專利名稱：鋼管混凝土間帶水平縫豎向軟鋼耗能帶剪力墻及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種鋼管混凝土間帶水平縫豎向軟鋼耗能帶剪力墻及制作方法，屬于一種抗震結(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-混凝土組合剪力墻及其制作方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展和人們生活的需要，追求個性化的大型復(fù)雜高層建筑日益增多，對整體結(jié)構(gòu)的抗震性能要求也越來越高。量大面廣的鋼筋混凝土高層建筑通常由梁、柱、樓板、剪力墻及筒體構(gòu)成，剪力墻和由剪力墻組成的筒體是高層建筑抗震的核心部分，所以剪力墻結(jié)構(gòu)的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?，F(xiàn)有的鋼筋混凝土剪力墻在地震作用下延性較差，容易發(fā)生脆性破壞，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)力部件，研制抗震性能好的剪力墻是建筑抗震設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一。近年來對于組合剪力墻的研究越來越多。鋼-混凝土組合剪力墻的形式有很多種，可以將型鋼、鋼管、鋼板等和混凝土在剪力墻的不同部位進行不同形式的組合，目前對于組合剪力墻研究較多的主要有兩種類型一種是“組合墻板剪力墻”，其墻板采用鋼板和混凝土墻板進行不同形式組合，從而形成“組合墻板”。另一種是“帶邊框組合剪力墻”，這類組合剪力墻其墻板一般采用鋼筋混凝土，而邊框采用工字鋼、型鋼混凝土或鋼管混凝土 ；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。此外，剪力墻還要求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。外包混凝土組合剪力墻的出現(xiàn)不但很好的滿足了上述要求，而且能夠有效地克服鋼筋混凝土剪力墻自重大、角部混凝土易開裂、易碎等缺點，此外還加大了剪力墻的側(cè)向抗彎剛度，已成為一種非常具有發(fā)展前景的高層抗側(cè)力體系。然而，一般的鋼筋混凝土剪力墻、鋼板組合剪力墻等墻體混凝土部分在受力發(fā)生碎裂破壞后，豎向承載力會大幅度降低，從而造成整個墻體的豎向承載力降低，同時也加速了作為二道防線的邊框的破壞，整個結(jié)構(gòu)的耗能和延性也隨之降低，致使剪力墻的抗震性能削弱和降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種消耗地震輸入結(jié)構(gòu)能量、提高結(jié)構(gòu)抗震性能的新型鋼-混凝土組合剪力墻，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)方案如下鋼管混凝土間帶水平縫豎向軟鋼耗能帶剪力墻，由組合鋼管混凝土邊框柱1、鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2、帶水平縫的豎向軟鋼耗能條帶3和鋼筋混凝土剪力墻體組成；在鋼筋混凝土剪力墻體兩端設(shè)置組合鋼管混凝土邊框柱1 ；在組合鋼管混凝土邊框柱1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 ；組合鋼管混凝土邊框柱1的上、 下位置設(shè)置上邊框梁8和下邊框梁7 ；在剪力墻內(nèi)部平行于組合鋼管混凝土邊框柱1的方向設(shè)置鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2 ；在組合鋼管混凝土邊框柱1和鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2之間以及各鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2之間以帶水平縫的豎向軟鋼耗能條帶3 連接；帶水平縫的豎向軟鋼板耗能條帶3為開設(shè)有成組平行的水平縫的軟鋼板；在鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2和帶水平縫的豎向軟鋼耗能條帶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)，用拉接鋼筋6穿過帶水平縫的豎向軟鋼耗能條帶3的水平縫 10將兩側(cè)的鋼筋網(wǎng)拉接起來；將組合鋼管混凝土邊框柱1、鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱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)成鋼管混凝土間帶水平縫豎向軟鋼耗能帶剪力墻。鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2在墻體厚度方向的尺寸要小于墻體的厚度；帶水平縫的豎向軟鋼板耗能條帶3的鋼材強度要低于組合鋼管混凝土邊框柱鋼管1、鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2的鋼材強度。