一种四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱的制作方法

本发明涉及建筑、民用工程技术领域，尤其涉及一种四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱。

背景技术：

作为承重结构用的柱子，由于较薄的钢板，存在受压失稳的问题，因此，规范规定，对于钢板的厚度，与钢板有约束的宽度之间，有一个比值限制；该指标被称为“宽厚比限制”(即钢板受约束区间的宽度/钢板厚度，通常记为b/t)；所谓“钢板的受约束区间的宽度”是指平的钢板，在有侧向约束的边缘之间的宽度；欧本公司的研究表明，构件的抗弯惯性矩指标，跟宽厚比成正比。也即，同样截面积的钢构件，宽厚比越大，则惯性矩越大。鉴于这样的研究结果，对于箱型柱截面，可以采用设置纵向加劲肋的做法，来减小截面的钢板厚度，但是，该做法焊接工作量大，焊接热变形会导致构件表面的不平整，因此很少被采用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱，以解决背景技术中传统的结构柱存在施工繁琐，浪费人力物力，经济性差的问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱，其包括：平腹板(1)、十字加劲肋(2)、角部钢管(3)、波纹侧板(5)；

四根或者四根以上所述角部钢管(3)均匀布置且构成边缘约束体；

沿着组合柱x方向的角部钢管之间采用所述波纹侧板(5)焊接连接；

沿着组合柱y方向的角部钢管之间采用所述平腹板(1)焊接连接；

所述平腹板(1)、角部钢管(3)、波纹侧板(5)围护构成一空心的柱状结构，所述柱状结构的空心部设置有所述十字加劲肋(2)，所述十字加劲肋(2)的端部与所述角部钢管连接。

本发明提供的一种四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱中，所述角部钢管为方钢管。

本发明提供的一种四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱中，所述柱状结构的空心部设置有填充体，包括但不仅限于混凝土填充体。

本发明提供的一种四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱中，所述角部钢管内设置有填充体(4)，包括但不仅限于混凝土填充体。

本发明提供的一种四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱中，所述十字加劲肋(2)由至少两根加劲板交叉排布而成。

本发明提供的一种四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱中，所述十字加劲肋(2)沿着柱状结构的竖直方向均匀设置有一个或者多个。

本发明提供的一种四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱中，呈对角设置的两根所述角部钢管之间通过所述十字加劲肋(2)以对角斜拉的方式实现固定连接。

本发明提供的一种四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱中，所述波纹侧板(5)的厚度为波纹侧板(5)高度的1/600。

与现有技术相比，本发明的优点为：

本发明则巧妙利用了方钢管跟钢板和波纹板(即波纹侧板)焊接围合成为四方形柱身的做法，方钢管(即角部钢管)的四个角形成边缘约束，同时，也使y向连接方钢管的连接侧板(即平腹板)两侧被方钢管所约束；而x向连接钢管的腹板为波纹腹板，由于波纹腹板自带波纹加劲，厚度则可以取值至波纹腹板高度的1/600，厚度可以做得很小。因此，同样外部尺寸的柱子，“四角钢管与波纹腹板及平侧板组合柱”的钢管及y向侧板的宽厚比，相比无加劲肋的箱型柱，减少了近一半；而x向的波纹板，厚度通常更是小于同样截面高度的箱型柱壁厚的一半以下。也即，在同样满足最大宽厚比限制的情况下，“四角钢管与波纹腹板及平侧板组合柱”的钢管的腹板的厚度，可以减少接近一半；在获得相同惯性矩的情况下，截面用钢量减少20～30％。也即，对于大偏心受压、而非轴压比控制的柱子而言，“四角钢管与波纹腹板及平侧板组合柱”能够同样满足受力要求；特别是y向钢管之间采用了平钢板的侧板而非波纹板，使该柱子截面绕y轴中和轴的抗弯能力显著提升；而绕x向中和轴的抗弯能力则相对较弱；这种情况，尤其适用于框架结构中主次梁楼盖系统，其中强轴方向受力较大，而弱轴方向受力较小的情况；这种做法，使构件的截面用钢分布更合理，能显著降低用钢量，经济效益明显。

附图说明

图1为本发明中一种四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱的整体结构图。

图2为本发明中一种四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱的俯视图。

图3为相同造价的箱形柱、甲壳柱、四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱的比较图。

图4为箱形柱、甲壳柱、四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱在相同弯矩承载力情况下的造价比较图；(a)为相同承载力对应柱m-n曲线；(b)为相同承载力对应柱价格。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明所采用的技术方案作进一步的说明。

