一种多腔钢管混凝土柱及其连接结构

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种多腔钢管混凝土柱及其连接结构。

背景技术

随着装配式建筑的发展，越来越多的多高层住宅建筑采用钢-混凝土组合结构。常用的钢-混凝土组合结构主要有框架结构、框架-剪力墙结构和剪力墙结构等。框架结构中的柱子往往采用矩形钢管混凝土柱等，由于需要兼顾结构抗震等承载力的要求，柱子的截面往往会比较大，装修后存在室内梁柱暴露的现象，影响房间的净空面积；而一旦将柱子的截面设计的较小，建筑物的承载力等性能又会受到影响。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种多腔钢管混凝土柱及其连接结构，结构简单，可以解决梁柱暴露在室内的问题，又不会影响到建筑物的承载力等力学性能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多腔钢管混凝土柱，其特征在于，包括多腔钢管，所述多腔钢管由矩形钢管和U型钢连接而成，在所述多腔钢管的多个腔中灌注有混凝土，所述多腔钢管的截面为异形截面。

优选地，所述异形截面为一字型、T型、L型或十字型。

优选地，当所述异形截面为一字型、T型或L型时，所述多腔钢管由一根矩形钢管与一根或两根U型钢的开口端连接成具有所述异形截面的结构体；

当所述异形截面为十字型时，所述多腔钢管由一根矩形钢管的两侧分别连接一根U型钢的开口端形成具有所述异形截面的结构体。

优选地，所述矩形钢管截面的短边长度为50mm～500mm，长边长度100mm～3000mm，壁厚3mm～30mm；所述U型钢截面的短边长度为50mm～500mm，长边长度为100mm～2000mm，壁厚为3mm～30mm。

优选地，所述多腔钢管混凝土柱的加强方法为：

所述多腔钢管外表面贴焊条形钢板；或者，

所述多腔钢管两侧对应位置处开圆形孔，将预定长度的螺杆通过所述圆形孔穿过多腔钢管及多腔钢管内的混凝土，通过螺母将所述螺杆固定连接于所述多腔钢管内；或者，

所述多腔钢管两侧对应位置处开设竖向条形孔，将预定长度的钢条板通过所述竖向条形孔穿过多腔钢管及多腔钢管内的混凝土，并将所述钢条板两端与所述多腔钢管侧面焊接成一体。

第二方面，本发明还实施例提供一种多腔钢管混凝土柱连接结构，

包括第一多腔钢管混凝土柱与H型钢梁的连接结构，所述第一多腔钢管混凝土柱为权利要求1至4任一所述的多腔钢管混凝土柱；

所述多腔钢管混凝土柱横向通过连接件与所述H型钢梁连接；

所述连接件包括上翼板、下翼板及连接于上翼板与下翼板之间的腹板，所述腹板一端具有伸出部，所述伸出部为腹板端部超出上翼板及下翼板的端部的部分，在所述伸出部上设有多个第一螺栓孔；

所述H型钢梁的腹板靠近端部位置设有与所述多个第一螺栓孔配合连接的多个第二螺栓孔；

所述腹板的伸出部插入H型钢梁上、下翼板之间的空间中，并与所述H型钢梁的腹板靠近端部位置有部分叠合，所述第一螺栓孔与第二螺栓孔对齐，用螺栓连接，所述连接件的上翼板与下翼板的一端与H型钢梁的一端端部对接焊接连接；

所述连接件的上翼板、下翼板和腹板的另一端对接焊接于所述第一多腔钢管混凝土柱的第一侧面上。

优选地，所述连接件的上、下翼板与第一多腔钢管混凝土柱的连接处的两侧焊接有竖向加强连接板。

优选地，所述第一多腔钢管混凝土柱的第一侧面上设有上、下对应设置的两个水平条形切口，所述连接件的上翼板与下翼板的另一端长于腹板的另一端，所述上翼板及下翼板的另一端分别穿过所述条形切口插入所述第一多腔钢管混凝土柱内，所述腹板的另一端放置在第一多腔钢管混凝土柱的侧面，并将所述连接件的上翼板、下翼板及腹板与第一多腔钢管混凝土柱相交的位置焊接连接。