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，鋼管混凝土間帶水平縫豎向軟鋼耗能帶剪力墻的制作順序如下1)制作鋼管混凝土邊框柱1及混凝土芯柱2，在鋼管混凝土邊框柱1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、 混凝土芯柱2、剪力墻豎向分布鋼筋插入下邊框梁7的鋼筋籠內(nèi)，澆注基礎(chǔ)梁或下邊框梁7 的混凝土，混凝土養(yǎng)護固結(jié)后，使基礎(chǔ)梁或下邊框梁7與鋼管混凝土邊框柱1、鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2、剪力墻豎向分布鋼筋的底部實現(xiàn)剛性連接；3)制作帶水平縫的豎向軟鋼板耗能條帶3，豎向軟鋼板耗能條帶3與鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2及鋼管混凝土邊框柱1之間進行可靠剛性焊接；4)鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2、豎向軟鋼板耗能條帶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)，用拉接鋼筋6穿過豎向軟鋼板耗能條帶的水平縫，將上述鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2和豎向軟鋼板耗能條帶3兩側(cè)的鋼筋網(wǎng)片拉接起來；5)制作上邊框梁8，與鋼管混凝土邊框柱1、鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2及墻板豎向分布鋼筋5進行可靠連接；6)在剪力墻墻板兩側(cè)通過水泥墊塊留出混凝土保護層厚度，之后支澆注混凝土用的模板；7)澆筑下邊框梁7、鋼管混凝土邊框柱1、鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱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間帶水平縫豎向軟鋼耗能帶剪力墻。本發(fā)明是將組合鋼管混凝土、鋼管混凝土、鋼筋混凝土墻板和帶水平縫的豎向軟鋼板優(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)揮帶水平縫的軟鋼板更強的抗震耗能能力。在該新型組合剪力墻的鋼管混凝土間的豎向軟鋼板耗能條帶上，加設(shè)水平縫后，具有以下受力和功能特點可將豎向軟鋼板耗能條帶分割成若干耗能單元，每個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)揮軟鋼的塑性抗震耗能能力；在豎向軟鋼板耗能條帶兩側(cè)采用鋼筋混凝土墻板后，混凝土墻板有效地約束了軟鋼板耗能條帶的平面外屈曲，可使軟鋼板耗能條帶在更長的時段內(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；豎向軟鋼板耗能條帶上的水平縫的存在，除耗能能力提高的作用外，同時，該水平縫可用作軟鋼板耗能帶兩側(cè)鋼筋混凝土墻板拉接鋼筋穿過的構(gòu)造縫，這樣，兩側(cè)混凝土墻板與加在中間的軟鋼耗能條帶形成了一個整體，共同工作，優(yōu)勢互補；由于軟鋼板耗能帶的存在，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。該新型組合剪力墻的鋼管混凝土可以為型鋼混凝土，也可以為疊合鋼管混凝土，鋼管混凝土的截面可為圓形截面，也可以為矩形截面， 還可以為異形截面鋼管混凝土(T形、十字形、L形等)，鋼管混凝土可為單腔體鋼管混凝土， 也可以為多腔體鋼管混凝土。本發(fā)明的鋼管混凝土間帶水平縫豎向軟鋼耗能帶剪力墻在地震作用下具有多道抗震防線。在豎向軟鋼板耗能條帶和芯柱兩側(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。當鋼筋混凝土墻板在地震中破壞后，軟鋼耗能條帶與墻體內(nèi)部鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱、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軟鋼耗能條帶開始發(fā)揮作用，由于其強度較芯柱柱壁低，會先于芯柱屈服，受到以剪力作用為主荷載的作用，消耗地震能量直至屈服；耗能條帶屈服后，結(jié)構(gòu)開始變成一個由芯柱和框架梁、柱組成的框架體系繼續(xù)承受荷載，此為該組合剪力墻的第三道防線。與普通鋼管混凝土邊框剪力墻及鋼板剪力墻相比，承載能力提高，承載力和剛度衰減變慢，后期抗震性能相對穩(wěn)定，多道防線也使剪力墻延性以及耗能性能得到提高。由于剪力墻是建筑結(jié)構(gòu)的核心抗側(cè)力部件，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，當建筑物遭遇強烈地震時，可減輕其震害，防止其倒塌。


