CN104652661A - 半刚性框架—外挂再生混凝土墙板及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半刚性框架—外挂再生混凝土墙板，包括H型的钢框架，钢框架由一对钢柱之间连接钢梁组成，钢柱上设置有加劲肋，加劲肋位于钢柱与钢梁连接相应位置处，钢梁的两端分别连接有端板，端板通过高强螺栓a与一对钢柱连接，一对钢柱之间连接有外挂墙板，钢柱上连接有角钢，角钢通过高强螺栓b与外挂墙板连接，外挂墙板内设置有钢筋笼；制作方法为：将各部件按照上述连接关系及位置关系连接在一起。本发明中外挂墙板以再生混凝土为主要材料，其设置一定程度上可增加结构的承载力和刚度，改善节点受力，提高结构抗侧刚度和延性；所有部品均可在工厂预制加工，现场安装，实现了结构的装配化，能极大提高施工速度。
Description
技术领域
本发明属于建筑墙板技术领域，具体涉及一种半刚性框架—外挂再生混凝土墙板，还涉及该墙板的制作方法。
背景技术
钢结构房屋以抗震性能优越、工业化程度高，可回收利用、绿色环保而得到广泛认可。墙板作为钢结构住宅的维护体系，提供保温、隔热、防水与隔声的能力，同时应大力提倡绿色环保、节能利废材料的应用。用再生混凝土制作的墙板能够从根本上解决废弃混凝土的出路问题，既减轻了废弃混凝土对环境的污染，减少自然资源和能源的消耗，又能发挥再生混凝土墙板自重小、脆性低、抗裂和保温隔热性能好的优点，是理想的墙体材料。目前有关再生混凝土墙板推广应用在钢结构住宅中的几乎是空白，仍面临许多理论与技术难题，如适用的结构体系、配套墙板、构件标准化制作及安装措施等。因此，提出一种既节能环保、又能实现构件快速装配化的半刚性框架—外挂再生混凝土墙板结构，具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种半刚性框架—外挂再生混凝土墙板，该墙板可增加结构抗侧刚度，缓解梁柱节点区自身的延性要求，改善节点受力。
本发明的另一个目的是提供上述墙板的制作方法。
本发明所采用的技术方案是：一种半刚性框架—外挂再生混凝土墙板，包括H型的钢框架，钢框架由一对钢柱之间连接钢梁组成，钢柱上设置有加劲肋，加劲肋位于钢柱与钢梁连接相应位置处，钢梁的两端分别连接有端板，端板通过高强螺栓a与一对钢柱连接，端板和高强螺栓a组成梁柱连接节点，一对钢柱之间连接有外挂墙板，钢柱上连接有角钢，角钢通过高强螺栓b与外挂墙板连接，外挂墙板上部的角钢和高强螺栓b组成墙板与钢框架上部连接节点，外挂墙板下部的角钢和高强螺栓b组成墙板与钢框架下部连接节点，外挂墙板内设置有钢筋笼。
本发明的特点还在于，
钢梁的两端通过坡口焊缝与端板焊接；钢梁和一对钢柱均为H型钢。
角钢均匀设置4个。
墙板与钢框架上部连接节点还包括橡胶垫，橡胶垫位于外挂墙板与钢柱连接处的两侧。
外挂墙板由水泥、细砂、再生粗骨料按1:1.25:2.76的质量比制成；钢筋笼由两层钢筋网片构成。
钢梁和钢柱的宽度为200～400mm，高度为350～600mm，翼缘厚度为12～30mm，腹板厚度为10～20mm；端板的宽度不大于钢柱的柱宽，高度比钢梁高30～50mm，厚度为12～25mm；加劲肋的厚度与梁翼缘同，长度与宽度与钢柱的截面相同；角钢采用L80×8～L125×12等边角钢，长度为80～120mm；外挂墙板的厚度为60～250mm，高度为2800～4500mm，宽度为900～3500mm。
本发明所采用的另一个技术方案是：一种半刚性框架—外挂再生混凝土墙板的制作方法，具体包括以下步骤：
