專利名稱：一種建筑組合構(gòu)件及組合型鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑構(gòu)件，具體地涉及一種建筑組合構(gòu)件及一種組合型鋼。
背景技術(shù)：
目前，鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)在許多國家的建筑業(yè)得到迅速發(fā)展，其優(yōu)點(diǎn)也為越來 越多的人們所認(rèn)識(shí)，如節(jié)約鋼材、提高混凝土利用效率、降低造價(jià)、抗震性能好和施工方便等。但上述優(yōu)點(diǎn)僅是原則論述，具體的發(fā)揮是要通過符合使用環(huán)境的、適宜的結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2002中涉及到“型鋼混凝土構(gòu)件”。它的 特點(diǎn)是可以降低結(jié)構(gòu)自重、減少結(jié)構(gòu)斷面尺寸、加快施工進(jìn)度等。其構(gòu)件可以按照型鋼的斷 面分為兩類一類為型鋼斷面內(nèi)部無封閉空腔的構(gòu)件，混凝土對(duì)型鋼的保護(hù)作用較好，但型 鋼對(duì)混凝土的約束作用較弱，不能大幅提高混凝土的承載力，各種材料的利用效率不高；另 一類為型鋼斷面內(nèi)部有封閉空腔的構(gòu)件，型鋼對(duì)空腔內(nèi)混凝土的約束作用較強(qiáng)，但與混凝 土梁或鋼梁連接的節(jié)點(diǎn)較為復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)用鋼量增加，不利于施工。中國專利申請(qǐng)98113738. 5公開了一種“鋼管高強(qiáng)砼核心柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”。該技 術(shù)方案的特點(diǎn)是由外到內(nèi)依次為外圍鋼筋砼、核心鋼管、管內(nèi)砼組合而成，核心鋼管對(duì)管 內(nèi)高強(qiáng)砼的約束作用較強(qiáng)，彌補(bǔ)了高強(qiáng)砼脆性大的缺點(diǎn)，柱結(jié)構(gòu)的抗水平荷載能力及延性 均好于普通高強(qiáng)鋼筋砼柱結(jié)構(gòu)。它屬于型鋼斷面內(nèi)部有封閉空腔的構(gòu)件，缺點(diǎn)是與混凝土 梁連接的節(jié)點(diǎn)復(fù)雜、用鋼量大、不利于施工，也不便于與鋼梁進(jìn)行連接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種建筑業(yè)用的新型鋼與混凝 土組合構(gòu)件及應(yīng)用所述組合構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法，既可以提高混凝土的承載能力以及型鋼對(duì)混 凝土的約束力，還可使連接節(jié)點(diǎn)簡單、便于與鋼梁連接和有利于施工。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種建筑組合構(gòu)件，包括組合型鋼和與所述組合 型鋼緊密結(jié)合的混凝土層，所述組合型鋼包括中心型鋼和固定連接在所述中心型鋼周緣的 若干外圍型鋼，所述中心型鋼沿其軸線方向具有封閉空腔，所述外圍型鋼為實(shí)心結(jié)構(gòu)。在所述封閉空腔內(nèi)組合有混凝土。在所述組合型鋼的周圍緊密結(jié)合有鋼筋混凝土層并形成四邊形、圓形或多邊形的 截面輪廓。所述中心型鋼為中心鋼管，所述外圍型鋼為T形鋼，其數(shù)量為1-8個(gè)，所述T形鋼 的小截面端焊接連接在所述鋼管的周緣上。所述中心鋼管的內(nèi)徑為所述建筑組合構(gòu)件軸向壓力組合值與中心鋼管的抗壓強(qiáng) 度設(shè)計(jì)值比值的平方根的1-1. 4倍。所述中心鋼管的外徑與其壁厚的比值為25-35。所述T形鋼的翼緣厚度是其腹板厚度的1. 8-2倍。
