一种中空夹层钢管混凝土巨型柱的制作方法

本实用新型涉及建筑技术领域，具体为一种中空夹层钢管混凝土巨型柱。

背景技术：

随着建筑功能趋向于多样化和综合化发展，世界高层建筑发展的趋势是竞相推出高度超过500m的超高层建筑和满足一些特殊功能的高层建筑的巨形结构。巨型框架结构已成为适应超高层建筑发展的一种新型高效抗侧力体系。它由作为主结构的巨型框架结构和作为次结构的楼层框架组成。巨型框架为主要抗侧力体系，楼层框架仅起到辅助作用和大震下的耗能作用，并负责将楼面竖向荷载传递给主框架。由于次结构的柱距小、荷载小，因而其梁、柱断面可以做得很小，有利于楼面的合理使用。由此可见，巨型结构是一种具有巨大侧向刚度及整体工作性能的大型结构体系。

巨型柱作为巨型框架结构竖向构件，其承受着巨大的竖向荷载和地震、风等侧向荷载作用，巨型柱具有良好的抗拉压弯和抗剪扭能力，巨型柱由于其自身的优点及特点，已越来越被人们重视，并越来越多地应用于工程实际。目前工程中普遍采用的型钢混凝土巨型柱和钢管混凝土巨型柱有如下技术不足之处：1.巨型柱截面尺寸大，若采用钢骨混凝土结构，根据相关试验结论，柱内各孤立的钢骨间必须采取全高的强连接方式，避免出现类似格构柱的分离式的布置，确保柱的整体延性，由此将产生大量箍筋绑扎、模板支护工作，不便施工；2.钢管混凝土巨型柱由于截面形式的特点，截面靠近形心部位的混凝土并不能提供多少抗弯刚度，其抗弯刚度和抗弯承载力较低，同时钢管混凝土巨型柱节点施工复杂，限制了其应用。

因此，研发一种经济实用，施工方便的中空夹层钢管混凝土巨型柱结构形式具有十分重要的实践意义和社会经济价值。

技术实现要素：

本实用新型解决了现有技术的不足而提供了一种承载力高、抗震性能好、抗侧刚度大的中空夹层钢管混凝土巨型柱，本实用新型受理合理、自重轻、施工方便，既解决了钢管约束效果不足的问题，又可大大减少钢管壁厚、避免厚钢板焊接时的困难，同时还解决了巨型结构垂直交通的难题，适用于高层建筑结构。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种中空夹层钢管混凝土巨型柱，包括内矩形钢管柱、同轴安装在内矩形钢管柱外侧的外矩形钢管柱以及浇筑在内、外矩形钢管柱之间夹层内的高强混凝土，所述内、外矩形钢管柱之间的夹层内安装有钢筋笼，所述钢筋笼内外两侧分别与内矩形钢管柱和外矩形钢管柱固定，通过所述钢筋笼将内、外矩形钢管柱两者相对的面以及外矩形钢管柱相对的面固定连接，所述内、外矩形钢管柱之间的夹层内预埋有管线，所述内矩形钢管柱内中空部位设置有电梯和/或楼梯，所述钢筋笼为双向对拉箍筋笼，所述双向对拉箍筋笼包括多根沿高度方向布设、起定位作用的定位纵筋和固定在定位纵筋上横向布设双向对拉箍筋，所述双向对拉箍筋在定位纵筋上沿定位纵筋延伸方向、以一定间距布设有多层，所述双向对拉箍筋的两端分别固定在内、外矩形钢管柱相对面以及外矩形钢管柱相对面，所述双向对拉箍筋的中部固定在定位纵筋上。

进一步的，所述双向对拉箍筋的直径大于定位纵筋的直径。

进一步的，处于同一层所述双向对拉箍筋在水平方向布置间距与相邻层的双向对拉箍筋纵向布置间距相同。

进一步的，所述高强混凝土强度不低于c60。

进一步的，所述外矩形钢管柱由普通钢板构件和弯钩钢板构件组装而成，所述弯钩钢板构件包括钢板构件和固定在钢板构件内侧的弯钩，所述普通钢板构件焊接在所述双向对拉箍筋笼上，所述双向对拉箍筋笼与弯钩钢板构件连接处设有与弯钩位置对应横向布设的横向钢筋，所述横向钢筋焊接在双向对拉箍筋的端部，将处于同一层的同一方向布设的双向对拉箍筋连接成一整体，所述弯钩钢板构件在双向对拉箍筋笼上预设的安装位置为焊接施工活动区域，所述焊接施工活动区域方便工人对普通钢板构件与双向对拉箍筋笼进行焊接活动，在普通钢板构件焊接完成后，所述弯钩钢板构件通过弯钩挂装固定在所述双向对拉箍筋笼上，并且所述弯钩钢板构件与双向对拉箍筋笼外侧相切。

