[发明专利]高强螺旋箍约束高强宽翼缘十字型钢八边形混凝土柱

说明书

技术领域

本发明涉及一种型钢混凝土柱。

背景技术

型钢混凝土柱是指在混凝土中配置型钢，并配有一定横向箍筋及纵向受力钢筋的结构，柱中型钢主要有工字型钢、H型钢和十字型钢。型钢混凝土柱具有承载力高、刚度大及抗震性能好等优点，已普遍应用于大跨结构和地震区的高层建筑。

型钢混凝土柱中，型钢与混凝土这两种性能不同的材料能够共同工作是由于它们之间存在粘结作用，由于型钢表面光滑，故而型钢与混凝土粘结强度相当于光圆钢筋与混凝土粘结强度的60%和螺纹钢筋与混凝土粘结强度的30%，为了使得型钢能与混凝土协调工作，《型钢混凝土组合结构技术规程》和《钢骨混凝土结构设计规程》分别规定型钢混凝土柱保护层厚度不小于120毫米和150毫米，在实际工程设计中保护层厚度比规范规定的数值还要大，由于保护层过厚型钢往往位于截面的偏中位置，造成实际上型钢主要发挥了抗压作用，抗弯作用没完全发挥出来，尽管计算公式中假定型钢是完全发挥抗弯作用的。

在地震力作用下，型钢外面混凝土保护层可能会脱落，所以型钢翼缘的宽厚比要符合一定的要求，以避免混凝土保护层脱落后型钢翼缘发生局部压屈，这样就限制了高强度型钢的应用，因为屈服强度高的型钢翼缘厚度薄所以比低强度型钢更容易发生压屈。

由于型钢混凝土柱是由纵向受力钢筋、型钢、横向钢筋组成，施工时要同时进行钢结构施工和钢筋混凝土结构施工，所以施工复杂，比单独钢结构施工或者单独钢筋混凝土结构施工麻烦。

由于普通箍强度低，对混凝土的约束不完全。混凝土受压膨胀或剪切滑移时，箍筋易屈服，从而失去对混凝土的约束力。普通箍筋末端存在135°弯钩，在地震力反复作用下，外部混凝土破碎，箍筋弯钩容易出现松扣现象，从而失去对内部混凝土和纵向钢筋的约束，进一步加重柱子的震害。

在高层建筑设计时候，从控制轴压比的角度，要求柱子截面尺寸要足够大，从控制剪跨比角度，要求柱断面不能过大。两种控制往往会发生矛盾。高层建筑底部若干层柱断面尺寸往往较大而同时难以满足达到长柱的要求。解决这一矛盾的办法之一就是采用高强度等级混凝土，但高强混凝土较低强度等级混凝土更脆，不利于抗震。

发明内容

本发明的目的是克服工程中常用的十字型钢混凝土柱的缺点，提供一种高强螺旋箍约束高强宽翼缘十字型钢八边形混凝土柱。本发明要解决现有的十字型钢混凝土柱施工不便、混凝土保护层厚造成柱中型钢不能完全发挥抗弯作用、箍筋强度低且末端有135°弯钩地震时候容易松扣造成对混凝土及型钢约束效果不理想、高强度型钢容易压屈不便应用于工程等一系列缺点。

本发明的目的是通过如下措施达到的：

柱子截面为八边形，高强螺旋箍为八边形螺旋箍，约束高强型钢翼缘的高强螺旋箍的内侧紧贴在型钢翼缘的表面，高强型钢的混凝土保护层厚度为30-40毫米，柱中没有纵向受力钢筋，通过增加高强型钢翼缘的面积代替被取消的纵向受力钢筋。

其特征在于：

箍筋采用螺旋箍，箍筋的屈服强度标准值不能小于1100兆帕，且最大力总伸长率不能小于4%，箍筋要用机械加工，以保证加工质量，尺寸误差不能超过±1毫米，以保证箍筋内表面能与型钢翼缘表面紧紧相贴；当箍筋直径小于10mm时，型钢的混凝土保护层为30mm,当箍筋直径大于10mm时，型钢的混凝土保护层为40mm；取消型钢混凝土柱中的纵向受力钢筋，将型钢翼缘加厚加长取代纵向受力钢筋，型钢翼缘的宽度不能小于0.6倍的八边形柱最大宽度，不能大于0.7倍的八边形柱最大宽度。

采用数控弯箍机加工高强度螺旋箍，螺旋箍尺寸误差为±1mm，螺旋箍紧紧套在型钢表面，起到了约束作用，使得型钢翼缘边界条件得到改善，使得本来三边简支，一边自由的计算模型变成三边简支，一边近似简支的计算模型，根据弹性稳定理论，矩形薄板失稳临界应力计算公式如下：