本發(fā)明還提供了一種組合型鋼，包括中心型鋼和固定連接在所述中心型鋼周緣的 若干外圍型鋼，所述中心型鋼沿其軸線方向具有封閉空腔，所述外圍型鋼為實(shí)心結(jié)構(gòu)。所述中心型鋼為中心鋼管，所述外圍型鋼為T形鋼。所述中心鋼管的外徑與其壁厚的比值為25-35。所述T形鋼的翼緣厚度是其腹板厚度的1. 8-2倍。所述T形鋼為1-8個(gè)，所述T形鋼的小截面端焊接連接在所述中心鋼管的周緣上。優(yōu)選地，本發(fā)明建筑組合構(gòu)件的有關(guān)參數(shù)選擇如下a.初選中心鋼管內(nèi)徑依據(jù)框架柱的軸力組合值和鋼材的強(qiáng)度等級(jí)，初選中心鋼管內(nèi)徑，內(nèi)徑一般為軸 力組合值與鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值比值的平方根的1-1. 4倍，對(duì)框架柱的側(cè)向剛度要求盡量 大時(shí)，取下限；無要求時(shí)，取上限。b.選中心鋼管按照鋼管直徑與壁厚的比值在25-35之間，選擇中心鋼管。一般情況，鋼管直徑在 200-650mm之間，壁厚在8_25mm之間。c.選鋼管內(nèi)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)一般情況，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)在C60-100之間。鋼材采用Q235時(shí)，混凝土采用C75 ； 鋼材采用Q345時(shí)，混凝土采用C100。d.初選T形鋼依據(jù)框架柱的軸力組合值與中心鋼管、鋼管內(nèi)混凝土的抗力值之差，初選T形 鋼。一般情況，T形鋼采用4個(gè)，翼緣厚度約為腹板厚度的2倍，腹板厚度取腹板寬度的 1/30-40。e.選 T 形鋼按照組合型鋼截面外輪廓尺寸要符合IOOmm的模數(shù)，調(diào)整T形鋼腹板的長度，選擇 T形鋼。本發(fā)明提供的建筑組合構(gòu)件中的組合型鋼由兩部分組成，核心部分為有封閉空腔 的型鋼-鋼管，外圍部分為無封閉空腔的型鋼-T形鋼，鋼管與T形鋼采用焊接連接，T形鋼 的數(shù)量可為1-8個(gè)。組合型鋼的空腔內(nèi)和空腔外，分別組合混凝土和鋼筋混凝土，混凝土充滿空腔，鋼 筋混凝土內(nèi)邊緣緊貼組合型鋼，外輪廓根據(jù)實(shí)際需要，可以圍合成平行四邊形、圓形或多邊 形等?？涨粌?nèi)的混凝土、組合型鋼和空腔外的鋼筋混凝土共同形成組合構(gòu)件。也可以僅在 組合型鋼的空腔內(nèi)組合混凝土，將混凝土充滿空腔，由空腔內(nèi)的混凝土和組合型鋼共同形 成組合構(gòu)件。還可以僅在組合型鋼的空腔外組合鋼筋混凝土，鋼筋混凝土內(nèi)邊緣要緊貼組 合型鋼，外輪廓根據(jù)實(shí)際需要，可以圍合成平行四邊形、圓形或多邊形等，組合型鋼和空腔 外的鋼筋混凝土共同形成組合構(gòu)件。組合型鋼可以作為一種特殊形式單獨(dú)使用，獨(dú)立形成 鋼構(gòu)件。本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)和產(chǎn)生的積極效果體現(xiàn)在1、將兩類型鋼恰當(dāng)?shù)慕M合在一起，同時(shí)具備降低結(jié)構(gòu)自重、對(duì)空腔內(nèi)高強(qiáng)混凝土 的約束作用較強(qiáng)、減少結(jié)構(gòu)斷面尺寸、加快施工進(jìn)度等各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。2、因?yàn)橥鈬鶷形鋼的外端面為平面，所以比圓鋼管更便于與鋼梁進(jìn)行連接。適用于高層建筑鋼框架結(jié)構(gòu)，可以節(jié)省鋼材15-30%。3、與混凝土梁進(jìn)行連接時(shí)，梁鋼筋可以從中心鋼管外側(cè)繞過，而不需要穿越鋼管， 可以簡化梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，節(jié)省鋼材、利于施工。4.中心鋼管的內(nèi)徑選擇為建筑組合構(gòu)件軸向壓力組合值與中心鋼管的抗壓強(qiáng)度 設(shè)計(jì)值比值的平方根的1-1. 4倍，中心鋼管的外徑與其壁厚的比值為25-35，T形鋼的翼緣 厚度是其腹板厚度的1. 8-2倍，這樣建筑組合構(gòu)件的抗壓承載能力可以與等重量的普通鋼 構(gòu)件相同。


圖1為本發(fā)明中組合構(gòu)件的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中組合構(gòu)件的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明中組合構(gòu)件的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明中組合構(gòu)件的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。如圖1所示，為本發(fā)明的組合構(gòu)件的一個(gè)實(shí)施例的截面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，組 合構(gòu)件包括組合型鋼、組合在圓鋼管的空腔內(nèi)的混凝土 2和在組合型鋼的周圍緊密結(jié)合的 鋼筋混凝土層3。