本發(fā)明涉及一種鋼管混凝土柱，尤其涉及一種倒梯形變截面鋼管混凝土柱，適用于建筑外立面傾斜的建筑型體。

背景技術(shù)：

鋼管混凝土柱是由混凝土填入鋼管形成的一種新型組合結(jié)構(gòu)?；炷凉嗳脘摴苤胁v實以加大鋼管的強度和剛度。一般而言，混凝土強度等級在C50以下的鋼管混凝土稱為普通鋼管混凝土；混凝土強度等級在C50以上的鋼管混凝土稱為鋼管高強混凝土；混凝土強度等級在C100以上的鋼管混凝土稱為鋼管超高強混凝土。鋼管混凝土可有效地發(fā)揮鋼材和混凝土兩種材料各自的優(yōu)點，同時也克服了鋼管容易發(fā)生局部屈曲的缺點。

近年來，隨著對鋼管混凝土理論研究的深入和新施工工藝的產(chǎn)生，鋼管混凝土的工程應(yīng)用日益廣泛。鋼管混凝土柱按照截面形式的不同可以分為矩形鋼管混凝土柱、圓鋼管混凝土柱和多邊形鋼管混凝土柱等，其中，以矩形鋼管混凝土柱和圓鋼管混凝土柱應(yīng)用較廣。

然而，這些不同形式的鋼管混凝土柱由于均為等截面柱體，針對建筑外立面傾斜的建筑型體，等截面柱體通常采用以下兩種設(shè)置方式：

1、鋼管混凝土柱沿建筑外立面傾斜布置。采用此方式，鋼管混凝土柱在室內(nèi)一層表現(xiàn)為傾斜效果，建筑感官不佳，往往不能滿足建筑室內(nèi)效果要求。

2、鋼管混凝土柱采用豎直布置。此方式可滿足建筑室內(nèi)效果，然而由于建筑外立面傾斜，隨著建筑樓層數(shù)的增加，各層結(jié)構(gòu)懸挑跨度逐漸變大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)懸挑端受力不合理。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、施工成本低、施工工期短、適用于建筑外立面傾斜的建筑型體、滿足建筑外觀效果、各樓層的懸挑跨度保持一致、保證內(nèi)部空間豎直效果、結(jié)構(gòu)受力合理、能夠確保樓面梁與柱有效連接的倒梯形變截面鋼管混凝土柱。

本發(fā)明的目的通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種倒梯形變截面鋼管混凝土柱，包括鋼管和混凝土，其特征在于：所述鋼管由數(shù)個位于不同樓層的倒直角梯形的中空殼體構(gòu)成，各中空殼體沿斜向依次設(shè)置，所述中空殼體為扁狀體，中空殼體的一側(cè)面是豎直面，作為中空殼體的內(nèi)側(cè)面，中空殼體的另一側(cè)面是傾斜面，作為中空殼體的外側(cè)面，所述中空殼體的頂面位于所述傾斜面的一端為外端面，所述中空殼體的底端開孔，位于上一樓層的中空殼體的底端開孔固定在位于下一樓層的中空殼體頂面的外端面上而使相鄰的中空殼體內(nèi)部連通，各中空殼體的外側(cè)面整體形成一斜面，該斜面的傾斜角度即為建筑物外立面的傾斜角度。

本發(fā)明的內(nèi)側(cè)面是豎直面，外側(cè)面是傾斜面，外側(cè)面整體形成一斜面，該斜面的傾斜角度即為建筑物外立面的傾斜角度，因此，本發(fā)明適用于外立面傾斜的建筑型體，可較好的滿足建筑外觀效果，而且各層懸挑跨度保持一致，同時內(nèi)部空間可保持豎直效果；另外，本發(fā)明按照斜柱的受力模式承擔(dān)豎向荷載，結(jié)構(gòu)受力合理。本發(fā)明為倒梯形結(jié)構(gòu)，各樓層處柱頂截面高度具備較高的剛度及承載力，柱頂長橢圓形截面既能減小懸挑跨度，沿豎向(強軸方向)又可為大跨度樓面梁以及懸挑梁提供足夠的支座剛度，同時沿水平向(弱軸方向)可為樓面梁提供足夠的支座寬度，從而保證樓面梁與柱的有效連接。

作為本發(fā)明的一種實施方式，所述中空殼體的橫截面是扁矩形，所述中空殼體的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面均為平面。

作為本發(fā)明的另一種實施方式，所述中空殼體的橫截面是扁橢圓形，所述中空殼體的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面均為弧形面。

