CN102900169A - 一种钢管混凝土组合剪力墙及其施工过程 - Google Patents

一种钢管混凝土组合剪力墙及其施工过程 Download PDF

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杨光
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一种钢管混凝土组合剪力墙及其施工过程，剪力墙包括沿剪力墙截面均匀分布的钢管、填充在钢管内的钢管内混凝土、浇注在钢管外的钢管外混凝土、设置在钢管外的方形箍筋、设置在钢管前后两侧竖向分布钢筋和水平分布钢筋、拉结在钢管与竖向分布钢筋和水平分布钢筋间的拉结钢筋以及设置在两侧边缘约束构件位置的纵向钢筋；在普通钢筋混凝土剪力墙中嵌入钢管，利用钢管的约束作用提高混凝土的承载力，进而在设计轴力相同的情况下减小构件的截面尺寸，减小结构自重，降低地震作用，为建筑物提供更多的使用面积；利用钢管混凝土的高承载力和高延性，有效地提高剪力墙的抗弯承载力、抗剪承载力、破坏延性等抗震性能。

Description

一种钢管混凝土组合剪力墙及其施工过程
技术领域
本发明涉及剪力墙及其施工过程，具体涉及一种钢管混凝土组合剪力墙及其施工过程。
背景技术
近年来，随着社会经济技术的不断发展，高层与超高层建筑在城市中应用得越来越多。建筑高度的不断增加对结构的抗震性能提出了更高的要求。钢筋混凝土剪力墙作为超高层建筑中的竖向受压和关键抗侧力构件，是结构抗震的第一道防线，其承载力、延性等抗震性能对结构的地震安全至关重要。尤其是在结构较高、竖向荷载较大的情况下，剪力墙的截面设计往往受轴压比控制而非承载力控制，为了满足轴压比的要求需要扩大墙厚，进而造成截面尺寸大、自重增加，水平地震作用与竖向荷载增加，并且占用了建筑使用面积，对结构抗震、建筑布置以及经济成本产生不利的影响。
为了解决这个问题，可以采用高强混凝土材料，但高强混凝土存在延性较差、技术要求高、成本高的缺点，特别是延性较差使其在地震区的应用受到限制。
而在剪力墙中配置钢管，形成钢管混凝土组合剪力墙是一个有效的方法，钢管与混凝土组合，优势互补，能够充分发挥两种材料的性能优点，提高承载力的同时又具有良好的延性，进而改善剪力墙构件的抗震性能。
现有的钢管混凝土组合剪力墙中，钢管大多配置在截面两侧的边缘约束构件位置，这样可以加强构件的边缘约束构件，提高剪力墙的抗弯承载力和延性。然而，由于钢管位置集中在边缘，且数量较少，无法对轴压比问题产生足够的贡献。
现有的钢管混凝土组合剪力墙中，也有在截面中部均匀配置钢管的案例，其对钢管外混凝土的约束形式为：在钢管的表面贴焊抗剪环筋，在钢管的前后两侧设有由多根横向钢筋和多根纵向钢筋组成的钢筋网。这种约束形式存在的问题是：仅靠贴焊环筋和分布钢筋网无法对钢管外混凝土形成完整、有效的约束，在承载力极限状态下，容易出现管外混凝土过早开裂、破坏的情况，对构件的整体承载力和延性不利。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种钢管混凝土组合剪力墙及其施工过程，能够在高轴压比下减小剪力墙构件的截面尺寸及自重，同时提高构件的抗震性能。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种钢管混凝土组合剪力墙，包括沿剪力墙截面均匀分布的钢管1、填充在钢管1内的钢管内混凝土2、浇注在钢管1外的钢管外混凝土3、设置在钢管1外的方形箍筋6、设置在钢管1前后两侧竖向分布钢筋4和水平分布钢筋5、拉结在钢管1与竖向分布钢筋4和水平分布钢筋5间的拉结钢筋7以及设置在两侧边缘约束构件位置的纵向钢筋，所述钢管1与竖向分布钢筋4和水平分布钢筋5形成墙体中双层分布钢筋网，所述钢管1设置的间距为2～10倍钢管直径，方形箍筋6的边长为墙体中双层分布钢筋网沿墙厚方向的间距，方形箍筋6竖向间距为100～150mm，所述竖向分布钢筋4和水平分布钢筋5的分布间距为100～300mm，所述拉结钢筋7的分布间距为100～200mm。
所述钢管1采用Q235、Q345、Q390或Q420级钢管。
所述钢管内混凝土2强度等级为C50-C100的高强混凝土。
所述钢管外混凝土采用普通强度混凝土或高强混凝土，强度等级为C30-C50。
所述竖向分布钢筋4、水平分布钢筋5和纵向钢筋采用HRB335或HRB400级钢筋。
所述方形箍筋6和拉结钢筋7采用HRB335或HPB300级钢筋。
一种钢管混凝土组合剪力墙的施工过程，包括如下步骤：
