一种十字转变径圆管柱结构及其加工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，涉及一种十字转变径圆管柱结构及其加工方法。

背景技术

随着钢结构的发展，越来越多大型公共建筑和超高层的地下室部分，竖向结构柱由钢筋混凝土结构转变为钢骨混凝土结构，后者可以在强度相同的情况下，降低柱截面尺寸，从而获得更大的使用空间。而地上部分一般采用钢结构圆管柱作为竖向传力构件，为增加地上部分结构柱的承载强度，会在圆管柱芯柱内浇筑混凝土。由此会形成柱截面选择的问题，如将地下室部分与地上部分钢柱设计为等截面钢柱，势必会造成材料浪费，不利于节约成本，因此形成了许多结构柱变截面的组合方式。

地下室部分采用十字钢骨柱，地上部分采用圆管柱的做法，由于其优越的结构性能，越来越多的应用到建筑结构中。目前十字钢骨柱与等截面圆管柱连接的节点做法比较成熟，而十字钢骨柱与不等截面的圆管柱连接节点的设计和加工还存在着许多难点。目前采用最多的方式是将十字柱腹板加长、加宽与上部圆管柱连接，然后在采用若干个天圆地方瓦片将十字柱与上部圆管柱连接。但采用此种加工工艺，天圆地方瓦片上下两端需分别与十字柱翼板、圆管柱壁板焊接连接，瓦片与十字柱腹板加长段也需进行焊接连接，瓦片与瓦片之间也需通过焊接连接，这样会造成转换节点区域焊缝集中，焊接应力集中，从而对结构受力造成影响。

因此，开发一种加工难度较低、焊接应力对结构影响小且施工效率高的十字转变径圆管柱结构极具现实意义。

发明内容

由于现有技术存在上述缺陷，本发明提供了一种加工难度较低、焊接应力对结构影响小且施工效率高的十字转变径圆管柱结构，解决了现有十字转变径圆管柱结构操作繁琐且焊接应力集中影响结构受力的缺陷。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种十字转变径圆管柱结构，包括圆锥管段、十字柱段和天圆地方瓦片嵌补段；

所述圆锥管段包括共轴的大直径圆钢管、圆锥钢管和小直径圆钢管，大直径圆钢管的内径大于小直径圆钢管的内径，大直径圆钢管、圆锥钢管和小直径圆钢管连成的管状结构内设有贯穿所述管状结构且与管状结构的内壁焊接固定的柱内十字插板，所述柱内十字插板与管状结构的内壁之间设有沿着管状结构轴向方向依次布置的多组柱内环形横隔板，一组柱内环形横隔板共有多片，一组柱内环形横隔板中所有片柱内环形横隔板位于同一水平面且所有片柱内环形横隔板配合完全封闭柱内十字插板与管状结构的内壁之间的空间，柱内环形横隔板与管状结构的内壁、柱内十字插板焊接固定；

所述十字柱段包括十字柱和十字柱翼缘板，十字柱翼缘板围绕十字柱圆周布置且十字柱翼缘板垂直固定在十字柱的端板上，所述十字柱布置在柱内十字插板的正下方且柱内十字插板与十字柱匹配，柱内十字插板与十字柱焊接固定；

所述天圆地方瓦片嵌补段包括多片天圆地方瓦片翼缘板，天圆地方瓦片翼缘板的上缘与所述小直径圆钢管远离大直径圆钢管端的端面匹配且焊接，天圆地方瓦片翼缘板的下缘与十字柱翼缘板的外壁平齐且焊接。

本发明的十字转变径圆管柱结构，结构设计合理，能够实现十字钢骨柱与变径圆管柱的结构形式转变，材料用量较少，节点位置加工精度高，同时加工难度低，焊接作业量较少(焊缝少)，焊接应力对结构影响小，结构可靠性好，施工效率高，应用前景好。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种十字转变径圆管柱结构，所述大直径圆钢管、圆锥钢管和小直径圆钢管依次焊接。