作為本發(fā)明的一種實施方式，所述中空殼體的底端開孔為圓形孔或扁橢圓形孔。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，所述中空殼體主要由一對相對且平行設(shè)置的倒直角梯形腹板、作為中空殼體頂面的封口鋼板、豎向設(shè)置的弧形鋼板和斜向設(shè)置的鋼管柱組成，所述弧形鋼板的外凸面即為所述中空殼體的內(nèi)側(cè)面，所述弧形鋼板的兩側(cè)邊分別與該對腹板的一側(cè)邊對應(yīng)連接，該對腹板的另一側(cè)邊分別與所述鋼管柱的外壁相連，使得鋼管柱沿軸向的一部分處于該對腹板之外作為所述中空殼體的外側(cè)面，而另一部分處于該對腹板之間，從而形成上端開口和底端開孔，所述封口鋼板為扁橢圓形，所述封口鋼板設(shè)置在所述上端開口上，在封口鋼板的外端面上開有缺口，所述缺口與鋼管柱位于該對腹板之外的部分的邊緣對合成一通孔，位于上一樓層的中空殼體的底端開孔與位于下一樓層的中空殼體的通孔對接。

作為本發(fā)明的一種實施方式，所述鋼管柱為一完整鋼管，各中空殼體共用一個鋼管柱。

作為本發(fā)明的另一種實施方式，所述鋼管柱主要由弧形鋼板與加勁板組成，所述弧形鋼板與加勁板均斜向設(shè)置且傾斜角度一致，所述弧形鋼板的兩側(cè)邊分別與該對腹板的一側(cè)邊對應(yīng)連接，所述加勁板的兩側(cè)邊分別連接在該對腹板的內(nèi)壁上，且加勁板垂直于該對腹板，所述弧形鋼板、加勁板以及腹板形成圍閉的鋼管柱，各中空殼體共用一個鋼管柱。

作為本發(fā)明的一種實施方式，混凝土澆筑在中空外殼中。

作為本發(fā)明的另一種實施方式，混凝土澆筑在鋼管柱中。

作為本發(fā)明的一種改進，在所述中空殼體的底部內(nèi)設(shè)有中部開孔的柱腳肋板，所述柱腳肋板水平設(shè)置且其板緣連接在中空殼體的內(nèi)壁圓周上，所述柱腳肋板由所述加勁板所截；位于上一樓層的中空殼體豎向設(shè)置的弧形鋼板向下通過位于下一樓層的中空殼體封口鋼板的缺口伸入該中空殼體的頂部內(nèi)，在所述中空殼體的頂部內(nèi)設(shè)有中部開孔的柱中肋板，所述柱中肋板水平設(shè)置且其板緣連接在中空殼體的內(nèi)壁圓周上，位于上一樓層的中空殼體豎向設(shè)置的弧形鋼板的底端固定在所述柱中肋板上，所述柱中肋板由所述加勁板所截；位于下一樓層中空殼體頂端的鋼管柱的弧形鋼板和位于上一樓層中空殼體的豎向設(shè)置的弧形鋼板合圍的空間為柱頂空間，在所述柱頂空間內(nèi)設(shè)有中部開孔的柱頂肋板，所述柱頂肋板水平設(shè)置且其板緣連接在該柱頂空間的內(nèi)壁圓周上，所述柱頂肋板由所述加勁板所截。

作為本發(fā)明的進一步改進，在所述封口鋼板和柱中肋板之間且處于柱頂空間之外設(shè)有數(shù)對豎向的加勁肋，每對加勁肋對應(yīng)設(shè)于柱中肋板的兩側(cè)。

作為本發(fā)明的一種實施方式，所述柱腳肋板、柱中肋板和柱頂肋板的中部開孔是扁橢圓形孔。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著的效果：

⑴本發(fā)明的內(nèi)側(cè)面是豎直面，外側(cè)面是傾斜面，外側(cè)面整體形成一斜面，該斜面的傾斜角度即為建筑物外立面的傾斜角度，因此，本發(fā)明適用于外立面傾斜的建筑型體，可較好的滿足建筑外觀效果，而且各樓層的懸挑跨度保持一致，同時建筑型體內(nèi)部空間可保持豎直效果。

⑵本發(fā)明各層柱腳相對于下層柱頂為偏心布置，沿傾斜面設(shè)置通長的圓鋼管混凝土斜柱，保證其按斜柱的受力模式承擔(dān)豎向荷載，結(jié)構(gòu)受力合理。

⑶本發(fā)明為倒梯形結(jié)構(gòu)，各樓層處柱頂截面高度具備較高的剛度及承載力，柱頂長橢圓形截面既能減小懸挑跨度，沿豎向(強軸方向)又可為大跨度樓面梁以及懸挑梁提供足夠的支座剛度，同時沿水平向(弱軸方向)可為樓面梁提供足夠的支座寬度，從而保證樓面梁與柱的有效連接。

