專利名稱：底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱及作法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種新型鋼管混凝土疊合柱，特別涉及一種底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱及作法。
背景技術：
隨著生產技術的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對各類建筑的要求也日益提高，對結構的安全性、舒適性都有一定的要求。鋼筋混凝土柱和鋼管混凝土在各類高層和超高層建筑中的應用越來越多，而且各有其優(yōu)越性。鋼筋混凝土柱充分發(fā)揮了鋼筋和混凝土各自的優(yōu)點，具有良好的抗震性能和防火防腐性能；鋼管混凝土柱，克服了鋼管易發(fā)生局部屈曲的缺點，同時對混凝土起著約束作用，充分發(fā)揮了鋼管和混凝土的優(yōu)點。鋼筋混凝土柱和鋼管混凝土柱在大范圍應用的同時，其缺點也日益顯現(xiàn)。鋼筋混凝土柱的截面尺寸較大，占用了使用空間，而且變形能力有限；鋼管混凝土柱的防火性能較差；鋼管混凝土疊合柱的出現(xiàn)在一定程度上為我們解決了這一問題，但在超高層結構中，普通的鋼管混凝土疊合柱的截面尺寸依舊很大，而且結構的破壞多集中在鋼管混凝土疊合柱的底部。這就要求我們對疊合柱的底部進行強化設計，充分發(fā)揮材料的抗震性能，保證結構的安全性。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是增加鋼管混凝土疊合柱的抗震防線，提高其抗震性能。本發(fā)明為了解決這一問題，提出了一種底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱及作法。本發(fā)明采用的技術方案是底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱，其特征在于所述疊合柱包括內部鋼管、鋼管內部混凝土、鋼管外部混凝土、縱筋、箍筋和軟鋼套管；內部鋼管內部灌注有鋼管內部混凝土，內部鋼管外部灌注有鋼管外部混凝土，鋼管外部混凝土中預埋有縱筋和箍筋；內部鋼管的底部管壁外側包裹有軟鋼套管，軟鋼套管伸進下部的地面或者基礎頂面并與其錨固。其錨固長度應符合設計的要求。所述鋼管混凝土疊合柱為矩形或圓形截面。所述內部鋼管為矩形鋼管或者圓形鋼管。所述軟鋼套管高出地面或基礎頂面的高度為l.Oh，其中，h為內部鋼管圓形截面的直徑或矩形截面的長邊尺寸。也就是加強了鋼管混凝土疊合柱底部的塑性鉸域，延緩或避免鋼管混凝土疊合柱底部的破壞，充分發(fā)揮其抗震承載能力和耗能能力，使其在地震作用下表現(xiàn)出更優(yōu)異的性能。所述內部鋼管相應的位置處預留有一定數(shù)量的通氣孔。使混凝土能夠澆筑密實， 同時使鋼管內、外混凝土連接為一體。所述軟鋼套管和內部鋼管通過螺栓連接固定。
所述軟鋼套管的厚度不小于內部鋼管的厚度。上述底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱的作法，制作順序如下1)按照要求制作內部鋼管和其底部的軟鋼套管，在內部鋼管全高度范圍內預留一定數(shù)量的通氣孔，以使鋼管內部混凝土和鋼管外部混凝土能夠通過該通氣孔連為一體；2)在內部鋼管和底部的軟鋼套管相對應的位置根據(jù)實際需要雙向預留螺栓孔洞；3)在內部鋼管預留的螺栓孔洞處的外側面焊接相應的螺母；4)將軟鋼套管套在內部鋼管底部管壁外側，并對內部鋼管和底部的軟鋼套管進行正確的定位，穿入螺栓，并通過內部鋼管外側面的螺母擰緊螺栓；5)綁扎外側的縱筋和箍筋，形成鋼筋網；6)在鋼筋網外側預留一定的保護層厚度，支模板；7)在模板中灌注混凝土，成型后即為底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱。由于內部鋼管和軟鋼套管被外部混凝土包裹，可以起到套箍作用。本發(fā)明的底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱及作法，在多遇地震作用下，鋼管混凝土疊合柱受力較小，此時軟鋼套管和內部鋼管在混凝土的擠壓作用下摩擦耗能；混凝土的擠壓作用不僅提高了其摩擦耗能能力，而且使軟鋼套管和內部鋼管連為一體，其整體工作性能好，剛度大，強度也大；當在罕遇地震作用下，由于鋼管混凝土疊合柱的變形增大，軟鋼套管和內部鋼管聯(lián)系減弱，其共同工作性能退化，它們開始各自充分發(fā)揮其延性性能和耗能作用，總體剛度減小，結構周期變長，地震作用減小，相當于增加了一道抗震防線，提高了結構的安全性。