CN113605603A

CN113605603A - 一种适合钢芯钢筋混凝土柱、纯钢柱和钢管柱的构造方案

Info

Publication number: CN113605603A
Application number: CN202110971176.1A
Authority: CN
Inventors: 刘长寿
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-08-23
Filing date: 2021-08-23
Publication date: 2021-11-05

Abstract

本发明一种适合钢芯钢筋混凝土柱、纯钢柱和钢管柱的构造方案。力学揭示，柱子应该区分框架柱和“框剪柱”，框剪柱弱于抗弯，强于抗压，大震时柱子只求顶住和自保，大大提高轴压比，增加了延性，缓和了高宽比矛盾。主要因为中心配筋的专用钢材不能拿来就用，所以中心配筋新思想搁置20多年未得到发展。本方案主动出击，向供货方提出钢芯柱材的需求，并设计构造方案，主要解决A上下构件的延续和B钢芯、纯钢柱、钢管柱与钢筋混凝土楼盖的理想结合。钢芯(图1)组成：实心钢轴(10)+钢套筒(12)。钢套筒通过开槽焊缝(3、4)与钢轴上、下节焊牢；钢套筒上带有牛腿(8)，托住楼盖钢筋混凝土梁；套筒和钢轴有贯通孔(14)，穿插梁内负钢筋。钢芯外包钢筋混凝土的厚度不宜小于200，为了施工浇捣和耐火。

Description

一种适合钢芯钢筋混凝土柱、纯钢柱和钢管柱的构造方案

技术领域

房屋建筑

背景技术

1、现行建筑抗震设计规范规定柱子轴压比0.65起，不大于1.05。这造成高层、超高层建筑柱子特粗，2米见方的钢筋混凝土柱很常见，非常不能容忍。传统钢筋混凝土柱的粗细完全取决于混凝土的抗压强度，钢材无所作为。

2、上世纪90年代研究者提出“高层建筑钢砼柱中心配筋新思想”(载1997年12月

工程抗震第4期)，提出了高压抗震钢筋混凝土柱中心配筋与周边配筋相结合的新思想，使柱子中心配筋、周边配筋和箍筋各自侧重抵抗压、弯、剪。在抗震墙或其他结构承担主要侧力的结构体系中，通过增加中心配筋来改善柱子的延性，提高轴压比，从而使柱子高宽比的矛盾得以缓和，对大震不倒具有积极意义。

一位院士曾进行过中心配置钢管柱的实践。

3、日本阪神大地震，一些看去很“坚固”的钢结构柱被生生剪断或拉断，因为抗弯能力发挥到极致，会把剪应力、拉应力增加到不能承受。日本费数十年时冋，付出财富和鲜血代价，走过了钢骨钢筋混凝土从空腹型钢、空腹与实腹并重到实腹型钢……的道路，慢慢“发现”钢材向中心靠拢之必须，未间断小步改良。而其实，这一轨迹，这一结果，可以用最基本的力学原理剖明——自由王国就是钢芯钢筋混凝土柱。

从静力设计过渡到动态的考虑，概念设计提到重要的高度，设计界亟应思想调整，对于柱子截面中钢材的布局有一个积极清醒的把握。

4、目前世界供货的柱用钢材偏重于将钢材分布到离中心较远的地方，提高惯性矩，以提高抗弯能力。忽略了当今世界，许多高层、超高层框剪结构中，高压力造成柱材做成实心钢材也不存在高压失稳的问题，不存在长细比问题。

5、主要因为中心配筋的专用钢材不能拿来就用，所以中心配筋新思想未得到发展。20多年后本方案主动出击，向供货方提出钢芯柱材的需求，并设计构造方案，主要解决A上下构件的延续和B钢芯、纯钢柱、钢管柱与钢筋混凝土楼盖的结合。

感于建设的需要和历史的紧迫，本方案抛砖引玉。

发明内容

“框剪柱”新提法。

“框剪柱”指框剪体系中的柱子，包括由其他各种结构承担主要抗震抗侧力任务的情况。绝大部分的大截面柱子都属于这种情况。

力学揭示，“框剪柱”与框架柱应区别对待，特别是轴压比。

框剪柱应该弱于抗弯，强于抗压，大震时柱子只求顶住和自保。

大幅度提高轴压比，增加了延性，缓和了高宽比矛盾。

框剪柱套用框架柱的轴压比规定，致使肥砼胖柱肆虐全球！

1、钢芯钢筋混凝土柱构造方案

钢筋混凝土包钢芯。

钢芯(图1)组成：实心钢轴(10)+钢套筒(12)。

结合为整体钢芯：上节与下节钢轴接头部位作粘钢处理(11)；加钢套筒，钢套筒通过开槽焊缝(3、4)与钢轴上、下节焊牢；钢套筒接头处环周焊接(5)，将上下套筒和钢轴结合成整体。

