CN102409755A - 底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒及作法 - Google Patents

底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒及作法 Download PDF

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底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒，由型钢混凝土叠合边框柱、软钢耗能钢板和钢板混凝土剪力墙组成。本发明是外贴软钢耗能钢板和钢管混凝土柱的叠合以及钢管混凝土柱和钢筋混凝土柱的叠合的双重叠合柱；是钢筋和混凝土的组合、钢板和混凝土的组合、型钢混凝土边框柱和钢板剪力墙的组合的多重组合体。本发明的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒比普通钢筋混凝土筒体的初始刚度大、承载能力高、承载力和刚度衰减慢、整体抗震耗能性能好，后期抗震性能相对稳定，加设软钢套管后，外侧软钢套管首先屈服，消耗地震输入结构的能量，直至破坏都可以发挥其抗力和延性作用，起到了防止和延缓高强度钢板的过早损伤和破坏。

Description

底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒及作法
技术领域
本发明涉及一种底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒及作法，是一种应用于高层建筑的组合筒体，属于建筑工程领域。
背景技术
随着我国经济建设的迅速发展和城市化进程的加快，高层建筑大量兴建。在高层建筑结构体系的选择中，一般都要考虑提高结构的抗震耗能能力、减轻风致摆动、缩短施工周期、减低造价等因素。由剪力墙组成的筒体是高层建筑抗震的核心部分，由于高层建筑需要有较大的侧向刚度，因此设计中，抗侧力结构的设计是关键，筒体作为主要的抗侧力构件之一，它在地震作用下的工作性能对整个结构的安全性能有着至关重要的作用。高层建筑底部构件通常要承受较大的水平荷载和竖向荷载，因此现代高层建筑的发展对筒体的性能提出了更高的要求。
由于追求个性化的大型复杂高层建筑的日益增多，我们对筒体结构抗震性能的要求也越来越高。现有的普通钢筋混凝土筒体结构在地震作用下的破坏多发生在筒体的根部，这对整个结构的抗震性能十分不利。内藏钢板混凝土核心筒将钢筋混凝土结构和钢结构组合起来，能够弥补各自的缺点，更好地发挥它们的优势，使结构拥有较大的承载力和刚度，具有更好的延性和耗能能力。由于高层建筑一般都需要有较大的抗侧刚度，因此筒体结构的设计必须要考虑抗侧力的设计，同时也应满足抗震设防的要求。底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒及作法是一种经济有效的新型抗侧力体系，既满足了抗侧刚度的要求，又满足了延性性能的要求。
目前，在筒体结构的研究领域中，多集中在对普通钢筋混凝土筒体的研究，而对内藏钢板核心筒的研究成果相对较少，对其抗震性能以及构造措施的研究还不够深入，对其内部材料抗震耗能能力没有进行深入的挖掘。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：充分发挥内藏钢板核心筒的抗震性能，提高其延性和抗震耗能能力。本发明为了解决这一问题，提出了一种底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒及作法。
本发明采用的技术方案是：
底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒，其特征在于：所述核心筒由型钢混凝土叠合边框柱、软钢耗能钢板和四周的剪力墙墙板围合构成，剪力墙墙板中设置有剪力墙钢板，在剪力墙钢板的两侧的剪力墙墙板中设置有由横向分布钢筋和纵向分布钢筋组成的钢筋网，钢筋网之间用拉接钢筋相互拉接；型钢混凝土叠合边框柱设置于剪力墙墙板两端，即剪力墙墙板相交处，并与中间的剪力墙钢板连接为一体；型钢混凝土叠合边框柱中的型钢的底部外侧叠合设置有软钢耗能钢板，软钢耗能钢板伸进下部的地面或者基础顶面并与其锚固。其锚固长度应符合设计的要求。