进一步的，所述弯钩钢板构件在弯钩处与横向钢筋对应的位置设有塞焊槽，所述弯钩钢板构件挂装在双向对拉箍筋笼的横线钢筋上后，再塞焊在双向对拉箍筋笼上。

进一步的，所述双向对拉箍筋两端弯折，并且所述双向对拉箍筋的弯折部分与内、外矩形钢管柱的内壁相切连接，连接处与内、外矩形钢管柱焊接。

进一步的，所述弯钩钢板构件内侧设有多组弯钩，每一组所述弯钩的位置与双向对拉箍筋笼上每一层双向对拉箍筋相对应，每组弯钩包括沿横向钢筋布设的多个弯钩。

进一步的，所述楼梯为预制装配式楼梯或整体现浇式钢筋混凝土楼梯。

采用上述技术方案后，本实用新型具有以下优点：

1.截面开展，结构整体刚度大。

由矩形截面梁的截面刚度ei＝ebh³/12中可知，截面刚度与截面高度的三次方成正比。中空夹层钢管混凝土巨型柱由于中空开展，在同等自重的情况下，巨型构件的截面尺寸比常规构件大得多，因此其刚度必然比普通结构的刚度大很多。

2.侧向刚度大，且沿高度分布均匀，传力途径明确，是一种理想的抗侧力结构体系。

3.体系灵活多样，有利于抗震。

巨型结构是一种大体系，巨型柱可以在不规则的建筑中，与不同的结构单元组成规则的巨型结构，巨型结构体系每个构件具有不同的抗震设防标准，形成多道防线，对抗震有利。在可能的情况下，还可以在结构上安装其它的主动耗能装置以保证结构的安全。

4.能够充分利用巨型柱内部的空间解决巨型结构的垂直交通，在巨型柱内部安装电梯或楼梯，有效地提高了建筑的使用面积，建筑物中可以布置大空间或空中台地或大门洞，给房间布置的灵活性创造了有利条件。

5.施工进度快。

巨型结构体系可先施工其主结构，待巨型柱完成后，分开各个工作面同时施工次结构，大大缩短了施工周期。

6.具有更大的稳定性和更高的效能。

本实用新型与钢管混凝土柱相比，中空夹层钢管混凝土巨型柱由于截面开展，在同等自重情况下，其抗弯刚度比较大。在合理的设计情况下，采用相同尺寸的外矩形钢管柱，中空夹层钢管混凝土巨型柱的承载力不低于相应的实心钢管混凝土，且具有和实心钢管混凝土类似的力学性能。实心钢管混凝土的钢管位于截面外围，在火灾作用下易丧失其稳定承载力，而中空夹层钢管混凝土巨型柱由于混凝土对内管的包裹作用，内管受到很好的保护作用，能在较长时间内不丧失其稳定承载能力。

本实用新型与剪力墙核心筒相比，中空夹层钢管混凝土巨型柱由于钢管和双向双向对拉箍筋对混凝土的约束作用，使核心混凝土处于三向受压状态，可以增加巨型柱的刚度和抗侧力；内填高强混凝土和双向对拉箍筋可以防止局部屈曲，使得变形减小，从而增强了钢管的稳定性和延性。因此与剪力墙核心筒相比，巨型柱的抗侧能力、塑性变形能力、延性和抗震性能都较为优越。巨型柱的优越性还在于可以争取尽量宽敞的实用空间，使各种辅助服务性空间向平面的中央集中，达到办公区域灵活划分，内部交通便捷的效果。

综上所述，本实用新型承载力高、滞回性能好、抗侧刚度大、延性好、受力合理、施工方便、自重轻的中空夹层钢管混凝土巨型柱，既弥补了钢管约束效果不足的缺陷，又可大大减少钢管壁厚、避免厚钢板焊接时的困难，同时还解决了巨型结构垂直交通的难题，适用于高层建筑结构。

附图说明

图1是本实用新型巨型柱和巨型梁的结构示意图。

图2是本实用新型巨型柱应用在高层建筑上的结构示意图。

图3是本实用新型巨型柱应用在高层建筑上的外部结构示意图。

图4是本实用新型巨型柱的剖面结构示意图。

图5是本实用新型内矩形钢管柱的立体图。

图6是本实用新型弯钩钢板构件的结构示意图。

图7是本实用新型钢筋笼的结构示意图。

图中：1.内矩形钢管柱、2.外矩形钢管柱、3.双向对拉箍筋、4.高强混凝土、5.普通钢板构件、6.弯钩钢板构件、7.弯钩、8.定位纵筋、9.巨型柱、10.巨型梁、11.电梯、12.楼梯、13.门洞。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合附图及实施实例，对实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