其中，組合型鋼的中心型鋼4為圓鋼管，外圍型鋼1為焊接在圓鋼管周緣 上的兩個(gè)T形鋼，這兩個(gè)T形鋼之間的最小夾角為180度。鋼筋混凝土層3形成如圖所示 的長方形截面輪廓。如圖2所示，為本發(fā)明的組合構(gòu)件的另一實(shí)施例的截面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，組 合構(gòu)件包括組合型鋼和結(jié)合在空腔內(nèi)的混凝土，組合型鋼包括中心型鋼和外圍型鋼，在此 例中，中心型鋼4為方鋼管，方鋼管中組合混凝土 2，外圍型鋼1為三個(gè)T形鋼，如圖所示，這 三個(gè)T形鋼呈T形設(shè)置；T形鋼的小截面端焊接在圓鋼管的周緣上。如圖3所示，為本發(fā)明的組合構(gòu)件的又一實(shí)施例的截面結(jié)構(gòu)示意圖。組合構(gòu)件包 括組合型鋼，以及在組合型鋼的周圍緊密結(jié)合的鋼筋混凝土層3。其中組合型鋼的中心型 鋼4為圓鋼管，外圍型鋼1為焊接在圓鋼管周緣上的一個(gè)T形鋼。鋼筋混凝土層3形成如 圖所示的長方形截面輪廓。如圖4所示，為發(fā)明的組合構(gòu)件的又一實(shí)施例的截面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，其中 組合型鋼的中心型鋼4為圓鋼管，外圍型鋼1為焊接在圓鋼管周緣上的四個(gè)T形鋼，這四個(gè) T形鋼之間的夾角均為90度。應(yīng)用在上述組合構(gòu)件中的組合型鋼，也可單獨(dú)使用。具體結(jié)構(gòu)包括中心型鋼和固 定連接在所述中心型鋼周緣的若干外圍型鋼，所述中心型鋼沿其軸線方向具有封閉空腔， 所述外圍型鋼為實(shí)心結(jié)構(gòu)。更具體地，中心型鋼為鋼管，例如方鋼管或圓鋼管；外圍型鋼可 采用數(shù)量為1-8個(gè)的T形鋼，T形鋼的小截面端焊接連接在所述鋼管的周緣上。優(yōu)選地，所 述T形鋼為4個(gè)，等間距地焊接于鋼管的周緣上。下面結(jié)合一設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明建筑組合構(gòu)件的有關(guān)參數(shù)選擇說明如下設(shè)計(jì)一座主體高度為158m的辦公大廈，該工程采用鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為8度。經(jīng)計(jì)算，其中某根框架柱地震作用組合軸力設(shè)計(jì)值N = 26835kN。若用Q235B 普通鋼柱，則鋼柱截面為帶有4個(gè)翼緣的十字形鋼柱，雙向腹板寬度1740mm，厚度25mm ；翼 緣寬度370mm，厚度30mm ；截面外輪廓尺寸為1800mmX 1800mm,鋼柱截面積0. 1308m2，鋼柱 重量10. 268kN/m。若采用本發(fā)明提供的組合構(gòu)件設(shè)計(jì)方法，可以在構(gòu)件重量基本相同的情 況下，節(jié)省鋼材。優(yōu)選地，有關(guān)參數(shù)選擇如下a.初選中心鋼管內(nèi)徑為與普通鋼柱側(cè)向剛度基本相同，中心鋼管內(nèi)徑取下限，則鋼管內(nèi)徑 d =√N(yùn)/fa即 d = 0. 362mb.選中心鋼管按照鋼管徑厚比在25-35之間，選鋼管壁厚為14mm，選鋼管直徑(外徑)為400mm。 則鋼管截面積Aes = 0. 01698m2鋼管內(nèi)混凝土截面積Acx = 0. 1087m2c.選鋼管內(nèi)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)因?yàn)殇摴懿捎肣235B，所以混凝土采用C75。則中心鋼管與鋼管內(nèi)混凝土的抗壓力 設(shè)計(jì)值為Nc = Accfc(l+1. 8 θ )套箍系數(shù)θ = Acsfa/Accfc = 0. 995BPNc = 10254KNd.初選T形鋼 外圍T形鋼截面積Aws = (N-Nc) /fa= 0. 08088m2T形鋼采用4個(gè)焊接T形鋼，每個(gè)T形鋼初選截面積為0. 02022m2，初選其翼緣寬 度350mm，厚度30mm ；腹板寬度608mm，厚度16mm。e.選擇T形鋼按照模數(shù)，選擇T形鋼腹板寬度為620mm。組合構(gòu)件截面外輪廓尺寸為1700mm*1700mm,構(gòu)件總重量10. 354kN/m,其中鋼材 (中心鋼管+T形鋼)重量7. 745kN/m,混凝土重量2. 609kN/m。