一种多腔体钢管异形柱的制作方法

本实用新型属于建筑结构技术领域，具体涉及一种多腔体钢管异形柱。

背景技术：

异形柱目前在住宅、公寓、宿舍等建筑中应用较多，异形柱与相邻墙体齐平，使得建筑室内空间规整，有利于家具摆放，提高室内空间利用效率。但目前普遍应用的异形钢筋混凝土柱其抗震设计较为严格，最大使用高度和柱轴压比等设计指标远低于普通矩形钢筋混凝土柱。而多腔钢管混凝土异形柱具有良好的承载能力及延性，内置竖向隔板也可以防止钢管屈曲先于屈服发生。同时由于采用多腔式约束形式，薄钢管亦可达到良好约束效果，这就使得多腔式钢管混凝土异形柱相对于传统钢管混凝土异形柱具有更低的含钢率与更佳的经济性。采用这种新型异形柱能够在保证经济性的前提下显著改善异形柱框架结构体系的抗震性能，使得异形柱具有更加广阔的应用范围。但相对于传统的矩形与圆形钢管混凝土柱，多腔钢管混凝土异形柱形状的特殊性与内置竖向隔板使得其工厂的预制加工环节产生了诸多不便。

针对上述技术问题，中国专利于2016.11.24公开了名称为一种冷弯多腔钢管混凝土异形柱(专利号：cn201621270955.x)的实用新型专利，这种冷弯多腔钢管混凝土异形柱可以有效延后钢管屈曲的发生，同时，多腔式结构使构件在保证构件性能的前提下相对于传统钢管混凝土异形柱具有更低的含钢率，更佳的经济性。在现有技术中，如何将h型钢、对拉螺栓、加强肋、栓钉和角钢桁架融入到上述冷弯多腔钢管混凝土异形柱中是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型目的在于解决现有技术中存在的上述不足，提供一种多腔体钢管异形柱，能采用h型钢、矩形管和u型管相互拼接形成多种类型的多腔体钢管异形柱；而且构成的多腔体钢管异形柱可满足屈服先于屈曲发生的要求，避免了壁板厚度大而导致用钢量大的缺点。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种多腔体钢管异形柱，包括由钢结构组合而成的多个腔体结构，腔体结构中浇筑有混凝土，其特征在于：钢结构采用矩形管、u型管和h型钢相互拼接形成a～e任意一种类型的多腔体钢管异形柱：

a、钢结构选用矩形管，由多个矩形管相互拼接并焊接固定，形成闭合的腔体结构，得到a类的多腔体钢管异形柱的形状为一字型、l型、t型和十字型中的一种。a类的多腔体钢管异形柱的同一个肢上可以由多根矩形管组成，可满足多腔体钢管异形柱屈服先于屈曲发生的要求，避免了采用单根矩形管长边方向壁板厚度大而导致用钢量大的缺点。

b、钢结构选用u型管，由多个u型管相互拼接并焊接固定，形成闭合的腔体结构，得到b类的多腔体钢管异形柱的形状为一字型、l型、t型和十字型中的一种。b类的多腔体钢管异形柱的同一个肢上可以由多根u型管组成，可满足多腔体钢管异形柱屈服先于屈曲发生的要求，避免了采用单根u型管长边方向壁板厚度大而导致用钢量大的缺点。

c、钢结构选用h型钢和u型管，由多个h型钢和u型管相互拼接并焊接固定，u型管焊接在h型钢的翼缘上，形成闭合的腔体结构，得到c类的多腔体钢管异形柱的形状为一字型、l型、t型和十字型中的一种。c类的多腔体钢管异形柱的同一个肢上可以由多根h型钢和u型管组成，可满足多腔体钢管异形柱屈服先于屈曲发生的要求，避免了壁板厚度大而导致用钢量大的缺点。

d、钢结构选用矩形管和u型管，由多个矩形管和u型管相互拼接并焊接固定，形成闭合的腔体结构，得到d类的多腔体钢管异形柱的形状为一字型、l型、t型和十字型中的一种。d类的多腔体钢管异形柱的同一个肢上可以由多根矩形管和u型管组成，可满足多腔体钢管异形柱屈服先于屈曲发生的要求，避免了壁板厚度大而导致用钢量大的缺点。

e、钢结构选用h型钢、矩形管和u型管，由多个h型钢、矩形管和u型管相互拼接并焊接固定，u型管焊接在h型钢的翼缘上，形成闭合的腔体结构，得到e类的多腔体钢管异形柱的形状为一字型、l型、t型和十字型中的一种。d类的多腔体钢管异形柱的同一个肢上可以由多根h型钢、矩形管和u型管组成，可满足多腔体钢管异形柱屈服先于屈曲发生的要求，避免了壁板厚度大而导致用钢量大的缺点。

