一种十字板连接的钢管缀板柱的制作方法

本发明涉及结构工程，具体涉及一种十字板连接的钢管缀板柱。

背景技术：

1、以下内容仅代表发明人掌握的背景技术，并非社会公众能够随时获得的现有技术。

2、随着技术的日益进步，格构式钢结构柱已经广泛应用于工业建筑和公共建筑中。目前常用的格构式柱通常由两个或四个肢件组成，由焊接在其截面外侧的缀材将它们连接为整体，肢件通常为槽钢、工形钢(双肢格构柱)或l形钢(四肢格构柱)，缀材有缀条和缀板两种，一般采用单角钢作为缀条，采用平面钢板作为缀板。在建筑结构中，格构柱通常用于抵抗由于重力作用而产生的压力并同时作为抵抗风荷载和地震作用的抗侧力构件。与实腹式截面柱相比，格构式柱截面更加开展，所获得的抗弯惯性矩更大，材料利用率更高。

3、然而，对于格构柱来说，当弯矩方向绕格构柱虚轴时，剪力要由比较柔弱的缀材承担或是柱肢也参与承担，剪切变形大，而导致构件产生较大的附加变形，随着结构高度的增高，这种附加变形将对结构的稳定性能起到较大的削弱作用，从而对构件的承载性能造成较大的影响。除了构件整体稳定需要考虑外，柱肢的初始缺陷和失稳也是一个不可忽视的问题。由于初始弯曲的存在，格构柱中不同肢件容易承受不同的压力，当承受压力大的肢件发生失稳时，其刚度迅速退化，造成整体挠度迅速增加，更进一步加剧两肢件内力的不均匀性。这种局部和整体的相互作用将使构件整体的承载力比不考虑这种相互作用显著下降。

4、幸运的是，理论和实践充分证明，钢管混凝土结构具有优越的力学性能，一方面，由于圆钢管对核心混凝土的“套箍作用”，核心混凝土通常处于三向受压状态，其强度得到明显提升，脆性也得到显著改善；另一方面，钢管也受到混凝土的单向约束，其局部屈曲得到了有效遏制，显著提高了钢管的承载性能。大量试验还表明，钢管混凝土结构具有良好的抗震性能，在往复荷载下，滞回曲线饱满，无明显捏拢现象。在火灾工况下，由于核心区混凝土的填充和吸热功能，外部钢管更难达到软化温度，提高了结构的抗火能力。在施工过程中，圆钢管可以充当混凝土模板，使得整个结构建造节约了模板和支模过程，大大缩短了施工成本和施工时间。在减轻结构自重和增加建筑可用空间方面，钢管混凝土结构也表现出了优于纯混凝土结构的优势。

技术实现思路

1、为了解决传统钢结构格构柱的缺点并更大程度发扬钢管混凝土的优势，本发明提出一种十字板连接的钢管缀板柱，所述十字板连接的钢管缀板柱是对现有格构式钢结构的革新，能极大地改善格构柱柱肢稳定和整体稳定承载力，从而拓宽格构式柱在高柱结构中应用。

2、本发明提出了一种十字板连接的钢管缀板柱，所述的十字板连接的钢管缀板柱由四个圆钢管柱肢件通过十字缀板焊接连接组成；所述的四个圆钢管柱肢件的外周壁分别焊接在所述十字缀板的四个自由端的端部；所述的圆钢管柱肢件采用空心圆钢管构件、圆钢管混凝土构件和/或劲性圆钢管混凝土构件。

3、优选地，所述的圆钢管柱肢件中的圆钢管柱采用无缝圆钢管或焊接圆钢管。

4、优选地，所述的十字缀板为十字形钢板。

5、优选地，所述的圆钢管混凝土构件由外部的圆钢管和浇筑在圆钢管内的混凝土组成。

6、优选地，所述的劲性圆钢管混凝土构件由内置的十字形钢柱、外部的圆钢管和十字形钢柱与圆钢管之间浇筑的混凝土组成。

7、优选地，所述十字缀板的第一自由端的端部与第三自由端的端部之间的距离等于所述十字缀板的第二自由端的端部和第四自由端的端部之间的距离。

8、优选地，所述的四个圆钢管柱肢件的圆钢管柱的内径相同。

9、优选地，所述的四个圆钢管柱肢件的圆钢管柱的管壁壁厚相同。

10、优选地，定义所述十字缀板的第一自由端的端部与第三自由端的端部之间的距离为l，所述十字缀板的第二自由端的端部和第四自由端的端部之间的距离同样为l，所述十字缀板的高度为h2，厚度为t2，十字缀板的间距为h1，四个圆钢管柱肢件的圆钢管柱的半径均为r，四个圆钢管柱肢件的圆钢管柱的管壁壁厚为t1，所述十字板连接的钢管缀板柱的高度为h，所述十字板连接的钢管缀板柱的承载力满足下面的承载力函数，相应地，对不同承载力需求下所述十字板连接的钢管缀板柱的尺寸设计也可依据下式进行；

11、

12、

13、

14、

15、

16、

17、式中，nu为所述十字板连接的钢管缀板柱的轴压稳定承载力，ny为四个圆钢管柱肢件全截面屈服的承载力之和，i1为单个圆钢管柱肢的惯性矩，i为四个圆钢管柱组合截面沿对称轴的惯性矩，e为材料弹性模量，为圆钢管混凝土构件或劲性圆钢管混凝土构件折算的复合材料的等效弹性模量。相关工程技术人员可以根据本专业基本知识和相应材料参数很容易计算得到ny、i1、i、