优选地，所述连接件为H型钢，所述H型钢一端的腹板伸出上翼板和下翼板，所述H型钢另一端的腹板与上翼板和下翼板齐平或短于上翼板和下翼板。

优选地，所述多腔钢管与钢梁通过竖向连接板焊接连接，所述竖向连接板一侧与钢梁的翼缘板和腹板的端部焊接连接，所述竖向连接板另一侧与所述多腔钢管外壁焊接连接，所述多腔钢管在与梁连接区域处外表面设有耗能板件，所述耗能板件端部与所述竖向连接板连接，所述耗能板件主要由低屈服钢材、合金材料和橡胶材料组合而成。

优选地，还包括第二多腔钢管混凝土柱，所述第二多腔钢管混凝土柱的下端对接焊接于第一多腔钢管混凝土柱上端；或者，

所述第二多腔钢管混凝土柱的下端通过水平连接板对接焊接于第一多腔钢管混凝土柱上端，且在第一多腔钢管混凝土柱上端和第二多腔钢管混凝土柱下端相应位置处设置竖向条形切口，同时把所述水平连接板分割成若干块，将预定长度的钢条板通过所述竖向条形孔穿过第一多腔钢管和第二多腔钢管以及所述水平连接板，并将所述钢条板两端与所述第一多腔钢管和第二多腔钢管侧面焊接成一体，所述钢条板与所述水平连接板接触处焊接连接；所述水平连接板在多腔钢管内部区域设有矩形孔，所述矩形孔用以灌注混凝土。

本发明实施例提供的多腔钢管混凝土柱及其连接结构，包括：多腔钢管，所述多腔钢管由矩形钢管和U型钢连接而成，在所述多腔钢管的多个腔中灌注有混凝土，所述多腔钢管的截面为异形截面。其结构构成简单，在结构受力时多腔钢管能够对混凝土起到约束作用，混凝土处于三向受力状态，混凝土的力学性能可以得到充分发挥。多腔钢管腔内填充的混凝土可以有效约束多腔钢管发生屈曲，整个结构的受力性能优良；在保证力学行性能的基础上，由于所述多腔钢管的截面设置为异形截面，可以适应建筑物的墙角、梁柱等特点，从而可以将多腔钢管混凝土柱及与其连接的梁等结构隐藏于墙体内，解决了梁柱暴露在室内的问题。由此，本发明实施例可以解决梁柱暴露在室内的问题，又不会影响到建筑物的承载力等力学性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一实施例T型多腔钢管混凝土柱结构示意图；

图2是本发明另一实施例T型多腔钢管混凝土柱结构示意图；

图3是本发明一实施例十字型多腔钢管混凝土柱结构示意图；

图4是本发明一实施例L型多腔钢管混凝土柱结构示意图；

图5是本发明一实施例一字型多腔钢管混凝土柱结构示意图；

图6A是本发明又一实施例多腔钢管混凝土柱局部结构主视图；

图6B是图6A中多腔钢管混凝土柱局部结构右剖视图；

图7A是本发明再一实施例多腔钢管混凝土柱局部结构主视图；

图7B是图7A中多腔钢管混凝土柱局部结构右剖视图；

图8A是本发明又一实施例多腔钢管混凝土柱局部结构主视图；

图8B是图8A中多腔钢管混凝土柱局部结构右剖视图；

图9是本发明一实施例多腔钢管混凝土柱上下连接结构主视图；

图10是图9中多腔钢管混凝土柱上下连接结构左剖视图；

图11是图9中多腔钢管混凝土柱上下连接结构连接处截面图；

图12是多腔钢管混凝土柱与梁连接结构一实施例局部结构主视图；

图13是图12中多腔钢管混凝土柱与梁连接结构的局部结构横向截面示意图；

图14是多腔钢管混凝土柱与梁连接结构另一实施例局部结构主视图；

图15是图14中多腔钢管混凝土柱与梁连接结构的局部结构横向截面示意图；

图16是多腔钢管混凝土柱与梁连接结构又一实施例局部结构主视图；

图17是图16中多腔钢管混凝土柱与梁连接结构的局部结构横向截面示意图。

图中，1：矩形钢管；2：U型钢；3：混凝土；4：连接焊缝；5：多腔钢管；6：条形钢板；7：螺杆；8：螺母；9：竖向钢条板；12：水平连接板；13：竖向连接板；14：H型钢梁；15：连接件形式一；16：竖向连接板；17：螺栓；18：连接件形式二；19：竖向连接板；20：耗能板件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，为了更加清楚说明本发明，在以下的具体实施例中描述了众多技术细节，本领域技术人员应当理解，没有其中的某些细节，本发明同样可以实施。另外，为了凸显本发明的主旨，涉及的一些本领域技术人员所熟知的方法、手段、零部件及其应用等未作详细描述，但是，这并不影响本发明的实施。本文所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参看图1至图6所示，本发明实施例提供的多腔钢管混凝土柱，适用于房屋等建筑工程中。所述多腔钢管混凝土柱包括：多腔钢管5，包括矩形管1和U型钢2，在所述多腔钢管的多个腔体中灌注有混凝土3，所述多腔钢管的截面为异形截面。

