种改进，多个所述筋条沿竖向依序间隔排布，通过所述改进，筋条为多个，用于提高柱端部的稳定性，且多个筋条沿竖向依序间隔排布，使得筋条布满柱端部的全部区域，也覆盖柱端部的开孔处，以进一步提高柱端部的抗屈曲破坏能力。

优选地，所述加固板为由平钢板冷弯成形的波形钢腹板，波形钢腹板具有稳定性强的特点，而此处将波形钢腹板用于方形钢柱的柱端部，充分利用波形钢腹板抗剪屈服强度高的优点，提高了方形钢柱的稳定性，并且减少板厚和材料用量。

作为本发明的第二种改进，所述开孔为方形，所述方形的开孔的宽度bk和方形钢柱厚度tc的乘积等于波形钢腹板的宽度bs和波形钢腹板的厚度ts的乘积，即bktc＝bsts，合理设置加固区的方孔尺寸，防止屈曲破坏区内移，避免未加固区破坏，为了使加固后的柱端部截面所能承受的极限弯矩不超过未加固的柱，方孔的大小不宜过大也不宜过小，需要适当控制，故按等截面进行设计，可保证加固后开孔部位的柱端部截面所能承受的极限弯矩不增加也不减少，当bsts较大时，柱端截面所能承受的极限弯矩较大，则会出现背景技术中描述的屈曲破坏区内移的情况，达不到良好的防屈曲效果；当bktc较大时，虽能达到良好的防屈曲效果，但柱端部截面所能承受的极限弯矩较小，抗弯承载力降低。

作为本发明的第三种改进，所述波形钢腹板的厚度为ts，所述方形钢柱的厚度为tc，tc/12≤ts≤tc/6，通过所述改进，由于波形钢腹板的稳定性较强，且考虑经济型，故采用厚度在tc/12～tc/6之间的钢腹板，即可满足柱端部的稳定性需要。

作为本发明的第四种改进，所述波形钢腹板的宽度为bs，所述方形钢柱的宽度为bc，所述方形钢柱的厚度为tc，bs＝bc-2tc，通过所述改进，波形钢腹板可以设置在方形钢柱的外表面，亦可以设置在方形钢柱的内表面，当波形钢腹板设置在外表面时，bs＝bc-2tc可以避免相邻的波形钢腹板在方形钢柱的拐角处产生干涉，当设置在方形钢柱的内表面时，bs应当更小，bs＝bc-2tc-2hr-4mm，其中hr为波形钢腹板的波高，4mm为施工所需的间隙，并且波形钢腹板一般很薄很锋利，当波形钢腹板设置在方形钢柱的外表面时，施工搬运的过程中容易被割伤，特别是柱下端容易割伤人，施工完毕后如没有适当的保护措施则有安全隐患，而内部加固则没有这个安全隐患，因此，方形钢柱的下端宜采用将波形钢腹板设置在方形钢柱内表面进行加固。

作为本发明的第五种改进，所述方形的开孔的高度为hk，所述方形钢柱的宽度为bc，hk＝bc，通过所述改进，可以保证足够的塑性区高度，使得柱端部整体防屈曲破坏能力提高。

作为本发明的第六种改进，所述柱端部环绕开孔设置有多个第一连接孔，所述本体设有与第一连接孔对应设置的第二连接孔，所述螺栓通过第一连接孔、第二连接孔将方形钢柱与加固板连接固定，通过所述改进，采用螺栓连接，加固区没有焊缝，且方孔位置处于柱的端部，方便施工，可在工厂内完成加固，不需在现场进行加固，同时螺栓的截面可以抵消因开设第一连接孔而损失的柱端部的强度和因开设第二连接孔而损失的波形钢腹板的强度。

附图说明

图1为本发明整体立体结构示意图。

图2为本发明柱端部截面结构示意图。

图3为柱端部开孔处结构示意图。

1-梁柱连接部，2-方形钢柱，2.1-柱端部，2.2-开孔，2.3-第一连接孔，3-加固板，3.1-本体，3.2-筋条，4-螺栓。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述。

如图1-3所示，

一种方形钢柱的加固结构，包括横向设置的梁柱连接部1、竖向设置的方形钢柱2，所述方形钢柱2通过柱端部2.1与梁柱连接部1相抵以承受梁柱整体的重量，所述柱端部2.1设有用于降低柱端部2.1抗弯和抗剪承载力的开孔2.2，所述加固结构还包括用于覆盖所述开孔2.2的加固板3，所述加固板3通过螺栓4与柱端部2.1连接，所述加固板3包括紧贴于方形钢柱2的本体3.1、凸设于本体3.1上且沿横向设置的多个筋条3.2。

其中，多个所述筋条3.2沿竖向依序间隔排布。

其中，所述加固板3为波形钢腹板。

其中，所述开孔2.2为方形，所述方形的开孔2.2的宽度bk和方形钢柱2厚度tc的乘积等于波形钢腹板的宽度bs和波形钢腹板的厚度ts的乘积，即bktc＝bsts。

其中，此处的开孔2.2也不仅限与方形，也包括了除方形外如圆形、棱形、多边形等其他非方形的结构。

其中，所述波形钢腹板的厚度为ts，所述方形钢柱2的厚度为tc，tc/12≤ts≤tc/6，根据最近的实验研究，波形钢腹板的稳定性很强，ts的厚度最多只需tc/6就够了，一般波形钢腹板厚度ts为1-2mm，方钢管板厚tc一般为十几mm，tc/12≤ts≤tc/6符合正常使用范围。

其中，所述波形钢腹板的宽度为bs，所述方形钢柱2的宽度为bc，所述方形钢柱2的厚度为tc，所述加固板设置在方形钢柱外表面时bs＝bc-2tc，设置在方形钢柱内表面时bs＝bc-2tc-2hr-4mm。

其中，所述方形的开孔2.2的高度为hk，所述方形钢柱2的宽度为bc，hk＝bc。

其中，所述柱端部2.1环绕开孔2.2设置有多个第一连接孔2.3，所述本体3.1设有与第一连接孔2.3对应设置的第二连接孔，所述螺栓4通过第一连接孔2.3、第二连接孔将方形钢柱2与加固板3连接固定。

以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。