專利名稱：鋼管混凝土柱間嵌鋼板密梁外包混凝土組合剪力墻及作法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種鋼管混凝土柱間嵌鋼板密梁外包混凝土組合剪カ墻及制作方法，屬于ー種抗震結(jié)構(gòu)消耗地震輸入結(jié)構(gòu) 能量、提高結(jié)構(gòu)抗震性能的新型鋼ー混凝土組合剪カ墻及其制作方法，屬于鋼一混凝土組合剪カ墻領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展和人類活動的需要，現(xiàn)代高層、超高層建筑越來越多，對剪カ墻抗震性能的要求也越來越高。剪力墻和由剪力墻組成的核心筒是高層建筑抗震最為關(guān)鍵的豎向體系，承擔(dān)著結(jié)構(gòu)絕大部分的地震作用。現(xiàn)有的普通鋼筋混凝土剪力墻在地震作用下變形能力差，延性差，容易發(fā)生脆性破壞，直接影響高層建筑的抗震性能，這對整體結(jié)構(gòu)的抗震性能十分不利。剪力墻是高層建筑結(jié)構(gòu)中的核心抗側(cè)カ部件，其抗震性能對于高層建筑的安全可靠有著至關(guān)重要的作用。研制抗震性能好的剪力墻是建筑抗震設(shè)計的關(guān)鍵技木。為了改善剪カ墻的抗震性能,對組合剪力墻的研究越來越多，如各種類型的開縫剪力墻和組合剪力墻，目前對于組合剪カ墻研究較多的主要有兩種類型一種是“組合墻板剪カ墻”，其墻板由鋼板和混凝土墻板組成；另ー種是“帶邊框組合剪力檣”，這類組合剪力墻的墻板一般采用鋼筋混凝土，而邊框采用型鋼混凝土。另外，墻板也可采用鋼板，而邊框采用鋼筋混凝土 ；邊框和組合墻板也可以一起組合。鋼-混凝土組合剪力墻同時具有鋼構(gòu)件與混凝土構(gòu)件的優(yōu)點(diǎn)，可有效增加構(gòu)件的強(qiáng)度與延性，減小構(gòu)件截面尺寸，防火性能好。鋼-混凝土組合剪力墻有較大的彈性初始剛度、大變形能力和良好的塑性性能、穩(wěn)定的滯回特性等特點(diǎn)，而且能夠有效地克服普通鋼筋混凝土剪カ墻自重大、角部混凝土易開裂、易碎等缺點(diǎn)，是ー種非常具有發(fā)展前景的高層抗側(cè)カ體系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種消耗地震輸入結(jié)構(gòu)能量、提高結(jié)構(gòu)抗震性能的新型鋼ー混凝土組合剪カ墻，主要用于高層建筑或大型復(fù)雜多層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)或筒體結(jié)構(gòu)，以解決其在地震作用下承載力、延性、耗能不足的問題。