如上所述的一种十字转变径圆管柱结构，所述管状结构的外壁上还焊接有柱外侧搭筋板和吊耳连接板，方便施工。

如上所述的一种十字转变径圆管柱结构，所述吊耳连接板共有多块；

多块吊耳连接板位于同一水平面上且围绕所述管状结构的圆周均匀布置。

如上所述的一种十字转变径圆管柱结构，所述柱外侧搭筋板共有至少两组且各组柱外侧搭筋板沿着管状结构轴向方向依次布置；

一组柱外侧搭筋板共有多片，一组柱外侧搭筋板中所有片柱外侧搭筋板位于同一水平面，多片片柱外侧搭筋板围绕所述管状结构的圆周均匀布置。

如上所述的一种十字转变径圆管柱结构，所述十字柱包括一片十字柱H型钢腹板和两片十字柱T型钢腹板；

所述十字柱H型钢腹板的两侧均焊接固定有十字柱翼缘板且十字柱翼缘板与十字柱H型钢腹板垂直，十字柱H型钢腹板与位于其两侧的两十字柱翼缘板围成H形结构；

所述十字柱T型钢腹板的一侧焊接固定有十字柱翼缘板且十字柱翼缘板与十字柱T型钢腹板垂直，十字柱T型钢腹板与十字柱翼缘板围成T形结构；

两片十字柱T型钢腹板垂直焊接在十字柱H型钢腹板的两侧且十字柱T型钢腹板将十字柱H型钢腹板均分。

如上所述的一种十字转变径圆管柱结构，所述十字柱翼缘板远离十字柱T型钢腹板或十字柱H型钢腹板侧焊接有现场连接板，方便后期施工；

所述十字柱的上侧焊接有多片十字柱内隔板，十字柱内隔板位于十字柱分隔开的独立空间内，多片十字柱内隔板位于同一水平面，十字柱内隔板与十字柱焊接。

如上所述的一种十字转变径圆管柱结构，所述圆锥钢管的坡度不得大于1:6；

以管状结构的轴向方向为高度方向，所述天圆地方瓦片翼缘板的高度不小于1m；

所述小直径圆钢管的内径与所述十字柱截面的当量直径相等。

本发明还提供如上所述的一种十字转变径圆管柱结构的加工方法，包括以下步骤：

(1)利用计算机进行三维实体建模，确定十字转变径圆管柱结构各部件的尺寸规格；

(2)加工各部件；

(3)焊接组装圆锥管段和十字柱段；

(4)将圆锥管段和十字柱段对齐焊接成一体，再将天圆地方瓦片翼缘板分别与十字柱翼缘板和小直径圆钢管焊接，完成对十字转变径圆管柱结构的加工。

本发明优化了十字柱转变径圆管柱结构的加工工艺，使十字转变径圆管柱的结构形式更加合理，传力路径清晰，加工工艺更加简便，且整体外观视觉效果较好，减少了构件翻身次数，提高了施工效率，缩短了加工周期。

以上技术方案仅为本发明的一种可行的技术方案而已，本发明的保护范围并不仅限于此，本领域技术人员可根据实际需求合理调整具体设计。

上述发明具有如下优点或者有益效果：

(1)本发明的十字转变径圆管柱结构，在十字柱段与圆管柱连接位置，设置了长度不小于1m的天圆地方过渡段，可以完美的分别与十字柱、圆管柱连接，避免了十字柱与锥管柱直接连接会有对接错边，从而影响结构整体受力的问题；

(2)本发明的十字转变径圆管柱结构，锥管上端与大截面圆管柱连接，下端与小截面圆管柱，然后通过小截面圆管柱与天圆地方过渡段连接，此连接节点通过锥管分别与上、下圆管柱，使变截面节点完美过渡，不仅外观效果较好，也提高了钢构件的整体承载力；