进一步，根据构件宽厚比要求，并为了实现构件的经济性，在a类的多腔体钢管异形柱中，矩形管的中间位置设有对拉螺栓，可满足多腔体钢管异形柱屈服先于屈曲发生的要求，使得矩形管的壁厚达到设定壁厚要求，可减少所需矩形管的数量，节约用钢量。

进一步，根据构件宽厚比要求，并为了实现构件的经济性，在b类、c类、d类和e类的多腔体钢管异形柱中，相邻两个u型管之间的连接处内设有加强肋，可满足多腔体钢管异形柱屈服先于屈曲发生的要求，使得u型管的壁厚达到设定壁厚要求，可减少所需u型管的数量，节约用钢量。

进一步，根据构件宽厚比要求，并为了实现构件的经济性，在b类、c类、d类和e类的多腔体钢管异形柱中，相邻两个u型管之间的连接处内设有等距离的栓钉，可满足多腔体钢管异形柱屈服先于屈曲发生的要求，使得u型管的壁厚达到设定壁厚要求，可减少所需u型管的数量，节约用钢量。

进一步，根据构件宽厚比要求，并为了实现构件的经济性，在b类、c类、d类和e类的多腔体钢管异形柱中，相邻两个u型管之间的连接处内设有角钢桁架，可满足多腔体钢管异形柱屈服先于屈曲发生的要求，使得u型管的壁厚达到设定壁厚要求，可减少所需u型管的数量，节约用钢量。由于桁架上的杆件无法和u型管充分接触，因此选用适合本实用新型的角钢桁架，其包括杆件和第一角钢，第一角钢焊接在相邻两个u型管之间的连接处，第一角钢能和u型管充分接触，提高角钢桁架在u型管上的焊接强度，而杆件在加工厂中通过特定操作台焊接在两个第一角钢之间。

进一步，在b类、c类、d类和e类的多腔体钢管异形柱中，u型管的内侧设有横隔板，横隔板可以为单体横隔板或t型横隔板，在满足梁柱刚性连接下保证u型管内混凝土浇筑的密实性。

进一步，u型管采用钢板冷弯一体成型的结构或采用三块钢板相互焊接成型的结构，可根据具体类型的多腔体钢管异形柱的需求，选择适合的u型管。

进一步，在加工厂加工时，由于焊接而成的两个矩形管中间位置两块壁板叠合，未充分发挥该有的强度，因此本实用新型的矩形管采用日字型矩形管，较少叠合位置壁板的材料，满足承载力要求。

进一步，由于u型管开口处的板件厚度较薄，不易满足焊接质量要求，针对该技术问题，在b类、c类、d类和e类的多腔体钢管异形柱中，当u型管的开口处和腔体结构的侧面形成连接节点时，u型管的内侧和腔体结构的侧面之间贴合设置有第二角钢，增加u型管的开口处和腔体结构的侧面之间的连接面积，增强u型管和腔体结构之间的焊接强度。

进一步，第二角钢和u型管之间通过螺栓固定连接，第二角钢和腔体结构之间焊接固定，实现第二角钢、第二角钢和腔体结构之间可靠且有效地连接。

本实用新型由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

1、本实用新型能采用h型钢、矩形管和u型管相互拼接形成多种类型的多腔体钢管异形柱；而且构成的多腔体钢管异形柱可满足多腔体钢管异形柱屈服先于屈曲发生的要求，避免了壁板厚度大而导致用钢量大的缺点。

