一种装配式建筑用钢结构支撑立柱及其施工方法与流程

本发明涉及装配式建筑技术领域，具体涉及一种装配式建筑用钢结构支撑立柱及其施工方法。

背景技术：

随着现代工业技术的发展，建造房屋可以像机器生产那样，成批成套地制造。只要把预制好的房屋构件，运到工地装配起来就成了。装配式建筑在20世纪初就开始引起人们的兴趣，到六十年代终于实现。英、法、苏联等国首先作了尝试。由于装配式建筑的建造速度快，而且生产成本较低，迅速在世界各地推广开来，例如钢结构装配式建筑，该种装配式建筑采用了大量的钢结构进行施工，从目前钢材市场价格趋势来看，传统人工费用不断增高，钢材价格走低，钢结构住宅的造价将有望进一步降低，同时这种施工方式采用的也是工厂生产，现场装配，施工效率也相对较高，但是相比于传统的施工相比，由建筑的支撑是依靠于钢结构自身的强度，并且预制生产，采用的是类似商品生产的模式，其自身的强度受到多因素的影响，例如材料本身，生产工艺等等。

技术实现要素：

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种装配式建筑用钢结构支撑立柱及其施工方法，利用钢结构与混凝土的结合，以提高其自身的强度。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种装配式建筑用钢结构支撑立柱，包括由四个侧面围成的内方柱和嵌套在所述内方柱外侧的外方柱，所述内方柱的四个侧面与所述外方柱对应的四个侧面相平行设置，所述内方柱的上下两端与所述外方柱的上下两端相齐平，所述内方柱与所述外方柱对应的前后两对侧面上分别开设有对应的第一圆孔，所述内方柱与所述外方柱对应的左右两对侧面上、位于两两相邻的第一圆孔之间分别开设有第二圆孔，每个侧面上的圆孔沿长度方向均匀分布；每四个对应的第一圆孔内均设有对拉单元，每四个对应的第二圆孔内均设有对拉单元；所述内方柱内与所述外方柱之间均填充有素混凝土。

优选地，所述对拉单元包括螺纹柱、对称嵌套在所述螺纹柱上的两个定位柱以及螺纹装配在两个所述定位柱上的套筒，所述套筒的外廓具有两个面积相同的圆环底面和两端与该两个圆环底面相连的环形侧面，该环形侧面呈两端扩口、中间收口状，所述套筒的圆环底面的外直径与所述圆孔的内径相同，所述套筒内的中部开设有与所述定位柱螺纹装配的内螺纹；所述套筒的一端抵紧在所述内方柱的内壁上，所述套筒的另一端螺纹连接有第一螺母，所述第一螺母抵紧在所述外方柱的外壁上。

优选地，所述套筒的一端圆环底面向外周侧延伸为用于抵紧在所述内方柱内壁上的凸缘套，所述套筒的另一端圆环底面外周侧设有外螺纹，形成外螺纹套。

优选地，所述外螺纹套内嵌套有密封套，所述密封套通过螺纹装配在所述螺纹柱上的第二螺母抵紧在所述套筒上。

优选地，所述密封套、所述套筒以及所述螺纹柱的材质为合金。

优选地，所述定位柱的中心位置处开设有供所述螺纹柱穿过的定位孔，所述定位柱上还开设有若干个均匀分布的注浆槽，所述定位孔内固定设置有橡胶圈。

优选地，所述内方柱与所述外方柱均为方形的钢管。

一种装配式建筑用钢结构支撑立柱的施工方法，具体包括如下步骤：

s1：预制好满足施工强度的外方柱和内方柱，并根据外方柱和内方柱的实际长度开设相应数量的圆孔，并将外方柱嵌套在内方柱上；

s2：将定位柱安装在套筒的中部，以备后续使用；

s3：在位于外方柱上下两端的八个圆孔内插入步骤s2中的套筒，其中套筒的凸缘套抵紧在内方柱的内壁上，并通过螺纹装配在外螺纹套上的第一螺母将套筒固定，同时通过尺子测量内方柱与外方柱之间的间隙，保证内方柱的四个侧面到外方柱的四个侧面的距离相同；

