一种用于低层建筑的方钢管组合异形柱框架结构体系

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1.本发明涉及一种装配式方钢管组合异形柱框架结构体系，属于结构工程技术领域。

背景技术：

2.为推进新型城镇化发展，节约资源能源、减少施工污染、提升劳动生产效率和质量安全水平，同时为改善村镇地区居住环境，加快推进乡村建设，改善村镇居民居住环境，一系列可适用于中高烈度村镇地区的简易异形柱的钢框架结构体系应运而生。
3.异形柱作为传统矩形柱的变形形式，通常截面有t字形、l字形、十字形等多种形式，其柱肢厚度与内墙厚相近，可以做到藏柱于墙，从而有效避免室内出现阳角、柱楞，改善房间的布置效果，提高空间利用率。
4.现有技术中应用较多的是钢筋混凝土异形柱，但由于其承载力低、材料强度未能充分利用、现场混凝土浇筑困难等问题，制约了其进一步的发展和应用。而方钢管组合异形柱较于钢筋混凝土异形柱材料强度高，自身重量轻，制造安装机械化程度高，低碳、节能、绿环保，可重复利用，故具有很好的发展前景。
5.异形柱钢结构体系中多采用钢管混凝土柱和工字形梁，这类体系中柱的自重大，且加工和现场组装要求较高，故并不适用于需要施工方便迅速、低成本的村镇住宅。现有异形钢管柱多为多个方管、矩形管或槽钢等连续焊接而成，采用部件种类较多且工业化程度不高，焊接量较大，焊缝质量无法保证，焊接也会导致钢管冷弯区的应力集中。
6.在村镇地区，考虑到村镇多为一二层的低层建筑，荷载较小，为简化施工，无需浇灌混凝土于钢管中。同时，考虑到焊接连接技术难度大，存在较大残余应力、残余变形，而螺栓连接对施工精度要求较高，采用自攻螺钉将连接件与薄壁钢构件钉在一起，实现构件间的连接，具有操作简便易掌握、对精度要求较低的优点，达到低成本、简易施工的预期目的。

