專利名稱：一種鋼管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墻結(jié)構(gòu)體系的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑領(lǐng)域的一種建筑結(jié)構(gòu)體系，更具體而言是指一種鋼管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。
背景技術(shù)：
隨著我國高層建筑的發(fā)展，越來越多的地方已經(jīng)或正在計(jì)劃建高層、超高層建筑， 鋼管混凝土柱成為許多高層、超高層建筑的選擇，采用鋼管混凝土柱可提高柱子的極限承載能力和塑性變形能力，減少柱的截面積，增大建筑使用空間。但對(duì)于超高層建筑，采用鋼管混凝土柱，其截面尺寸仍較大，其承載能力仍不能滿足設(shè)計(jì)要求，如果在鋼管混凝土柱中設(shè)置鋼筋(縱筋、箍筋和型鋼)，這會(huì)增加施工難度、延長施工周期。采用鋼管RPC柱是解決此類問題的有效辦法之一。
目前申請(qǐng)?zhí)?00610151188. 5張素梅等人發(fā)明的鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土柱，該型鋼混凝土柱可提高型鋼混凝土柱的極限軸壓比，具有良好的抗震性能。申請(qǐng)?zhí)?6106474 劉建群發(fā)明的預(yù)應(yīng)力鋼管混凝土柱，該專利通過對(duì)混凝土柱核心區(qū)混凝土施加預(yù)應(yīng)力從而達(dá)到提高鋼管混凝土柱的軸向抗壓承載力的目的。申請(qǐng)?zhí)?00820213674. X劉秋生等人發(fā)明的一種應(yīng)用在建筑中的寬扁梁結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)采用縱橫向?qū)挶饬航豢椀慕Y(jié)構(gòu)形式，其主要針對(duì)的是與普通混凝土柱結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式。上述幾種專利均沒有考慮到在柱中采用強(qiáng)度可達(dá)到200MPa的RPC (活性粉末混凝土)。
RPC的基本配制原理是通過提高組分的細(xì)度與活性，使材料內(nèi)部的缺陷孔隙與微裂縫減到最少，以獲得超高強(qiáng)度與高耐久性。自RPC材料問世以來，包括法國、美國、加拿大、韓國等許多國家對(duì)其進(jìn)行了大量的研究，RPC顯示出優(yōu)異的力學(xué)性能和良好的耐久性能，引起了工程界的極大興趣，并將其應(yīng)用于工程實(shí)踐中。
在建筑物的總高度受限制，又要增加層數(shù)，或者層高一定，要增加建筑室內(nèi)凈高時(shí)，采用常規(guī)的框架結(jié)構(gòu)已不能滿足要求，這時(shí)采用扁梁結(jié)構(gòu)體系是解決此類問題的有效方法之一。扁梁結(jié)構(gòu)體系具有降低建筑總高或增加室內(nèi)凈高，避免管道穿梁等優(yōu)點(diǎn)。
多年來，國內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)扁梁結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了多方面的科學(xué)研究，例如扁梁在荷載作用下的受彎和受剪性能、樓板對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)的有利影響、扁梁與柱節(jié)點(diǎn)內(nèi)外核心區(qū)的受力機(jī)理，以及扁梁和柱的受力性能和抗震特性等。因?yàn)楸饬航Y(jié)構(gòu)體系的一些受力特性和優(yōu)點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中較容易實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的抗震設(shè)計(jì)理念，再加上目前國家對(duì)建筑物高度的限制，因此近年來扁梁作為一種新的結(jié)構(gòu)體系在建筑結(jié)構(gòu)中獲得廣泛的應(yīng)用。
在對(duì)建筑高度的追求和對(duì)凈高的要求下，基于上述鋼管混凝土、RPC與扁梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明提出將RPC用于鋼管混凝土柱，將鋼管RPC柱、扁梁、剪力墻結(jié)合形成一種新型的建筑結(jié)構(gòu)體系。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種鋼管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，該體系充分發(fā)揮RPC強(qiáng)度高、延性好等優(yōu)點(diǎn)，可在相同承載力的情況下減少柱截面面積，擴(kuò)大建筑使用面積，在保證相同凈高的情況下大幅降低建筑物的層高，在相同建筑總高情況下增加建筑層數(shù)，方便施工，縮短施工周期，其經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)效益是顯著的。