s4：待步骤s3完成后，即可进行其余的套筒的安装，其安装方式同s3；待所有的圆孔内均安装完套筒后，在相对的两个套筒内插入螺纹柱，并从螺纹柱的两端嵌套上密封套，最后在螺纹柱的两端螺纹装配上第二螺母将螺纹柱固定，在固定螺纹柱的过程中需保证螺纹柱的两端凸出于外方柱的长度相同；

s5：待s4完成后，将安装固定好的内方柱与外方柱竖立起来，并通过木板将外方柱的底部封堵住，然后从外方柱的顶端浇筑素混凝土，并通过振动棒对素混凝土进行振动；

s6：待振动棒振动结束后，保持外方柱的位置固定不动，将其放置一段时间等待素混凝土固化，待素混凝土固化完成后，将少量泄露出的素混凝土清理掉，最后再将用于封堵的木板去除即可完成整个施工。

优选地，步骤s5中素混凝土采用分层式浇筑，即将素混凝土的浇筑分成多次完成，在素混凝土的每次浇筑时均使用振动棒振动。

本发明的有益效果在于：

(1)利用外方柱与内方柱的结合，大大提高了该支撑立柱的自身强度，其中内方柱的设置，相当于在外方柱内内置一个加强筋，当外方柱起到竖直支撑时，其能够与外方柱一起承载竖向，当外方柱起到横梁作用时，其能够提高外方柱的抗弯强度；同时通过在内方柱和外方柱内浇筑素混凝土，使得外方柱与内方柱形成有效的，进一步的提高了承载能力；

(2)对拉单元的设置一方面使得内方柱能够稳定的固定在外方柱内，使得二者形成有效的连接；一方面利用空间垂直的螺纹柱，使得在外方柱和内方柱内形成空间网状支撑，大大提高了承载能力，使得该支撑立柱在抗压和抗弯强度上得到大大的提高；另一方面利用空间垂直的螺纹柱与素混凝土的结合，使得这些螺纹柱与素混凝土形成钢筋混凝土的结构，进一步提高了该支撑柱的支撑强度；

(3)套筒采用两端扩口、中间收口的结构，并与定位柱相结合，一方面使得素混凝土能够进入待套筒的内部，使得内方柱的内的素混凝土延伸到外方柱的侧壁处，使得内方柱内素混凝土形成多个延伸到外方柱处的凸点，提高了内方柱与外方柱的有效连接，进而进一步提高整体的强度；另一方面使得素混凝土能够通过套筒的外周壁进入圆孔内，使得外方柱内的素混凝土形成进入圆孔内的凸点，提高使得素混凝土与外方柱、素混凝土与内方柱的连接强度；此外套筒采用两端扩口、中间收口的结构使得素混凝土在套筒的外周壁形成具有中间收口两端扩口的孔洞，在套筒的内部形成中间收口两端扩口的混凝土柱，进而使得套筒的轴向自由度得到限制，使得该支撑柱的内部支撑性能得到提高；

(4)通过本发明的施工方法获得的支撑立柱，使得素混凝土与钢结构有效结合，并利用对拉单元实现了钢结构自身强度的提高，也实现素混凝土自身强度的提高以及素混凝土与钢结构之间的连接强度的提高，最终使得该支撑立柱的承载能力得到极大的提高，同时该支撑立柱采用预制生产，具有生产效率高，施工强度低的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种装配式建筑用钢结构支撑立柱的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种装配式建筑用钢结构支撑立柱的主视图(部分去掉对拉单元显示)；

