内桁架式钢管混凝土L形柱及其施工方法.pdf

本发明公开了一种内桁架式钢管混凝土L形柱及其施工方法，其中所述内桁架式钢管混凝土L形柱包括外包钢管、内填充混凝土和内桁架；所述内桁架包括T形钢、由T形钢焊接而成的内桁架子单元，以及沿T形钢纵向交叠焊接于T形钢腹板和内桁架子单元中T形钢腹板的缀条；所述T形钢及内桁架子单元位于四边形的边角处，所述外包钢管的横截面呈Γ形或∏形，与T形钢的翼缘板焊接固定。本发明中，内桁架在异形钢管的转角处进行拉结，从而减小钢板的有效宽度，为钢板平面外变形提供支点，能够提高钢板的抗失稳能力并且提高柱的套箍效应，使钢管混凝土异形柱的承载力显著提高。

1.  一种内桁架式钢管混凝土L形柱，其特征在于，包括外包钢管（1）、内填充混凝土（4）和内桁架；其中，
所述内桁架包括T形钢（2）、由T形钢焊接而成的内桁架子单元（2a），以及沿T形钢纵向交叠焊接于T形钢腹板和内桁架子单元中T形钢腹板的缀条（3）；所述T形钢及内桁架子单元位于四边形的边角处，所述外包钢管的横截面呈Γ形或∏形，与T形钢的翼缘板焊接固定。

2.  如权利要求1所述的内桁架式钢管混凝土L形柱，其特征在于，所述内填充混凝土采用C45以上的混凝土。

3.  如权利要求1所述的内桁架式钢管混凝土L形柱，其特征在于，所述缀条成Z字形沿T形钢纵向均匀设置。

4.  如权利要求1至3任一项所述的内桁架式钢管混凝土L形柱，其特征在于，所述T形钢有H型钢沿中轴线切割而成。

5.  制造权利要求1至4任一项所述的内桁架式钢管混凝土L形柱的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.预制或预备T形钢、缀条和外包钢管，T形钢由H型钢沿中轴线切割而成；
步骤2.将缀条焊接于T形钢的腹板上，焊接方式为角焊缝，在平行的缀条之间焊接搭接缀条，形成Z形纵向的缀条结构；将一对T形钢的翼缘板垂直焊接，形成内桁架子单元；外包钢管与T形钢或内桁架子单元的翼缘板，焊接方式为坡口焊或角焊缝；形成横截面为L形的柱体；
步骤3.将柱体吊装至预定的位置，将钢管底部与柱脚底板焊接固定，打磨外包钢管表面的锈迹，刷涂防锈漆；
步骤4.浇筑内填充混凝土，养护到规定的龄期。