(3)本发明的十字转变径圆管柱结构，内插十字加劲板贯穿整个变径圆管柱段，且与下部十字柱段的腹板焊接连接，使得变径圆管柱段与十字柱段通过十字加劲板紧密的连接成为一个整体受力部件，通过“退装退焊”的施工工艺，也使得该结构构件加工可以很好的实现；

(4)本发明的十字转变径圆管柱结构，可根据设计承载力的不同，增大或减小十字圆管柱的规格，最大化利用材料性能；

(5)本发明的十字转变径圆管柱结构的加工方法，工序简单，焊接作业量少，施工效率高，安全可靠，应用前景好。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为十字转变径圆管柱结构的示意图；

图2为圆锥管段的结构示意图；

图3为圆锥管段结构分解示意图；

图4为大直径圆钢管的示意图；

图5为圆锥钢管的示意图；

图6为小直径圆钢管的示意图；

图7为柱内十字插板的示意图；

图8为柱内环形横隔板的示意图；

图9为柱外侧搭筋板的示意图；

图10为吊耳连接板的示意图；

图11为十字柱段的结构示意图；

图12为十字柱段结构分解示意图；

图13为十字柱翼缘板的示意图；

图14为十字柱H型钢腹板的示意图；

图15为十字柱T型钢腹板的示意图；

图16为十字柱内隔板的示意图；

图17为现场连接板的示意图；

图18为天圆地方瓦片嵌补段的结构示意图；

图19～21分别为十字转变径圆管柱结构的正视图、俯视图及仰视图；

其中，1为圆锥管段，111为大直径圆钢管，112为圆锥钢管，113为小直径圆钢管，114为柱内十字插板，115为柱内环形横隔板，116为柱外侧搭筋板，117为吊耳连接板，2为十字柱段，121为十字柱翼缘板，122为十字柱H型钢腹板，123为十字柱T型钢腹板，124为十字柱内隔板，125为现场连接板，3为天圆地方瓦片嵌补段，131为天圆地方瓦片翼缘板。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明中的结构作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。

实施例1

一种十字转变径圆管柱结构，如图1～21所示，包括圆锥管段1、十字柱段2和天圆地方瓦片嵌补段3；

圆锥管段1包括共轴且依次焊接的大直径圆钢管111、圆锥钢管112(圆锥钢管112的坡度不得大于1:6)和小直径圆钢管113，大直径圆钢管111的内径大于小直径圆钢管113的内径，大直径圆钢管111、圆锥钢管112和小直径圆钢管113连成的管状结构内设有贯穿管状结构且与管状结构的内壁焊接固定的柱内十字插板114，柱内十字插板114与管状结构的内壁之间设有沿着管状结构轴向方向依次布置的多组柱内环形横隔板115，一组柱内环形横隔板115共有多片，一组柱内环形横隔板115中所有片柱内环形横隔板115位于同一水平面且所有片柱内环形横隔板115配合完全封闭柱内十字插板114与管状结构的内壁之间的空间，柱内环形横隔板115与管状结构的内壁(即大直径圆钢管111、圆锥钢管112和小直径圆钢管113的内壁)、柱内十字插板114焊接固定，管状结构的外壁上还焊接有柱外侧搭筋板116和吊耳连接板117，吊耳连接板117共有多块，多块吊耳连接板117位于同一水平面上且围绕管状结构的圆周均匀布置，柱外侧搭筋板116共有至少两组且各组柱外侧搭筋板116沿着管状结构轴向方向依次布置，一组柱外侧搭筋板116共有多片，一组柱外侧搭筋板中所有片柱外侧搭筋板116位于同一水平面，多片片柱外侧搭筋板116围绕管状结构的圆周均匀布置；