⑷本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、施工成本低、施工工期短，適于針對建筑外立面傾斜的建筑型體推廣使用。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

圖1是本發(fā)明實施例1的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明受力示意圖之一；

圖3是本發(fā)明受力示意圖之二；

圖4是本發(fā)明實施例1的立面圖；

圖5是本發(fā)明實施例1的立面透視圖；

圖6是本發(fā)明實施例1的仰視示意圖；

圖7是本發(fā)明實施例1的俯視示意圖；

圖8是本發(fā)明沿圖5中A-A線剖視圖；

圖9是本發(fā)明沿圖5中B-B線剖視圖；

圖10是本發(fā)明實施例2的柱底示意圖；

圖11是本發(fā)明實施例2的柱頂示意圖。

具體實施方式

實施例1

本發(fā)明適用于廣州美術(shù)館項目，廣州美術(shù)館的建筑外立面為傾斜的造型，各層懸挑跨度需保持一致，同時需要保證框架柱豎直的效果。

如圖1～9所示，是本發(fā)明一種倒梯形變截面鋼管混凝土柱1，包括鋼管和混凝土11，鋼管由數(shù)個位于不同樓層的倒直角梯形的中空殼體12構(gòu)成，混凝土澆筑在各中空外殼12中。本實施例圖中顯示了處于相鄰兩樓層的鋼管混凝土柱，以此可類推三層以及更多樓層的鋼管混凝土柱。各中空殼體12沿斜向依次設(shè)置，中空殼體12是扁狀體，在本實施例中，中空殼體12的橫截面是扁橢圓形，中空殼體12的一側(cè)面是豎直面，豎直面為弧形面，作為中空殼體12的內(nèi)側(cè)面13，中空殼體12的另一側(cè)面是傾斜面，傾斜面是弧形面，作為中空殼體的外側(cè)面14，中空殼體12的頂面位于傾斜的弧形面的一端為外端面，中空殼體12的底端開孔15，中空殼體12的底端開孔15為圓形孔或扁橢圓形孔。位于上一樓層的中空殼體12的底端開孔15固定在位于下一樓層的中空殼體12頂面的外端面上而使相鄰的中空殼體12內(nèi)部連通，各中空殼體12的外側(cè)面整體形成一斜面16，該斜面16的傾斜角度即為建筑物外立面的傾斜角度。因此，可保證框架柱沿建筑外立面呈傾斜狀態(tài)，同時柱在各樓層間保持豎直的效果。

中空殼體12主要由一對相對且平行設(shè)置的倒直角梯形腹板17、作為中空殼體12頂面的封口鋼板18、豎向設(shè)置的半圓弧形鋼板19和斜向設(shè)置的圓形的鋼管柱20組成，弧形鋼板19的外凸面即為中空殼體12的內(nèi)側(cè)面13，弧形鋼板19的兩側(cè)邊分別與該對腹板17的一側(cè)邊對應(yīng)連接，該對腹板17的另一側(cè)邊分別與鋼管柱20的外壁相連，使得鋼管柱20沿軸向的一部分處于該對腹板17之外作為中空殼體12的外側(cè)面14，而另一部分處于該對腹板17之間，從而形成上端開口和底端開孔15，封口鋼板18為扁橢圓形，封口鋼板18設(shè)置在上端開口上，在封口鋼板18的外端面上開有缺口，缺口與鋼管柱20位于該對腹板17之外的部分的邊緣對合成一通孔，位于上一樓層的中空殼體12的底端開孔15與位于下一樓層的中空殼體12的通孔對接。

鋼管柱20的傾斜角度α由建筑的外立面效果確定，鋼管柱20的直徑由建筑層高以及其所承擔(dān)的軸力和彎矩確定。腹板17的具體尺寸由下底邊長度、層高以及傾斜角度α確定；腹板17的側(cè)傾斜角度與鋼管柱20的傾斜角度相同(均為α)，腹板17的另一側(cè)保持豎直狀態(tài)。腹板20的下底邊長度由所承擔(dān)的軸力和彎矩確定，且下底邊長大于或等于鋼管柱20的直徑，腹板20的上頂邊長度為確定值，由腹板20的下底邊長度、高度和傾斜角度α確定，腹板20的厚度由鋼管柱20確定。半圓弧形鋼板19保持豎直狀態(tài)，其直徑由鋼管柱20確定。半圓弧形鋼板19直徑由鋼管柱20確定；鋼管柱20、腹板17、半圓弧形鋼板19以及封口鋼板18均采用焊接的方式連接。