步骤1：下料切割钢板，焊接成钢梁与钢柱，并在钢梁两端分别用坡口焊缝焊接端板，在钢柱上焊接加劲肋，在钢柱上焊接若干角钢，用高强螺栓a穿过端板将钢梁与钢柱连接起来形成钢框架；
步骤2：将钢筋根据墙体实际高度和宽度切割下料，两端各弯起50mm弯钩，等间距排列成井字形，并用铁丝进行绑扎形成钢筋网片，采用同样的方法制作2个相同的钢筋网片，将2个钢筋网片重叠在一起用细钢筋拉结制成钢筋笼；
步骤3：制作墙体模板，模板间用U型卡连接，模板外架管，纵向和横向设置临时支撑，把制作好的钢筋笼放置在模板内并进行固定，在钢筋笼与钢柱连接部位预埋孔洞，并预埋起吊件，把水泥、细砂、再生粗骨料按1:1.25:2.76的质量比搅拌均匀，再加入相对水泥质量45％的水搅拌5～7分钟，将搅拌好的再生混凝土浇筑在模板内，并用插入式振动器振实，待再生混凝土终凝后洒水养护，养护时间不少于7天，养护28天后拆除模板；
步骤4：将钢柱底部与基础通过锚栓连接，钢柱与钢梁通过高强螺栓a连接，并在钢柱与外挂墙板连接处的两侧放置橡胶垫作为摩擦件，将钢柱与外挂墙板通过高强螺栓b连接，从而完成半刚性框架—外挂再生混凝土墙板的制作。
本发明的特点还在于，
钢梁、钢柱、端板、加劲肋采用Q235、Q345、Q390钢中任意一种，角钢采用Q235或Q345型钢；高强螺栓a、高强螺栓b采用8.8级或10.9级。
钢梁和钢柱的宽度为200～400mm，高度为350～600mm，翼缘厚度为12～30mm，腹板厚度为10～20mm；端板的宽度不大于钢柱的柱宽，高度比钢梁高30～50mm，厚度为12～25mm；加劲肋的厚度与梁翼缘同，长度与宽度与钢柱的截面相同；角钢采用L80×8～L125×12等边角钢，长度为80～120mm；外挂墙板的厚度为60～250mm，高度为2800～4500mm，宽度为900～3500mm。
本发明的有益效果是：本发明半刚性框架—外挂再生混凝土墙板，钢框架梁柱采用半刚性连接节点，半刚性节点不仅具备一定承载能力，同时具有良好的延性及耗能性能，可有效避免地震荷载作用下由于焊接节点失效而发生的结构脆性破坏，外挂墙板以再生混凝土为主要材料，并考虑外挂墙板与钢框架的连接技术，实现结构体系的快速装配化，外挂墙板的设置一定程度上可增加结构的承载力和刚度，改善半刚性节点的受力，提高结构的延性，增加墙板抗侧刚度；所有部品均可在工厂预制加工，运输到现场在进行安装，实现了结构的装配化，能极大提高施工速度。
附图说明
图1是本发明半刚性框架—外挂再生混凝土墙板的结构示意图；
图2是本发明半刚性框架—外挂再生混凝土墙板中钢梁与端板连接节点示意图；
图3是本发明半刚性框架—外挂再生混凝土墙板中墙板与钢框架上部连接节点示意图；
图4是本发明半刚性框架—外挂再生混凝土墙板中墙板与钢框架下部连接节点示意图；
图5是本发明半刚性框架—外挂再生混凝土墙板按1:3比例缩尺的荷载-位移曲线图。
图中，1.钢梁，2.端板，3.高强螺栓a，4.梁柱连接节点，5.钢柱，6.加劲肋，7.钢框架，8.墙板与钢框架上部连接节点，9.角钢，10.橡胶垫，11.高强螺栓b，12.墙板与钢框架下部连接节点，13.外挂墙板，14.钢筋笼。