一种预制的钢结构混凝土支承柱及其施工方法与流程

本发明涉及一种预制的钢结构混凝土支承柱及其施工方法。

背景技术：

中共中央、国务院《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》指出，要大力推广装配式建筑，减少建筑垃圾和扬尘污染，缩短建造工期，提升工程质量。要求“制定装配式建筑设计、施工和验收规范。完善部品部件标准，实现建筑部品部件工厂化生产。鼓励建筑企业装配式施工，现场装配。建设国家级装配式建筑生产基地。加大政策支持力度，力争在10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30％”。积极稳妥推广钢结构建筑。

现有技术中常采用钢结构柱作为建筑物支承柱，但是，对于重载荷的情况，仅靠钢结构柱本身难以支承，需要对钢结构柱进行加固以使得钢结构柱能够承受更大的载荷。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种预制的钢结构混凝土支承柱及其施工方法，能够方便地预制具有重载负荷能力的支承柱，结构简单，施工方便，节约空间。

为实现上述目的，本发明提供一种预制的钢结构混凝土支承柱，采用如下技术方案：一种预制的钢结构混凝土支承柱，包括钢结构柱，钢结构柱具有两块呈十字交叉设置的腹板，每块腹板的两边缘各设有一块垂直于该腹板的翼板，所述腹板及翼板在钢结构柱的中心线周围形成四个容腔，每个容腔具有一个开口，所述开口位于相邻的两块翼板的相邻边缘之间；

至少在其中一块腹板的两侧面设有多个沿钢结构柱长度方向排列的第一结构件，第一结构件突出于腹板的表面；相邻的两块翼板的相邻边缘之间连接有多个沿钢结构柱长度方向排列的第二结构件；所述容腔中浇注有混凝土，混凝土将所述第一结构件、第二结构件、腹板和翼板凝结在一起。

优选地，所述钢结构柱为十字型钢，由两根h型钢拼接而成。

优选地，所述第一结构件为焊接在腹板表面的栓钉。

优选地，所述第二结构件为钢筋。

优选地，每个容腔中至少有一列沿钢结构柱长度方向排列的第一结构件。

优选地，所述混凝土为微膨胀混凝土，微膨胀混凝土限制膨胀率的设计取值介于0.015％～0.025％之间。

优选地，所述第二结构件位于混凝土表面以下20至30毫米位置。

优选地，所述钢结构柱的两端各预留有一段不浇注混凝土的预留接口。

与本发明的一种预制的钢结构混凝土支承柱相应地，本发明还提供一种预制的钢结构混凝土支承柱的施工方法，用于制造上述技术方案所述的预制的钢结构混凝土支承柱，包括如下步骤：

1)在至少其中一块腹板的两侧面连接多个沿钢结构柱长度方向排列的第一结构件；在各相邻的两块翼板的相邻边缘之间连接有多个沿钢结构柱长度方向排列的第二结构件；

2)清理钢结构柱各容腔内壁上的异物，把各容腔清理干净；

3)将钢结构柱卧放使其中一个容腔的开口朝上，在开口朝上的容腔中浇注混凝土；

4)待已浇注的混凝土凝结之后，将钢结构柱翻转而使另一个容腔的开口朝上，并在该容腔中浇注混凝土；按此步骤完成在所有容腔中浇注混凝土。

优选地，在所述步骤4)中，当已浇注的混凝土凝结达到额定强度的70％以上时，将钢结构柱翻转而使另一个容腔开口朝上。

如上所述，本发明涉及的一种预制的钢结构混凝土支承柱及其施工方法，具有以下有益效果：由于在钢结构柱中心线周围的四个容腔中浇注有混凝土，第一结构件和第二结构件使得混凝土与钢结构柱牢固地凝结在一起，这样，凝结的混凝土能够使得钢结构柱的负载能力大幅度提高，承受重载。由于混凝土浇注在钢结构柱的容腔中，不会占用更多的空间，因此可以为建筑物节省空间。由此可见，本发明的一种预制的钢结构混凝土支承柱及其施工方法，能够方便地预制具有重载负荷能力的支承柱，结构简单，施工方便，节约空间。