由于鋼管混凝土疊合柱在澆筑混凝土以后，僅對軟鋼套管和內部鋼管而言，在軟鋼套管和內部鋼管連接部位的剛度相對于鋼管內部混凝土的剛度較弱，形成了內剛外柔的結構，而軟鋼套管外部同樣被鋼筋混凝土包裹哲，這種結構有利于在地震作用下的耗能能力，能夠充分發(fā)揮外部軟鋼套管和鋼管混凝土疊合柱的耗能能力；與相同斷面、相同荷載作用下的普通鋼管混凝土柱比較，底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱提高了構件的抗剪能力，容易實現(xiàn)強剪弱彎；具有良好的延性性能，在動荷載尤其是地震荷載作用下能通過自身變形耗散能量，阻滯或延緩結構的破壞。有益效果與普通鋼管混凝土疊合柱相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明是鋼管和混凝土的組合、是內部鋼管混凝土和外部鋼筋混凝土的組合、是底部軟鋼套管和內部鋼管的組合，是一種多重組合約束的鋼管混凝土疊合柱；本發(fā)明的底部軟鋼套管有利于提高疊合柱的水平和豎向承載能力、延性和耗能能力；由于疊合柱的破壞一般發(fā)生在柱的根部，所以對根部的加強可有效減小其截面面積，增大使用面積，混凝土用量則隨之減少，結構自重減輕，建設能耗降低，在相同用鋼量的條件下，可以帶來更大的經濟效益。


圖1是底部帶軟鋼套管外包混凝土的圓形截面鋼管混凝土疊合柱的內部鋼管為矩形時的平面示意圖2是底部帶軟鋼套管外包混凝土的圓形截面鋼管混凝土疊合柱的內部鋼管為圓形時的平面示意圖；圖3是底部帶軟鋼套管外包混凝土的矩形截面鋼管混凝土疊合柱的內部鋼管為圓形時的平面示意圖；圖4是底部帶軟鋼套管外包混凝土的矩形截面鋼管混凝土疊合柱的內部鋼管為矩形時的平面示意圖；圖5是圖1、圖2、圖3和圖4中的A-A剖面圖；其中1-內部鋼管，2-鋼管內部混凝土，3-軟鋼套管，4-鋼管外部混凝土，5-縱筋，6-箍筋，7-螺栓，8-拉接筋，9-地面或者基礎頂面。
具體實施例方式實施例1底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱及作法的一種結構形式如圖1 所示，其剖面圖如圖5所示，包括內部鋼管1、鋼管內部混凝土 2、鋼管外部混凝土 4、縱筋5、 箍筋6和軟鋼套管3 ；內部鋼管1內部灌注有鋼管內部混凝土 2，內部鋼管1外部灌注有鋼管外部混凝土 4，鋼管外部混凝土 4中預埋有縱筋5和箍筋6 ；內部鋼管1的底部管壁外側包裹有軟鋼套管3，軟鋼套管3伸進下部的地面或者基礎頂面9并與其錨固。鋼管混凝土疊合柱為圓形截面。內部鋼管1為矩形鋼管。軟鋼套管3高出地面或基礎頂面9的高度為 1. 0h，其中，h為內部鋼管1矩形截面的長邊尺寸。內部鋼管1相應的位置處預留有一定數(shù)量的通氣孔。使混凝土能夠澆筑密實，同時使鋼管內、外混凝土連接為一體。軟鋼套管3和內部鋼管1通過螺栓7連接固定。軟鋼套管3的厚度不小于內部鋼管1的厚度。上述底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱的作法為1)按照要求制作內部鋼管1和其底部的軟鋼套管3，在內部鋼管1全高度范圍內預留一定數(shù)量的通氣孔，以使鋼管內部混凝土 2和鋼管外部混凝土 4能夠通過該通氣孔連為一體；2)在內部鋼管1和底部的軟鋼套管3相對應的位置根據(jù)實際需要雙向預留螺栓孔洞；3)在內部鋼管1預留的螺栓孔洞處的外側面焊接相應的螺母(圖中未示出)；4)將軟鋼套管3套在內部鋼管1底部管壁外側，并對內部鋼管1和底部的軟鋼套管3進行正確的定位，穿入螺栓7，并通過內部鋼管1外側面的螺母擰緊螺栓7 ；5)綁扎外側的縱筋5和箍筋6，形成鋼筋網；6)在鋼筋網外側預留一定的保護層厚度，支模板；7)在模板中灌注混凝土，成型后即為底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱。實施例2底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱及作法的另一種結構形式如圖2 所示，其剖面圖如圖5所示。疊合柱外部形狀為圓形，其內部鋼管1亦為圓形，其它結構形式和實施例1相同。實施例3