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下I、鋼管混凝土柱間嵌鋼板密梁外包混凝土組合剪カ墻，墻體截面為エ字型，包括鋼管混凝土邊框柱I、鋼管混凝土芯柱2、鋼板密梁3和鋼筋混凝土剪カ墻體；其特征在于在鋼筋混凝土剪力墻體兩端設(shè)置鋼管混凝土邊框柱1，其沿鋼筋混凝土剪力墻體厚度方向的尺寸大于鋼筋混凝土剪力墻體厚度；在鋼管混凝土邊框柱I的上、下兩端分別設(shè)置上邊框梁8和下邊框梁7 ;在鋼筋混凝土剪カ墻體內(nèi)部平行于鋼管混凝土邊框柱I的方向設(shè)置鋼管混凝土芯柱2 ;在鋼管混凝土邊框柱I與鋼管混凝土芯柱2間以及鋼管混凝土芯柱2之間沿鋼筋混凝土剪カ墻體高度方向設(shè)置水平平行的鋼板密梁3 ;鋼板密梁3穿過鋼管混凝土柱，并在與鋼管交匯線上實(shí)施焊接；鋼板密梁3為上下鋼板梁的凈距不大于梁高的鋼板梁系列；在鋼管混凝土邊框柱I的鋼管壁焊接用以固定墻體水平分布鋼筋4的鋼筋連接肋條9 ;在鋼管混凝土芯柱2和鋼板密梁3兩側(cè)配置由水平分布鋼筋4和豎向分布鋼筋5組成的鋼筋網(wǎng)，用拉結(jié)鋼筋6穿過鋼板密梁3的間隙10將兩側(cè)的鋼筋網(wǎng)拉接起來；將鋼管混凝土邊框柱I、鋼管混凝土芯柱2、上邊框梁8、下邊框梁7及鋼筋混凝土剪力墻體澆搗混凝土成形，即構(gòu)成鋼管混凝土柱間嵌鋼板密梁外包混凝土組合剪力墻。2、所述的鋼管混凝土邊框柱I為單腔體鋼管混凝土，或?yàn)槎嗲惑w鋼管混凝土 ；其截面為圓形截面，或?yàn)榫匦谓孛?；其在墻體厚度方向的尺寸大于墻體厚度。3、所述的鋼管混凝土芯柱2為鋼管混凝土柱；其在墻體厚度方向的尺寸要小于墻體的厚度。4、所述的鋼板密梁3在鋼管混凝土邊框柱I與鋼管混凝土芯柱2間以及鋼管混凝土芯柱2之間沿鋼筋混凝土剪力墻體高度方向平行布置；鋼板密梁3穿過鋼管混凝土柱，并在與鋼管交匯線上實(shí)施焊接；其強(qiáng)度不大于鋼管混凝土邊框柱I、鋼管混凝土芯柱2鋼管壁 的強(qiáng)度；其厚度低于鋼管混凝土芯柱柱壁厚度；其高寬比小于等于1，上下相鄰鋼板密梁3的凈距不大于梁高；5、所述鋼筋連接肋條9的鋼板采用與鋼管混凝土邊框柱I中的鋼管相同強(qiáng)度鋼材，并應(yīng)與鋼管混凝土邊框柱I鋼管管壁焊接。6、所述的水平分布鋼筋4與鋼管混凝土邊框柱I上設(shè)置的鋼筋豎向連接肋條9焊接；豎向分布鋼筋5上端、下端分別伸入上邊框梁8和下邊框梁7中進(jìn)行剛性連接。7、所述的拉結(jié)鋼筋6通過上下鋼板密梁3間的空隙10將墻板兩側(cè)的水平分布鋼筋4和豎向分布鋼筋5組成的鋼筋網(wǎng)片拉接起來，或穿過鋼板密梁3中的預(yù)留圓孔將兩側(cè)的鋼筋網(wǎng)拉接起來。8、所述上邊框梁8和下邊框梁7為鋼筋混凝土梁，或?yàn)樾弯摶炷亮?，截面為矩形，混凝土現(xiàn)場澆筑。本發(fā)明是將鋼管混凝土、鋼筋混凝土墻板和鋼板密梁優(yōu)勢組合，在充分發(fā)揮鋼管混凝土和鋼筋混凝土墻板抗震作用的同時，也充分發(fā)揮鋼板密梁更強(qiáng)的抗震耗能能力。