技术实现要素：

7.本发明提出了一种方钢管组合异形柱框架结构体系，其目的在于在钢结构体系的生产和施工中,将模块化,工厂化,标准化和装配化相结合,实现工厂化生产,现场快速装配,在保证施工质量的前提下,提高了施工速度,减少了施工工期,降低了工程造价。技术方案如下：
8.一种用于低层建筑的方钢管组合异形柱框架结构体系，包括方钢管组合异形柱和h型钢梁，其特征在于，所述方钢管组合异形柱由多根钢管通过l形连接件和矩形连接件拼接而成，包括l形方钢管组合异形柱，t形方钢管组合异形柱和十字形方钢管组合异形柱三种类型，l 形方钢管组合异形柱采用截面形状为两倍长的不等边矩形钢管和方钢管拼接成，截面为l形； t形方钢管组合异形柱采用截面形状为三倍长的不等边矩形钢管和方钢管拼接成，截面为t 形；十字形方钢管组合异形柱采用截面形状为三倍长的不等边矩形钢管和分别位于其两侧的两根方钢管拼接成；每个方钢管组合异形柱的柱脚节点包括柱脚套筒
3、长螺栓4和膨胀螺栓2，柱脚套筒3包括方形钢底板10和由矩形加劲板11围成的钢套筒，钢套筒的形状根据方钢管组合异形柱的类型而确定，矩形加劲板11相互焊接组成的钢套筒竖向布置于方形钢底板10上，底部与方形钢底板10焊接；柱脚套筒3底部开设有螺栓孔，膨胀螺栓2穿过螺栓孔与基础相连；方钢管组合异形柱与柱脚套筒3的间隙不小于20mm，在间隙处浇灌有混凝土，长螺栓4贯穿于柱脚套筒3相对的侧面上。
9.所述的方钢管组合异形柱框架结构体系的安装方法如下：
10.(1)利用自攻螺钉，通过l形连接件和矩形连接件将构成方钢管组合异形柱的不等边矩形钢管和方钢管固定在一起，制作不同类型的方钢管组合异形柱；
11.(2)制作不同类型的柱脚套筒；
12.(3)通过膨胀螺栓穿过柱脚套筒底部的螺栓孔将柱脚套筒与基础连接；
13.(4)将方钢管组合异形柱直接插入相应的柱脚套筒中，在间隙处灌入混凝土；
14.(5)从柱脚套筒外部打入贯通的长螺栓，将方钢管组合异形柱与柱脚套筒固定在一起；
15.(6)利用自攻螺钉，通过l形连接件将方钢管组合异形柱与h型钢梁，h型钢梁与h 型钢梁连接件连接在一起。
16.本发明能达到的有利效果是：方钢管组合异形柱相比现有的钢管混凝土组合异形柱，质量轻，运输、吊装比较方便，便于建筑产业化的生产，而且质量较轻，受到的地震力较小，抗震性能较强；方钢管组合异形柱和h型钢梁的连接采用自攻螺钉而非焊接或螺栓连接，避免了因焊缝质量差或钢管冷弯区应力集中而引发的问题，成本较低，且提高了现场施工效率和构件组装的灵活性；本异形柱柱脚节点相比现有的钢管混凝土组合异形柱，节点构造简单，柱脚与套筒之间浇灌混凝土，穿插贯通的长螺栓，柱脚套筒通过穿过锚栓孔的膨胀螺栓，与基础连接，施工方便，便于设计。构件加工方便，便于建筑产业化的生产，进一步提高装配化程度；施工简易、成本低，使用自攻螺钉固定连接件于方钢管，既克服了焊接连接技术难度大，存在较大残余应力、残余变形的缺点，又克服了螺栓连接对施工精度要求较高的缺点，在轻钢结构连接中具有显著优势。
附图说明
17.图1是本发明方钢管组合异形柱框架结构体系示意图；
18.图2是本发明的方钢管组合l形异形柱示意图；
19.图3是本发明的方钢管组合l形异形柱分解图；
20.图4是本发明的方钢管组合l形异形柱柱脚节点右立面图；
21.图5是本发明的方钢管组合l形异形柱柱脚节点平面图；
22.图6是本发明的方钢管组合l形异形柱柱脚节点前立面图；
23.图7是本发明的方钢管组合l形异形柱梁柱节点分解图；
24.图8是本发明的方钢管组合t形异形柱示意图；
25.图9是本发明的方钢管组合t形异形柱分解图；
26.图10是本发明的方钢管组合t形异形柱柱脚节点右立面图；
27.图11是本发明的方钢管组合t形异形柱柱脚节点平面图；
28.图12是本发明的方钢管组合t形异形柱梁柱节点分解图；
29.图13是本发明的方钢管组合十字形异形柱示意图；
30.图14是本发明的方钢管组合十字形异形柱分解图；
31.图15是本发明的方钢管组合十字形异形柱柱脚节点右立面图；
32.图16是本发明的方钢管组合十字形异形柱柱脚节点平面图；
33.图17是本发明的方钢管组合十字形异形柱梁柱节点分解图；
34.图18是本发明的主次梁节点分解图。
35.图中，1是方钢管组合异形柱，2是膨胀螺栓，3是柱脚套筒，4是长螺栓，5是混凝土， 6是不等边矩形钢管，7是方钢管，8是l形连接件，9是矩形连接件，10是方形钢底板，11 是矩形加劲板。
具体实施方式
36.本发明的方钢管组合异形柱框架结构体系，如图1所示。方钢管组合异形柱由规则薄壁方钢管组合，通过自攻螺钉将连接件与规则薄壁方钢管钉在一起。柱脚套筒上开有若干锚栓孔，柱脚套筒通过穿过锚栓孔的膨胀螺栓，与基础连接；方钢管组合异形柱直接插入柱脚套筒中，并在间隙处灌入混凝土；柱脚套筒外部打入贯通的长螺栓，将方钢管组合异形柱与柱脚套筒钉在一起。方钢管组合异形柱与h型钢梁，h型钢梁与h型钢梁之间，通过布置一定角度和一些形状的连接件，实现构件之间的连接。在加工构件时应在连接件上预留适合螺钉孔径的孔洞，现场构件拼装时则可用电钻直接将自攻螺钉穿过连接构件的预留孔洞打进钢管中来实现构件间的连接。
37.实施例1。