附图说明

图1显示为本发明的一种预制的钢结构混凝土支承柱的主视图。

图2显示为图1中a-a处的剖视图。

元件标号说明

1钢结构柱

2腹板

3翼板

4容腔

5开口

6第一结构件

7第二结构件

8混凝土

9横梁

10柱脚底板

11加筋板

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1和图2所示，本发明提供一种预制的钢结构混凝土支承柱，包括钢结构柱1，钢结构柱1具有两块呈十字交叉设置的腹板2，每块腹板2的两边缘各设有一块垂直于该腹板2的翼板3，所述腹板2及翼板3在钢结构柱1的中心线周围形成四个容腔4，每个容腔4具有一个开口5，所述开口5位于相邻的两块翼板3的相邻边缘之间；

至少在其中一块腹板2的两侧面设有多个沿钢结构柱1长度方向排列的第一结构件6，第一结构件6突出于腹板2的表面；相邻的两块翼板3的相邻边缘之间连接有多个沿钢结构柱1长度方向排列的第二结构件7；所述容腔4中浇注有混凝土8，混凝土8将所述第一结构件6、第二结构件7、腹板2和翼板3凝结在一起。

由于在钢结构柱1中心线周围的四个容腔4中浇注有混凝土8，第一结构件6和第二结构件7使得混凝土8与钢结构柱1牢固地凝结在一起，这样，凝结的混凝土8能够使得钢结构柱1的负载能力大幅度提高，承受重载。由于混凝土8浇注在钢结构柱1的容腔4中，不会占用更多的空间，因此可以为建筑物节省空间。由此可见，本发明的一种预制的钢结构混凝土支承柱及其施工方法，能够方便地预制具有重载负荷能力的支承柱，结构简单，施工方便，节约空间。

在本发明的一种预制的钢结构混凝土支承柱中，由于作为主体结构的钢结构柱1中具有两块呈十字交叉的腹板2，而且钢结构柱1的四个容腔4及翼板3的尺寸均相同，因此，在容腔4中填充混凝土8之后，所制造的钢结构及混凝土支承柱在沿两块翼板3的板面方向的力学性能相同，无强弱轴之分，这样有利于钢结构混凝土支承柱承受不同方向的侧向载荷，支承更稳定。作为一种优选的实施方式，如图2所示，所述钢结构柱1为十字型钢，由两根h型钢拼接而成，十字型钢可采用热轧或焊接h型钢组合焊接而成，h型钢一般采用窄翼缘或中翼缘宽度的。可以将其中一根h型钢从腹板2的中间沿长度方向剖分成两半，将剖分的呈两半的h型钢分别焊接在未剖分的h型钢的腹板2两侧面上。也可以在一根h型钢的两侧焊接钢板拼接呈十字形钢。h型钢材料宜采用牌号q235-b.c.d级的碳素结构钢，以及牌号q345-b.c.d.e的低合金高强度结构钢，其质量标准应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》gb700和《低合金高强度结构钢》gb/t1951的规定。

在本发明的一种预制的钢结构混凝土支承柱中，在腹板2的两侧面焊接有突出于腹板2表面的第一结构件6，这样，浇注的混凝土8能够与突出于腹板2表面的第一结构件6紧密地结合，有利于混凝土8与钢结构柱1牢固凝结成一个整体结构。作为一种优选的实施方式，所述第一结构件6为焊接在腹板2表面的栓钉。可以在腹板2的表面焊接多列栓钉，如图2所示，作为第一构件的栓钉焊接在腹板2的两侧面上，栓钉的直径规格宜选用19毫米和22毫米，栓钉的长度不宜小于4倍栓钉直径，栓钉水平向和竖直向间距不宜小于6倍栓钉直径，且小于或等于200毫米。为了使得每个容腔4中的混凝土8都能够与钢结构柱1紧密地结合，防止凝结后的混凝土8与钢结构柱1分离或沿容腔4长度方向滑动，如图2所示，每个容腔4中至少有一列沿钢结构柱1长度方向排列的第一结构件6。这样，可以保证每个容腔4中的混凝土8均能够与腹板2和翼板3紧密地凝结在一起。优选地，所选用的栓钉为圆柱头螺钉，栓钉的尾部与腹板2表面焊接，栓钉的圆柱头嵌入到混凝土8中而与混凝土8紧密地结合在一起，栓钉应符合现行国家标准《圆柱头焊钉》gb10433的规定。