底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱及作法的另一種結構形式如圖3 所示，其剖面圖如圖5所示。疊合柱外部形狀為矩形，其內部鋼管1為圓形，其它結構形式和實施例1相同。實施例4底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱及作法的另一種結構形式如圖4 所示，其剖面圖如圖5所示。疊合柱外部形狀為矩形，其內部鋼管亦為矩形，其它結構形式和實施例1相同。以上是本發(fā)明的典型實施例，本發(fā)明的實施不限于此。
權利要求
1.底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱，其特征在于所述疊合柱包括內部鋼管(1)、鋼管內部混凝土(2)、鋼管外部混凝土(4)、縱筋(5)、箍筋(6)和軟鋼套管(3)； 內部鋼管(1)內部灌注有鋼管內部混凝土(2)，內部鋼管(1)外部灌注有鋼管外部混凝土 (4)，鋼管外部混凝土(4)中預埋有縱筋(5)和箍筋(6)；內部鋼管(1)的底部管壁外側包裹有軟鋼套管(3)，軟鋼套管(3)伸進下部的地面或者基礎頂面(9)并與其錨固。
2.如權利要求1所述的底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱，其特征在于所述鋼管混凝土疊合柱為矩形或圓形截面。
3.如權利要求1所述的底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱，其特征在于所述內部鋼管(1)為矩形鋼管或者圓形鋼管。
4.如權利要求3所述的底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱，其特征在于所述軟鋼套管(3)高出地面或基礎頂面(9)的高度為l.Oh，其中，h為內部鋼管(1)圓形截面的直徑或矩形截面的長邊尺寸。
5.如權利要求1所述的底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱，其特征在于所述內部鋼管(1)相應的位置處預留有一定數(shù)量的通氣孔。
6.如權利要求1所述的底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱，其特征在于所述軟鋼套管(3)和內部鋼管(1)通過螺栓(7)連接固定。
7.如權利要求1所述的底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱，其特征在于所述軟鋼套管(3)的厚度不小于內部鋼管(1)的厚度。
8.如權利要求1-7之一所述的底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱的作法，其特征在于制作順序如下1)按照要求制作內部鋼管(1)和其底部的軟鋼套管(3)，在內部鋼管(1)全高度范圍內預留一定數(shù)量的通氣孔，以使鋼管內部混凝土(2)和鋼管外部混凝土(4)能夠通過該通氣孔連為一體；2)在內部鋼管(1)和底部的軟鋼套管(3)相對應的位置根據(jù)實際需要雙向預留螺栓孔洞；3)在內部鋼管(1)預留的螺栓孔洞處的外側面焊接相應的螺母；4)將軟鋼套管(3)套在內部鋼管(1)底部管壁外側，并對內部鋼管(1)和底部的軟鋼套管(3)進行正確的定位，穿入螺栓(7)，并通過內部鋼管(1)外側面的螺母擰緊螺栓(7)；5)綁扎外側的縱筋(5)和箍筋(6)，形成鋼筋網；6)在鋼筋網外側預留一定的保護層厚度，支模板；7)在模板中灌注混凝土，成型后即為底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種底部帶軟鋼套管外包混凝土的鋼管混凝土疊合柱及作法，包括內部鋼管(1)、鋼管內部混凝土(2)、鋼管外部混凝土(4)、縱筋(5)、箍筋(6)和軟鋼套管(3)。本發(fā)明是鋼管和混凝土的組合、內部鋼管混凝土和外部鋼筋混凝土的組合、底部軟鋼套管和內部鋼管的組合，是一種多重組合約束鋼管混凝土疊合柱；本發(fā)明的底部軟鋼套管(3)有利于提高疊合柱的水平和豎向承載能力、延性和耗能能力；由于疊合柱的破壞一般發(fā)生在柱的根部，所以對根部的加強可有效減小其截面面積，增大使用面積，混凝土用量則隨之減少，結構自重減輕，建設能耗降低，在相同用鋼量的條件下，可以帶來更大的經濟效益。
文檔編號E04C5/01GK102409808SQ20111038547
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月28日 優(yōu)先權日2011年11月28日
發(fā)明者惠存, 曹萬林, 王智慧 申請人:北京工業(yè)大學