CN104746790A - 柔性钢框架—预制装配式再生混凝土墙板及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了柔性钢框架—预制装配式再生混凝土墙板，包括钢框架，钢框架由一对钢柱之间连接钢梁组成，钢柱上设置有柱加劲肋，柱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，端板通过节点连接螺栓与一对钢柱连接，钢梁的底部连接耳板，耳板通过耳板加劲肋连接T型件，T型件底端连接多个U形筋，T型件及U形筋预埋在再生混凝土墙板内，再生混凝土墙板通过连接件螺栓与耳板连接，再生混凝土墙板内还设置有钢筋网片，钢筋网片与T型件连接；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。本发明结构体系中框架与墙体协同工作，抗侧刚度及承载力均有提高，抗震性能好，且构造简单，节能环保，易于标准化施工。
Description
技术领域
本发明属于建筑墙板技术领域，具体涉及一种柔性钢框架—预制装配式再生混凝土墙板，还涉及该墙板的制作方法。
背景技术
钢结构建筑以其抗震性能好，自重轻，施工速度快等优势得到了越来越广泛的应用和认可。由于梁柱节点的连接形式以及配套的墙板体系的不成熟，一定程度上限制了钢结构的发展。当前工程中普遍应用的梁柱节点形式是以栓焊混合连接为主的刚性节点，刚性连接由于节点转动能力不足，强震下梁柱下翼缘连接部位容易产生脆性裂缝，有时甚至会延伸到柱翼缘内，致使震后修复规模大，费用高昂。要从根本上避免焊接节点在强震作用下的脆性破坏，则必须改善节点连接方式，避免节点成为地震能量的集中点，不仅要考虑结构极限承载力的要求，同时也要兼顾节点和结构的延性。
半刚性节点的转动刚度介于完全刚性和理想铰接之间，通过合理设置半刚性节点位置及刚度，可实现内力重分布，充分利用材料的承载能力，节点构造简单，避免了刚性节点的加强，其制作和安装简易迅速，节约用钢量，能有效降低工程造价，为其在工程中应用提供了可能。
但半刚性连接刚度较小且非线性变化，对构件约束相对减弱，会增大结构的层间位移，弱化结构的整体稳定性，且在低频荷载作用下位移响应大于刚性框架，在高频荷载作用下位移存在显著的阻尼效应，从而影响结构的固有频率、阻尼等动力性质，不适合单独应用于多高层建筑。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性钢框架—预制装配式再生混凝土墙板，结构体系中框架与墙体协同工作，抗侧刚度及承载力均有提高，抗震性能好。
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：柔性钢框架—预制装配式再生混凝土墙板，包括钢框架，钢框架通过连接件连接再生混凝土墙板；钢框架由一对钢柱之间连接钢梁组成，钢柱上设置有柱加劲肋，柱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，端板通过节点连接螺栓与一对钢柱连接，端板与节点连接螺栓形成半刚性连接节点；钢梁的下翼缘底部连接耳板，耳板通过耳板加劲肋连接T型件，T型件底端连接多个U形筋，T型件及U形筋预埋在再生混凝土墙板内，再生混凝土墙板通过连接件螺栓与耳板连接，再生混凝土墙板内还设置有钢筋网片，钢筋网片与T型件相连接。
本发明的特点还在于，
耳板与钢梁的腹板对齐，耳板宽为90～150mm，长度比钢梁小50～100mm，厚度为8～12mm，耳板上间隔100～250mm开设栓孔，栓孔中间焊接耳板加劲肋，耳板加劲肋的宽度和厚度与耳板相同。
