專利名稱：一種鋼管輕骨料混凝土柱-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輕骨料混凝土(LWAC)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，可以減少柱的截面積，增大建筑使用空間。但對于超高層建筑，采用鋼管混凝土柱、普通混凝土梁和剪力墻，建筑的自重仍較大，地震效應(yīng)較大。如果能在鋼管混凝土柱、梁和剪力墻中采用輕骨料混凝土，以降低建筑自重，減少梁、剪力墻及基礎(chǔ)的配筋量，減少在地震荷載作用下的地震作用(地震作用是與建筑的總重量成正比)，這將進一步突破高層建筑發(fā)展的瓶頸，推動高層建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的進步。目前申請?zhí)?00610151188. 5張素梅等人發(fā)明的鋼管約束型鋼高強混凝土柱，可提高柱極限軸壓比，具有良好的抗震性能。申請?zhí)?00910086837. 1于清、宋天詣發(fā)明的混合式-混凝土組合框架結(jié)構(gòu)體系，該結(jié)構(gòu)通過在采用鋼管輕骨料混凝土梁和柱減輕了結(jié)構(gòu)自重，另外通過鋼管外層設(shè)置混凝土以及構(gòu)造鋼筋和箍筋，提高了結(jié)構(gòu)耐火性能和承載力。 申請?zhí)?6106474劉建群發(fā)明的預(yù)應(yīng)力鋼管混凝土柱，該專利主要通過對混凝土柱核心區(qū)混凝土施加預(yù)應(yīng)力從而達到提高鋼管混凝土柱軸向抗壓承載力的目的?，F(xiàn)有專利及文獻均沒有關(guān)于鋼管LWAC柱-扁梁-剪力墻結(jié)構(gòu)體系的報道。輕骨料混凝土由于密度小、保溫性能好、抗震性能好，適用于高層及大跨度建筑， 目前國內(nèi)外已有輕骨料混凝土的許多理論研究成果和豐富的工程應(yīng)用經(jīng)驗，并取得了顯著的技術(shù)效益、經(jīng)濟效益和社會效益。輕骨料混凝土中的輕骨料包括陶粒、火山渣(浮石)、煤矸石等，其中陶粒包括頁巖陶粒、粉煤灰陶粒及粘土陶粒。陶粒的生產(chǎn)能夠減少對自然環(huán)境的破壞，促進資源的循環(huán)利用，這主要是因為生產(chǎn)陶粒的原材料可以是頁巖、工業(yè)廢料、燃料廢渣以及河流湖泊中的淤泥等，來源十分廣泛，有效減少人類對自然資源的過度開采和利用。陶?；炷辆哂性S多優(yōu)點和特殊的功能，如陶?；炷临|(zhì)輕、環(huán)保、節(jié)能等，雖然單價偏高，但其能減輕建筑自重，減少梁、柱、基礎(chǔ)的配筋，提高建筑的抗震性能，在合理設(shè)計情況下，能獲得較好的綜合經(jīng)濟效益。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，采用常規(guī)的框架結(jié)構(gòu)體系已不能滿足要求，這時采用扁梁結(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。多年來，國內(nèi)外專家學者對扁梁結(jié)構(gòu)體系進行了多方面的科學研究，例如扁梁在荷載作用下的受彎性能、扁梁與柱節(jié)點內(nèi)外核心區(qū)的受力機理，以及扁梁和柱的受力性能和抗震特性等。因為扁梁結(jié)構(gòu)體系的受力特性和優(yōu)點，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用扁梁較容易實現(xiàn) “強柱弱梁，強剪弱彎，強節(jié)點弱構(gòu)件”的抗震設(shè)計理念，再加上目前國家對建筑物高度的限制，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。
剪力墻結(jié)構(gòu)體系有很好的側(cè)向剛度和承載力，而且有很好的整體性和空間作用， 能很好抵抗地震作用，廣泛應(yīng)用于高層建筑。在對建筑高度的追求和對凈高的要求下，考慮上述鋼管混凝土結(jié)構(gòu)體系、輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)體系、扁梁結(jié)構(gòu)體系與剪力墻結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點，本發(fā)明提出將輕骨料混凝土 (LffAC)用于鋼管混凝土柱、扁梁和剪力墻中，將鋼管LWAC柱、配筋LWAC扁梁、配筋LWAC剪力墻結(jié)合形成一種新型的結(jié)構(gòu)體系，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點和功能。在相同承載力的情況下減少柱截面面積，擴大建筑使用面積；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；采用輕骨料混凝土，可減少建筑總自重，減少梁、剪力墻和基礎(chǔ)的配筋，并增強剪力墻保溫、隔熱、隔音和防火性能；采用的剪力墻具有較大的抗側(cè)剛度，可彌補扁梁結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度低的缺點。