本发明实施例提供的多腔钢管混凝土柱，其结构构成简单，在结构受力时多腔钢管能够对混凝土起到约束作用，混凝土处于三向受力状态，混凝土的力学性能可以得到充分发挥。多腔钢管腔体内填充的混凝土可以有效约束多腔钢管发生屈曲，整个结构的受力性能优良；在保证力学行性能的基础上，由于所述多腔钢管的截面设置为异形截面，可以适应建筑物的墙角、梁柱等特点，从而可以将多腔钢管混凝土柱及与其连接的梁等结构隐藏于墙体内，解决了梁柱暴露在室内的问题。

因此，本发明实施例可以解决梁柱暴露在室内的问题，又不会影响到建筑物的承载力等力学性能。

其中，所述异形截面包括一字型、T型、L型、Z型及十字型等中的一种或多种。具体可以根据建筑物具体的外墙及内墙梁柱部分的结构应用相应型的异形截面，可以将多腔钢管混凝土柱及连接于其上的梁隐藏于墙体内，避免了梁柱暴露在室内的问题。另外，多腔钢管形成的异形截面的厚度与墙厚度相同，既可以避免梁柱暴露在室内的问题，还能提高柱截面的惯性矩，相对于现有的普通钢管混凝土柱，抗侧性能较好。

所述混凝土为自密实混凝土、微膨胀混凝土或自密实微膨胀混凝土；其中，自密实混凝土是指在自身重力作用下，能够流动、密实，即使存在致密钢筋也能完全填充多腔钢管的腔体，同时获得很好均质性，并且不需要附加振动的混凝土；微膨胀混凝土是指在普通的混凝土中添加一定的膨胀剂，使混凝土在水化期间能够依靠膨胀剂的作用而发生一定的膨胀，从而弥补了混凝土的收缩，达到防治混凝土裂缝，提高混凝土性能的目的；自密实微膨胀混凝土是自密实混凝土与微膨胀混凝土的混合物，兼具二者的优点。

在另一个实施例中，所述多腔钢管由矩形钢管1和U型钢2连接而成，结构简单。具体的，所述矩形钢管和U型钢可以焊接成多腔钢管，也可以用螺栓等连接件连接。当在多腔钢管的腔体中灌注混凝土后，一方面多腔钢管对内部混凝土起到约束作用，使得混凝土处于三向受力状态，可以充分发挥混凝土的材料性能；另一方面混凝土对多腔钢管也具有约束作用，能够降低多腔钢管发生屈曲破坏的可能性，可以促进多腔钢管材料性能的发挥；从而提高多腔钢管混凝土柱的力学性能。

参看图1、图2、图4和图5所示，当所述异形截面为一字型、T型或L型时，所述多腔钢管由一根矩形钢管1和一根或两根U型钢2的开口端连接成具有所述异形截面的结构体。其中，也可以为两根以上的U型钢2。

参看图3所示，当所述异形截面为十字型时，所述多腔钢管由一根矩形钢管的两侧分别连接一根U型钢的开口端形成具有所述异形截面的结构体。

其中，矩形钢管1与U型钢2的连接方式可以采用焊缝4焊接连接。

发明人经过工程实践验证，当所述矩形钢管截面的短边长度为50mm～500mm，长边长度100mm～3000mm，壁厚3mm～30mm；所述U型钢截面的短边长度为50mm～500mm，长边长度为100mm～2000mm，壁厚为3mm～30mm时，其力学性能较佳。

参看图6A和图6B所示，为了进一步提高多腔钢管混凝土柱的承载力，对所述多腔钢管混凝土柱作如下加强措施：一种加强措施中，在多腔钢管外表面贴焊条形钢板6，局部增大多腔钢管的截面面积，能够减少多腔钢管发生屈曲的可能性，进而提高多腔钢管混凝土柱的承载力。