步骤1：制作钢管1、竖向分布钢筋4、水平分布钢筋5、方形箍筋6、拉结钢筋7和纵向钢筋，加工剪力墙构件模板；
步骤2：在钢管1内填充钢管内混凝土2；
步骤3：均匀布置钢管1，用绑扎、焊接的方法精确定位；
步骤4：在钢管1前后两侧绑扎钢筋网，包括竖向分布钢筋4、水平分布钢筋5、方形箍筋6、纵向钢筋，两侧钢筋网之间用拉结钢筋7拉结，形成整体；
步骤5：安装模板，注意预留出保护层厚度；
步骤6：浇注钢管外混凝土3，振捣密实；
步骤7：养护至混凝土成型后拆除模板，即可得到钢管混凝土组合剪力墙。
钢管、钢筋、混凝土的具体设计参数应当由计算确定，所有设计均应符合《建筑抗震设计规范渺、《高层建筑混凝土结构技术规程》等设计规范的规定。
和现有技术相比，本发明具备以下特征和优势：
(1)采用钢管与混凝土的组合结构，两种材料相辅相成，优势互补，钢管的约束作用提高了混凝土的强度和延性，混凝土的支撑和保护改善了钢管的稳定性能和防火性能。两种材料共同工作，形成的组合剪力墙初始刚度大、承载力高、延性好、能避免底部剪切滑移破坏，具有良好的抗震性能，能够满足超高层建筑结构的抗震要求；
（2）利用钢管的约束作用提高混凝土的承载力，进而在设计轴力相同的情况下减小构件的截面尺寸，减小结构自重，从而降低地震作用，并且为建筑物提供更多的使用面积；
（3）剪力墙端部利用钢管混凝土作为边缘构件的一部分，承担压力和弯矩，提高了剪力墙的正截面承载力；在受拉侧钢管可以作为受拉钢筋参与受力；在截面中部钢管混凝土可以分担轴力与一部分剪力，帮助提高构件的斜截面抗剪承载力；
（4）在钢管外设置箍筋，对钢管周围混凝土施加二次约束，再辅以双层分布钢筋网以及拉结钢筋，形成了一个完整、有效、多层次的约束系统，进一步提高了钢管混凝土的抗震性能。
总之，在普通钢筋混凝土剪力墙中嵌入钢管，利用钢管的约束作用提高混凝土的承载力，进而在设计轴力相同的情况下减小构件的截面尺寸，减小结构自重，从而降低地震作用，并且为建筑物提供更多的使用面积。同时，利用钢管混凝土的高承载力和高延性，可以有效地提高剪力墙构件的抗弯承载力、抗剪承载力、破坏延性等抗震性能。
附图说明
图1是本发明钢管混凝土组合剪力墙的结构示意图。
图2是图1中A-A剖面放大示意图。
图3是图1中B-B剖面放大示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2和图3所示，本发明一种钢管混凝土组合剪力墙，包括沿剪力墙截面均匀分布的钢管1、填充在钢管1内的钢管内混凝土2、浇注在钢管1外的钢管外混凝土3、设置在钢管1外的方形箍筋6、设置在钢管1前后两侧竖向分布钢筋4和水平分布钢筋5、拉结在钢管1与竖向分布钢筋4和水平分布钢筋5间的拉结钢筋7以及设置在两侧边缘约束构件位置的纵向钢筋，所述钢管1与竖向分布钢筋4和水平分布钢筋5形成墙体中双层分布钢筋网，所述钢管1设置的间距为2～10倍钢管直径，方形箍筋6的边长为墙体中双层分布钢筋网沿墙厚方向的间距，方形箍筋6竖向间距为100～150mm，所述竖向分布钢筋4和水平分布钢筋5的分布间距为100～300mm，所述拉结钢筋7的分布间距为100～200mm。
优选钢管1采用Q235、Q345、Q390或Q420级钢管。
优选钢管内混凝土2强度等级为C50-C100的高强混凝土。
优选钢管外混凝土采用普通强度混凝土或高强混凝土，强度等级为C30-C50。
优选竖向分布钢筋4、水平分布钢筋5和纵向钢筋采用HRB335或HRB400级钢筋。
优选方形箍筋6和拉结钢筋7采用HRB335或HPB300级钢筋。
本发明一种钢管混凝土组合剪力墙的施工过程，包括如下步骤：
步骤1：制作钢管1、竖向分布钢筋4、水平分布钢筋5、方形箍筋6、拉结钢筋7和纵向钢筋，加工剪力墙构件模板；
步骤2：在钢管1内填充钢管内混凝土2；
步骤3：均匀布置钢管1，用绑扎、焊接的方法精确定位；
步骤4：在钢管1前后两侧绑扎钢筋网，包括竖向分布钢筋4、水平分布钢筋5、方形箍筋6、纵向钢筋，两侧钢筋网之间用拉结钢筋7拉结，形成整体；
步骤5：安装模板，注意预留出保护层厚度；
步骤6：浇注钢管外混凝土3，振捣密实
步骤7：养护至混凝土成型后拆除模板，即可得到钢管混凝土组合剪力墙。
本发明钢管混凝土组合剪力墙的设计应当遵守相关设计规范的规定，进行正截面压弯承载力、斜截面抗剪承载力等相关计算，并验算轴压比、配筋率、配箍特征值等构造要求。其中，计算轴压比时应考虑钢管对混凝土的约束作用；计算正截面承载力时，受压钢管应考虑其约束作用，受拉钢管可作为受拉钢筋参与计算；计算斜截面抗剪承载力时，可计入钢管的抗剪贡献。

