一种型钢和混凝土组合结构柱的制作方法

本实用新型涉及型钢混凝土技术领域，更具体地说，涉及一种型钢和混凝土组合结构柱。

背景技术：

随着建筑的发展，单纯的钢筋混凝土结构体系或钢结构体系已无法满足建筑使用功能的需要，在高层建筑、大跨度工业厂房中，钢结构体系相比混凝土结构具有自重轻，施工速度快，节能环保效果好等优点，但是不足之处表现在耐火性能差，造价相比混凝土结构每平米增加约10％～20％左右，在上部荷载较大的情况下刚度不易满足等缺点。因此如何设计一种新型结构体系，能同时具备钢结构与混凝土结构的优点，是工程建设过程中亟待解决的问题。

经检索，关于混凝土和型钢混合技术的研究已有大量专利公开，如中国专利申请号：2018205304577，发明创造名称为：一种型钢混凝土组合桩，该申请案公开了一种型钢混凝土组合桩，包括钢柱围框、钢筋混凝土柱和紧固件；钢柱围框设有h型钢柱和2个u型钢柱；以h型钢柱的腹板所处纵向平面作为基准，2个u型钢柱左右对称嵌合于h型钢柱中且分列h型钢柱的腹板两侧，2个u型钢柱两侧板通过紧固件与h型钢柱两侧板固定连接；钢筋混凝土柱包括含有起加强作用的若干竖向钢筋及包裹各竖向钢筋的混凝土浇筑柱；钢筋混凝土柱由钢柱围框包围，钢筋混凝土柱通过预埋紧固件与h型钢柱两侧板固定连接。

又如中国专利申请号：2018210747397，发明创造名称为：一种型钢混凝土柱，该申请案公开了一种型钢混凝土柱，包括型钢柱体，型钢柱体包括四片型钢翼缘板、竖直设置且横截面呈“十”字形状设置以用于将四片型钢翼缘板固定在一起的型钢腹板以及多片设置于四片型钢翼缘板内的加劲板，型钢腹板由四片型钢面板组合形成；底板，底板固定于型钢柱体下端以用于加固型钢柱体与承台的连接强度；连接板组，连接板组设置有多组，且各组连接板组均包括两片对称设置的连接板，各组连接板组内的两片连接板相向的一面与各片型钢面板的两个侧面固定在一起；混凝土主体，混凝土主体包覆在型钢柱体外，该申请案具有无需对型钢腹板整体加厚即可确保型钢混凝土柱的整体强度的效果。以上申请案均涉及对型钢和混凝土进行组合的优化设计，但仍具有一定的优化空间，行业内对型钢混凝土的技术研究也从未停止。

技术实现要素：

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型的目的在于克服现有技术中建筑结构体系难以同时具备钢结构和混凝土结构优势的问题，拟提供一种型钢和混凝土组合结构柱，能够充分利用钢和混凝土两种材料的优势，让两种材料协同受力，从而有效减少结构构件的截面尺寸，节约成本，增强建筑刚度，提高安全性能，满足建筑使用功能要求。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种型钢和混凝土组合结构柱，包括型钢和包裹于型钢外侧的混凝土，还包括均匀间隔环绕设置于型钢外侧四周的主筋，主筋沿型钢高度方向纵向延伸，且沿主筋的高度方向上，间隔设置有多层环绕于主筋外侧的边缘箍筋，每一层边缘箍筋均将四周主筋环绕在内，且每一层边缘箍筋均围成封闭的框架；型钢外缘上还设置有模板固定架，模板固定架包括挡板，挡板前方设有前端支架，挡板后方设置有至少两根固定螺栓，模板固定架通过前端支架与型钢外缘相连，固定螺栓则朝向主筋外侧延伸。

更进一步地，型钢为十字形型钢，包括中间呈十字形分布的四块腹板，每个腹板的外缘均设有翼缘板，模板固定架前端即与翼缘板相连。

更进一步地，还包括连接箍筋，每一层边缘箍筋围成的框架上，相对两侧的边缘箍筋之间均设置有连接箍筋，连接箍筋的两端设有拉钩部，用于钩在两侧的边缘箍筋上并连接。

更进一步地，模板固定架的前端支架包括呈t字形分布的支架梁和支架杆，支架梁一侧与型钢边缘相连，支架杆端部与挡板相连。

更进一步地，还包括对拉螺栓，型钢每侧的翼缘板外侧均上下平行设置有至少两根对拉螺栓，对拉螺栓的长度延伸至超出混凝土外周的模板两端。

更进一步地，每块翼缘板的外侧均匀间隔设置有多个抗剪栓钉。

更进一步地，支架梁与翼缘板焊接固连。

更进一步地，边缘箍筋与主筋焊接固连。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本实用新型的一种型钢和混凝土组合结构柱，在型钢结构外面包裹一层钢筋混凝土外壳形成型钢混凝土组合结构，将十字型钢柱位于型钢混凝土柱中心，核心部分为型钢构件，并在型钢外侧配置适当的纵向受力钢筋，并配以适当的钢筋箍筋加以约束，使得整体设计上不受含钢率限制，型钢混凝土结构的整体刚度和构件承载能力明显提高，既可以减小构件截面，又可以增加使用面积和层高，其经济效益显著。

(2)本实用新型的一种型钢和混凝土组合结构柱，采用模板固定架将模板和结构钢筋拉紧，实现整体加固，经实践完全满足模板加固要求，并且不会对主体结构造成任何负面影响。

(3)本实用新型的一种型钢和混凝土组合结构柱，因周围混凝土的约束，型钢受压失稳的弱点得到了克服；由于型钢的设置其延性比钢筋混凝土结构有明显提高，呈现出较好的抗震性能；型钢外包裹的混凝土具有抵抗有害介质侵蚀，防止钢材锈蚀等作用，使得型钢混凝土组合结构具有良好的耐久性和耐火性。