所述的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒，型钢混凝土叠合边框柱为矩形、圆形或乒乓球拍形截面。
所述的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒，型钢混凝土叠合边框柱中的软钢耗能钢板高出地面或者基础顶面的高度为1.0h，其中，h为矩形型钢混凝土叠合边框柱的长边尺寸或者圆形型钢混凝土叠合边框柱的直径。这一设置加强了内藏钢板混凝土组合剪力墙的边框柱塑性铰域，使边框柱具有更好的延性性能，延缓或避免剪力墙边框柱底部的破坏，提高其抗震承载能力和耗能能力。
所述的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒，型钢混凝土叠合边框柱中的型钢为钢管或钢骨。
所述的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒，软钢耗能钢板的厚度大于等于型钢混凝土叠合边框柱中的钢管或钢骨的壁厚。
所述的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒，剪力墙钢板为单层或双层。
所述的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒，剪力墙钢板上设置有与拉接钢筋对应穿过的孔。孔的数量和直径应根据实际工程的需要设置，应使拉结钢筋顺利穿过。
所述的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒，在软钢耗能钢板和型钢混凝土叠合边框柱内部的型钢相对应叠加的位置双向开设有螺栓孔，并通过螺栓相互连接，软钢耗能钢板上的螺栓孔直径稍大于螺栓的直径，螺栓的直径不小于软钢耗能钢板和型钢的厚度；螺栓孔的数量应根据实际工程需要设置，而且不少于两排，每排螺栓孔的水平和竖向间距均不大于200mm，以保证软钢耗能钢板和内部型钢接触紧密，使螺栓能够顺利穿过内部型钢和软钢耗能钢板且减小对同一水平截面的削弱；软钢耗能钢板和内部型钢通过螺栓连接，并且形成一定的预压力。
上述底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒的作法，制作顺序如下：
1)按照要求制作软钢耗能钢板、剪力墙钢板以及型钢混凝土叠合边框柱的型钢，并在软钢耗能钢板和构成型钢混凝土叠合边框柱的型钢上预留螺栓孔，在剪力墙钢板上预留箍筋穿孔和拉接钢筋穿孔；
2)焊接型钢以使其形成边框柱，将制作好的软钢耗能钢板叠合设置在型钢(1)底部外侧，用螺栓将其连接为一体；
3)将剪力墙钢板和边框柱型钢焊接在一起，形成封闭筒体结构；
4)绑扎钢混凝土叠合边框柱的竖向钢筋和箍筋以及位于剪力墙钢板两侧的横向分布钢筋和纵向分布钢筋，绑扎拉接钢筋，形成钢筋网；
5)在钢筋网外侧预留一定的保护层厚度，支模板；
6)在模板内灌注混凝土，成型后即为底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒。
上述型钢混凝土的双重叠合是指：(1)：外贴软钢耗能钢板和型钢混凝土叠合边框柱中型钢的叠合和(2)：型钢和外侧钢筋混凝土柱的叠合。
本发明的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒，在核心筒浇筑混凝土以后，对于型钢混凝土叠合边框柱而言，软钢耗能钢板与内藏钢骨混凝土柱的钢骨的连接部位的刚度相对于混凝土的刚度较弱，形成了内刚外柔的结构，这种结构有利于在地震作用下的耗能能力，能够充分发挥外部软钢耗能钢板和内部钢板的耗能能力，使其在地震作用下表现出更优异的抗震性能，进而提高整个核心筒的抗震性能。
本发明的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒，核心筒内部高强度钢板可以承受较大的荷载作用，节约钢材，但在罕遇地震作用下，反复大变形容易使其断裂破坏。在低周反复荷载作用下的试验研究表明，双钢板混凝土组合筒体的破坏，主要在于根部钢板的屈服、屈曲和断裂破坏以及混凝土的破坏。
有益效果
与普通钢筋混凝土核心筒相比，本发明具有以下优点：