十字柱段2包括十字柱和十字柱翼缘板121，十字柱包括一片十字柱H型钢腹板122和两片十字柱T型钢腹板123，十字柱H型钢腹板122的两侧均焊接固定有十字柱翼缘板121且十字柱翼缘板121与十字柱H型钢腹板122垂直，十字柱H型钢腹板122与位于其两侧的两十字柱翼缘板121围成H形结构，十字柱T型钢腹板123的一侧焊接固定有十字柱翼缘板121且十字柱翼缘板121与十字柱T型钢腹板123垂直，十字柱T型钢腹板123与十字柱翼缘板121围成T形结构，两片十字柱T型钢腹板123垂直焊接在十字柱H型钢腹板122的两侧且十字柱T型钢腹板123将十字柱H型钢腹板122均分，十字柱布置在柱内十字插板114的正下方且柱内十字插板114与十字柱匹配(十字柱截面的当量直径与小直径圆钢管113的内径相等)，柱内十字插板114与十字柱焊接固定，十字柱翼缘板121远离十字柱T型钢腹板123或十字柱H型钢腹板122侧焊接有现场连接板125，十字柱的上侧焊接有多片十字柱内隔板124，十字柱内隔板124位于十字柱分隔开的独立空间内，多片十字柱内隔板124位于同一水平面，十字柱内隔板124与十字柱焊接；

天圆地方瓦片嵌补段3包括多片天圆地方瓦片翼缘板131，以管状结构的轴向方向为高度方向，天圆地方瓦片翼缘板131的高度不小于1m，天圆地方瓦片翼缘板131的上缘与小直径圆钢管113远离大直径圆钢管111端的端面匹配且焊接，天圆地方瓦片翼缘板131的下缘与十字柱翼缘板121的外壁平齐且焊接。

上述圆锥管段、十字柱段、天圆地方瓦片嵌补段分别可以单独加工组装成为组件，最后进行三段之间的组装工作，有效提高了施工效率。

上述十字转变径圆管柱结构的加工方法，主要由以下步骤实现：

步骤一：采用计算机进行三维实体建模，并在模型内进行分段，使每个零件均具有精确的三维几何尺寸属性。

步骤二：按照模型内零件尺寸规格，采用数控切割机床进行精准下料切割。

步骤三：采用数控四辊卷板设备，针对需要卷管的零件—大直径圆钢管111、圆锥钢管112、小直径圆钢管113，进行压弯、焊接、校圆工序，使其从钢板变成构件所需的圆、锥型钢管零件。

步骤四：将柱内十字插板114按照既定尺寸组装焊接完成后进行校正，使其外形尺寸与模型内外形尺寸一致。

步骤五：将柱内十字插板114与大直径圆钢管111按照图纸尺寸进行组装焊接，然后将柱内环形横隔板115采用“退装退焊”的方式，将其与柱内十字插板114、大直径圆钢管111进行焊接连接，使其成为一个组件。

步骤六：按照图纸尺寸，首先将圆锥钢管112与步骤五形成的组件进行组装并焊接，其次将小直径圆钢管113与圆锥钢管112、柱内十字插板114进行组装焊接，然后采用“退装退焊”的方式将柱内环形横隔板115与钢管和十字插板进行连接，最后按照图纸尺寸将柱外侧搭筋板116、吊耳连接板117与钢管外壁进行组装焊接，至此组件圆锥管段1组装焊接完成。

步骤七：首先将十字柱翼缘板121与十字柱H型钢腹板122组装焊接形成H型组件，同步采用十字柱翼缘板121与十字柱T型钢腹板123组装焊接形成T组件，其次将H型组件与T型组件按照图纸组装焊接成为十字柱主材组件，然后将十字柱内隔板124与十字柱主材组件组装焊接连接，最后将现场连接板125与十字柱翼缘板121组装焊接，至此组件十字柱段2组装焊接完成。

步骤八：首先按照天圆地方瓦片翼缘板131展开图进行零件板下料，然后采用卷板压力机将展开后零件板，压制成为与模型尺寸一致的天圆地方瓦片翼缘板。

步骤九：将组件圆锥管段1与组件十字柱段2在制作胎架上组装成为一个整体，然后将天圆地方瓦片翼缘板嵌补安装至二者之间，并将天圆地方瓦片翼缘板131焊接，至此十字转变径圆管柱加工制作完成。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。