上述公式中fa——鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc——混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值采用本發(fā)明提供的組合構(gòu)件設(shè)計(jì)方法可以使柱截面尺寸減小100mm，增加建筑使 用面積，還可以節(jié)省鋼材24. 56%，增加的混凝土重量與節(jié)省的鋼材重量相當(dāng)。需要說明的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，而不是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的 限定，例如根據(jù)具體實(shí)際情況，中心型鋼可采用具有空腔的其它具體形狀的特殊型鋼；外圍 型鋼也可采用除T形鋼以外其它實(shí)心結(jié)構(gòu)的型鋼；組合構(gòu)件的截面輪廓形狀也可為圓形或 多邊形。因此，任何對(duì)發(fā)明技術(shù)特征所做的等同替換或相應(yīng)改進(jìn)，仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
一種建筑組合構(gòu)件，其特征在于，包括組合型鋼和與所述組合型鋼緊密結(jié)合的混凝土層，所述組合型鋼包括中心型鋼和固定連接在所述中心型鋼周緣的若干外圍型鋼，所述中心型鋼沿其軸線方向具有封閉空腔，所述外圍型鋼為實(shí)心結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的建筑組合構(gòu)件，其特征在于，在所述封閉空腔內(nèi)組合有混凝土。
3.如權(quán)利要求1或2所述的建筑組合構(gòu)件，其特征在于，在所述組合型鋼的周圍緊密結(jié) 合有鋼筋混凝土層并形成四邊形、圓形或多邊形的截面輪廓。
4.如權(quán)利要求3所述的建筑組合構(gòu)件，其特征在于，所述中心型鋼為中心鋼管，所述外 圍型鋼為T形鋼，其數(shù)量為1-8個(gè)，所述T形鋼的小截面端焊接連接在所述鋼管的周緣上。
5.如權(quán)利要求4所述的建筑組合構(gòu)件，其特征在于，所述中心鋼管的內(nèi)徑為所述建筑 組合構(gòu)件軸向壓力組合值與中心鋼管的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值比值的平方根的1-1. 4倍；所述中 心鋼管的外徑與其壁厚的比值為25-35。
6.如權(quán)利要求5所述的建筑組合構(gòu)件，其特征在于，所述T形鋼的翼緣厚度是其腹板厚 度的1. 8-2倍。
7.一種組合型鋼，其特征在于，包括中心型鋼和固定連接在所述中心型鋼周緣的若干 外圍型鋼，所述中心型鋼沿其軸線方向具有封閉空腔，所述外圍型鋼為實(shí)心結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的組合型鋼，其特征在于，所述中心型鋼為中心鋼管，所述外圍型 鋼為T形鋼，其數(shù)量為1-8個(gè)，所述T形鋼的小截面端焊接連接在所述中心鋼管的周緣上。
9.如權(quán)利要求8所述的組合型鋼，其特征在于，所述中心鋼管的外徑與其壁厚的比值 為 25-35。
10.如權(quán)利要求9所述的組合型鋼，其特征在于，所述T形鋼的翼緣厚度是其腹板厚度 的1.8-2倍。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種建筑組合構(gòu)件，其包括組合型鋼和與所述組合型鋼緊密結(jié)合的混凝土層，所述組合型鋼包括中心型鋼和固定連接在所述中心型鋼周緣的若干外圍型鋼，所述中心型鋼沿其軸線方向具有封閉空腔，所述外圍型鋼為實(shí)心結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還提供了一種組合型鋼，其包括中心型鋼和固定連接在所述中心型鋼周緣的若干外圍型鋼，所述中心型鋼沿其軸線方向具有封閉空腔，所述外圍型鋼為實(shí)心結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可以提高混凝土的承載能力以及型鋼對(duì)混凝土的約束力，還可使連接節(jié)點(diǎn)簡單、便于與鋼梁連接和有利于施工。
文檔編號(hào)E04C3/32GK101988312SQ200910165809
公開日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2009年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月2日
發(fā)明者姜兵, 宋繼強(qiáng), 楊進(jìn)宏, 王姍, 程義, 陳梅, 顏鵬 申請(qǐng)人:程義