CN104563330A - 一种内置钢板混凝土组合剪力墙 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种内置钢板混凝土组合剪力墙，包括内置钢板，内置钢板的两侧设置有若干列带孔加劲肋，内置钢板的两端设置有端柱；内置钢板和带孔加劲肋的底部加强区域包裹在钢纤维混凝土中，内置钢板和带孔加劲肋的其他区域包裹在普通混凝土中。本发明在剪力墙底部加强区域通过钢纤维混凝土代替普通混凝土与钢板共同抵抗剪力，提高了墙底抗剪承载力。并且本发明中用带孔加劲肋将内置钢板与混凝土紧密耦合，同时钢纤维混凝土显著提高了剪力墙底部加强区域的混凝土抗裂能力及抗疲劳能力，其韧性也得到了较大幅度的改善，从而有利于剪力墙结构体系在满足抗震性能的要求下减小墙体截面，使其在高墙中应用优势更加明显。

Description

一种内置钢板混凝土组合剪力墙

技术领域

本发明属于钢与混凝土组合结构及混合结构抗震技术领域，具体涉及一种内置钢板混凝土组合剪力墙。

背景技术

剪力墙是抵抗水平荷载的抗侧力构件，尤其在地震荷载下承担了大部分地震剪力，其抗震性能直接决定整个结构的抗震能力。因此，剪力墙抗震性能的研究对于高层、超高层结构的整体抗震能力提高有重要意义。

普通高强混凝土剪力墙是一种较好的高层抗侧力结构，但在超高层结构中由于剪力墙的工作状态为高轴压比、较大剪力并存的状态，使得在地震荷载作用下剪力墙底部加强区内普通混凝土开裂、失效过早，且维修难度大。存在剪力墙底部区域抗剪、抗拉强度不足或相对不足，易造成墙底截面轴压承载力削弱，因而降低了高强混凝土剪力墙抗震性能。

对钢板混凝土剪力墙底部需加强区域进行有限元分析，发现应力状态比较复杂，由于在混凝土中配置加劲肋等加强措施，受区域性和方向性限制，所以采取配筋方式抵抗复杂应力并不是最有效的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内置钢板混凝土组合剪力墙，能够提高墙底混凝土抗剪能力、变形能力、疲劳性能，从而大幅度提高钢板剪力墙的抗震性能。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种内置钢板混凝土组合剪力墙，包括内置钢板，内置钢板的两侧设置有若干列带孔加劲肋，内置钢板的两端设置有端柱；内置钢板和带孔加劲肋的底部加强区域包裹在钢纤维混凝土中，内置钢板和带孔加劲肋的其他区域包裹在普通混凝土中。