在本发明的一种预制的钢结构混凝土支承柱中，相邻的两块翼板3的相邻边缘之间连接有多个沿钢结构柱1长度方向排列的第二结构件7；第二结构件7能够将相邻的两块翼板3拉紧，从而使得钢结构柱1的力学性能得以加强；而且，第二结构件7镶嵌在混凝土8中，能够使得混凝土8与钢结构柱1紧密地结合在一起。优选地，所述第二结构件7可以是钢筋，在十字型钢翼板3的边缘内侧靠边缘处焊接钢筋，钢筋直径应大于或等于8毫米，沿十字型钢纵向分为加密区和非加密区，加密区的相邻两根钢筋之间的间距为1/4型钢高度且小于或等于100毫米，非加密区的相邻两根钢筋之间的间距为1/2型钢高度且小于或等于200毫米。如图2所示，第二结构件7被混凝土8包裹，作为一种优选的实施方式，所述第二结构件7位于混凝土8表面以下20至30毫米位置，在翼板3边缘与腹板2围合处浇注混凝土8时，振捣密实并养护，防止此处的混凝土8出现裂纹等缺陷。浇注混凝土8之后，十字型钢混凝土支承柱的横截面呈八边形。焊接在相邻翼板3的相邻边缘处的钢筋宜采用hrb400级热轧钢筋，应符合国家标准《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》gb1499.2的规定。

在焊接栓钉或者钢筋时，一般采用手工焊接的方式进行焊接，优选地，手工焊接用焊条应符合现行国家标准《碳素钢焊条》gb5117或《低合金钢焊条》gb5118的规定。选用的焊条型号应与主体金属强度相适应。自动焊接或半自动焊接应用的焊丝和焊剂，应与主体金属强度相适应。焊丝应符合现行国家标准《熔化焊用钢丝》gb/t14957的规定。

在本发明的一种预制的钢结构混凝土支承柱中，钢结构柱1的容腔4中填充的混凝土8与钢结构柱1紧密地结合从而使得钢结构柱1的承载能力大幅度提高。为了防止混凝土8凝固时发生收缩而与钢结构柱1的容腔4内壁分离，优选地，所述混凝土为微膨胀混凝土，混凝土强度等级不宜小于c30。微膨胀混凝土应符合现行行业标准《补偿收缩混凝土应用技术规程》jgj/t178的有关规定。

本发明的一种预制的钢结构混凝土支承柱用于工程建筑中时，钢结构混凝土支承柱可用于全部结构构件采用型钢混凝土的结构和部分结构构件采用型钢混凝土的结构。此两类结构宜用于框架结构、框架-剪力墙结构、底部大空间剪力墙结构、框架-核心筒结构等结构体系。实验表明，本发明的一种预制的钢结构混凝土支承柱具有良好的变形性能和耗能能力，适用于地震区采用。为了便于本发明的钢结构混凝土支承柱与其他构件的连接，所述钢结构柱1的两端各预留有一段不浇注混凝土8的预留接口，这样，在将本发明的一种预制的钢结构混凝土支承柱的上下两端与其他钢结构件连接好之后，再将两端预留结构处用混凝土8浇注。

在本发明的一种预制的钢结构混凝土支承柱中，十字型钢混凝土柱将混凝土8约束在型钢之间，充分发挥混凝土8的耐压特性，较大提高柱的承载能力，并具有良好的抗震延性和耗能能力，适用于地震区采用。柱截面两个主轴方向截面特性相同，无强弱轴之分。填充混凝土8后型钢裸露的外表面积减少了3/4，减少了用于钢结构防腐和防火的处理面积。由于是填充混凝土8，在未增加柱外包尺寸的情况下，大幅提高了构件的承载力，解决了钢结构柱1稳定性差的问题。