本專利提出的新型結(jié)構(gòu)體系，具有很好的經(jīng)濟、社會和環(huán)保效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種鋼管輕骨料混凝土柱-扁梁-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，該結(jié)構(gòu)體系充分發(fā)揮輕骨料混凝土自重小等優(yōu)點；將它與扁梁結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)相結(jié)合，不但降低了層高，而且還提高了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，其經(jīng)濟、社會和環(huán)保效益顯著。本發(fā)明的技術(shù)方案在于一種鋼管輕骨料混凝土柱-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輕骨料混凝土澆筑而成的鋼管輕骨料混凝土柱，所述鋼筋混凝土梁為采用輕骨料混凝土澆筑而成的配筋輕骨料混凝土扁梁，所述鋼筋混凝土剪力墻為采用輕骨料混凝土澆筑而成的配筋輕骨料混凝土剪力墻。在一較佳實施例中，所述的輕骨料混凝土的干表觀密度低于1950kg/m3，每立方材料各組分用量為水泥砂輕骨料粉煤灰硅灰水高效減水劑=400 500kg 600 800kg 400 800kg 0 200kg 0 60kg :100 200kg 0 15kg。上述的輕骨料包括陶粒、火山渣(浮石)、煤矸石等，其中陶?？刹捎庙搸r陶粒、粉煤灰陶粒及粘土陶粒中的一種或幾種。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)剛度大，將兩者相結(jié)合和進行互補，可以減少建筑層間位移和頂點位移。本發(fā)明的鋼管LWAC柱-扁梁-剪力墻結(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、輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)體系和剪力墻結(jié)構(gòu)體系四者的優(yōu)點，還具有一些獨特的力學性能和使用性能
1.在高層、超高層建筑中，當普通鋼管混凝土柱無法滿足其受力性能和抗震性能時，需要在鋼管混凝土柱中配置鋼筋(縱筋和箍筋等)或采用雙層鋼管等，這會延長施工周期，增大施工難度。將鋼管混凝土柱、扁梁及剪力墻中的混凝土改用輕骨料混凝土后，結(jié)構(gòu)自重可以降低20% 40%，由于地震作用和上部結(jié)構(gòu)的自重成正比，當采用本專利提出的新型結(jié)構(gòu)體系時，由地震產(chǎn)生的水平剪力大大降低。另外，輕骨料混凝土的彈性模量低，結(jié)構(gòu)自重小， 結(jié)構(gòu)周期變長，與鋼管普通混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼管輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)變形能力增強，延性更好，抗震性能更好。采用鋼管輕骨混凝土柱，通過減少建筑自重可達到減少柱截面積、或者避免在鋼管混凝土柱中配置鋼筋，或者采用雙層鋼管混凝土柱等，這樣可以減少施工工序，縮短施工周期，節(jié)約成本。2.采用鋼管LWAC柱、配筋LWAC扁梁和配筋LWAC剪力墻減輕了結(jié)構(gòu)自重，減少梁、 剪力墻和基礎(chǔ)的配筋，降低了傳給基礎(chǔ)的荷載，從而降低了基礎(chǔ)造價，并可進一步減少鋼管 LffAC柱截面尺寸，增加建筑使用面積。3.扁梁能有效地減少樓蓋結(jié)構(gòu)層高和建筑總高，從而減小風荷載和地震力對結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生的不利影響，同時還能減少結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的材料成本，節(jié)約造價。在總高不變的情況下，可以增加建筑層數(shù)。4.扁梁結(jié)構(gòu)能夠給建筑空間帶來良好的效果，相對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。5.扁梁結(jié)構(gòu)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。6.配筋LWAC剪力墻傳熱系數(shù)是配筋普通混凝土剪力墻的1/2 1/3，熱工性能 (保溫和隔熱性能)好，隔音和防火性能好，舒適度好，節(jié)能效果明顯。7.所采用的輕骨料混凝土中的骨料，可以采用頁巖、工業(yè)廢料、燃料廢渣以及河流湖泊中的淤泥等作為原料來進行生產(chǎn)，廢物循環(huán)利用，可有效減少人類對自然資源的過度開采和利用，環(huán)保效益明顯。


圖1是本發(fā)明鋼管輕骨料混凝土柱-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LWAC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LWAC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LWAC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LWAC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。