参看图7A和图7B所示，在另一种实现方式中，在多腔钢管两侧对应位置处开圆形孔，将预定长度的螺杆7通过所述圆形孔穿过多腔钢管5及多腔钢管内的混凝土中，通过螺母8将所述螺杆7固定连接于所述多腔钢管。多腔钢管5内部浇筑混凝土3后，螺杆7受拉，可以约束多腔钢管屈曲的发生，同时对混凝土也能起到约束作用，进而提高多腔钢管混凝土柱的承载力。

参看图8A及图8B所示，在又一种实现方式中，在多腔钢管5两侧对应位置处开设竖向条形孔，将预定长度的钢条板9通过所述竖向条形孔穿过多腔钢管5及多腔钢管5内的混凝土，并将所述钢条板9两端与所述多腔钢管5侧面焊接成一体。这样，竖向设置于多腔钢管5内的钢条板9对多腔钢管5具有约束作用，同时对混凝土也能起到约束作用，进而提高多腔钢管混凝土柱的承载力。

多腔钢管5在多腔钢管混凝土柱不能满足建筑物层高要求时，可以通过接长的方式满足设计要求，一种具体的两根或多根多腔钢管5混凝土柱拼接方式为：将两根多腔钢管5的端部通过直接对接焊接连接在一起。

参看图9至11所示，为了增强多腔钢管5混凝土柱的承载力，另一种具体的两根或多根多腔钢管5混凝土柱拼接方式为：两根多腔钢管5端部通过水平连接板12和竖向连接板13焊接连接在一起；具体为：上部多腔钢管5的下端部区域和下部多腔钢管5的上端部区域相应位置处设置竖向条形切口，同时把所述水平连接板12分割成若干块，将预定长度的竖向连接板13通过条形切口穿过上、下多腔钢管以及所述水平连接板12，将水平连接板12、竖向连接板13和上、下多腔钢管5的接缝处进行焊接连接。在水平连接板12上预先开设矩形孔或圆孔用以灌注混凝土。

实施例二图12及图13是不同视角的多腔钢管混凝土柱连接结构一实施例局部结构示意图；图14及图15是不同视角的多腔钢管混凝土柱连接结构另一实施例局部结构示意图；由于各多腔钢管混凝土柱与钢梁的连接方式基本相同，为了简要清楚，图示中仅示出了连接结构的部分示意结构。参看图12和图13所示，本发明实施例提供的多腔钢管混凝土柱连接结构，包括第一多腔钢管混凝土柱与H型钢梁的连接结构，所述第一多腔钢管混凝土柱为实施例一任一所述的多腔钢管混凝土柱。需要说明的是，多腔钢管混凝土柱在连接时，主要涉及多腔钢管，因此，图中多腔钢管混凝土柱用多腔钢管5表示，为了叙述清楚，下文多腔钢管混凝土柱也用多腔钢管的标号，即多腔钢管混凝土柱5表述。

所述多腔钢管混凝土柱5横向通过连接件15与所述H型钢梁14连接；所述连接件15包括上翼板、下翼板及连接于上翼板与下翼板之间的腹板，所述腹板一端具有伸出部，所述伸出部为腹板端部超出上翼板及下翼板的端部的部分，在所述伸出部上设有多个第一螺栓孔；

所述H型钢梁的腹板靠近端部位置设有与所述多个第一螺栓孔配合连接的多个第二螺栓孔；

所述连接件15的腹板的伸出部插入H型钢梁上、下翼板之间的空间中，并与所述H型钢梁的腹板靠近端部位置有部分叠合，所述第一螺栓孔与第二螺栓孔对齐，用螺栓17连接，所述连接件15的上翼板与下翼板的一端与H型钢梁的一端端部对接焊接连接，连接焊缝4。

所述连接件的上翼板、下翼板和腹板的另一端对接焊接于所述第一多腔钢管混凝土柱的第一侧面上。所述H型钢梁为窄翼缘H型钢梁，也可以其他结构的钢梁替代。

本发明实施例提供的多腔钢管混凝土柱连接结构，由于采用实施例一所述的多腔钢管混凝土柱作为主要构件连接而成，在结构受力时多腔钢管5能够对混凝土起到约束作用，混凝土处于三向受力状态，混凝土的力学性能可以得到充分发挥。多腔钢管5腔体内填充的混凝土可以有效约束多腔钢管5发生屈曲，整个结构的受力性能优良；在保证力学性能的基础上，由于所述多腔钢管5的截面设置为异形截面，可以适应建筑物的墙角、梁柱等特点，从而可以将多腔钢管混凝土柱及与其连接的梁等结构隐藏于墙体内，解决了梁柱暴露在室内的问题。