所述的端柱包括钢管、浇筑在钢管底部加强区域的钢纤维混凝土，以及浇筑在钢管内其他区域普通混凝土。

所述的钢管的横截面为方形或长方形。

所述的底部加强区域为剪力墙底部塑性铰区。

所述的带孔加劲肋上开设有若干通孔。

所述的带孔加劲肋沿内置钢板的全高布置。

所述的端柱沿内置钢板的全高布置。

其截面含钢率为0.04～0.2。

所述的钢纤维混凝土中钢纤维的最小体积率为1.0％～1.5％。

所述的钢纤维混凝土中钢纤维的长度为15mm～60mm，直径或等效直径为0.3～1.2mm，长径比为30～100。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明提供的内置钢板混凝土组合剪力墙，是在普通钢板混凝土剪力墙的基础上提出的新型剪力墙形式，是一种适用于高层及超高层建筑的新型组合剪力墙。钢纤维混凝土中的钢纤维乱向分布与混凝土中，是抵御复杂应力的较理想材料。本发明以钢纤维混凝土代替现有剪力墙底部加强区域的普通混凝土，由于钢纤维混凝土中含有两种性质不同的物质，即钢纤维和硅粉，所以一方面因硅粉的效应改善了混凝土的孔缝结构，另一方面因钢纤维的阻裂效应，又抑制了裂缝的发展，缓和了裂缝尖端的应力集中小程度，使应力比不变，提高了开裂承载力，塑性变形能力及疲劳承载能力显著提高。这样就能充分利用钢纤维的抗拉强度、变形能力、耐动荷能力，有针对性的推迟内置钢板剪力墙破坏形态的发生，相比普通高强混凝土，钢纤维混凝土能更有效的阻止钢板屈曲，而带孔加劲肋的耦合，使剪力墙底部加强区域的内置钢板向外屈曲得到推迟。因此，本发明能在更大概率下保证剪力墙达到弹塑性状态，充分利用高强混凝土的抗压能力，提高内置钢板剪力墙的极限抗剪承载力。本发明提供的组合剪力墙中用带孔加劲肋取代传统的栓钉来增强混凝土与钢板之间的耦合、协同作用，可以有效的增强剪力墙体系受力过程中的阻尼效果，具有较好的延性。相对于栓钉而言，带孔加劲肋的加工质量更易于控制，方便操作，并且带孔加劲肋更有利于墙体内部管线的通过。本发明中在剪力墙的两端设置端柱，能够承担更多的轴力，有效减小剪力墙的轴压比。在强震作用后期，当剪力墙性能下降后，端柱作为第二道抗震防线可以有效避免墙体倒塌。本发明中端柱和剪力墙形成整体来共同承担剪力和弯矩，使得本发明提供的组合剪力墙可以获得更好的承载力及变形性能。本发明解决了现有内置钢板混凝土剪力墙底部区域较早出现开裂、压碎的现象从而限制其使用范围和使用寿命的缺点，钢纤维的存在增加了内置钢板与混凝土之间的耦合作用，使两者能够更好的协同工作。由于钢纤维混凝土的造价过高，只在剪力墙底部加强区域浇筑即可以充分利用其变形性能、耐疲劳能力，其余部位使用普通混凝土恰可利用其高轴压承载能力，从而达到提高剪力墙的抗震性能的目的，创造更多更好的社会效益和经济效益。本发明在剪力墙底部加强区域应用钢纤维混凝土，可以在不扩大墙底截面的前提下扩大此结构的使用范围，使其在高地震烈度地区高层、超高层建筑中得以应用推广。

附图说明

图1为本发明提供的组合剪力墙上部普通区域的横截面示意图；

图2为本发明提供的组合剪力墙底部加强区域的横截面示意图；

图3为本发明提供的组合剪力墙中带孔加劲肋的结构示意图；

图4为本发明提供的组合剪力墙立体结构示意图；

其中：1为内置钢板，2为带孔加劲肋，3为端柱，4为普通混凝土，5为钢纤维混凝土，6为钢管。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

参见图1至图4，本发明提供的内置钢板混凝土组合剪力墙，包括内置钢板1，内置钢板1的两侧设置有若干列带孔加劲肋2，带孔加劲肋2上均匀开设有若干通孔，通过设置带孔加劲肋来增强混凝土与内置钢板之间的耦合作用。内置钢板1的两端设置有端柱3；内置钢板1和带孔加劲肋2的底部加强区域包裹在钢纤维混凝土5中，内置钢板1和带孔加劲肋2的其他区域包裹在普通混凝土4中。端柱3包括钢管6、浇筑在钢管6底部加强区域的钢纤维混凝土5，以及浇筑在钢管6内其他区域普通混凝土4，钢管6的横截面为方形或长方形。其中底部加强区域为剪力墙底部塑性铰区。带孔加劲肋2和端柱3沿内置钢板1的全高布置。钢纤维混凝土5中钢纤维的长度为15mm～60mm，直径或等效直径为0.3～1.2mm，长径比为30～100，对于不同品种、不同长径比的钢纤维，其最小体积率略有不同，为1.0％～1.5％。本发明提供的内置钢板混凝土组合剪力墙的截面含钢率为0.04～0.2。

剪力墙底部加强区域为截面弯矩、剪力最大部位，易在反复荷载作用下形成交叉斜裂缝，一般可取剪力墙总高度的1/8和底部两层二者的较大值，当剪力墙的高度超过150m时，可取墙肢总高度的1/10。