在多遇地震作用下，双钢板混凝土组合筒体受力较小，此时底部约束软钢耗能钢板和内部钢板在焊缝作用下摩擦耗能；此时焊缝不仅提高了其摩擦耗能能力，而且使约束软钢耗能钢板和内部钢板连为一体，其整体工作性能好，刚度大，强度也大；在罕遇地震作用下，焊缝受剪损伤严重，其联系作用减弱，共同工作性能退化，它们开始各自充分发挥其延性和耗能作用，结构总体刚度减小，自振周期变长，地震作用减小，在内藏钢板核心筒的型钢混凝土叠合边框柱底部增加约束软钢耗能钢板后，相当于增加了一道抗震防线，提高了结构的安全性。
在内藏钢板核心筒的型钢混凝土叠合边框柱内的钢管根部塑性铰域外侧加设软钢耗能钢板后，外侧软钢耗能钢板首先屈服，消耗地震输入结构的能量，直至破坏都可以发挥其抗力和延性作用，起到了防止和延缓高强度钢板的过早损伤和破坏的作用。
本发明的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒，其承载能力有较大的提高，具有良好的后期抗震性能，提高了内藏钢板核心筒的抗震耗能能力，也就提高了结构的整体抗震能力，当建筑物遭遇强烈地震时，可减轻其震害，防止其发生倒塌破坏。
附图说明
图1是边框柱为矩形型钢混凝土叠合柱的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒的平面示意图；
图2是边框柱为圆形型钢混凝土叠合柱的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒的平面示意图；
图3是图1和图2的A-A剖面图；
图4是图1和图2的B-B剖面图；
图5-图7是图1中矩形叠合柱边框的其它结构形式；
图8-图10是图2中圆形叠合柱边框的其它结构形式；
其中：1-型钢，2-软钢耗能钢板，3-剪力墙钢板，4-横向分布钢筋，5-纵向分布钢筋，6-拉接钢筋，7-竖向钢筋，8-箍筋，9-地面或者基础顶面。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：
实施例1
如图1、3、4所示，本发明的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒，核心筒由型钢混凝土叠合边框柱、软钢耗能钢板2和四周的剪力墙墙板围合构成，剪力墙墙板中设置有剪力墙钢板3，在剪力墙钢板3的两侧的剪力墙墙板中设置有由横向分布钢筋4和纵向分布钢筋5组成的钢筋网，钢筋网之间用拉接钢筋6相互拉接；型钢混凝土叠合边框柱设置于剪力墙墙板两端，即剪力墙墙板相交处，并与中间的剪力墙钢板3连接为一体；型钢混凝土叠合边框柱中的型钢1的底部外侧叠合设置有软钢耗能钢板2，软钢耗能钢板2伸进下部的地面或者基础顶面9并与其锚固。其中，型钢混凝土叠合边框柱为矩形截面，型钢混凝土叠合边框柱中的软钢耗能钢板2高出地面或者基础顶面9的高度为1.0h，其中，h为矩形型钢混凝土叠合边框柱的长边尺寸或者圆形型钢混凝土叠合边框柱的直径。型钢混凝土叠合边框柱中的型钢1为钢骨。软钢耗能钢板2的厚度大于等于型钢混凝土叠合边框柱中的钢骨的壁厚。剪力墙钢板3为双层。剪力墙钢板3上设置有与拉接钢筋6对应穿过的孔。在软钢耗能钢板2和型钢混凝土叠合边框柱内部的型钢1相对应叠加的位置双向开设有螺栓孔，并通过螺栓相互连接，软钢耗能钢板2上的螺栓孔直径稍大于螺栓的直径，螺栓的直径不小于软钢耗能钢板2和型钢1的厚度；螺栓孔的数量应根据实际工程需要设置，而且不少于两排，每排螺栓孔的水平和竖向间距均不大于200mm。
本实施例中的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒可以按如下方法制作：
1)按照要求制作软钢耗能钢板2、剪力墙钢板3以及型钢混凝土叠合边框柱的型钢1，并在软钢耗能钢板2和构成型钢混凝土叠合边框柱的型钢1上预留螺栓孔，在剪力墙钢板3上预留箍筋穿孔和拉接钢筋穿孔；
2)焊接型钢以使其形成边框柱，将制作好的软钢耗能钢板2叠合设置在型钢1底部外侧，用螺栓将其连接为一体；
3)将剪力墙钢板3和边框柱型钢1焊接在一起，形成封闭筒体结构；
4)绑扎钢混凝土叠合边框柱的竖向钢筋7和箍筋8以及位于剪力墙钢板3两侧的横向分布钢筋4和纵向分布钢筋5，绑扎拉接钢筋6，形成钢筋网；
5)在钢筋网外侧预留一定的保护层厚度，支模板；
6)在模板内灌注混凝土，成型后即为底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒。
实施例2
底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒及作法的另一种结构形式如图2、图3和图4所示，其边框柱为圆形截面钢管混凝土柱，其它结构形式和制作方法和实施例1基本相同。