2、本实用新型在a类的多腔体钢管异形柱中，矩形管的中间位置设有对拉螺栓，可满足多腔体钢管异形柱屈服先于屈曲发生的要求，使得矩形管的壁厚达到设定壁厚要求，可减少所需矩形管的数量，节约用钢量。在b类、c类、d类和e类的多腔体钢管异形柱中，相邻两个u型管之间的连接处内设有加强肋、栓钉和角钢桁架中的一种，可满足多腔体钢管异形柱屈服先于屈曲发生的要求，使得u型管的壁厚达到设定壁厚要求，可减少所需u型管的数量，节约用钢量。在b类、c类、d类和e类的多腔体钢管异形柱中，u型管的内侧设有横隔板，横隔板可以为单体横隔板或t型横隔板，在满足梁柱刚性连接下保证u型管内混凝土浇筑的密实性。

3、由于u型管开口处的板件厚度较薄，不易满足焊接质量要求，针对该技术问题，在b类、c类、d类和e类的多腔体钢管异形柱中，当u型管的开口处和腔体结构的侧面形成连接节点时，u型管的内侧和腔体结构的侧面之间贴合设置有第二角钢，增加u型管的开口处和腔体结构的侧面之间的连接面积，增强u型管和腔体结构之间的焊接强度。第二角钢和u型管之间通过螺栓固定连接，第二角钢和腔体结构之间焊接固定，实现第二角钢、第二角钢和腔体结构之间可靠且有效地连接。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型a类的多腔体钢管异形柱呈一字型的结构示意图；

图2为本实用新型a类的多腔体钢管异形柱呈l型的结构示意图；

图3为本实用新型a类的多腔体钢管异形柱呈t型的结构示意图；

图4为本实用新型a类的多腔体钢管异形柱呈十字型的结构示意图；

图5为本实用新型b类的多腔体钢管异形柱呈一字型的结构示意图；

图6为本实用新型b类的多腔体钢管异形柱呈l型的结构示意图；

图7为本实用新型b类的多腔体钢管异形柱呈t型的结构示意图；

图8为本实用新型b类的多腔体钢管异形柱呈十字型的结构示意图；

图9为本实用新型c类的多腔体钢管异形柱呈一字型的结构示意图；

图10为本实用新型c类的多腔体钢管异形柱呈l型的结构示意图；

图11为本实用新型c类的多腔体钢管异形柱呈t型的结构示意图；

图12为本实用新型c类的多腔体钢管异形柱呈十字型的结构示意图；

图13为本实用新型d类的多腔体钢管异形柱呈一字型的结构示意图；

图14为本实用新型d类的多腔体钢管异形柱呈l型的结构示意图；

图15为本实用新型d类的多腔体钢管异形柱呈t型的结构示意图；

图16为本实用新型d类的多腔体钢管异形柱呈十字型的结构示意图；

图17为本实用新型e类的多腔体钢管异形柱呈一字型的结构示意图；

图18为本实用新型e类的多腔体钢管异形柱呈l型的结构示意图；

图19为本实用新型e类的多腔体钢管异形柱呈t型的结构示意图；

图20为本实用新型e类的多腔体钢管异形柱呈十字型的结构示意图；

图21为本实用新型呈十字型的a类的多腔体钢管异形柱中设置对拉螺栓的结构示意图；

图22为本实用新型呈l型的b类的多腔体钢管异形柱中设置加强肋的结构示意图；

图23为本实用新型呈l型的b类的多腔体钢管异形柱中设置栓钉的结构示意图；

图24为本实用新型呈l型的b类的多腔体钢管异形柱中设置两个角钢桁架的结构示意图；

图25为本实用新型呈l型的b类的多腔体钢管异形柱中设置第二角钢和螺栓的结构示意图；

图26为本实用新型呈l型的d类的多腔体钢管异形柱中设置第二角钢和螺栓的结构示意图；

图27为本实用新型中角钢桁架的结构示意图；

图28为本实用新型中采用钢板冷弯一体成型的u型管的结构示意图；

图29为本实用新型中采用三块钢板相互焊接成型的u型管的结构示意图；

图30为本实用新型呈l型的b类的多腔体钢管异形柱中设置单个角钢桁架的结构示意图；

图31为图30中设置横隔板的结构示意图。

图中，1-矩形管；2-u型管；3-h型钢；4-对拉螺栓；5-加强肋；6-栓钉；7-角钢桁架；8-第二角钢；9-螺栓；10-第一角钢；11-杆件；12-横隔板。

具体实施方式

如图1至图31所示，为本实用新型一种多腔体钢管异形柱，包括由钢结构组合而成的多个腔体结构，腔体结构中浇筑有混凝土。钢结构采用矩形管1、u型管2和h型钢3、相互拼接形成a～e任意一种类型的多腔体钢管异形柱：