該新型組合剪力墻的鋼板密梁，具有以下受力和功能特點(diǎn)鋼板密梁耗能單元可通過其平面內(nèi)的彎曲變形和剪切變形充分發(fā)揮鋼板的塑性抗震耗能能力；在鋼板密梁兩側(cè)采用鋼筋混凝土墻板后，混凝土墻板有效地約束了鋼板密梁的平面外屈曲，可使鋼板密梁在更長的時段內(nèi)有效地通過平面內(nèi)塑性變形來消耗地震輸入結(jié)構(gòu)的能量，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能；同時，該鋼板密梁之間的間隙可用作鋼板密梁兩側(cè)鋼筋混凝土墻板拉結(jié)鋼筋穿過的構(gòu)造縫，這樣，兩側(cè)混凝土墻板與加在中間的鋼板密梁形成了一個整體，共同工作，優(yōu)勢互補(bǔ)；由于鋼板密梁的存在，延緩了兩側(cè)混凝土墻板的開裂與裂縫發(fā)展，提高了混凝土墻板的抗震延性。本發(fā)明的鋼管混凝土柱間嵌鋼板密梁外包混凝土組合剪力墻在地震作用下具有多道抗震防線。在鋼板密梁和鋼管混凝土芯柱兩側(cè)采用鋼筋混凝土墻板后，很好地抑制了鋼板的平面外失穩(wěn)問題，并大大提高了混凝土墻板部分作為抗震第一道防線的豎向承載力、延性以及耗能能力。當(dāng)鋼筋混凝土墻板在地震中破壞后，鋼板密梁與墻體內(nèi)部鋼管混凝土芯柱、上、下邊框梁、組合鋼管混凝土邊框柱形成的桁架結(jié)構(gòu)是一個幾何不變體系，從而保持結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，此時，在外部荷載作用下，作為抗剪承載力第二道防線的鋼板密梁開始發(fā)揮作用，由于其厚度低于鋼管混凝土芯柱柱壁，會先于鋼管混凝土芯柱屈服，受到以剪力作用為主荷載的作用，消耗地震能量直至屈服；鋼板密梁屈服后，結(jié)構(gòu)開始變成ー個由鋼管混凝土芯柱和框架梁、柱組成的框架體系繼續(xù)承受荷載，此為該組合剪カ墻的第三道防線。與普通鋼管混凝土邊框剪力墻及鋼板剪カ墻相比，施工方便，承載能力提高，承載カ和剛度衰減變慢，后期抗震性能相對穩(wěn)定，多道防線也使剪カ墻延性以及耗能性能得到提聞。由于剪カ墻是建筑結(jié)構(gòu)的核心抗側(cè)カ部件，提高了剪力墻的抗震能力，也就提高了結(jié)構(gòu)整體的抗震能力，當(dāng)建筑物遭遇強(qiáng)烈地震時，可減輕其震害，防止其倒塌。


圖I是鋼管混凝土柱間嵌鋼板密梁外包混凝土組合剪力墻配鋼及配筋圖、
圖2是組合剪力墻立面示意3是組合剪力墻墻體水平剖面圖附圖代號說明1_鋼管混凝土邊框柱，2-鋼管混凝土芯柱，3-鋼板密梁，4-水平分布鋼筋，5-豎向分布鋼筋，6-拉結(jié)筋，7-下邊框梁，8-上邊框梁，9-鋼筋連接肋條，10-鋼板密梁間隙。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)ー步說明鋼管混凝土柱間嵌鋼板密梁外包混凝土組合剪力墻ー個結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)示意圖如圖I、圖2和圖3所示。在鋼筋混凝土剪力墻體兩端設(shè)置鋼管混凝土邊框柱I ;在鋼管混凝土邊框柱I的鋼管壁焊接用以固定墻體水平分布鋼筋4的鋼筋連接肋條9 ;鋼管混凝土邊框柱I的上、下位置設(shè)置上邊框梁8和下邊框梁7 ;在鋼筋混凝土剪カ墻體內(nèi)部平行于鋼管混凝土邊框柱I的方向設(shè)置鋼管混凝土芯柱2 ;鋼板密梁3穿過鋼管混凝土柱，并在與鋼管交匯線上實(shí)施焊接；上下鋼板密梁3的凈距不大于鋼板密梁3的梁高；在鋼管混凝土芯柱2和鋼板密梁3兩側(cè)配置由水平分布鋼筋4和豎向分布鋼筋5組成的鋼筋網(wǎng)，用拉結(jié)鋼筋6穿過鋼板密梁3的間隙10將兩側(cè)的鋼筋網(wǎng)拉接起來；將鋼管混凝土邊框柱I、鋼管混凝土芯柱2、上邊框梁8、下邊框梁7及鋼筋混凝土剪カ墻體澆搗混凝土成形，即構(gòu)成鋼管混凝土柱間嵌鋼板密梁外包混凝土組合剪カ墻。