38.l形方钢管组合异形柱如图2、图3、图4所示。方钢管组合异形柱1包括不等边矩形钢管6、方钢管7、l形连接件8和矩形连接件9。对于l形方钢管组合异形柱，所采用的不等边矩形钢管的截面形状为两倍长的不等边矩形钢管，即截面长是宽的2倍。l形连接件8和矩形连接件9分别布置于不等边矩形钢管6、方钢管7的侧面，沿方钢管均匀间隔分布，不等边矩形钢管6和方钢管7之间通过l形连接件8和矩形连接件9固定连接。l形连接件8 和矩形连接件9上打有若干个自攻螺钉，将不等边矩形钢管6和方钢管7连接在一起。连接件沿异形柱长度方向按照一定间距布置，同时也可以通过增大连接件的尺寸及自攻螺钉的数量来实现柱子在与梁和柱脚临近处的加密，进而增加结构的可靠性。
39.l形方钢管组合异形柱柱脚节点如图4、图5、图6所示，本实施例具体实施包括方钢管组合异形柱1、膨胀螺栓2、柱脚套筒3、长螺栓4和混凝土5。方钢管组合异形柱1嵌套于柱脚套筒中部，中间浇灌混凝土5；柱脚套筒3侧面上均打有两个长螺栓4，长螺栓4穿过混凝土5，打入方钢管组合异形柱1内部；柱脚套筒3通过膨胀螺栓2与基础相连。柱脚套筒3 包括方形钢底板10和矩形加劲板11，矩形加劲板11相互焊接组成l形钢套筒竖向布置于方形钢底板10中间，底部与方形钢底板10焊接。柱脚套筒3底部打有螺栓孔，膨胀螺栓2穿过螺栓孔与基础相连。方钢管组合异形柱1与柱脚套筒3的间隙不小于20mm，方钢管组合异形柱1与柱脚套筒3的间隙处浇灌混凝土后，于柱脚套筒3侧面上打入贯通的长螺栓4。
40.l形方钢管组合异形柱梁柱节点如图7所示。h型钢梁搭接在异形柱上，借助连接件和自攻螺钉实现构件之间的连接。
41.以上连接件均预留孔洞，施工现场可直接使用电钻将自攻螺钉穿过预留孔洞打入
构件中，实现构件的连接。
42.实施例2。
43.t形方钢管组合异形柱如图8、图9、图10所示。方钢管组合异形柱1包括不等边矩形钢管6、方钢管7和l形连接件8。对于t形方钢管组合异形柱，所采用的不等边矩形钢管的截面形状为三倍长的不等边矩形钢管，即截面长是宽的3倍。l形连接件8布置于不等边矩形钢管6、方钢管7的侧面，沿方钢管均匀间隔分布，不等边矩形钢管6和方钢管7之间通过l形连接件8固定连接。l形连接件8上打有若干个自攻螺钉，将不等边矩形钢管6和方钢管7连接在一起。连接件沿异形柱长度方向按照一定间距布置，同时也可以通过增大连接件的尺寸及自攻螺钉的数量来实现柱子在与梁和柱脚临近处的加密，进而增加结构的可靠性。
44.t形方钢管组合异形柱柱脚节点如图10、图11所示，本实施例具体实施包括方钢管组合异形柱1、膨胀螺栓2、柱脚套筒3、长螺栓4和混凝土5。方钢管组合异形柱1嵌套于柱脚套筒中部，中间浇灌混凝土5；柱脚套筒3侧面上均打有两个长螺栓4，长螺栓4穿过混凝土 5，打入方钢管组合异形柱1内部；柱脚套筒3通过膨胀螺栓2与基础相连。柱脚套筒3包括方形钢底板10和矩形加劲板11，矩形加劲板11相互焊接组成t形钢套筒竖向布置于方形钢底板10中间，底部与方形钢底板10焊接。柱脚套筒3底部打有螺栓孔，膨胀螺栓2穿过螺栓孔与基础相连。方钢管组合异形柱1与柱脚套筒3的间隙不小于20mm，方钢管组合异形柱1与柱脚套筒3的间隙处浇灌混凝土后，于柱脚套筒3侧面上打入贯通的长螺栓4。
45.t形方钢管组合异形柱梁柱节点如图12所示。h型钢梁搭接在异形柱上，借助连接件和自攻螺钉实现构件之间的连接。
46.以上连接件均预留孔洞，施工现场可直接使用电钻将自攻螺钉穿过预留孔洞打入构件中，实现构件的连接。
47.实施例3。
48.十字形方钢管组合异形柱如图13、图14、图15所示。方钢管组合异形柱1包括不等边矩形钢管6、两个方钢管7和l形连接件8。对于l形方钢管组合异形柱，所采用的不等边矩形钢管的截面形状为三倍长的不等边矩形钢管，即截面长是宽的3倍。l形连接件8布置于不等边矩形钢管6、方钢管7的侧面，沿方钢管均匀间隔分布，不等边矩形钢管6和方钢管7之间通过l形连接件8固定连接。l形连接件8上打有若干个自攻螺钉，将不等边矩形钢管6和方钢管7连接在一起。连接件沿异形柱长度方向按照一定间距布置，同时也可以通过增大连接件的尺寸及自攻螺钉的数量来实现柱子在与梁和柱脚临近处的加密，进而增加结构的可靠性。
49.十字形方钢管组合异形柱柱脚节点如图15、图16所示，本实施例具体实施包括方钢管组合异形柱1、膨胀螺栓2、柱脚套筒3、长螺栓4和混凝土5。方钢管组合异形柱1嵌套于柱脚套筒中部，中间浇灌混凝土5；柱脚套筒3侧面上均打有两个长螺栓4，长螺栓4穿过混凝土5，打入方钢管组合异形柱1内部；柱脚套筒3通过膨胀螺栓2与基础相连。柱脚套筒3 包括方形钢底板10和矩形加劲板11，矩形加劲板11相互焊接组成十字形钢套筒竖向布置于方形钢底板10中间，底部与方形钢底板10焊接。柱脚套筒3底部打有螺栓孔，膨胀螺栓2 穿过螺栓孔与基础相连。方钢管组合异形柱1与柱脚套筒3的间隙不小于20mm，方钢管组合异形柱1与柱脚套筒3的间隙处浇灌混凝土后，于柱脚套筒3侧面上打入贯通的长螺栓4。
50.十字形方钢管组合异形柱梁柱节点如图17所示。h型钢梁搭接在异形柱上，借助连
接件和自攻螺钉实现构件之间的连接。
51.以上连接件均预留孔洞，施工现场可直接使用电钻将自攻螺钉穿过预留孔洞打入构件中，实现构件的连接。
52.根据实际结构布置来选择设计异形柱的结构形式，以达到建筑效果，施工方便，根据结构设计验算的需要来设计方钢管、连接件、自攻螺钉、膨胀螺栓的参数和混凝土的厚度。
53.本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：

