本發明涉及一種鋼與混凝土組合結構，尤其涉及一種核心約束型空腹式型鋼混凝土組合柱及制作方法。

背景技術：

近年來，隨著城市化建設的高速發展，各城市的高層及超高層建筑井噴式涌現。型鋼混凝土結構以其優異的承載能力、抗火性能、抗震性能以及施工快捷等優勢，成為高層及超高層建筑所采用最主要的結構形式之一。

型鋼混凝土柱根據配鋼形式可分為實腹式和空腹式兩類，空腹式型鋼混凝土柱是在混凝土柱中配置由豎向型鋼和鋼綴件連接形成的空間鋼骨架，鋼骨架在橫向是非連續的，其型鋼間的空間在節點部位便于梁鋼筋或型鋼穿過，沒有實腹式型鋼混凝土柱節點中由于橫向連續的實腹型鋼阻擋而難以解決的交叉穿筋和施工困難等問題，同時由于型鋼沿四周分布具有更好抗扭和壓彎性能，從而受到工程應用的青睞。然而，研究表明由于含鋼率較低，且對混凝土的約束性能較差，空腹式型鋼混凝土柱的抗震性能劣于實腹式型鋼混凝土柱，限制了其在高烈度地震區和抗震要求較高建筑中的應用。

因此，很有必要研究一種既便于節點設計施工、具有良好的抗扭、抗壓彎性能，又滿足抗震性能要求更高的新型空腹式型鋼混凝土組合柱。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種節點施工方便的核心約束型空腹式型鋼混凝土組合柱，改善空腹式型鋼混凝土組合柱對混凝土的約束效果，提高組合柱的承載力和抗震性能。

本發明以如下技術方案解決上述技術問題：

核心約束型空腹式型鋼混凝土組合柱，包括豎向型鋼、鋼綴件、螺旋箍筋、縱向鋼筋、方箍、混凝土；在混凝土內配置由豎向型鋼通過鋼綴件連接形成的空腹式鋼骨架，鋼骨架外側設置由縱向鋼筋與方箍綁扎形成的鋼筋籠，鋼骨架內側即組合柱的核心處設置螺旋鋼筋籠，螺旋鋼筋籠由螺旋箍筋和縱向鋼筋綁扎而成。

豎向型鋼與橫向、斜向鋼綴件相互連接形成空腹式鋼骨架，豎向型鋼對稱設置于靠近組合柱截面的角部或邊緣處，鋼綴件以水平橫向和斜向交替首尾相連焊接于型鋼翼緣外側。

豎向型鋼為角鋼或槽鋼，鋼綴件為扁鋼或鋼板制作。

螺旋鋼筋籠至少配置6根縱向鋼筋，縱向鋼筋均勻布置，綁扎于螺旋箍筋內壁。

螺旋箍筋采用截面是圓形的螺旋箍筋，直徑為6mm-10mm，螺旋間距為40mm-80mm。

螺旋鋼筋籠外邊緣距鋼骨架內邊緣距離不小于50mm，螺旋鋼筋籠直徑與組合柱截面邊長之比不小于0.3。

核心約束型空腹式型鋼混凝土組合柱的制作方法，包括如下步驟：

(1)根據豎向型鋼類型，焊接豎向型鋼和鋼綴件，形成空腹式鋼骨架；

(2)在鋼骨架外部定位綁扎縱向鋼筋和方箍，形成鋼筋籠；

(3)將縱向鋼筋綁扎于螺旋箍筋內側，形成螺旋鋼筋籠；

(4)在空腹式鋼骨架內定位安裝螺旋鋼筋籠，使螺旋鋼筋籠的形心與鋼骨架的形心重合；

(5)支模板澆筑混凝土，成型后即為核心約束型空腹式型鋼混凝土組合柱。

由于采用了上述技術方案，本發明取得的有益效果是：

通過在空腹式型鋼混凝土柱核心處設置螺旋鋼筋籠，使得核心處混凝土處于三向約束狀態；同時，螺旋鋼筋籠與空腹式鋼骨架共同作用，形成對混凝土的復合約束，改善空腹式型鋼混凝土組合柱對混凝土約束較弱的問題，提高組合柱的抗壓承載性能和抗震性能；其節點能充分利用空腹式鋼骨架和螺旋筋的空間，便于節點梁柱的交叉穿筋和箍筋布置，施工方便快捷。

附圖說明

圖1是本發明核心約束型空腹式型鋼混凝土組合柱實施例1各組合部件空間結構示意圖；

圖2是本發明核心約束型空腹式型鋼混凝土組合柱實施例2各組合部件空間結構示意圖；

圖中：1-豎向型鋼 2-鋼綴件 3-螺旋箍筋 4-縱向鋼筋 5-方箍 6-混凝土 7-豎向型鋼 8-鋼綴件 9-螺旋箍筋 10-縱向鋼筋 11-方箍 12-混凝土