如附图1至图7，高层建筑中包含巨型柱9和巨型梁10，本例中巨型柱9采用中空夹层钢管混凝土巨型柱，包括由直钢板组装焊接而成的内矩形钢管柱1和外矩形钢管柱2、电梯11、楼梯12和门洞13，内矩形钢管柱1与外矩形钢管柱2之间的中空夹层内置有双向对拉箍筋3，并浇筑有高强混凝土4。

所述内矩形钢管柱1和外矩形钢管柱2采用q345级钢板，然后将两个大小不同的矩形钢管同心放置，内、外矩形钢管柱之间浇筑高强混凝土。

制作双向对拉箍筋3采用的双向对拉箍筋为hpb235，所述双向对拉箍筋笼包括多根沿高度方向布设、起定位作用的定位纵筋8和固定在定位纵筋上横向布设双向对拉箍筋3，所述双向对拉箍筋3在定位纵筋8上沿定位纵筋8延伸方向、以一定间距布设有多层，所述双向对拉箍筋3的两端分别固定在内、外钢管柱相对面以及外钢管柱相对面上，所述双向对拉箍筋3的中部固定在定位纵筋8上，所述双向对拉箍筋笼与弯钩钢板构件6连接处设有与弯钩位置对应横向布设的横向钢筋9，所述横向钢筋9焊接在双向对拉箍筋的端部，将处于同一层的同一方向布设的双向对拉箍筋连接成一整体，

为了提高焊接强度，双向对拉箍筋两端弯折，并与矩形钢管内壁相切套设，然后通过焊接固定在内矩形钢管柱1和外矩形钢管柱2内壁，弯折处可以增加焊接面积及提高焊接强度，双向对拉箍筋垂直相交处采用点焊连接，双向对拉箍筋沿矩形钢管长度与高度方向等间距排列，双向对拉箍筋可以提高矩形钢管对核心混凝土的有效侧向约束和提高钢管的稳定性。

所述高强混凝土的强度不低于c60。

中空夹层钢管混凝土巨型柱的施工方法，包括以下步骤：

1)根据实际施工情况确定内矩形钢管柱、外矩形钢管柱、双向对拉箍筋笼的尺寸，组装内矩形钢管柱和双向对拉箍筋笼，准备用于组装外矩形钢管柱的普通钢板构件和弯钩钢板构件，所述弯钩钢板构件包括钢板构件和固定在钢板构件内侧的多组弯钩，每组弯钩的间距与双向对拉箍筋笼上双向双向对拉箍筋轴向间距相匹配，所述弯钩钢板构件在弯钩处与横向钢筋对应的位置还开设有多个塞焊槽；

2)将双向对拉箍筋笼、内矩形钢管柱、普通钢板构件和弯钩钢板构件，运送到现场；在施工地面划出定位基准线；

3)将内矩形钢管柱固定在底板或基础后，把双向对拉箍筋笼从上往下套在内矩形钢管柱外侧，然后将双向对拉箍筋笼内侧与内矩形钢管柱的外壁焊接固定；

4)将普通钢板构件同底板或基础相连接后，利用弯钩钢板构件在双向对拉箍筋笼上对应安装位置形成的焊接施工活动区域，将普通钢板构件焊接在双向对拉箍筋笼外侧，然后将弯钩钢板构件通过多组弯钩挂装在所述双向对拉箍筋笼后，再通过塞焊槽塞焊在双向对拉箍筋笼上，将弯钩钢板构件的底部与底板或基础固定，最后将相邻普通钢板构件、将弯钩钢板构件焊接组装，使得内矩形钢管柱和外矩形钢管柱之间形成有内置双向对拉箍筋笼的中空夹层钢管混凝土巨型柱巨型柱；

5)然后在在内矩形钢管柱1和外矩形钢管柱2之间浇筑高强混凝土4；

6)当浇筑完高强混凝土后，在巨型柱内部空间安装电梯11和楼梯12，所述楼梯为预制装配式楼梯或整体现浇式钢筋混凝土楼梯。

此外，需要说明的是，本专利不局限于上述实施方式，只要其零件未说明具体尺寸或形状的，则该零件可以为与其结构相适应的任何尺寸或形状，且不论在其材料构成上作任何变化，凡是采用本实用新型所提供的结构设计，都是本实用新型的一种变形，均应认为在本实用新型保护范围之内。