上述鋼管混凝土柱間嵌鋼板密梁外包混凝土組合剪カ墻，其制作順序如下I)制作鋼管混凝土邊框柱I及鋼管混凝土芯柱2，在鋼管混凝土邊框柱I的鋼管壁上焊接連接墻體水平分布鋼筋4端部的鋼筋連接肋條9 ；2)綁扎剪力墻鋼筋混凝土基礎(chǔ)梁或下邊框梁7的鋼筋，并將鋼管混凝土邊框柱I、鋼管混凝土芯柱2、剪力墻豎向分布鋼筋5插入下邊框梁7的鋼筋籠內(nèi)，澆注下邊框梁7的混凝土，混凝土養(yǎng)護(hù)固結(jié)后，使下邊框梁7與鋼管混凝土邊框柱I、鋼管混凝土芯柱2、剪力墻豎向分布鋼筋5的底部實(shí)現(xiàn)剛性連接；3)制作鋼板密梁3，在鋼管混凝土邊框柱I與鋼管混凝土芯柱2間以及鋼管混凝土芯柱2之間沿鋼筋混凝土剪カ墻體高度方向布置平行的鋼板密梁3 ;使其穿過鋼管混凝土柱，并在與鋼管交匯線上實(shí)施焊接；上下鋼板密梁3的凈距不大于鋼板密梁3的梁高；4)在鋼管混凝土芯柱2、鋼板密梁3兩側(cè)配置由水平分布鋼筋4和豎向分布鋼筋5組成的鋼筋網(wǎng)，用拉結(jié)鋼筋6穿過上下鋼板密梁3的間隙10將兩側(cè)的鋼筋網(wǎng)拉接起來，或穿過鋼板密梁3中的預(yù)留圓孔將兩側(cè)的鋼筋網(wǎng)拉接起來；5)制作上邊框梁8，將鋼管混凝土邊框柱I、鋼管混凝土芯柱2及墻板豎向分布鋼筋5插入上邊框梁8，進(jìn)行可靠連接；6)在剪力墻墻板兩側(cè)通過水泥墊塊留出混凝土保護(hù)層厚度，之后支澆注混凝土用的模板；7)澆筑鋼管混凝土邊框柱I、鋼管混凝土芯柱2、剪力墻墻板、上邊框梁8的混凝土，成型后即形成鋼管混凝土柱間嵌鋼板密梁外包混凝土組合剪力墻。制作過程中鋼管混凝土邊框柱I在墻體厚度方向的尺寸大于墻體厚度。鋼管混凝 土芯柱2在墻體厚度方向的尺寸要小于墻體的厚度，以便于兩側(cè)鋼筋的綁扎和預(yù)留混凝土保護(hù)層，但其尺寸也不能影響向其內(nèi)部澆筑混凝土 ；鋼板密梁3的強(qiáng)度不大于鋼管混凝土邊框柱I、鋼管混凝土芯柱2鋼管壁的強(qiáng)度，防止其在受力過程中發(fā)生受彎破壞，產(chǎn)生平面外屈曲，以達(dá)到較好的耗能效果。以上是本發(fā)明的一個典型實(shí)施例，本發(fā)明的實(shí)施不限于此。
權(quán)利要求