圖1是鋼管混凝土間帶水平縫豎向軟鋼耗能帶剪力墻配鋼及配筋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-組合鋼管混凝土邊框柱，2-混凝土芯柱，3-軟鋼耗能條帶，4-水平分布鋼筋，5-豎向分布鋼筋，6-拉接筋，7-下邊框梁，8-上邊框梁，9-鋼筋連接肋條， 10-水平縫。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明鋼管混凝土間帶水平縫豎向軟鋼耗能帶剪力墻一個結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1、圖2和圖3所示。在鋼筋混凝土剪力墻體兩端設(shè)置組合鋼管混凝土邊框柱1 ；在組合鋼管混凝土邊框柱1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 ；組合鋼管混凝土邊框柱(1)的上、下位置設(shè)置上邊框梁8和下邊框梁7 ；在剪力墻內(nèi)部平行于組合鋼管混凝土邊框柱1的方向設(shè)置鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2 ；在組合鋼管混凝土邊框柱1和鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2之間以及各鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2之間以帶水平縫的豎向軟
6鋼耗能條帶3連接；帶水平縫的豎向軟鋼板耗能條帶3為開設(shè)有成組平行的水平縫的軟鋼板；在鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2和帶水平縫的豎向軟鋼耗能條帶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)，用拉接鋼筋6穿過帶水平縫的豎向軟鋼耗能條帶3的水平縫10將兩側(cè)的鋼筋網(wǎng)拉接起來；將組合鋼管混凝土邊框柱1、鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱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)成鋼管混凝土間帶水平縫豎向軟鋼耗能帶剪力墻。上述鋼管混凝土間帶水平縫豎向軟鋼耗能帶剪力墻，其制作順序如下1)制作鋼管混凝土邊框柱1及混凝土芯柱2，在鋼管混凝土邊框柱1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、 鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2、剪力墻豎向分布鋼筋插入下邊框梁7的鋼筋籠內(nèi)，澆注基礎(chǔ)梁或下邊框梁7的混凝土，混凝土養(yǎng)護固結(jié)后，使基礎(chǔ)梁或下邊框梁7與鋼管混凝土邊框柱 1、鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2、剪力墻豎向分布鋼筋的底部實現(xiàn)剛性連接；3)制作帶水平縫的豎向軟鋼板耗能條帶3，豎向軟鋼板耗能條帶3與鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2及鋼管混凝土邊框柱1之間進行可靠剛性焊接；4)鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2、豎向軟鋼板耗能條帶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)，用拉接鋼筋6穿過豎向軟鋼板耗能條帶的水平縫，將上述鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2和豎向軟鋼板耗能條帶3兩側(cè)的鋼筋網(wǎng)片拉接起來；5)制作上邊框梁8，與鋼管混凝土邊框柱1、鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2及墻板豎向分布鋼筋5進行可靠連接；6)在剪力墻墻板兩側(cè)通過水泥墊塊留出混凝土保護層厚度，之后支澆注混凝土用的模板；7)澆筑下邊框梁7、鋼管混凝土邊框柱1、鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱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間帶水平縫豎向軟鋼耗能帶剪力墻。制作過程中鋼管混凝土芯柱在墻體厚度方向的尺寸要小于剪力墻墻體的厚度，以便于兩側(cè)鋼筋的綁扎和預(yù)留混凝土保護層，但其尺寸也不能影響向其內(nèi)部澆筑混凝土；豎向耗能軟鋼板的強度應(yīng)小于邊框柱、芯柱鋼管壁的強度，防止其在受力過程中發(fā)生受彎破壞，產(chǎn)生平面外屈曲，以達到較好的耗能效果。以上是本發(fā)明的一個典型實施例，本發(fā)明的實施不限于此。
權(quán)利要求