图3为本发明实施例提供的一种装配式建筑用钢结构支撑立柱的俯视图；

图4为图2中a-a向的剖视图；

图5为图3中b-b向的剖视图；

图6为对拉单元的结构示意图；

图7为图6的爆炸图；

图8为套筒的剖视图；

图9为定位柱的结构示意图。

附图标记说明：1-外方柱、2-内方柱、3-对拉单元、31-螺纹柱、32-套筒、321-凸缘套、322-外螺纹套、323-内螺纹孔、33-定位柱、331-定位孔、332-注浆槽、34-密封套、35-第一螺母、36-第二螺母、4-素混凝土、5-第一圆孔、6-第二圆孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图9所示，一种装配式建筑用钢结构支撑立柱，包括由四个侧面围成的内方柱2和嵌套在内方柱2外侧的外方柱1，内方柱2与外方柱1均为方形的钢管，并采用q345钢材进行制作，内方柱2的四个侧面对应的与外方柱1的四个侧面相平行设置，并且内方柱2位于外方柱1的中心，即内方柱2的四个侧面到外方柱1的四个侧面的距离相同，内方柱2的上下两端与外方柱1的上下两端相齐平，即二者的长度相同，如图2所示，内方柱2与外方柱1对应的前后两对侧面上分别开设有对应的第一圆孔5，内方柱2与外方柱1对应的左右两对侧面上、位于两两相邻的第一圆孔5之间分别开设有第二圆孔6，每个侧面上的圆孔沿长度方向均匀分布；每四个对应的第一圆孔5内均设有对拉单元3，每四个对应的第二圆孔6内均设有对拉单元3，并且每四个对应的第一圆孔5均同轴线，每四个对应的第二圆孔6也均同轴线，进而这些轴线形成空间垂直的位置关系，内方柱2内、内方柱2与外方柱1之间填充有素混凝土4。

进一步的，对拉单元3包括螺纹柱31、对称嵌套在螺纹柱31上的两个定位柱33以及螺纹装配在两个定位柱33上的套筒32，其中螺纹柱31的两端通过圆孔穿出外方柱1，套筒32的外廓具有两个面积相同的圆环底面和两端与该两个圆环底面相连的环形侧面，该环形侧面呈两端扩口、中间收口状，套筒32的圆环底面的外直径与圆孔的内径相同，内方柱2的一个内侧壁到外方柱1对应的外侧壁之间的距离等于套筒32的长度(如图4所示)，套筒32内的中部开设有与定位柱33螺纹装配的内螺纹；套筒32的一端抵紧在内方柱2的内壁上，该端部的圆环底面向外周侧延伸形成用于抵紧在内方柱2内壁上的凸缘套321，套筒32的另一端圆环底面为外螺纹套322，并通过螺纹连接有第一螺母35，第一螺母35抵紧在外方柱1的外壁上，其中外螺纹套322的外径与套筒32的圆环底面的外直径相同，凸缘套321与外螺纹套322的内径均与套筒32的圆环底面的内直径相同。其中套筒32与圆孔采用小间隙配合，其配合的公差可选择h6/f5，在实际使用中不要求套筒32与圆孔绝对的密封，允许其具有微量的泄露。

进一步的，外螺纹套322内嵌套有密封套34，密封套34通过螺纹装配在螺纹柱31上的第二螺母36抵紧在套筒32上，在装配的过程中，密封套34与外螺纹套322采用小间隙配合，其配合的公差可选择h6/f5，在实际使用中不要求密封套34绝对的密封，允许其具有微量的泄露。

进一步的，密封套34、套筒32以及螺纹柱31的材质为q345钢材。

如图9所示，定位柱33的中心位置处开设有供螺纹柱31穿过的定位孔331，定位柱331上还开设有若干个均匀分布的注浆槽332，本申请对注浆槽332的具体形状不做限定，只要其能够保证素混凝土4能够流过即可，定位孔331内固定设置有橡胶圈，当螺纹柱31插入时，橡胶圈贴紧在螺纹柱31上，定位柱33的设置一方面使得素混凝土4能够在套筒32内流动，另一方面实现螺纹柱31的定位，同时橡胶圈的设置在提供一定支撑的同时允许螺纹柱31利用橡胶圈自身的弹性进行部分的偏移，以补偿螺纹柱31自身同轴度上的误差。

如图2和3所示，对拉单元3一方面使得内方柱2能够稳定的固定在外方柱1内，使得内方柱2与外方柱1形成稳定的连接；一方面利用空间垂直的螺纹柱31，使得对拉单元3在外方柱1和内方柱2内形成空间网状支撑，形成空间分布的加强筋，进一步的提高了内方柱2与外方柱1的承载能力；