具體實施例方式為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖，作詳細說明。本發(fā)明的鋼管輕骨料混凝土柱-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輕骨料混凝土澆筑而成的鋼管輕骨料混凝土柱1，所述鋼筋混凝土梁為采用輕骨料混凝土澆筑而成的配筋輕骨料混凝土扁梁2、3、或4，所述鋼筋混凝土剪力墻為采用輕骨料混凝土澆筑而成的配筋輕骨料混凝土剪力墻。在本實施例中，所述的輕骨料混凝土的干表觀密度低于1950kg/m3，每立方材料各組分用量為水泥砂輕骨料粉煤灰硅灰水高效減水劑=450kg :650kg :500kg 100kg :30kg :150kg 7. 5kg 輕骨料采用頁巖陶粒，其主要作用是減輕結(jié)構(gòu)體系的自重，具有顯著的環(huán)保效益。輕骨料的強度低于石子，因此加入硅灰可以提高輕骨料混凝土的強度，這是由于硅灰粒徑為100 200nm，二氧化硅含量98%以上，活性強，很容易與水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣反應(yīng)，生成C-S-H凝膠，填充混凝土內(nèi)部的孔隙，從而提高了輕骨料混凝土的耐久性和強度。本發(fā)明鋼管LWAC柱-扁梁-剪力墻結(jié)構(gòu)體系如圖1所示，圖1中實體1表示鋼管 LWAC柱，其余表示扁梁，陰影部分的扁梁，其下面布置有配筋LWAC剪力墻。雖然扁梁高度減小導(dǎo)致其承載力降低，但采用輕骨料混凝土后，結(jié)構(gòu)自重降低，抗震性能變好，故也降低了分配到扁梁上的力。圖2、3所示的扁梁截面寬度小于鋼管LWAC柱的直徑；圖4、5所示的扁梁截面寬度等于鋼管LWAC柱的直徑；圖6、7所示的扁梁截面寬度大于鋼管LWAC柱的直徑。鋼管LWAC 柱與扁梁的節(jié)點構(gòu)造見《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》(CECS^ :90)。鋼管LWAC柱具體施工方法見《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》(CECS^ 90)； 配筋LWAC扁梁施工工序與普通鋼筋混凝土梁相同。配筋LWAC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施方式，凡依本發(fā)明申請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
1.一種鋼管輕骨料混凝土柱-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輕骨料混凝土澆筑而成的鋼管輕骨料混凝土柱，所述鋼筋混凝土梁為采用輕骨料混凝土澆筑而成的配筋輕骨料混凝土扁梁，所述鋼筋混凝土剪力墻為采用輕骨料混凝土澆筑而成的配筋輕骨料混凝土剪力掉丄回O
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管輕骨料混凝土柱-扁梁-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，其特征在于 所述的輕骨料混凝土的干表觀密度低1950kg/m3，每立方材料各組分用量為水泥砂輕骨料粉煤灰硅灰水高效減水劑=400 500kg :600 800kg :400 800kg :0 200kg 0 60kg 100 200kg 0 15kg。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼管輕骨料混凝土柱-扁梁-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，其特征在于 所述輕骨料主要包括陶粒、火山渣和煤矸石，其中陶粒采用頁巖陶粒、粉煤灰陶粒及粘土陶粒中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋼管輕骨料混凝土柱-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鋼管輕骨料混凝土柱，所述鋼筋混凝土梁為配筋輕骨料混凝土扁梁，所述鋼筋混凝土剪力墻為配筋輕骨料混凝土剪力墻。由于輕骨料混凝土(LWAC)的干表觀密度比普通混凝土的要輕20%～40%，而強度可達到普通混凝土常用的強度等級。在高層結(jié)構(gòu)中，該結(jié)構(gòu)體系不僅具有柱斷面尺寸小，材料用量少，建筑使用面積大等優(yōu)點；而且可降低層高和建筑的總重量，且抗震效果明顯；還可以提高結(jié)構(gòu)剛度，減輕結(jié)構(gòu)自重，提高墻體的保溫和隔熱性能，節(jié)能和保溫效果明顯。因此，該結(jié)構(gòu)體系具有非常好的經(jīng)濟、社會和環(huán)保效益，適合于大規(guī)模推廣應(yīng)用。
文檔編號E04B1/19GK102425232SQ201110438288
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月24日
發(fā)明者盧天明, 季韜 申請人:福州大學