1.鋼管混凝土間帶水平縫豎向軟鋼耗能帶剪力墻，由組合鋼管混凝土邊框柱(1)、混凝土芯柱芯柱O)、帶水平縫的豎向軟鋼耗能條帶(3)和鋼筋混凝土剪力墻體組成；其特征在于在鋼筋混凝土剪力墻體兩端設(shè)置組合鋼管混凝土邊框柱(1)；在組合鋼管混凝土邊框柱(1)的鋼管壁焊接用以固定墻體水平分布鋼筋的鋼筋連接肋條(9)；組合鋼管混凝土邊框柱(1)的上、下位置設(shè)置上邊框梁(8)和下邊框梁(7)；在剪力墻內(nèi)部平行于組合鋼管混凝土邊框柱1的方向設(shè)置鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱O)；在組合鋼管混凝土邊框柱⑴和混凝土芯柱⑵之間以及各混凝土芯柱⑵之間以帶水平縫的豎向軟鋼耗能條帶 (3)連接；帶水平縫的豎向軟鋼板耗能條帶(3)為開設(shè)有成組平行的水平縫的軟鋼板；在混凝土芯柱(2)和帶水平縫的豎向軟鋼耗能條帶(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)，用拉接鋼筋(6)穿過帶水平縫的豎向軟鋼耗能條帶(3)的水平縫(10)將兩側(cè)的鋼筋網(wǎng)拉接起來；將組合鋼管混凝土邊框柱(1)、混凝土芯柱O)、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)成鋼管混凝土間帶水平縫豎向軟鋼耗能帶剪力墻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管混凝土間帶水平縫豎向軟鋼耗能帶剪力墻，其特征在于所述的混凝土芯柱(2)為鋼管混凝土芯柱或型鋼混凝土芯柱；混凝土芯柱或型鋼芯柱在墻體厚度方向的尺寸要小于墻體的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利1要求所述的鋼管混凝土間帶水平縫向軟鋼耗能帶剪力墻，其特征在于 所述組合鋼管混凝土邊框柱(1)為鋼管混凝土柱，或為疊合鋼管混凝土柱，或為型鋼混凝土柱；所述的鋼管混凝土柱的截面為圓形截面，或為矩形截面，或為τ形、十字形、L形截面鋼管混凝土 ；鋼管混凝土柱為單腔體鋼管混凝土，或為多腔體鋼管混凝土。
4.根據(jù)權(quán)利1要求所述鋼管混凝土間帶水平縫豎向軟鋼耗能帶剪力墻，其特征在于 所述鋼筋連接肋條(9)的鋼板采用與組合鋼管混凝土邊框柱⑴中的鋼管相同強度鋼材， 并應(yīng)與組合鋼管混凝土邊框柱(1)鋼管管壁焊接。
5.根據(jù)權(quán)利1要求所述的鋼管混凝土間帶水平縫豎向軟鋼耗能帶剪力墻，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，或為型鋼混凝土梁，截面為矩形，混凝土現(xiàn)場澆筑。
6.根據(jù)權(quán)利1要求所述的鋼管混凝土間帶水平縫豎向軟鋼耗能帶剪力墻，其特征在于所述帶水平縫的豎向軟鋼耗能條帶(3)的連接方式為焊接；帶水平縫的豎向軟鋼耗能條帶(3)采用鋼材強度低于組合鋼管混凝土邊框柱(1)中的鋼管、鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱鋼管O)中的鋼管的強度；帶水平縫的豎向軟鋼板耗能條帶上(3)開設(shè)成組平行的水平縫，將軟鋼板分成若干豎向單元耗能鋼板，每個單元耗能鋼板的長高比大于1 ；水平縫的尺寸長度在帶水平縫的豎向軟鋼耗能條帶尺寸長度之內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求7任意一項權(quán)利要求所述的鋼管混凝土間帶水平縫豎向軟鋼耗能帶剪力墻的做法，其特征在于其制作順序如下1)制作鋼管混凝土邊框柱(1)及混凝土芯柱O)，在鋼管混凝土邊框柱(1)的鋼管壁上焊接連接墻體水平分布鋼筋(4)端部的肋條鋼板(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)、 混凝土芯柱O)、剪力墻豎向分布鋼筋插入下邊框梁(7)的鋼筋籠內(nèi)，澆注基礎(chǔ)梁或下邊框梁(7)的混凝土，混凝土養(yǎng)護固結(jié)后，使基礎(chǔ)梁或下邊框梁(7)與鋼管混凝土邊框柱(1)、混凝土芯柱O)、剪力墻豎向分布鋼筋的底部實現(xiàn)剛性連接；3)制作帶水平縫的豎向軟鋼板耗能條帶(3)，豎向軟鋼板耗能條帶(3)與混凝土芯柱 (2)及鋼管混凝土邊框柱(1)之間進行可靠剛性焊接；4)混凝土芯柱O)、豎向軟鋼板耗能條帶C3)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)，用拉接鋼筋(6)穿過豎向軟鋼板耗能條帶的水平縫，將上述混凝土芯柱(2)和豎向軟鋼板耗能條帶(3)兩側(cè)的鋼筋網(wǎng)片拉接起來；5)制作上邊框梁(8)，與鋼管混凝土邊框柱(1)、混凝土芯柱(2)及墻板豎向分布鋼筋 (5)進行可靠連接；6)在剪力墻墻板兩側(cè)通過水泥墊塊留出混凝土保護層厚度，之后支澆注混凝土用的模板；7)澆筑下邊框梁(7)、鋼管混凝土邊框柱(1)、混凝土芯柱O)、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間帶水平縫豎向軟鋼耗能帶剪力墻。
全文摘要
鋼管混凝土間帶水平縫豎向軟鋼耗能帶剪力墻及制作方法，屬于建筑抗震領(lǐng)域。在剪力墻兩端設(shè)置組合鋼管混凝土邊框柱1；其間設(shè)置若干平行的鋼管混凝土芯柱或型鋼芯柱2；在邊框柱1和芯柱2之間以及各芯柱2之間以帶水平縫10的軟鋼耗能條帶3連接；綁扎剪力墻鋼筋；澆筑混凝土即構(gòu)成鋼管混凝土間帶水平縫豎向軟鋼耗能帶剪力墻。與普通鋼管混凝土邊框剪力墻及鋼板剪力墻相比，承載能力提高，承載力和剛度衰減慢，后期抗震性能穩(wěn)定，多道防線也使剪力墻延性以及耗能性能得到提高，抗震性能更為優(yōu)越；鋼結(jié)構(gòu)施工方便，可用于高層或大型復(fù)雜多層建筑中。
文檔編號E04B2/56GK102561552SQ20111046054
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者劉恒超, 董宏英, 蔣峰 申請人:北京工業(yè)大學