为了便于钢结构柱1与基础连接，如图1所示，钢结构柱1与基础连接的一端设有柱脚底板10，柱脚底板10与基础之间可以采用铰接、刚接连接等方式连接，钢结构混凝土柱与横梁9之间可采用焊接或高强螺栓等强连接。还可以在翼板3与腹板2之间连接横向设置的加筋板11，使得钢结构混凝土柱的强度和刚度更好。钢结构混凝土柱可用于钢筋混凝土梁的结构体系中或型钢混凝土梁结构体系中，也可用于钢梁结构体系中，梁柱节点焊接或螺栓连接均可采用，工厂加工后现场安装，应用范围十分广泛。本发明工业标准化生产程度高，易于实现设计、生产、施工一体化，提高装配式建筑工业化水平。

本发明的一种预制的钢结构混凝土支承柱采用了钢结构柱与混凝土有效结合的构件形式，可以代替传统的型钢混凝土柱、钢筋混凝土柱或单一的钢结构柱，作为竖向传力构件而形成结构体系。本发明的一种预制的钢结构混凝土支承柱承载力较高，与普通钢筋混凝土柱比较，采用同样横截面的钢结构混凝土支承柱可以使室内增加3％～5％的使用面积。本发明的一种预制的钢结构混凝土支承柱减小了钢结构的裸露面积，从而减少了防腐、防火的材料。生产加工、运输、吊装均很好的契合国家大力推广装配式建筑的方针，可切实的节约能源、减少污染，缩短工期，提升工程质量。本发明的一种预制的钢结构混凝土支承柱高效结合了钢结构与混凝土两种材料特性，以较小的截面尺寸达到较高的承载效率；简化了加工过程中的繁复的钢筋绑扎、模板支护的工作，可以更好的控制产品的质量；并且解决了普通预制钢筋混凝土柱施工中连接节点施工困难、质量难控的问题。跟传统的型钢混凝土柱比较，保留了承载力高、刚度大、良好的延性和耗能能力，减少了绑扎钢筋和支护模板的工序，实现了工厂化加工、现场拼装的装配式建筑要求。

与本发明的一种预制的钢结构混凝土支承柱相应地，本发明还提供一种预制的钢结构混凝土支承柱的施工方法，用于制造上述技术方案所述的预制的钢结构混凝土支承柱，包括如下步骤：

1)在至少其中一块腹板2的两侧面连接多个沿钢结构柱1长度方向排列的第一结构件6；在各相邻的两块翼板3的相邻边缘之间连接有多个沿钢结构柱1长度方向排列的第二结构件7；

2)清理钢结构柱1各容腔4内壁上的异物，把各容腔4清理干净；除锈方法一般采用喷砂或抛丸除锈，除锈质量等级要求达到sa2.5级标准；

3)将钢结构柱1卧放使其中一个容腔4的开口5朝上，在开口5朝上的容腔4中浇注混凝土8；

4)待已浇注的混凝土8凝结之后，将钢结构柱1翻转而使另一个容腔4的开口5朝上，并在该容腔4中浇注混凝土8；按此步骤完成在所有容腔4中浇注混凝土8。

本发明的一种预制的钢结构混凝土支承柱可以在工厂内或者施工现场预制而成，预制构件加工方便，将钢结构柱1水平横放即可在其容腔4中浇注混凝土8，无需模板或仅使用少量模板就可以进行混凝土8浇注作业。

作为一种优选的实施方式，在所述步骤4)中，当已浇注的混凝土8凝结达到额定强度的70％以上时，将钢结构柱1翻转(翻转90度即可)而使另一个容腔4开口5朝上。钢结构柱1经3次翻转即可完成整根钢结构柱的混凝土浇注。仅需少量的绑扎钢筋和支护模板(甚至不需要绑扎钢筋和支护模板)，便于施工，降低成本。

本发明的一种预制的钢结构混凝土支承柱采用十字型钢翼板与腹板围合的容腔填充混凝土，是在国家大力推广装配式建筑的倡导下，为实现部品部件商品化生产，满足社会化生产体制的需要，补充现有体系的不足，积极研发出来的。由上述实施例的技术方案可见，本发明的一种预制的钢结构混凝土支承柱及其施工方法，能够方便地预制具有重载负荷能力的支承柱，结构简单，施工方便，节约空间。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。