1.一种用于低层建筑的方钢管组合异形柱框架结构体系，包括方钢管组合异形柱和h型钢梁，其特征在于，所述方钢管组合异形柱由多根钢管通过l形连接件和矩形连接件拼接而成，包括l形方钢管组合异形柱，t形方钢管组合异形柱和十字形方钢管组合异形柱三种类型，l形方钢管组合异形柱采用截面形状为两倍长的不等边矩形钢管和方钢管拼接成，截面为l形；t形方钢管组合异形柱采用截面形状为三倍长的不等边矩形钢管和方钢管拼接成，截面为t形；十字形方钢管组合异形柱采用截面形状为三倍长的不等边矩形钢管和分别位于其两侧的两根方钢管拼接成；每个方钢管组合异形柱的柱脚节点包括柱脚套筒(3)、长螺栓(4)和膨胀螺栓(2)，柱脚套筒(3)包括方形钢底板(10)和由矩形加劲板(11)围成的钢套筒，钢套筒的形状根据方钢管组合异形柱的类型而确定，矩形加劲板(11)相互焊接组成的钢套筒竖向布置于方形钢底板(10)上，底部与方形钢底板(10)焊接；柱脚套筒(3)底部开设有螺栓孔，膨胀螺栓(2)穿过螺栓孔与基础相连；方钢管组合异形柱与柱脚套筒(3)的间隙不小于20mm，在间隙处浇灌有混凝土，长螺栓(4)贯穿于柱脚套筒(3)相对的侧面上。2.根据权利要求1所述的方钢管组合异形柱框架结构体系的安装方法，其特征在于，其安装方法如下：(1)利用自攻螺钉，通过l形连接件和矩形连接件将构成方钢管组合异形柱的不等边矩形钢管和方钢管固定在一起，制作不同类型的方钢管组合异形柱；(2)制作不同类型的柱脚套筒；(3)通过膨胀螺栓穿过柱脚套筒底部的螺栓孔将柱脚套筒与基础连接；(4)将方钢管组合异形柱直接插入相应的柱脚套筒中，在间隙处灌入混凝土；(5)从柱脚套筒外部打入贯通的长螺栓，将方钢管组合异形柱与柱脚套筒固定在一起；(6)利用自攻螺钉，通过l形连接件将方钢管组合异形柱与h型钢梁，h型钢梁与h型钢梁连接件连接在一起。

技术总结

本发明涉及一种用于低层建筑的方钢管组合异形柱框架结构体系，包括方钢管组合异形柱和H型钢梁。方钢管组合异形柱由多根钢管通过L形连接件和矩形连接件拼接而成，包括L形方钢管组合异形柱，T形方钢管组合异形柱和十字形方钢管组合异形柱三种类型；每个方钢管组合异形柱的柱脚节点包括柱脚套筒(3)、长螺栓(4)和膨胀螺栓(2)，柱脚套筒(3)包括方形钢底板(10)和由矩形加劲板(11)围成的钢套筒，钢套筒的形状根据方钢管组合异形柱的类型而确定；方钢管组合异形柱与柱脚套筒(3)的间隙不小于20mm，在间隙处浇灌有混凝土，长螺栓(4)贯穿于柱脚套筒(3)相对的侧面上。本发明还给出此结构体系的安装方法。系的安装方法。系的安装方法。