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明半刚性框架—外挂再生混凝土墙板，如图1所示，包括H型的钢框架7，钢框架7由一对钢柱5之间连接钢梁1组成，钢梁1和一对钢柱5均为H型钢，钢柱5上设置有加劲肋6，加劲肋6位于钢柱5与钢梁1连接相应位置处，如图2所示，钢梁1的两端分别连接有端板2，钢梁1的两端通过坡口焊缝与端板2焊接，端板2通过高强螺栓a3与一对钢柱5连接，端板2和高强螺栓a3组成梁柱连接节点4，梁柱连接节点4为半刚性连接节点，一对钢柱5之间连接有外挂墙板13，钢柱5上连接有角钢9，角钢9均匀设置4个，如图3所示，角钢9通过高强螺栓b11与外挂墙板13连接，能够实现现场的快速安装，外挂墙板13由水泥、细砂、再生粗骨料按1:1.25:2.76的质量比制成，外挂墙板13上部的角钢9和高强螺栓b11组成墙板与钢框架上部连接节点8，墙板与钢框架上部连接节点8是一种耗能连接节点，当外荷载大于摩擦件的起滑力时，连接件与墙板之间发生相对滑移，可限制传递到墙板上荷载的进一步增加，可防止外挂墙板13在大震作用下的整体破坏脱落，增加结构的整体性和耗能能力，墙板与钢框架上部连接节点8还包括橡胶垫10，橡胶垫10作为摩擦件，橡胶垫10位于外挂墙板13与钢柱5连接处的两侧，用高强螺栓b11与焊在钢框架7上的角钢9连接并控制高强螺栓b11预压力的大小，来限制橡胶垫10起滑荷载的大小，当外荷载小于橡胶垫10的起滑力时，连接件与墙板之间可以视作“刚性连接”，当外荷载大于摩擦件的起滑力时，连接件与墙板之间发生相对滑移，能限制传递到墙板上荷载，可视作“柔性连接”，是一种耗能连接节点。如图4所示，外挂墙板13下部的角钢9和高强螺栓b11组成墙板与钢框架下部连接节点12，外挂墙板13承受的所有竖向荷载均由墙板与钢框架下部连接节点12承担，外挂墙板13内设置有钢筋笼14，钢筋笼14由两层钢筋网片构成；
钢梁1和钢柱5的宽度为200～400mm，高度为350～600mm，翼缘厚度为12～30mm，腹板厚度为10～20mm；端板2的宽度不大于钢柱5的柱宽，高度比钢梁1高30～50mm，厚度为12～25mm；加劲肋6的厚度与梁翼缘同，长度与宽度与钢柱5的截面相同；角钢9采用L80×8～L125×12等边角钢，长度为80～120mm；外挂墙板13的厚度为60～250mm，高度为2800～4500mm，宽度为900～3500mm。
半刚性框架—外挂再生混凝土墙板的制作方法，具体包括以下步骤：
步骤1：下料切割钢板，焊接成钢梁1与钢柱5，并在钢梁1两端分别用坡口焊缝焊接端板2，在钢柱5上焊接加劲肋6，在钢柱5上焊接若干角钢9，用高强螺栓a3穿过端板2将钢梁1与钢柱5连接起来形成钢框架7；钢梁1、钢柱5、端板2、加劲肋6采用Q235、Q345、Q390钢中任意一种，角钢9采用Q235或Q345型钢；高强螺栓a3、高强螺栓b11采用8.8级或10.9级；
对于多层钢框架结构，钢梁1和钢柱5的宽度为200～400mm，高度为350～600mm，翼缘厚度为12～30mm，腹板厚度为10～20mm；端板2的宽度不大于钢柱5的柱宽，高度比钢梁1高30～50mm，厚度为12～25mm；加劲肋6的厚度与梁翼缘同，长度与宽度与钢柱5的截面相同；角钢9采用L80×8～L125×12等边角钢，长度为80～120mm；
步骤2：对于多层钢框架结构，外挂墙板13的厚度为60～250mm，高度为2800～4500mm，宽度为900～3500mm。将HPB300钢筋根据墙体实际高度和宽度切割下料，两端各弯起50mm弯钩，等间距排列成井字形，并用铁丝进行绑扎形成钢筋网片，采用同样的方法制作2个相同的钢筋网片，将2个钢筋网片重叠在一起用细钢筋拉结制成钢筋笼14；