本發(fā)明的鋼管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，包括鋼管混凝土柱、鋼筋混凝土梁和鋼筋混凝土剪力墻，其特征在于所述鋼管混凝土柱為采用活性粉末混凝土澆筑而成的鋼管活性粉末混凝土柱，所述鋼筋混凝土梁為扁梁，即所述鋼筋混凝土梁的寬度大于或等于梁的高度。每立方米的活性粉末混凝土各組分重量比為水泥硅灰砂磨細(xì)石英粉高效減水劑鋼纖維水=0. 9 1. 1 :0. 2 0. 3 :1. 0 1. 2 :0. 3 0. 45 :0. 01 0. 03 :0. 1 0. 25 0. 15 0. 25。上述的活性粉末混凝土的基本配制原理是通過提高組分的細(xì)度與活性，采用蒸壓等養(yǎng)護(hù)工藝以改善其微觀結(jié)構(gòu)，使材料內(nèi)部的缺陷孔隙與微裂縫減到最少，以獲得超高強(qiáng)度與高耐久性。原材料中活性組分由優(yōu)質(zhì)水泥、硅粉、石英砂、磨細(xì)石英粉等構(gòu)成，活性組分的粒徑在0.1 μ m Imm之間。另外，原材料還包括高效減水劑與短細(xì)鋼纖維等；簡言之， 在活性粉末混凝土中剔除粗骨料以提高其均勻性，采用硅灰以提高其密實(shí)性，并采用蒸壓養(yǎng)護(hù)工藝以改善其微觀結(jié)構(gòu)，同時(shí)在活性粉末混凝土中摻入鋼纖維以提高其抗彎、抗拉強(qiáng)度及韌性。扁梁結(jié)構(gòu)體系的抗側(cè)剛度較低，而剪力墻結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度較大，將兩者相結(jié)合和進(jìn)行互補(bǔ)，可以減少建筑層間位移和頂點(diǎn)位移。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)體系匯集了鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)體系、扁梁結(jié)構(gòu)體系和剪力墻結(jié)構(gòu)體系及RPC四者的優(yōu)點(diǎn)，還具有一些獨(dú)特的力學(xué)性能和使用性能
1.在高層、超高層建筑中，當(dāng)普通鋼管混凝土柱無法滿足其受力性能和抗震性能時(shí)，需要在鋼管混凝土柱中設(shè)置鋼筋或型鋼，這會(huì)延長施工周期。將鋼管混凝土柱中的混凝土改用RPC后，其強(qiáng)度、韌性得到很大提高，其抗彎、抗折強(qiáng)度提高尤為明顯，無須在鋼管混凝土中配置鋼筋或型鋼，以進(jìn)一步提高承載力，這樣可以減少施工工序，縮短施工周期，節(jié)約成本。2.由于RPC的抗壓強(qiáng)度是普通混凝土的4 10倍，將RPC與鋼管組合形成鋼管 RPC柱，柱斷面尺寸得到極大減少，建筑使用面積得到增大。3.扁梁能有效地減少樓蓋結(jié)構(gòu)層高和建筑總高，從而減小風(fēng)荷載和地震作用對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生的不利影響，同時(shí)還能減少結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的材料成本，節(jié)約造價(jià)。4.扁梁在結(jié)構(gòu)上多為雙向布置，能夠有效地提高扁梁柱節(jié)點(diǎn)的抗沖切能力，這種雙向布置的結(jié)構(gòu)形式能有效解決節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋過密的問題。寬度較大的扁梁還可以減少內(nèi)平板凈跨，這樣就減小內(nèi)平板的受力，板厚和配筋量也可以降低。5.扁梁結(jié)構(gòu)能夠給建筑空間帶來良好的效果，相對(duì)于普通鋼筋混凝土梁，扁梁由于梁高較低，有利于室內(nèi)空間的安排和布置，使得建筑空間寬敞舒適、美觀大方。6.扁梁結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度較低，剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度較大，將兩者相結(jié)合，可以取長補(bǔ)短，使本專利提出的新型結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用于超高層建筑成為可能。


圖1是本發(fā)明鋼管RPC柱-扁梁-剪力墻結(jié)構(gòu)體系的平面示意圖。圖2是扁梁截面寬度小于鋼管RPC柱直徑的平面示意圖。
圖3是圖2中的A-A剖視圖。圖4是扁梁截面寬度等于鋼管RPC柱直徑的平面示意圖。圖5是圖4中的B-B剖視圖。圖6是扁梁截面寬度大于鋼管RPC柱直徑的平面示意圖。圖7是圖6中的C-C剖視圖。圖中1鋼管RPC柱，2扁梁，3扁梁，4扁梁，5剪力墻，6縱筋，7附近箍筋，8牛腿。