内桁架式钢管混凝土L形柱及其施工方法
技术领域
本发明涉及异形柱，尤其是一种钢管混凝土异形柱。
背景技术
随着社会的发展和居民生活水平的逐步提高，住户普遍希望住宅内部四角能平整光滑、整齐美观。这就形成了异形柱结构的设计思想。但是，随着高层和超高层建筑逐渐增多，上部荷载的增大，传统的钢筋混凝土异形柱的承载力已不能满足工程上对承载力的要求。
相比较于传统的钢筋混凝土结构，钢管混凝土柱由于外围钢管对核心区混凝土的套箍作用，柱的受压承载力得到了显著地提高。但是，现有钢管混凝土柱仍存在不少问题。
发明内容
如图1所示，申请人经计算和实验后发现：现有钢管混凝土异形柱由于截面几何不稳定性以及钢板在受压时会向外鼓曲，套箍作用仅在外凸角点之间的对角线方向存在，导致其性能达不到预期。
发明目的：一个目的是提供一种内桁架式钢管混凝土L形柱，以解决现有技术存在的上述问题。进一步的目的是提供一种上述内桁架式钢管混凝土L形柱的施工方法。
技术方案：一种内桁架式钢管混凝土L形柱，包括外包钢管、内填充混凝土和内桁架；其中，所述内桁架包括T形钢、由T形钢焊接而成的内桁架子单元，以及沿T形钢纵向交叠焊接于T形钢腹板和内桁架子单元中T形钢腹板的缀条；所述T形钢及内桁架子单元位于四边形的边角处，所述外包钢管的横截面呈Γ形或∏形，与T形钢的翼缘板焊接固定。
在进一步的实施例中，所述内填充混凝土采用C45以上的混凝土。所述缀条成Z字形沿T形钢纵向均匀设置。所述T形钢有H型钢沿中轴线切割而成。
进一步的，本发明还提供了一种制造上述内桁架式钢管混凝土L形柱的方法，包括如下步骤：
步骤1.预制或预备T形钢、缀条和外包钢管，T形钢由H型钢沿中轴线切割而成；
步骤2.将缀条焊接于T形钢的腹板上，焊接方式为角焊缝，在平行的缀条之间焊接搭接缀条，形成Z形纵向的缀条结构；将一对T形钢的翼缘板垂直焊接，形成内桁架子单元；外包钢管与T形钢或内桁架子单元的翼缘板，焊接方式为坡口焊或角焊缝；形成横截面为L形的柱体；
步骤3.将柱体吊装至预定的位置，将钢管底部与柱脚底板焊接固定，打磨外包钢管表面的锈迹，刷涂防锈漆；
步骤4.浇筑内填充混凝土，养护到规定的龄期。
有益效果：本发明中，内桁架在异形钢管的转角处进行拉结，从而减小钢板的有效宽度，为钢板平面外变形提供支点，能够提高钢板的抗失稳能力并且提高柱的套箍效应，使钢管混凝土异形柱的承载力显著提高。另在，内桁架不会将柱截面分割，浇筑混凝土方便；最后，本发明可以在工厂中预制，在现场无需支模和配置钢筋，施工快速方便。
附图说明
图1为现有L形柱的套管效应示意图。
图2是内桁架式钢管混凝土L形柱的套箍作用示意图。
图3为内桁架式钢管混凝土L形柱的横截面图。
图4a和图4b为内桁架式钢管混凝土L形柱的立体结构示意图。
图5是内桁架式钢管混凝土L形柱受压后各部分的变形示意图。
具体实施方式
如图3、图4a和图4b所示，本发明的内桁架式钢管混凝土L形柱主要包括外包钢管1、内填充混凝土4和内桁架。其中，内桁架的基本组成构件为T形钢2和缀条3。在该实施例中，有一组T形钢的翼缘板垂直焊接，形成一个内桁架子单元。另外有2个T形钢，这两个T形钢的腹板上焊接有缀条，缀条的另一端焊接于内桁架子单元中的T形钢腹板上。
如图4b所示，焊接后形成L形的框架。或者说T形钢和内桁架子单元2a位于四边形的三个边角处，或者说位于一个四边形柱体的三个边角处。从图4a和图4b中可知，∏形钢管有2个，Γ形钢管有1个，其端部分别与T形钢的翼缘板焊接固定，形成横截面成L形的柱体结构，其与翼缘板连接处形成焊接部21。从图4a或图4b中可见，缀条中有部分是平行设置的，或者说是与T形板的纵向垂直，相邻的平行缀条之间焊接有搭接缀条，形成之字形或Z形的缀条结构。或者说，缀条的端板相互搭接，沿T形板的纵向延伸。
需要注意的是，图4a和图4b为仅截取了部分结构，用于描述L形柱体的各组成构件的形状和位置，以及连接关系。
在进一步的实施例中，所述内填充混凝土采用C45以上的混凝土。所述缀条成Z字形沿T形钢纵向均匀设置。所述T形钢有H型钢沿中轴线切割而成。
进一步的，描述本发明制造上述内桁架式钢管混凝土L形柱的方法，该方法主要包括如下步骤：
步骤1.预制或预备T形钢、缀条和外包钢管，T形钢由H型钢沿中轴线切割而成；
步骤2.将缀条焊接于T形钢的腹板上，焊接方式为角焊缝，在平行的缀条之间焊接搭接缀条，形成Z形纵向的缀条结构；将一对T形钢的翼缘板垂直焊接，形成内桁架子单元；外包钢管与T形钢或内桁架子单元的翼缘板，焊接方式为坡口焊或角焊缝；形成横截面为L形的柱体；
步骤3.将柱体吊装至预定的位置，将钢管底部与柱脚底板焊接固定，打磨外包钢管表面的锈迹，刷涂防锈漆；
步骤4.浇筑内填充混凝土，养护到规定的龄期。
如图2至图4b所示，本发明采用适当的连接方式将异性截面进行分割，转化成若干矩形区域，则套箍效应会得到显著地提高。
在上述实施例中，内桁架在异形钢管的转角处进行拉结，从而减小钢板的有效宽度，为钢板平面外变形提供支点，提高钢板的抗失稳能力并且提高柱的套箍效应（参加图5的示意图），使钢管混凝土异形柱的承载力显著提高。并且与钢筋混凝土结构相比，钢管混凝土异形柱无需配置箍筋和纵筋，无需支模，施工方便快捷。
施工案例一
在该实施例中，内桁架式钢管混凝土L形柱主要由外包钢管、T形钢、缀条和内填充混凝土组成。外包钢管采用3～5mm钢板，与T形钢焊接。T形钢与缀条连接形成内桁架体系。缀条倾斜连续焊接在T形钢腹板上。T形钢为HW100×100×5×3型钢沿中轴线切割而成，缀条为3mm厚、50mm宽钢条。缀条沿T形钢竖向布置间距为300mm。内填充混凝土采用C45以上高强混凝土。
在制作过程中，先将缀条与T形钢连接，形成内桁架，依靠内桁架对外包钢管的连接进行定位和支撑。外包钢管、缀条以及T形钢在工厂内预制成一整体的L形钢管。施工时，将预制好的L形钢管运输吊装到预定安装位置，柱底进行焊接固定后向内浇筑内填充混凝土。
如图5所示，在承受竖向压力时，内填充混凝土向外膨胀。由于内桁架拉结，外包钢管对内填充混凝土形成横向向内的约束，使内填充混凝土处于三向受压状态，从而达到提高承载力的效果。
L形钢管的工厂预制：T形钢与缀条连接形成内桁架。其中，缀条的端部应超出T形钢腹板中线10mm。二者采用角焊缝进行连接。当外包钢管较厚时，外包钢管与T形钢翼缘采用坡口焊焊接，如果外包钢管较薄，可将其采用角焊缝焊接在T形钢上。
施工安装过程：
吊装前，应计算L形钢管的受弯和受剪能力，并选择合理的吊装方案。L形钢管在吊装时假设剪力全部由内桁架承担，每榀桁架承担的剪力应平均分配。控制桁架变形在弹性范围内，并乘以0.8的可靠度系数。L形钢管吊装到预定安装位置后，将钢管底部与柱脚底板焊接。然后，打磨表面锈迹，刷涂防锈漆。L形钢管安装完毕后，向内部浇筑内填充混凝土。养护到规定龄期。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。