本发明提供的组合剪力墙的内置钢板及带孔加劲肋和钢管根据需要由相应规格的钢板焊接而成。事先在专业化的钢构公司生产，然后运到施工现场，在指定位置安装就位后，搭建浇筑模板，由专业混凝土拌合站配制符合要求的钢纤维混凝土浇筑于剪力墙的底部加强区域(包括钢管内及内置钢板两侧)，钢纤维混凝土与普通混凝土之间接茬无需处理，即可直接浇筑普通混凝土，待混凝土固化后，即在指定位置砌筑好了本发明提供的组合剪力墙。工序简单，可取得更好的经济效益和社会效益。

本发明中内置钢板作为基本支撑板，两侧外包混凝土为内置钢板提供侧向约束、防止钢板过早屈曲失稳，同时混凝土还起到防火隔热的作用。内置钢板与混凝土之间通过带孔加劲肋可以有效减少界面处的粘结滑移，且使混凝土上的裂缝发展缓慢，裂缝数量减少；内置钢板混凝土组合剪力墙的破坏模式以延性弯曲破坏为主，相对普通钢筋混凝土剪力墙峰值承载力和极限变形能力都有明显提高。试验表明：本发明的配带孔加劲肋的试件比其他形式的墙体耗散更多的能量。焊接带孔加劲肋后的剪力墙试件在反复荷载作用下混凝土首先出现斜拉裂缝，接着钢板由于角部受挤压局部失稳，最后由于角部混凝土压碎而破坏。对内置钢板混凝土剪力墙底部加强区域进行有限元分析，发现应力状态比较复杂，由于在混凝土中配置带孔加劲肋等加强措施，受区域性和方向性限制，所以采取配筋方式抵抗复杂应力并不是最有效的方法。而钢纤维混凝土中的钢纤维乱向分布与混凝土中，是抵御复杂应力的较理想材料。

本发明提供的组合剪力墙通过在剪力墙底部加强区域浇筑钢纤维混凝土替代现行的普通混凝土，从而提高混凝土的抗拉强度、断裂韧性和疲劳等性能，使属于脆性材料的混凝土抗震性能获得显著改善。在组合剪力墙中易损部位采用此种高性能混凝土，推迟了内置钢板外部混凝土开裂时间，提高了极限抗剪承载力，可拓展结构正常使用状态的工作范围，提高其使用性能和耐久性，有利于发挥结构的承载潜力。本发明提供的组合剪力墙具有初始刚度大、承载力和刚度衰减慢、整体抗震性能好，后期抗震性能更稳定等特点。本发明在内置钢板混凝土剪力墙底部加强区应用钢纤维混凝土，可以在不扩大墙底截面的前提下扩大此结构的使用范围，使其能够适用于高烈度高墙体系。

Claims (10)

1.一种内置钢板混凝土组合剪力墙，其特征在于：包括内置钢板(1)，内置钢板(1)的两侧设置有若干列带孔加劲肋(2)，内置钢板(1)的两端设置有端柱(3)；内置钢板(1)和带孔加劲肋(2)的底部加强区域包裹在钢纤维混凝土(5)中，内置钢板(1)和带孔加劲肋(2)的其他区域包裹在普通混凝土(4)中。

2.根据权利要求1所述的内置钢板混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述的端柱(3)包括钢管(6)、浇筑在钢管(6)底部加强区域的钢纤维混凝土(5)，以及浇筑在钢管(6)内其他区域普通混凝土(4)。

3.根据权利要求2所述的内置钢板混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述的钢管(6)的横截面为方形或长方形。

4.根据权利要求1所述的内置钢板混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述的底部加强区域为剪力墙底部塑性铰区。

5.根据权利要求1所述的内置钢板混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述的带孔加劲肋(2)上开设有若干通孔。

6.根据权利要求1所述的内置钢板混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述的带孔加劲肋(2)沿内置钢板(1)的全高布置。

7.根据权利要求1所述的内置钢板混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述的端柱(3)沿内置钢板(1)的全高布置。

8.根据权利要求1所述的内置钢板混凝土组合剪力墙，其特征在于：其截面含钢率为0.04～0.2。

9.根据权利要求1所述的内置钢板混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述的钢纤维混凝土(5)中钢纤维的最小体积率为1.0％～1.5％。

10.根据权利要求1所述的内置钢板混凝土组合剪力墙，其特征在于：所述的钢纤维混凝土(5)中钢纤维的长度为15mm～60mm，直径或等效直径为0.3～1.2mm，长径比为30～100。