继续参看图12及图13所示，在一些实施例中，所述连接件15的上翼板、下翼板与第一多腔钢管混凝土柱的连接处的两侧焊接有竖向加强连接板16，起到对结构的加强作用。

在一些实施方式中，所述连接件15可以为H型钢，所述H型钢一端的腹板伸出上翼板和下翼板，所述H型钢另一端的腹板与上翼板和下翼板齐平。

在另一些实施例中，所述连接件可以为H型钢，所述H型钢一端的腹板伸出上翼板和下翼板，所述H型钢另一端的腹板短于上翼板和下翼板。为了区别前述结构的连接件，在图14及图15中连接件的标号为18。

参看图14及图15所示，为了进一步提高结构的承载力，具体地，所述第一多腔钢管混凝土柱的第一侧面上设有上、下对应设置的两个水平条形切口，所述连接件18的上翼板与下翼板的另一端长于腹板的另一端，所述上翼板及下翼板的另一端分别穿过所述条形切口插入所述第一多腔钢管混凝土柱5内，所述腹板的另一端放置在第一多腔钢管混凝土柱的侧面，并将所述连接件18的上翼板、下翼板及腹板与第一多腔钢管混凝土柱相交的位置焊接连接。这样，增强了连接件18与多腔钢管5的连接承载力，同时连接件18也可以对多腔钢管5起到加强的作用。

参看图16及图17所示，在另一些实施例中，所述多腔钢管5与钢梁14通过竖向连接板19焊接连接，所述竖向连接板一侧与钢梁的翼缘板和腹板的端部焊接连接，所述竖向连接板19另一侧与所述多腔钢管5外壁焊接连接，所述多腔钢管5在与钢梁14连接区域处外表面设有耗能板件20，所述耗能板件20端部与所述竖向连接板19连接，所述耗能板件20主要由低屈服钢材、合金材料和橡胶材料组合而成。

其中，耗能板件20主要由低屈服钢材、合金材料和橡胶材料组合制作而成，通过采用耗能板件与竖向连接板连接，在地震作用下，耗能板件不仅使得结构具有足够的侧向刚度，同时可以消耗地震作用于建筑结构的能量，从而提高结构的抗震性能。

在另一实施例中，所述连接结构还包括第二多腔钢管混凝土柱，所述第二多腔钢管混凝土柱的下端对接焊接于第一多腔钢管混凝土柱上端。

参看图9至11所示，在另一些可实现方式中，所述第二多腔钢管混凝土柱(图中均用标号5标识)的下端通过水平连接板对接焊接于第一多腔钢管混凝土柱上端，且在第一多腔钢管混凝土柱上端和第二多腔钢管混凝土柱下端相应位置处设置竖向条形切口，同时把所述水平连接板分割成若干块，将预定长度的钢条板通过所述竖向条形孔穿过第一多腔钢管5和第二多腔钢管5以及所述水平连接板，并将所述钢条板两端与所述第一多腔钢管5和第二多腔钢管5侧面焊接成一体，所述钢条板与所述水平连接板接触处焊接连接；所述水平连接板在两根多腔钢管5内部区域设有矩形孔，所述矩形孔用以灌注混凝土。

另外，为提高多腔钢管混凝土柱与H型钢梁连接形成连接结构的承载力，可以在多腔钢管混凝土柱之间布置钢板剪力墙、钢板混凝土剪力墙、钢支撑等支撑结构。支撑结构与H型钢梁和多腔钢管混凝土柱之间采用焊接连接或螺栓连接等进行连接，也可以采用前述钢梁和多腔钢管混凝土柱连接的方式连接。

需要说明的是，本发明实施例提供的多腔钢管混凝土柱连接结构，包括前述任一实施例所述的多腔钢管混凝土柱，由于二者基于同样的发明构思，技术方案及技术效果相互之间可以参看，为了简要清楚，就不再一一赘述。

本发明实施例提供的多腔钢管混凝土柱及其连接结构由于解决了室内露梁露柱的问题，提高了建筑物净空面积；在施工现场仅需要进行拼装，减少了现场湿作业工程量，可以提高施工进度；另外，其仅需要用矩形钢管和U型钢连接就可以形成多腔钢管5，结构简单；进一步地，其改进后的结构可以提高承载性能，具有较好的工程应用价值。

需要说明的是，在本文中，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系的用语，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。诸如，第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。