在本實施例中，鋼管柱20主要由半圓弧形鋼板21與加勁板22組成，弧形鋼板21與加勁板22均斜向設(shè)置且傾斜角度一致，弧形鋼板21的兩側(cè)邊分別與該對腹板17的一側(cè)邊對應(yīng)連接，加勁板22的兩側(cè)邊分別連接在該對腹板17的內(nèi)壁上，且加勁板22垂直于該對腹板17，弧形鋼板21、加勁板22以及腹板17形成圍閉的鋼管柱20，各中空殼體12共用一個鋼管柱20。在本實施例中，混凝土澆筑在中空外殼中。為了提高結(jié)構(gòu)的剛度及承載力，根據(jù)結(jié)構(gòu)受力需要，在其它實施例中，混凝土可僅澆筑在鋼管柱20中。

如圖5～9所示，在中空殼體12的底部內(nèi)設(shè)有中部開孔的柱腳肋板23，柱腳肋板23水平設(shè)置且其板緣連接在中空殼體12的內(nèi)壁圓周上，柱腳肋板23由加勁板22所截；位于上一樓層的中空殼體12豎向設(shè)置的弧形鋼板19a向下通過位于下一樓層的中空殼體12封口鋼板18的缺口伸入該中空殼體12的頂部內(nèi)，在中空殼體12的頂部內(nèi)設(shè)有中部開孔的柱中肋板24，柱中肋板24水平設(shè)置且其板緣連接在中空殼體12的內(nèi)壁圓周上，位于上一樓層的中空殼體12豎向設(shè)置的弧形鋼板19a的底端固定在柱中肋板24上，柱中肋板24由加勁板22所截；位于下一樓層中空殼體12頂端的鋼管柱20的弧形鋼板21和位于上一樓層中空殼體12的豎向設(shè)置的弧形鋼板19a合圍的空間為柱頂空間，在柱頂空間內(nèi)設(shè)有中部開孔的柱頂肋板25，柱頂肋板25水平設(shè)置且其板緣連接在該柱頂空間的內(nèi)壁圓周上，柱頂肋板25由加勁板22所截。在封口鋼板18和柱中肋板24之間且處于柱頂空間之外設(shè)有數(shù)對豎向的加勁肋26，每對加勁肋26對應(yīng)設(shè)于柱中肋板24的兩側(cè)。柱腳肋板23、柱中肋板24和柱頂肋板25的中部開孔是扁橢圓形孔。

本發(fā)明的受力原理：

⑴由于本發(fā)明鋼管混凝土柱的外側(cè)為斜柱效果，內(nèi)側(cè)為豎直柱效果，各樓層鋼管混凝土柱的柱腳相對于下一樓層的鋼管混凝土柱的柱頂為偏心布置。豎向軸力P在樓層處會產(chǎn)生不可忽略的附加力矩M，為豎向荷載在各樓層處產(chǎn)生不利的附加彎矩，本發(fā)明是沿傾斜面設(shè)置通長的圓形鋼管柱，以保證其以斜柱的受力模式承擔(dān)豎向荷載。

⑵本發(fā)明為倒梯形結(jié)構(gòu)，各樓層處柱頂截面高度具備較高的剛度及承載力，以承擔(dān)樓面懸梁結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)的支座彎矩。

實施例2

如圖10和11所示，本實施例與實施例1的不同之處在于：中空殼體12的橫截面是扁矩形，中空殼體12包括內(nèi)側(cè)面、外側(cè)面和倒直角梯形的腹板17，內(nèi)側(cè)面、外側(cè)面均為平面，即外側(cè)面是平面鋼板21a，內(nèi)側(cè)面是平面鋼板19c，鋼管柱為一完整鋼管，各中空殼體共用一個鋼管柱。

實施例3

本實施例與實施例1的不同之處在于：鋼管柱為一完整鋼管，各中空殼體共用一個鋼管柱，為了提高結(jié)構(gòu)的剛度及承載力，根據(jù)結(jié)構(gòu)受力需要，混凝土可以澆筑在整個中空殼體中，也可僅澆筑在鋼管柱中。

本發(fā)明的實施方式不限于此，根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，本發(fā)明的中空殼體的形狀還具有其它的實施方式；中空殼體還可以采用其它形狀的構(gòu)件組合連接而成；在中空殼體內(nèi)設(shè)置的用于加強各中空殼體連接節(jié)點的加強結(jié)構(gòu)還可以根據(jù)實際情況采用其它結(jié)構(gòu)和設(shè)置方式。因此，本發(fā)明還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更，均落在本發(fā)明權(quán)利保護范圍之內(nèi)。