18、本发明还提供一种十字板连接的钢管缀板柱的安装方法，包括以下步骤：

19、第一步、在工厂完成圆钢管柱肢件和十字缀板的制作，并运往施工现场，如果采用圆钢管混凝土构件或劲性圆钢管混凝土构件，混凝土浇筑工作在工厂完成或在施工现场现浇完成；

20、第二步、将圆钢管柱摆放在规定位置，并按照要求完成圆钢管柱肢件和十字缀板的焊接。

21、有益效果

22、与现有技术相比，本发明所述的十字板连接的钢管缀板柱在高柱结构的施工与设计中有较大的经济效益，其有益效果是：

23、(1)圆钢管比传统四肢钢格构柱中的l形钢具有更大的惯性矩，十字形缀板也比传统的缀条或缀板具有更高的刚度，构件整体的剪切变形将被减弱，从而获得更优的承载性能。

24、(2)圆钢管柱，尤其对于圆钢管混凝土柱和劲性圆钢管混凝土柱，由于钢材与混凝土的协同作用，肢件稳定承载力更为优越，由于肢件之间的紧密连接使得整体稳定承载力大大提高。

25、(3)圆钢管混凝土柱或劲性圆钢管混凝土柱位于截面外围，钢管混凝土结构强度高的优势能够得到更有效的发挥，从而大大提高了构件整体的承载力。

26、(4)十字板连接的钢管缀板柱两个方向的惯性矩相同，不存在明显的弱轴。

27、(5)圆钢管、工形型钢、十字形钢板均可实现工厂预制、现场组装的施工方法，圆钢管还可以作为混凝土的模板，大大节约了劳动力成本和施工时间。

28、(6)圆钢管柱截面曲线优美，其优越的承载性能还可以使该构件更加细长，特别适合于高柱结构，从而营造更加美观简约的建筑效果。

技术特征：

1.一种十字板连接的钢管缀板柱，其特征在于，所述的十字板连接的钢管缀板柱由四个圆钢管柱肢件通过十字缀板焊接连接组成；所述的四个圆钢管柱肢件的外周壁分别焊接在所述十字缀板的四个自由端的端部；所述的圆钢管柱肢件采用空心圆钢管构件、圆钢管混凝土构件和/或劲性圆钢管混凝土构件。

2.根据权利要求1所述的十字板连接的钢管缀板柱，其特征在于，所述的圆钢管柱肢件中的圆钢管柱采用无缝圆钢管或焊接圆钢管。

3.根据权利要求1所述的十字板连接的钢管缀板柱，其特征在于，所述的十字缀板为十字形钢板。

4.根据权利要求1所述的十字板连接的钢管缀板柱，其特征在于，所述的圆钢管混凝土构件由外部的圆钢管和浇筑在圆钢管内的混凝土组成。

5.根据权利要求1所述的十字板连接的钢管缀板柱，其特征在于，所述的劲性圆钢管混凝土构件由内置的十字形钢柱、外部的圆钢管和十字形钢柱与圆钢管之间浇筑的混凝土组成。

6.根据权利要求1所述的十字板连接的钢管缀板柱，其特征在于，所述十字缀板的第一自由端的端部与第三自由端的端部之间的距离等于所述十字缀板的第二自由端的端部和第四自由端的端部之间的距离。

7.根据权利要求1所述的十字板连接的钢管缀板柱，其特征在于，所述的四个圆钢管柱肢件的圆钢管柱的内径相同。

8.根据权利要求1所述的十字板连接的钢管缀板柱，其特征在于，所述的四个圆钢管柱肢件的圆钢管柱的管壁壁厚相同。

9.根据权利要求1所述的十字板连接的钢管缀板柱，其特征在于，定义所述十字缀板的第一自由端的端部与第三自由端的端部之间的距离为l，所述十字缀板的第二自由端的端部和第四自由端的端部之间的距离同样为l，所述十字缀板的高度为h2，厚度为t2，十字缀板的间距为h1，四个圆钢管柱肢件的圆钢管柱的半径均为r，四个圆钢管柱肢件的圆钢管柱的管壁壁厚为t1，所述十字板连接的钢管缀板柱的高度为h，所述十字板连接的钢管缀板柱的承载力满足下面的承载力函数：

10.根据权利要求1至9任一项所述的十字板连接的钢管缀板柱的安装方法，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种十字板连接的钢管缀板柱，属于结构工程技术领域。该钢管缀板柱由四个圆钢管柱肢件通过十字缀板焊接连接组成；所述的四个圆钢管柱肢件的外周壁分别焊接在所述十字缀板的四个自由端的端部；所述的圆钢管柱肢件采用空心圆钢管构件、圆钢管混凝土构件和/或劲性圆钢管混凝土构件；所述的圆钢管柱肢件中的圆钢管柱采用无缝圆钢管或焊接圆钢管；所述的十字缀板为十字形钢板；所述的圆钢管混凝土构件由外部的圆钢管和浇筑在圆钢管内的混凝土组成；所述的劲性圆钢管混凝土构件由内置的十字形钢柱、外部的圆钢管和十字形钢柱与圆钢管之间浇筑的混凝土组成。

技术研发人员：孙豪君,马乐,窦一,齐如刚,赵翔宇,贺雄,闻陈宝,刘震国
受保护的技术使用者：北京城建集团有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11