步骤3：制作墙体模板，模板间用U型卡连接，模板外架管，纵向和横向设置临时支撑，把制作好的钢筋笼14放置在模板内并进行固定，在钢筋笼14与钢柱5连接部位预埋孔洞，并预埋起吊件，把水泥、细砂、再生粗骨料按1:1.25:2.76的质量比放入搅拌机搅拌均匀，再加入相对水泥质量45％的水搅拌5～7分钟，将搅拌好的再生混凝土用铁锹浇筑在模板内，并用插入式振动器振实，待再生混凝土终凝后洒水养护，养护时间不少于7天，养护28天后拆除模板；
步骤4：将钢柱5底部与基础通过锚栓连接，钢柱5与钢梁1通过高强螺栓a3连接，并在钢柱5与外挂墙板13连接处的两侧放置橡胶垫作为摩擦件，将钢柱5与外挂墙板13通过高强螺栓b11连接，从而完成半刚性框架—外挂再生混凝土墙板的制作。
图5为本发明半刚性框架-外挂再生混凝土墙板结构按1：3比例缩尺的荷载-位移曲线图。外挂墙板13厚度为90mm，再生混凝土强度为C30；所有钢材均采用Q235B钢，钢柱5截面HW150×150×7×10，钢梁1截面HM150×100×5×8，角钢9采用L63x8mm。由图5可以看出：本发明半刚性框架-外挂再生混凝土墙板承载力比裸框架结构提高约1.3倍，刚度也明显增大。
本发明的有益效果是：
1)梁柱连接节点采用半刚接连接方式，其构造简单，避免了刚性节点的加强及施工现场的焊接作业，制作安装简易迅速；
2)在半刚性钢框架中外挂再生混凝土墙板，可实现墙体与钢框架梁柱间的协同工作，增加结构体系的抗侧刚度，缓解梁柱节点区自身的延性要求，改善节点受力；
3)再生混凝土墙板热工性能好、导热系数小、自重低、抗裂性好、节能环保，起到了很好的保温、隔热、防水、隔声的围护作用；
4)外挂墙板与钢框架的连接节点采用耗能节点，耗能节点的使用可防止外挂墙板在大震作用下的整体破坏脱落，增加结构的整体性和耗能能力；
5)所有组成构件均可在加工厂制作，运输到施工现场在快速安装，装配化程度高；
6)本发明中的再生混凝土墙板，既能改善框架结构的抗震性能，与框架共同抵抗外荷载，当墙板破坏时由于连接节点简单而更换方便，又考虑到废弃混凝土的再利用，材料来源广泛，可在建筑物拆卸现场就地加工生产，减少了建筑垃圾的运输与排放，具有很好地经济效益和推广前景。
Claims (9)
1.半刚性框架—外挂再生混凝土墙板，其特征在于，包括H型的钢框架(7)，所述钢框架(7)由一对钢柱(5)之间连接钢梁(1)组成，所述钢柱(5)上设置有加劲肋(6)，加劲肋(6)位于钢柱(5)与钢梁(1)连接相应位置处，所述钢梁(1)的两端分别连接有端板(2)，端板(2)通过高强螺栓a(3)与一对钢柱(5)连接，所述端板(2)和高强螺栓a(3)组成梁柱连接节点(4)，所述一对钢柱(5)之间连接有外挂墙板(13)，所述钢柱(5)上连接有角钢(9)，角钢(9)通过高强螺栓b(11)与外挂墙板(13)连接，外挂墙板(13)上部的角钢(9)和高强螺栓b(11)组成墙板与钢框架上部连接节点(8)，所述外挂墙板(13)下部的角钢(9)和高强螺栓b(11)组成墙板与钢框架下部连接节点(12)，所述外挂墙板(13)内设置有钢筋笼(14)。
2.如权利要求1所述的半刚性框架—外挂再生混凝土墙板，其特征在于，所述钢梁(1)的两端通过坡口焊缝与端板(2)焊接；所述钢梁(1)和一对钢柱(5)均为H型钢。
3.如权利要求1所述的半刚性框架—外挂再生混凝土墙板，其特征在于，所述角钢(9)均匀设置4个。
4.如权利要求1所述的半刚性框架—外挂再生混凝土墙板，其特征在于，所述墙板与钢框架上部连接节点(8)还包括橡胶垫(10)，所述橡胶垫(10)位于外挂墙板(13)与钢柱(5)连接处的两侧。