1.鋼管混凝土柱間嵌鋼板密梁外包混凝土組合剪力墻，墻體截面為工字型，包括鋼管混凝土邊框柱(I)、鋼管混凝土芯柱(2)、鋼板密梁(3)和鋼筋混凝土剪力墻體；其特征在于在鋼筋混凝土剪力墻體兩端設(shè)置鋼管混凝土邊框柱(I)，其沿鋼筋混凝土剪力墻體厚度方向的尺寸大于鋼筋混凝土剪力墻體厚度；在鋼管混凝土邊框柱(I)的上、下兩端分別設(shè)置上邊框梁(8)和下邊框梁(7);在鋼筋混凝土剪力墻體內(nèi)部平行于鋼管混凝土邊框柱(I)的方向設(shè)置鋼管混凝土芯柱(2);在鋼管混凝土邊框柱(I)與鋼管混凝土芯柱(2)間以及鋼管混凝土芯柱(2)之間沿鋼筋混凝土剪力墻體高度方向設(shè)置水平平行的鋼板密梁(3);鋼板密梁(3)穿過鋼管混凝土邊框柱(I)和鋼管混凝土芯柱(2)，并在與鋼管混凝土邊框柱(I)和鋼管混凝土芯柱(2)的鋼管交匯線上實(shí)施焊接；鋼板密梁(3)為上下鋼板梁的凈距不大于梁高的鋼板梁系列；在鋼管混凝土邊框柱(I)的鋼管壁焊接用以固定墻體水平分布鋼筋(4)的鋼筋連接肋條(9);在鋼管混凝土芯柱(2)和鋼板密梁(3)兩側(cè)配置由水平分布鋼筋(4)和豎向分布鋼筋(5)組成的鋼筋網(wǎng)，用拉結(jié)鋼筋(6)穿過鋼板密梁(3)的間隙(10)將兩側(cè)的鋼筋網(wǎng)拉接起來；將鋼管混凝土邊框柱(I)、鋼管混凝土芯柱(2)、上邊框梁(8)、下邊框梁(7)及鋼筋混凝土剪力墻體澆搗混凝土成形，即構(gòu)成鋼管混凝土柱間嵌鋼板密梁外包混凝土組合剪力墻。
2.根據(jù)權(quán)利I要求所述的鋼管混凝土柱間嵌鋼板密梁外包混凝土組合剪力墻，其特征在于所述的鋼管混凝土邊框柱(I)為單腔體鋼管混凝土，或?yàn)槎嗲惑w鋼管混凝土 ；其截面為圓形截面，或?yàn)榫匦谓孛?；其在鋼筋混凝土剪力墻體厚度方向的尺寸大于墻體厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋼管混凝土柱間嵌鋼板密梁外包混凝土組合剪力墻，其特征在于所述的鋼管混凝土芯柱(2)為鋼管混凝土柱；其在鋼筋混凝土剪力墻體厚度方向的尺寸要小于鋼筋混凝土剪力墻體的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利I要求所述的鋼管混凝土柱間嵌鋼板密梁外包混凝土組合剪力墻，其特征在于所述的鋼板密梁(3)的強(qiáng)度不大于鋼管混凝土邊框柱(I)、鋼管混凝土芯柱(2)的鋼管壁的強(qiáng)度；其厚度低于鋼管混凝土芯柱(2)的柱壁厚；其高寬比小于等于1，上下相鄰鋼板密梁(3)的凈距不大于梁高。
5.根據(jù)權(quán)利I要求所述鋼管混凝土柱間嵌鋼板密梁外包混凝土組合剪力墻，其特征在于所述鋼筋連接肋條(9)的鋼板采用與鋼管混凝土邊框柱(I)中的鋼管相同強(qiáng)度鋼材，并應(yīng)與鋼管混凝土邊框柱(I)鋼管管壁焊接。
6.根據(jù)權(quán)利I要求所述鋼管混凝土柱間嵌鋼板密梁外包混凝土組合剪力墻，其特征在于所述的水平分布鋼筋(4)與鋼管混凝土邊框柱(I)上設(shè)置的鋼筋豎向連接肋條(9)焊接；豎向分布鋼筋(5)上端、下端分別伸入上邊框梁(8)和下邊框梁(7)中進(jìn)行剛性連接。