具體實(shí)施例方式為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。本發(fā)明的鋼管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，包括鋼管混凝土柱、鋼筋混凝土梁和鋼筋混凝土剪力墻5，其特征在于所述鋼管混凝土柱為采用活性粉末混凝土澆筑而成的鋼管活性粉末混凝土柱1，所述鋼筋混凝土梁為扁梁2、3或4，即所述鋼筋混凝土梁的寬度大于或等于梁的高度。在本實(shí)施例中，每立方米的活性粉末混凝土各組分重量比為水泥硅灰砂磨細(xì)石英粉高效減水劑鋼纖維水=1 0. 23 1. 1 0. 39 0. 019 :0. 175 0. 19。此處的砂為石英砂，其粒徑范圍宜控制在15(Γ600μπι之間，平均粒徑為250 μ m，礦物成分中SW2
的含量不低于99%。硅灰可以填充不同粒徑顆粒間的孔隙；硅灰顆粒具有良好的球狀外形，起到很好的潤滑作用，從而提高流變特性；硅灰具有很高活性可以起到二次水化作用。磨細(xì)石英粉平均粒徑為10 μ m，這與水泥的粒徑接近。摻入鋼纖維可大大提高材料的韌性、抗壓強(qiáng)度和抗彎拉強(qiáng)度等，鋼纖維的長度約為13mm，直徑約為0. 15^0. 20mm。參看圖1，圖1為本發(fā)明鋼管RPC柱-扁梁-剪力墻結(jié)構(gòu)體系的俯視平面示意圖， 該圖中1表示鋼管RPC柱，2、3和4表示扁梁。扁梁處陰影部分表示扁梁下設(shè)置有剪力墻 5。圖2、3所示的扁梁截面寬度小于鋼管RPC柱的直徑；圖4、5所示的扁梁截面寬度等于鋼管RPC柱的直徑；圖6、7所示的扁梁截面寬度大于鋼管RPC柱的直徑。鋼管RPC柱與扁梁的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造見《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》(CECS^ :90)。本發(fā)明具體施工時(shí)，鋼管RPC柱具體施工方法見《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》(CECS28 :90);扁梁工序與普通梁施工無異。剪力墻的施工工序與一般剪力墻的施工工藝相同。本發(fā)明不局限上述最佳實(shí)施方式，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種鋼管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，包括鋼管混凝土柱、鋼筋混凝土梁和鋼筋混凝土剪力墻，其特征在于所述鋼管混凝土柱為采用活性粉末混凝土澆筑而成的鋼管活性粉末混凝土柱，所述鋼筋混凝土梁為扁梁，即所述鋼筋混凝土梁梁寬度大于或等于梁的高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，其特征在于每立方米的活性粉末混凝土各組分重量比為水泥硅灰砂磨細(xì)石英粉高效減水劑鋼纖維水=0. 9 1. 1 :0. 2 0. 3 :1. 0 1. 2 :0. 3 0. 45 :0. 01 0. 03 :0. 1 0. 25 0. 15 0. 25。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，其特征在于所述活性粉末混凝土中活性組分由優(yōu)質(zhì)水泥、硅粉、石英砂、磨細(xì)石英粉構(gòu)成，所述活性組分的粒徑在0. 1 μ m Imm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，其特征在于在活性粉末混凝土中剔除粗骨料以提高其均勻性，采用硅灰以提高其密實(shí)性，并采用蒸壓養(yǎng)護(hù)工藝以改善其微觀結(jié)構(gòu)，同時(shí)在活性粉末混凝土中摻入鋼纖維以提高其抗彎、抗拉強(qiáng)度及韌性。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋼管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，包括鋼管混凝土柱、鋼筋混凝土梁和鋼筋混凝土剪力墻，所述鋼管混凝土柱為采用活性粉末混凝土澆筑而成的鋼管活性粉末混凝土柱，所述鋼筋混凝土梁為扁梁，即所述鋼筋混凝土梁的寬度大于或等于梁的高度。由于活性粉末混凝土(RPC)的抗壓強(qiáng)度是普通混凝土的4～10倍，將RPC與鋼管組合形成鋼管RPC柱，柱斷面尺寸得到極大減少，建筑使用面積增大。另外，該結(jié)構(gòu)體系還具有扁梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，如可降低層高、避免管道穿梁等，因此具有非常好的綜合經(jīng)濟(jì)效益，適合于大規(guī)模推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)E04C3/34GK102518202SQ20111043828
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月24日
發(fā)明者季韜, 張彬彬 申請(qǐng)人:福州大學(xué)