实施例3
底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒及作法的其它结构形式如图5-图10所示，其边框柱分别为圆形或矩形截面，型钢1分别为工字钢、圆钢管或方钢管，其它结构形式和制作方法和实施例1基本相同。
以上是本发明的典型实施例，本发明的实施不限于此。

Claims (9)

1.底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒，其特征在于：所述核心筒由型钢混凝土叠合边框柱、软钢耗能钢板(2)和四周的剪力墙墙板围合构成，剪力墙墙板中设置有剪力墙钢板(3)，在剪力墙钢板(3)的两侧的剪力墙墙板中设置有由横向分布钢筋(4)和纵向分布钢筋(5)组成的钢筋网，钢筋网之间用拉接钢筋(6)相互拉接；型钢混凝土叠合边框柱设置于剪力墙墙板两端，即剪力墙墙板相交处，并与中间的剪力墙钢板(3)连接为一体；型钢混凝土叠合边框柱中的型钢(1)的底部外侧叠合设置有软钢耗能钢板(2)，软钢耗能钢板(2)伸进下部的地面或者基础顶面(9)并与其锚固。
2.如权利要求1所述的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒，其特征在于：型钢混凝土叠合边框柱为矩形、圆形或乒乓球拍形截面。
3.如权利要求2所述的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒，其特征在于：型钢混凝土叠合边框柱中的软钢耗能钢板(2)高出地面或者基础顶面(9)的高度为1.0h，其中，h为矩形型钢混凝土叠合边框柱的长边尺寸或者圆形型钢混凝土叠合边框柱的直径。
4.如权利要求1所述的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒，其特征在于：型钢混凝土叠合边框柱中的型钢(1)为钢管或钢骨。
5.如权利要求4所述的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒，其特征在于：软钢耗能钢板(2)的厚度大于等于型钢混凝土叠合边框柱中的钢管或钢骨的壁厚。
6.如权利要求1所述的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒，其特征在于：剪力墙钢板(3)为单层或双层。
7.如权利要求1所述的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒，其特征在于：剪力墙钢板(3)上设置有与拉接钢筋(6)对应穿过的孔。
8.如权利要求1所述的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒，其特征在于：在软钢耗能钢板(2)和型钢混凝土叠合边框柱内部的型钢(1)相对应叠加的位置双向开设有螺栓孔，并通过螺栓相互连接，软钢耗能钢板(2)上的螺栓孔直径稍大于螺栓的直径，螺栓的直径不小于软钢耗能钢板(2)和型钢(1)的厚度；螺栓孔的数量应根据实际工程需要设置，而且不少于两排，每排螺栓孔的水平和竖向间距均不大于200mm。
9.如权利要求1-8之一所述的底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒的作法，其特征在于：制作顺序如下
1)按照要求制作软钢耗能钢板(2)、剪力墙钢板(3)以及型钢混凝土叠合边框柱的型钢(1)，并在软钢耗能钢板(2)和构成型钢混凝土叠合边框柱的型钢(1)上预留螺栓孔，在剪力墙钢板(3)上预留箍筋穿孔和拉接钢筋穿孔；
2)焊接型钢以使其形成边框柱的钢骨架，将制作好的软钢耗能钢板(2)叠合设置在型钢(1)底部外侧，用螺栓将其连接为一体；
3)将剪力墙钢板(3)和边框柱型钢(1)焊接在一起，形成封闭筒体结构；
4)绑扎钢混凝土叠合边框柱的竖向钢筋(7)和箍筋(8)以及位于剪力墙钢板(3)两侧的横向分布钢筋(4)和纵向分布钢筋(5)，绑扎拉接钢筋(6)，形成钢筋网；
5)在钢筋网外侧预留一定的保护层厚度，支模板；
6)在模板内灌注混凝土，成型后即为底部双重叠合型钢混凝土边框内藏钢板核心筒。
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