附图说明

图1为本实用新型的一种型钢和混凝土组合结构柱的俯视结构示意图；

图2为本实用新型中模板固定架的结构示意图。

示意图中的标号说明：

110、腹板；120、翼缘板；201、主筋；202、边缘箍筋；203、连接箍筋；204、对拉螺栓；205、模板；206、方木；207、钢管架；210、模板固定架；211、挡板；212、固定螺栓；213、支架杆；214、支架梁；300、混凝土。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图对本实用新型作详细描述。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合实施例对本实用新型作进一步的描述。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例的一种型钢和混凝土组合结构柱，包括型钢和包裹于型钢外侧的混凝土300，还包括均匀间隔环绕设置于型钢外侧四周的主筋201，其中主筋201沿型钢高度方向纵向延伸，且沿主筋201的高度方向上，间隔设置有多层环绕于主筋201外侧的边缘箍筋202，每一层边缘箍筋202均将四周主筋201环绕在内，且边缘箍筋202与主筋201焊接固连，每一层边缘箍筋202均围成封闭的框架；型钢外缘上还设置有模板固定架210，模板固定架210包括挡板211，挡板211前方设有前端支架，挡板211后方设置有至少两根固定螺栓212，模板固定架210通过前端支架与型钢外缘相连，固定螺栓212则朝向主筋201外侧延伸，固定螺栓212的端部设有固定螺母，用于将混凝土300外侧的模板205锁紧，挡板211紧贴紧靠在主筋201围成的框架内侧。本实施例中型钢的四周外缘上分别设置有至少一个模板固定架210。

如图1所示，本实施例中的型钢为十字形型钢，包括中间呈十字形分布的四块腹板110，每个腹板110的外缘均设有翼缘板120，模板固定架210前端即与翼缘板120相连。具体地，模板固定架210的前端支架包括呈t字形分布的支架梁214和支架杆213，支架梁214一侧与型钢边缘相连，即支架梁214与翼缘板120焊接固连，支架杆213端部与挡板211相连。每块翼缘板120的外侧均匀间隔设置有多个抗剪栓钉。

本实施例中还包括连接箍筋203，每一层边缘箍筋202围成的框架上，相对两侧的边缘箍筋202之间均设置有连接箍筋203，连接箍筋203的两端设有拉钩部，用于钩在两侧的边缘箍筋202上并连接，且连接箍筋203的两端与边缘箍筋202采用焊接固连。本实施例中主筋201一般采用φ20～φ28的钢筋，边缘箍筋202是对混凝土300起重要约束作用的钢筋构件，其安装时与主筋201连接牢固，并完全闭合。

本实施例中还包括对拉螺栓204，型钢每侧的翼缘板120外侧均上下平行设置有至少两根对拉螺栓204，对拉螺栓204的长度延伸至超出混凝土300外周的模板205两端。安装时，对拉螺栓204是两端穿过模板205预留的孔位予以定位安装。

本实施例在型钢结构外面包裹一层钢筋混凝土外壳形成型钢混凝土组合结构，将十字型钢柱位于型钢混凝土柱中心，核心部分为型钢构件，并在型钢外侧配置适当的纵向受力钢筋即主筋201，并配以适当的钢筋箍筋即边缘箍筋202和连接箍筋203加以约束，使得整体设计上不受含钢率限制，型钢混凝土结构的整体刚度和构件承载能力明显提高，既可以减小构件截面，又可以增加使用面积和层高，其经济效益显著。

本实施例的型钢混凝土组合结构受力性能好，普通的钢结构构件常具有受压失稳的弱点，而本实施例中的型钢因周围混凝土300的约束，型钢受压失稳的弱点得到了克服；其次，本实施例的型钢混凝土组合结构抗震性能好，由于型钢的设置其延性比钢筋混凝土结构有明显提高，呈现出较好的抗震性能；另外，本实施例的型钢混凝土组合结构具有良好的耐久性和耐火性，型钢外包裹的混凝土300具有抵抗有害介质侵蚀，防止钢材锈蚀等作用，同时型钢外混凝土300的保护层厚度也决定结构构件的耐火性能。

本实施例中具体施工时，在混凝土300外侧要采用模板205进行阻挡加固，模板205竖向中轴线部位无法用对拉螺栓204加固，传统做法通常是将对拉螺栓204截断，并分别焊接在翼缘板120外侧的抗剪栓钉上，如此不仅操作难度大，而且抗剪栓钉焊后受热，可能产生应力变形，一定程度上减损了抗剪作用，且在节点区无抗剪栓钉，无法将对拉螺栓204焊接加固；而如果采用对拉螺栓204穿过主体结构，对拉螺栓204不属于工程主体结构一部分，混入主体结构不符合设计及规范要求。针对此种难题，本实施例采用模板固定架210将模板205和结构钢筋拉紧，模板固定架210的前端与翼缘板120焊接固定，挡板211抵靠在主筋201内侧，并通过固定螺栓212将外侧的模板205锁紧，实现整体加固，经实践完全满足模板205加固要求，并且不会对主体结构造成任何负面影响。

本实施例中模板205外侧四周设置有间隔排布的多列方木206进行加固，方木206与型钢同向受力，方木206外侧设置有加固用钢管架207，对拉螺栓204端部与两侧的钢管架207分别锁紧，充分保证施工整体稳定性。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。