如图4和图5所示，在浇筑素混凝土4后，素混凝土4在内方柱2和外方柱1内分别形成混凝土柱，而对拉单元3的设置，使得其与素混凝土4形成类似钢筋混凝土的结构，进而提高了素混凝土4的强度，同时对拉单元3也使得内方柱2内的素混凝土4与外方柱1内的素混凝土4形成有效连接，避免了素混凝土4单独的分布在内方柱2与外方柱1内；

进一步的，如图4和图5所示，还可以看出，一方面利用套筒32的两端扩口、中间收口的结构(如图8所示)，使得内方柱2内的素混凝土能够流入套筒32内，并延伸至密封套34处，使得内方柱2内的素混凝土4形成多个延伸到外方柱1内的凸点，提高了素混凝土4与内方柱2和外方柱1的连接性；另一方面外方柱1内的素混凝土4利用套筒32的两端扩口、中间收口的结构能够流入内方柱2与外方柱1侧壁上的圆孔内，进而外方柱1内的素混凝土4形成多个延伸到内方柱2和外方柱1内的凸点，提高了内方柱2和外方柱1的连接性；此外素混凝土4在套筒32的外周壁形成具有中间收口两端扩口的孔洞，在套筒32的内部形成中间收口两端扩口的混凝土柱，进而使得套筒32的轴向自由度得到限制，进而也限制了整个对拉单元3的轴向位移，使得其更加稳定，保证了内方柱2、外方柱1以及素混凝土4三者之间的有效连接和三者的稳定性，使得形成的支撑立柱具有更优的承载能力。

一种装配式建筑用钢结构支撑立柱的施工方法，具体包括如下步骤：

s1：预制好满足施工强度的外方柱1和内方柱2，并根据外方柱1和内方柱2的实际长度开设相应数量的圆孔，在同一个侧面上的圆孔等距排列，并将外方柱1嵌套在内方柱2上；

s2：将定位柱33安装在套筒32的中部，以备后续使用；

s3：在位于外方柱1上下两端的八个圆孔内插入步骤s2中的套筒32，其中套筒32的凸缘套321抵紧在内方柱2的内壁上，并通过螺纹装配在外螺纹套322上的第一螺母35将套筒32固定，同时通过尺子测量内方柱2与外方柱1之间的间隙，保证内方柱2的四个侧面到外方柱1的四个侧面的距离相同，即保证内方柱2位于外方柱1内部的中心；

s4：待步骤s3完成后，即可进行其余的套筒32的安装，其安装方式同s3；待所有的圆孔内均安装完套筒32后，在相对的两个套筒32内插入螺纹柱31，并从螺纹柱31的两端嵌套上密封套34，最后在螺纹柱31的两端螺纹装配上第二螺母36将螺纹柱31固定，在固定螺纹柱31的过程中需保证螺纹柱31的两端凸出于外方柱1的长度相同；

s5：待s4完成后，将安装固定好的内方柱2与外方柱1竖立起来，并通过木板将外方柱1的底部封堵住，然后从外方柱1的顶端浇筑素混凝土4，并通过振动棒对素混凝土4进行振动；此外素混凝土4也可采用分层式浇筑，进一步提高素混凝土的均匀性，即将素混凝土4的浇筑分成多次完成，每次浇筑的间隔时间不宜过长，以防止素混凝土4产生部分的固化，在素混凝土4的每次浇筑时均使用振动棒振动，其中振动棒为现有施工中经常使用的振动装置；

s6：待振动棒振动结束后，保持外方柱1的位置固定不动，将其放置一段时间等待素混凝土4固化，在螺纹柱31与第二螺母36的连接处、密封套34与套筒32的连接处以及第一螺母35与外方柱1侧壁的连接处均有可能产生少量的泄露，因此待素混凝土4固化完成后，需将泄露处的素混凝土4清理掉，最后再将用于封堵的木板去除即可完成整个施工。

本发明通过对拉单元的设置，并在内方柱与外方柱之间形成稳定的空间之间结构，使得外方柱与内方柱形成有效的连接，同时与素混凝土形成钢筋混凝土的结构，提高了素混凝土的强度，同时提高素混凝土与内方柱和外方柱连接性，内方柱、外方柱以及素混凝土三者之间的有效连接和三者的稳定性，使得形成的支撑立柱具有更优的承载能力。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。