7.根據(jù)權(quán)利I要求所述的鋼管混凝土柱間嵌鋼板密梁外包混凝土組合剪力墻，其特征在于所述上邊框梁(8)和下邊框梁(7)為鋼筋混凝土梁，或?yàn)樾弯摶炷亮海孛鏋榫匦?，混凝土現(xiàn)場澆筑。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至權(quán)利要求7任意一項權(quán)利要求所述的鋼管混凝土柱間嵌鋼板密梁外包混凝土組合剪力墻的做法，其特征在于其制作順序如下 1)制作鋼管混凝土邊框柱(I)及鋼管混凝土芯柱(2)，在鋼管混凝土邊框柱(I)的鋼管壁上焊接連接墻體水平分布鋼筋(4)端部的鋼筋連接肋條(9)； 2)綁扎剪力墻鋼筋混凝土基礎(chǔ)梁或下邊框梁(7)的鋼筋，并將鋼管混凝土邊框柱、(1)、鋼管混凝土芯柱(2)、剪力墻豎向分布鋼筋(5)插入下邊框梁(7)的鋼筋籠內(nèi)，澆注下邊框梁(7 )的混凝土，混凝土養(yǎng)護(hù)固結(jié)后，使下邊框梁(7 )與鋼管混凝土邊框柱(I)、鋼管混凝土芯柱(2)、剪力墻豎向分布鋼筋(5)的底部實(shí)現(xiàn)剛性連接； 3)制作鋼板密梁(3)，在鋼管混凝土邊框柱(I)與鋼管混凝土芯柱(2)間以及鋼管混凝土芯柱(2)之間沿鋼筋混凝土剪力墻體高度方向布置平行的鋼板密梁(3);使其穿過鋼管混凝土邊框柱(I)和鋼管混凝土芯柱(2)，并在與鋼管混凝土邊框柱(I)和鋼管混凝土芯柱(2)中的鋼管交匯線上實(shí)施焊接；上下鋼板密梁(3)的凈距不大于鋼板密梁(3)的梁高； 4)在鋼管混凝土芯柱(2)、鋼板密梁(3)兩側(cè)配置由水平分布鋼筋(4)和豎向分布鋼筋(5)組成的鋼筋網(wǎng)，用拉結(jié)鋼筋(6)穿過上下鋼板密梁(3)的間隙(10)將兩側(cè)的鋼筋網(wǎng)拉 接起來，或穿過鋼板密梁(3)中預(yù)留圓孔將兩側(cè)的鋼筋網(wǎng)拉接起來； 5)制作上邊框梁(8)，將鋼管混凝土邊框柱(I)、鋼管混凝土芯柱(2)及墻板豎向分布鋼筋(5)插入上邊框梁(8)，進(jìn)行可靠連接； 6)在剪力墻墻板兩側(cè)通過水泥墊塊留出混凝土保護(hù)層厚度，之后支澆注混凝土用的模板； 7)澆筑鋼管混凝土邊框柱(I)、鋼管混凝土芯柱(2)、剪力墻墻板、上邊框梁(8)的混凝土，成型后即形成鋼管混凝土柱間嵌鋼板密梁外包混凝土組合剪力墻。
全文摘要
鋼管混凝土柱間嵌鋼板密梁外包混凝土組合剪力墻及制作方法，屬于鋼－混凝土組合剪力墻領(lǐng)域，由鋼管混凝土邊框柱、鋼管混凝土芯柱、鋼板密梁和鋼筋混凝土剪力墻體組成，墻體截面為工字型。在鋼筋混凝土剪力墻兩端設(shè)置鋼管混凝土邊框柱；其間設(shè)置鋼管混凝土芯柱；在鋼管混凝土邊框柱與鋼管混凝土芯柱間及鋼管混凝土芯柱之間沿鋼筋混凝土剪力墻高度方向設(shè)置水平平行的鋼板密梁；鋼板密梁穿過鋼管混凝土柱，與鋼管交匯線上實(shí)施焊接；綁扎剪力墻鋼筋；澆筑混凝土即構(gòu)成鋼管混凝土柱間嵌鋼板密梁外包混凝土組合剪力墻。本發(fā)明承載能力提高，多道防線使剪力墻延性以及耗能性能提高，抗震性能優(yōu)越；制作方便，易于操作，可用于高層或大型復(fù)雜多層建筑中。
文檔編號E04B2/64GK102704597SQ20121016806
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者劉恒超, 張建偉, 曹萬林, 董宏英, 蔣峰 申請人:北京工業(yè)大學(xué)