5.如权利要求1或4所述的半刚性框架—外挂再生混凝土墙板，其特征在于，所述外挂墙板(13)由水泥、细砂、再生粗骨料按1:1.25:2.76的质量比制成；所述钢筋笼(14)由两层钢筋网片构成。
6.如权利要求1所述的半刚性框架—外挂再生混凝土墙板，其特征在于，所述钢梁(1)和钢柱(5)的宽度为200～400mm，高度为350～600mm，翼缘厚度为12～30mm，腹板厚度为10～20mm；所述端板(2)的宽度不大于钢柱(5)的柱宽，高度比钢梁(1)高30～50mm，厚度为12～25mm；所述加劲肋(6)的厚度与梁翼缘同，长度与宽度与钢柱(5)的截面相同；所述角钢(9)采用L80×8～L125×12等边角钢，长度为80～120mm；所述外挂墙板(13)的厚度为60～250mm，高度为2800～4500mm，宽度为900～3500mm。
7.一种如权利要求1-6之一所述的半刚性框架—外挂再生混凝土墙板的制作方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1：下料切割钢板，焊接成钢梁(1)与钢柱(5)，并在钢梁(1)两端分别用坡口焊缝焊接端板(2)，在钢柱(5)上焊接加劲肋(6)，在钢柱(5)上焊接若干角钢(9)，用高强螺栓a(3)穿过端板(2)将钢梁(1)与钢柱(5)连接起来形成钢框架(7)；
步骤2：将钢筋根据墙体实际高度和宽度切割下料，两端各弯起50mm弯钩，等间距排列成井字形，并用铁丝进行绑扎形成钢筋网片，采用同样的方法制作2个相同的钢筋网片，将2个钢筋网片重叠在一起用细钢筋拉结制成钢筋笼(14)；
步骤3：制作墙体模板，模板间用U型卡连接，模板外架管，纵向和横向设置临时支撑，把制作好的钢筋笼(14)放置在模板内并进行固定，在钢筋笼(14)与钢柱(5)连接部位预埋孔洞，并预埋起吊件，把水泥、细砂、再生粗骨料按1:1.25:2.76的质量比搅拌均匀，再加入相对水泥质量45％的水搅拌5～7分钟，将搅拌好的再生混凝土浇筑在模板内，并用插入式振动器振实，待再生混凝土终凝后洒水养护，养护时间不少于7天，养护28天后拆除模板；
步骤4：将钢柱(5)底部与基础通过锚栓连接，钢柱(5)与钢梁(1)通过高强螺栓a(3)连接，并在钢柱(5)与外挂墙板(13)连接处的两侧放置橡胶垫作为摩擦件，将钢柱(5)与外挂墙板(13)通过高强螺栓b(11)连接，从而完成半刚性框架—外挂再生混凝土墙板的制作。
8.如权利要求7所述的半刚性框架—外挂再生混凝土墙板的制作方法，其特征在于，所述钢梁(1)、钢柱(5)、端板(2)、加劲肋(6)采用Q235、Q345、Q390钢中任意一种，所述角钢(9)采用Q235或Q345型钢；所述高强螺栓a(3)、高强螺栓b(11)采用8.8级或10.9级。
9.如权利要求7所述的半刚性框架—外挂再生混凝土墙板的制作方法，其特征在于，所述钢梁(1)和钢柱(5)的宽度为200～400mm，高度为350～600mm，翼缘厚度为12～30mm，腹板厚度为10～20mm；所述端板(2)的宽度不大于钢柱(5)的柱宽，高度比钢梁(1)高30～50mm，厚度为12～25mm；所述加劲肋(6)的厚度与梁翼缘同，长度与宽度与钢柱(5)的截面相同；所述角钢(9)采用L80×8～L125×12等边角钢，长度为80～120mm；所述外挂墙板(13)的厚度为60～250mm，高度为2800～4500mm，宽度为900～3500mm。
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