本发明的第一实施方式提供了一种四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱，参见图1，其包括平腹板1、十字加劲肋2、角部钢管3、波纹侧板5。

在图1中的角部钢管3包括四根，角部钢管的形式包括但不仅限于方形，还可以是矩形等其他形态，本实施例中角部钢管为方钢管。由于四根角部钢管均匀布置且分布于组合柱的四个角位置，从而构成了组合柱的边缘约束体，在图1中给出了组合柱的x方向以及y方向，沿着组合柱x方向的角部钢管之间利用波纹侧板5焊接连接，而沿着组合柱y方向的角部钢管之间则利用平腹板1焊接连接。

结合图1和图2可以看出，通过四根角部钢管3以及平腹板1、波纹侧板5围护构成了一个空心的柱状结构，这里形成了一个方柱结构。

值得一提的是，这里柱状结构的空心部设置有十字加劲肋2，所述十字加劲肋2的端部与角部钢管焊接连接。参见图1，十字加劲肋2由两根加劲板交叉排布而成，具体的拉结板(十字加劲肋)的数量根据相应的结构受力要求设置，呈对角设置的两根角部钢管之间通过十字加劲肋以对角斜拉的方式实现固定连接。这里的十字加劲肋沿着柱状结构的竖直方向均匀设置有一个或者多个。

作为对本发明的进一步改进在于，所述柱状结构的空心部设置有填充体，例如由混凝土构成的填充体填充到柱状结构的空心部。

作为对本发明的进一步改进在于，参见图1，所述角部钢管内设置有填充体4，例如由混凝土构成的填充体填充到角部钢管的中空内腔体中。

需要指出的是，所述波纹侧板5的厚度为波纹侧板5高度的1/600。

四角钢管与波纹腹板及平侧板组合柱的角部钢管，可以采用专用设备轧制；其转角部位可以设定圆弧的半径，形成一定的弧度；这一段弧度，与腹板对接时，正好成为两个工件之间焊接的“倒角剖口”，适合采用自动或半自动焊接设备进行焊接，免去二次开剖口的麻烦，且焊接质量更容易保证。因此，“四角钢管与波纹腹板及平侧板组合柱”是一种制作简单、受力合理的新型柱子形式。适用于各种多高层框架结构。

参见图3，相同造价的箱形柱、甲壳柱、四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱【即图中的甲壳柱(直腹板)】的比较图中，以一根8米高的柱为例，计算长度系数均取1，钢材采用q355b，混凝土强度等级取c50,波纹板厚度2.5mm。在相同造价的前提下，箱形柱由于稳定原因，高厚比、宽厚比受到一定限制，其截面尺寸500x500x16mm，最大弯矩m承载能力1550kn，最大轴力n承载能力8080kn。

甲壳柱，截面尺寸800x800mm，四角钢管截面150x150x5mm，最大弯矩m承载能力3005kn，最大轴力n承载能力21204kn。

四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱，截面尺寸800x800mm，四角钢管截面150x150x4.5mm，最大弯矩m承载能力3901kn，最大轴力n承载能力21756kn。

从以上数据可以看出，在相同造价的前提下，四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱的弯矩m承载能力比甲壳柱提高了29.8％，比箱形柱提高了151％；四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱的最大轴力n承载能力比甲壳柱提高了2.6％，比箱形柱提高了169％；造价相同的情况下，四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱承载能力比传统箱形柱，甲壳柱得到了很大的幅度的提高；

从以上内容可以看出，本发明提出的构件类型，经济性与承载能力有大幅度的提升。

参见图4，箱形柱、甲壳柱、四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱【即图中的甲壳柱(直腹板)】在承受相同荷载情况下的造价比较图中，在相同荷载n＝2927kn，m＝2134kn.m(对应柱轴压比为0.2)的前提下：

箱形柱截面585x22mm，单根柱的造价为25513元/根。

甲壳柱，其截面尺寸755x755mmmm，四角钢管截面150x150x5.5mm，波纹板厚度为2.0mm，单根柱的造价为14807元/根。

甲壳柱+单侧平腹板，截面尺寸705x705mmmm，四角钢管截面150x150x3.0mm，波纹板厚度为2.0mm，单侧平腹板厚度6mm，单根柱的造价为13476元/根。

从以上数据可以看出，在相同荷载n＝2927kn,m＝2134kn.m(对应柱轴压比为0.2)的前提下，四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱的单根柱的造价比甲壳柱降低了8.9％，比箱形柱降低了47.2％。

从上述可以看出，四角钢管与波纹侧板及平侧板组合柱的经济性比传统箱形柱，和甲壳柱，其受力性能都得到了很大的改善，而且更加容易施工。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。