a、具体参考图1至图4，钢结构选用矩形管1，由多个矩形管1相互拼接并焊接固定，形成闭合的腔体结构，得到a类的多腔体钢管异形柱的形状为一字型、l型、t型和十字型中的一种。a类的多腔体钢管异形柱的同一个肢上可以由多根矩形管1组成，可满足多腔体钢管异形柱屈服先于屈曲发生的要求，避免了采用单根矩形管1长边方向壁板厚度大而导致用钢量大的缺点。由于a类的多腔体钢管异形柱的同一个肢上可以由多根矩形管1组成，可改变a类的多腔体钢管异形柱的结构，因此a类的多腔体钢管异形柱不局限于图1至图4的结构。

b、具体参考图5至图8，钢结构选用u型管2，由多个u型管2相互拼接并焊接固定，形成闭合的腔体结构，得到b类的多腔体钢管异形柱的形状为一字型、l型、t型和十字型中的一种。b类的多腔体钢管异形柱的同一个肢上可以由多根u型管2组成，可满足多腔体钢管异形柱屈服先于屈曲发生的要求，避免了采用单根u型管2长边方向壁板厚度大而导致用钢量大的缺点。由于b类的多腔体钢管异形柱的同一个肢上可以由多根u型管2组成，可改变b类的多腔体钢管异形柱的结构，因此b类的多腔体钢管异形柱不局限于图5至图8的结构。

c、具体参考图9至图12，钢结构选用h型钢3和u型管2，由多个h型钢3和u型管2相互拼接并焊接固定，u型管2焊接在h型钢3的翼缘上，形成闭合的腔体结构，得到c类的多腔体钢管异形柱的形状为一字型、l型、t型和十字型中的一种。c类的多腔体钢管异形柱的同一个肢上可以由多根h型钢3和u型管2组成，可满足多腔体钢管异形柱屈服先于屈曲发生的要求，避免了壁板厚度大而导致用钢量大的缺点。可增加h型钢3和u型管2相互拼接的腔体结构的数量，改变c类的多腔体钢管异形柱的结构，因此c类的多腔体钢管异形柱不局限于图9至图12的结构。

d、具体参考图13至图16，钢结构选用矩形管1和u型管2，由多个矩形管1和u型管2相互拼接并焊接固定，形成闭合的腔体结构，得到d类的多腔体钢管异形柱的形状为一字型、l型、t型和十字型中的一种。d类的多腔体钢管异形柱的同一个肢上可以由多根矩形管1和u型管2组成，可满足多腔体钢管异形柱屈服先于屈曲发生的要求，避免了壁板厚度大而导致用钢量大的缺点。可增加矩形管1和u型管2相互拼接的腔体结构的数量，改变d类的多腔体钢管异形柱的结构，因此d类的多腔体钢管异形柱不局限于图13至图16的结构。

e、具体参考图17至图20，钢结构选用h型钢3、矩形管1和u型管2，由多个h型钢3、矩形管1和u型管2相互拼接并焊接固定，u型管2焊接在h型钢3的翼缘上，形成闭合的腔体结构，得到e类的多腔体钢管异形柱的形状为一字型、l型、t型和十字型中的一种。d类的多腔体钢管异形柱的同一个肢上可以由多根h型钢3、矩形管1和u型管2组成，可满足多腔体钢管异形柱屈服先于屈曲发生的要求，避免了壁板厚度大而导致用钢量大的缺点。可增加h型钢3、矩形管1和u型管2相互拼接的腔体结构的数量，改变e类的多腔体钢管异形柱的结构，因此e类的多腔体钢管异形柱不局限于图17至图20的结构.