Claims (7)

1.一种钢管混凝土组合剪力墙，其特征在于：包括沿剪力墙截面均匀分布的钢管（1）、填充在钢管（1）内的钢管内混凝土（2）、浇注在钢管（1）外的钢管外混凝土（3）、设置在钢管（1）外的方形箍筋（6）、设置在钢管（1）前后两侧竖向分布钢筋（4）和水平分布钢筋（5）、拉结在钢管（1）与竖向分布钢筋（4）和水平分布钢筋（5）间的拉结钢筋（7）以及设置在两侧边缘约束构件位置的纵向钢筋，所述钢管（1）与竖向分布钢筋（4）和水平分布钢筋（5）形成墙体中双层分布钢筋网，所述钢管（1）设置的间距为2～10倍钢管直径，方形箍筋（6）的边长为墙体中双层分布钢筋网沿墙厚方向的间距，方形箍筋（6）竖向间距为100～150mm，所述竖向分布钢筋（4）和水平分布钢筋（5）的分布间距为100～300mm，所述拉结钢筋（7）的分布间距为100～200mm。
2.根据权力要求1所述的一种钢管混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述钢管（1）采用Q235、Q345、Q390或Q420级钢管。
3.根据权力要求1所述的一种钢管混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述钢管内混凝土（2）强度等级为C50-C100的高强混凝土。
4.根据权力要求1所述的一种钢管混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述钢管外混凝土采用普通强度混凝土或高强混凝土，强度等级为C30-C50。
5.根据权力要求1所述的一种钢管混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述竖向分布钢筋（4）、水平分布钢筋（5）和纵向钢筋采用HRB335或HRB400级钢筋。
6.根据权力要求1所述的一种钢管混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述方形箍筋（6）和拉结钢筋（7）采用HRB335或HPB300级钢筋。
7.权利要求1至6任一项所述的一种钢管混凝土组合剪力墙的施工过程，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：制作钢管（1）、竖向分布钢筋（4）、水平分布钢筋（5）、方形箍筋（6）、拉结钢筋（7）和纵向钢筋，加工剪力墙构件模板；
步骤2：在钢管（1）内填充钢管内混凝土（2）；
步骤3：均匀布置钢管（1），用绑扎、焊接的方法精确定位；
步骤4：在钢管（1）前后两侧绑扎钢筋网，包括竖向分布钢筋（4）、水平分布钢筋（5）、方形箍筋（6）、纵向钢筋，两侧钢筋网之间用拉结钢筋（7）拉结，形成整体；
步骤5：安装模板，注意预留出保护层厚度；
步骤6：浇注钢管外混凝土（3），振捣密实
步骤7：养护至混凝土成型后拆除模板，即可得到钢管混凝土组合剪力墙。
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