钢芯与钢筋混凝土楼盖的结合：钢套筒上带有牛腿(8)，托住楼盖钢筋混凝土梁；套筒和钢轴有贯通孔(14)，穿插梁内负钢筋。

钢筋混凝土包住钢芯，结合成整体的钢芯钢筋混凝土柱。外包钢筋混凝土的厚度不宜小于200，为了施工浇捣和耐火。

技术点：A钢芯的上下延续，B钢芯与钢筋混凝土梁板柱的理想结合。

适合框剪柱。

截面可以是方形、矩形、特型多边形等，钢轴尺寸可以定型为300、400、500、600等等，实践后可能分得更细。

因为是设计方主动出击，要求供货如需，而不是迁就市面上型材形状，才能达到简洁，最简单的设计是最高的追求。

2、纯钢柱构造方案

上述钢芯钢筋混凝土的副产品。

纯钢柱可以采纳图1的钢芯，但钢套筒的外表面不需要咬合齿。

技术点：A纯钢柱的上下延续，B纯钢柱与钢筋混凝土梁板的理想结合。

适合框剪柱。

在适当场合，当多边形截面实心钢柱不存在长细比问题时，实心钢柱经得住受力审核，关键在耐火，柱子是重要构件，就中国实践看，高层消防扑火时间不肯定，要进一步研究，视材质、技术和消防的发展而实践。

3、钢管柱构造方案

钢包混凝土。

上述钢芯钢筋混凝土柱的副产品。

钢管柱可以套用图1的钢芯，但钢轴改为内钢管；钢套筒的外表面不需要咬合齿。

技术点：A钢管柱的上下延续，B钢管柱与钢筋混凝土梁板的理想结合。

附图说明

图1 钢芯(组成实心钢轴+钢套筒)

图2 梁内负钢筋穿插孔示意

摘要附图采用上述图1

附图标记：

A 实心钢轴(有梁内负钢筋穿插孔)

B 钢套筒(有梁内负钢筋穿插孔、钢牛腿和咬合齿)

1 楼盖地坪面标高

2 楼盖梁

3 上段钢套筒开槽与本层钢轴焊缝

4 下段钢套筒开槽与本层钢轴焊缝

5 环周焊缝

6 300-500

7 1500±

8 钢牛腿

9 焊接坡口

10 实心钢轴

11 黏钢处理

12 钢套筒

13 咬合齿

14 梁内负钢筋穿插孔

具体实施方式

边柱的梁内负钢筋锚固、钢芯与钢筋混凝土基础的结合等等本专业工程师不难各行设计，实践积累成为定型。

通过实验和量化的分析，形成可操作的设计规程，还要解决好从材料到构造和施工的各种新问题。

钢芯用量的控制，轴压比的控制，计算方法等等尚应在深入研究和实验之后决定。之后才能进入规范正文；完成设计模块——还有一段实验、实践的路程。

我们甚至可以在柱中采用预应力，用钢芯作为张拉平衡体，使周边的钢筋预拉，便于钢芯的压力充分发挥，周边钢筋的预拉应力有利于控制弯曲受拉侧的钢筋在大震时较早屈服。

焊接方法之外，套筒与钢轴的结合亦可考虑铆钉、高强螺钉、对穿螺栓等等方法，实践优选，保证结合效果和施工方便。套筒咬合齿方法之外，钢芯与混凝土的结合，亦可考虑穿插钢筋握固(减去钢套筒浇铸或机械加工麻烦)，以及其他。

纯钢柱的耐火是大问题，硬件方面耐火钢、涂料、包裹用耐火材料......都会不断发展，后天方面，新情况，因为截面没有丫杈，柱表面规整，所以有条件后天消防补救，专用的纯钢柱浇水系统，大水量，保证在火情下，柱表面始终维持水幕保护。

加200厚钢筋混凝土，方柱的钢芯为300、400、500、600见方时，柱子完全可以做到1米见方，与2米以上见方的柱子不在一个量级。

付出代价，将加倍回本，试想，原本2米宽的方柱瘦身到1米以内，一层，一根柱，平添3平方米使用面积！

柱子可以分段采用钢芯钢筋混凝土柱和钢管柱甚或普通钢筋混凝土柱，诸如此类。

Claims

1.一种钢芯钢筋混凝土柱构造方案，其特点是：钢芯(图1)组成：实心钢轴(10)+钢套筒(12)；上节与下节钢轴接头部位作粘钢处理(11)，加钢套筒，钢套筒通过开槽焊缝(3、4)与钢轴上、下节焊牢，钢套筒接头处环周焊接(5)，将上下套筒和钢轴结合成整体；钢套筒上带有牛腿(8)，托住楼盖钢筋混凝土梁；套筒和钢轴有贯通孔(14)，穿插梁内负钢筋；柱子外包钢筋混凝土的厚度不宜小于200，为了施工浇捣和耐火；技术点：A钢芯的上下延续，B钢芯与钢筋混凝土梁板柱的理想结合；适合框剪柱。

2.一种实心纯钢柱的构造方案，其特点是：纯钢柱可以采纳(图1)的钢芯，但钢套筒的外表面不需要咬合齿；技术点：A纯钢柱的上下延续，B纯钢柱与钢筋混凝土梁板的理想结合；适合框剪柱；须进一步深入研究耐火问题。

3.一种钢管柱的构造方案，其特点是：钢管柱套用(图1)的钢芯，但钢轴改为内钢管；钢套筒的外表面不需要咬合齿；技术点：A钢管柱的上下延续，B钢管柱与钢筋混凝土梁板的理想结合。