如图21所示，根据构件宽厚比要求，并为了实现构件的经济性，在a类的多腔体钢管异形柱中，矩形管1的中间位置设有对拉螺栓4，可满足多腔体钢管异形柱屈服先于屈曲发生的要求，使得矩形管1的壁厚达到设定壁厚要求，可减少所需矩形管1的数量，节约用钢量。

根据构件宽厚比要求，并为了实现构件的经济性，在b类、c类、d类和e类的多腔体钢管异形柱中，相邻两个u型管2之间的连接处内设有加强肋5，可满足多腔体钢管异形柱屈服先于屈曲发生的要求，使得u型管2的壁厚达到设定壁厚要求，可减少所需u型管2的数量，节约用钢量。本实用新型选用l型的b类的多腔体钢管异形柱作为实施例，具体参考图22，但是本实用新型不局限于l型的b类的多腔体钢管异形柱，在b类、c类、d类和e类的多腔体钢管异形柱中，只要出现相邻两个u型管2之间连接，就可增设加强肋5。

根据构件宽厚比要求，并为了实现构件的经济性，在b类、c类、d类和e类的多腔体钢管异形柱中，相邻两个u型管2之间的连接处内设有等距离的栓钉6，可满足多腔体钢管异形柱屈服先于屈曲发生的要求，使得u型管2的壁厚达到设定壁厚要求，可减少所需u型管2的数量，节约用钢量。本实用新型选用l型的b类的多腔体钢管异形柱作为实施例，具体参考图23，但是本实用新型不局限于l型的b类的多腔体钢管异形柱，在b类、c类、d类和e类的多腔体钢管异形柱中，只要出现相邻两个u型管2之间连接，就可增设栓钉6。

根据构件宽厚比要求，并为了实现构件的经济性，在b类、c类、d类和e类的多腔体钢管异形柱中，相邻两个u型管2之间的连接处内设有角钢桁架7，可满足多腔体钢管异形柱屈服先于屈曲发生的要求，使得u型管2的壁厚达到设定壁厚要求，可减少所需u型管2的数量，节约用钢量。本实用新型选用l型的b类的多腔体钢管异形柱作为实施例，具体参考图24和图30，但是本实用新型不局限于l型的b类的多腔体钢管异形柱，在b类、c类、d类和e类的多腔体钢管异形柱中，只要出现相邻两个u型管2之间连接，就可增设角钢桁架7。

在基于图30的结构基础上，在b类、c类、d类和e类的多腔体钢管异形柱中，u型管的内侧设有横隔板12，横隔板12可以为单体横隔板或t型横隔板，在满足梁柱刚性连接下保证u型管内混凝土浇筑的密实性。

由于u型管2的开口处的板件厚度较薄，不易满足焊接质量要求，针对该技术问题，在b类、c类、d类和e类的多腔体钢管异形柱中，当u型管2的开口处和腔体结构的侧面形成连接节点时，u型管2的内侧和腔体结构的侧面之间贴合设置有第二角钢8，增加u型管2的开口处和腔体结构的侧面之间的连接面积，增强u型管2和腔体结构之间的焊接强度。第二角钢8和u型管2之间通过螺栓9固定连接，第二角钢8和腔体结构之间焊接固定，实现第二角钢8、第二角钢8和腔体结构之间可靠且有效地连接。本实用新型选用l型的b类的多腔体钢管异形柱作为实施例，具体参考图25，但是本实用新型不局限于l型的b类的多腔体钢管异形柱，在b类、c类、d类和e类的多腔体钢管异形柱中，只要出现u型管2和腔体结构的侧面之间连接，就可增设第二角钢8和螺栓9。

如图26所示，在加工厂加工时，由于焊接而成的两个矩形管1中间位置两块壁板叠合，未充分发挥该有的强度，因此本实用新型的矩形管采用日字型矩形管，较少叠合位置壁板的材料，满足承载力要求。

如图27所示，由于桁架上的杆件无法和u型管2充分接触，因此选用适合本实用新型的角钢桁架7，其包括杆件11和第一角钢10，第一角钢10焊接在相邻两个u型管2之间的连接处，第一角钢10能和u型管2充分接触，提高角钢桁架7在u型管2上的焊接强度，而杆件11在加工厂中通过特定操作台焊接在两个第一角钢10之间。

如图28和图29所示，u型管2采用钢板冷弯一体成型的结构或采用三块钢板相互焊接成型的结构，可根据具体类型的多腔体钢管异形柱的需求，选择适合的u型管2。

以上仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的技术特征并不局限于此。任何以本实用新型为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本实用新型的保护范围之中。