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步的說明。

實施例1：

如圖1所示為核心約束型空腹式型鋼混凝土組合柱第一種實施方式，包括豎向型鋼1、鋼綴件2、螺旋箍筋3、縱向鋼筋4、方箍5、混凝土6；在混凝土6內配置由豎向型鋼1通過鋼綴件2連接形成的空腹式鋼骨架，鋼骨架外側設置由縱向鋼筋4與方箍5綁扎形成的鋼筋籠，鋼骨架內側即組合柱的核心處設置螺旋鋼筋籠，螺旋鋼筋籠由螺旋箍筋3和縱向鋼筋4綁扎而成。

本實施例中豎向型鋼1采用角鋼，鋼綴件2采用扁鋼或鋼板；豎向角鋼與橫向及斜向鋼綴件相互連接形成空腹式鋼骨架，四個豎向角鋼對稱設置于靠近組合柱截面角部處，鋼綴件以水平橫向和斜向交替首尾相連焊接于型鋼翼緣外側。對稱布置的豎向角鋼能提高組合柱的壓彎性能，鋼綴件的配置以及該連接方式能提高組合柱水平受力性能。

螺旋鋼筋籠至少配置6根縱向鋼筋4，縱向鋼筋均勻布置，綁扎于螺旋箍筋3內壁，縱向鋼筋和橫向螺旋箍筋分別在空間軸向和徑向上對混凝土實現橫向約束。螺旋箍筋3采用圓形螺旋鋼筋，可以產生均勻連續的側向壓力，同時彌補鋼骨架由于截面呈矩形而造成角部約束強，而四邊約束較弱，最大程度的發揮對混凝土的約束效果；螺旋鋼筋3直徑為6mm-10mm，這是由于若螺旋箍筋直徑大于10mm時，組合柱的承載力不能相應有效提高，因此控制鋼筋直徑可在保證一定承載力下節約鋼材用量；螺旋間距為40mm-80mm，最好為40mm、50mm、60mm、70mm或80mm，這是因為螺旋間距小于40mm時不便于混凝土的澆筑，螺旋間距大于80mm時不能起到有效的約束作用。螺旋鋼筋籠外邊緣距鋼骨架內邊緣距離不小于50mm，這樣便于螺旋鋼筋籠的安裝，以及混凝土的澆筑。螺旋鋼筋籠直徑與組合柱截面邊長之比不小于0.3，若小于0.3不能保證核心混凝土的有效約束面積，對組合柱承載能力和抗震性能的提高有限。

本實施例的制作方法包括如下步驟：

(1)將鋼綴件焊接于角鋼翼緣外側，將四個角鋼連接起來形成空腹式鋼骨架；

(2)在鋼骨架外部定位綁扎縱向鋼筋和方箍，形成鋼筋籠；

(3)將縱向鋼筋綁扎于螺旋箍筋內側，形成螺旋鋼筋籠；

(4)在空腹式鋼骨架內定位安裝螺旋鋼筋籠，使螺旋鋼筋籠的形心與鋼骨架的形心重合；

(5)支模板澆筑混凝土，成型后即為核心約束型空腹式型鋼混凝土組合柱。

實施例2：

本實施例技術方案及制作方法與實施例1基本相同，所不同之處在于：如圖2所示，豎向型鋼7采用兩根槽鋼，豎向槽鋼與橫向、斜向鋼綴件8相互連接形成空腹式鋼骨架，兩槽鋼對稱設置于靠近組合柱截面邊緣處。

綜上所述，本發明核心約束型空腹式型鋼混凝土組合柱與現有技術相比具有如下優勢：

(1)通過在空腹式型鋼混凝土柱核心處設置螺旋鋼筋籠，使得核心處混凝土處于三向約束狀態，提高核心混凝土的強度和延性。

(2)螺旋鋼筋籠截面為圓形，置于截面為矩形的空腹式鋼骨架內部，彌補矩形鋼骨架四邊對混凝土約束的不足，并與空腹式鋼骨架形成復合約束，進一步提高對混凝土的約束能力，提高組合柱的抗壓承載能力和抗震性能。

(3)有別于實腹式型鋼混凝土柱和鋼管混凝土柱，空腹式鋼骨架和螺旋鋼筋籠在橫向都是非連續的，在梁柱節點處，能充分利用型鋼和螺旋筋之間的空間，利于梁中鋼筋或型鋼穿過柱截面以及節點箍筋的布置，施工方便快捷。