T型件长度为150～250mm，厚度与耳板相同，T型件底端中心线处间隔100～250mm焊接U形筋，U形筋宽为100～200mm，高为100～250mm。
连接件螺栓、耳板加劲肋、耳板、T型件和U形筋构成连接件。
再生混凝土墙板的厚度为200～300mm、高度为2800～4500mm、宽度为5000～7500mm，再生混凝土墙板由水泥、细砂、再生粗骨料、水按1:1.25:2.76:0.45的质量比制成。
钢筋网片是由横纵向钢筋绑扎而成的双层钢筋网片。
钢柱和钢梁均为H型钢，钢柱和钢梁的宽度为250～500mm，高度为350～1000mm，翼缘厚度12～40mm，腹板厚度10～30mm；端板的宽度不大于钢柱的柱宽，高度比钢梁高30～50mm，厚度为10～20mm；柱加劲肋的厚度与钢梁的翼缘相同，长度与钢柱的腹板相同，宽度与钢柱的翼缘相同。
本发明所采用的另一个技术方案是：柔性钢框架—预制装配式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，焊接成钢柱与钢梁，在钢梁两端焊接端板，在钢柱与钢梁连接相应位置处焊接柱加劲肋；
步骤2：耳板间隔100～250mm开设栓孔，栓孔中焊接耳板加劲肋，将焊有耳板加劲肋的耳板焊接在钢梁的下翼缘底部，耳板与钢梁的腹板对齐；
步骤3：使用两块钢板焊接成T型件，并在其底部中心线处间隔100～250mm焊接U形筋；
步骤4：将钢筋切割成与墙体宽度及高度相同尺寸的钢筋，两端各弯起50mm弯钩，钢筋横纵向用铁丝绑扎成双层的钢筋网片，绑扎箍筋之前，先将焊有U形筋的T型件置于钢筋网片内，绑扎预埋T型件处时，T型件处箍筋向下弯起10～20mm，并与T型件点焊；
步骤5：制作模板，将含有T型件预埋在模板中，并在模板两端开孔，把T型件由孔洞伸出，并与其他模板固定成整体，把钢筋网片置于模板中，将水泥、细砂、再生粗骨料按1:1.25:2.76的比例搅拌均匀，再加入相对水泥质量45％的水搅拌5～8分钟得到再生混凝土，将再生混凝土倒入模板之中，用振捣棒振捣均匀密实，待混凝土终凝后洒水常温养护28d，达到强度要求后，拆除模板；
步骤6：将预埋有T型件的再生混凝土墙板吊起，通过连接件螺栓将再生混凝土墙板与耳板连接固定，螺栓终拧，完成柔性钢框架预制装配式再生混凝土墙板的制作。
本发明的特点还在于，
钢柱、钢梁、端板采用Q235、Q345、Q390中任意一种钢板加工制作；耳板加劲肋、耳板、T型件采用Q235或Q345钢材；U形筋采用HPB300钢筋，节点连接螺栓采用8.8级或10.9级；再生混凝土墙板强度等级采用C30、C35或C40。
钢柱和钢梁均为H型钢，钢柱和钢梁的宽度为250～500mm，高度为350～1000mm，翼缘厚度12～40mm，腹板厚度10～30mm；端板的宽度不大于钢柱的柱宽，高度比钢梁高30～50mm，厚度为10～20mm；柱加劲肋的厚度与钢梁的翼缘相同，长度与钢柱的腹板相同，宽度与钢柱的翼缘相同；
耳板宽为90～150mm，长度比钢梁小50～100mm，厚度为8～12mm，耳板加劲肋的宽度和厚度与耳板相同；
T型件长度为150～250mm，厚度与耳板相同，U形筋宽为100～200mm，高为100～250mm；
再生混凝土墙板厚度为200～300mm、高度为2800～4500mm、宽度为5000～7500mm。
本发明的有益效果是：本发明柔性钢框架—预制装配式再生混凝土墙板，将再生混凝土墙板引入具有优异力学性能和表现的柔性钢框架结构，墙板除了起到普通围护功能外，从结构角度来看，由于墙体与框架梁柱间的协同工作，当钢框架承受水平荷载作用时，墙体会参与共同抵抗水平力，从而增加结构体系的抗侧刚度及承载力；同时，采用再生混凝土作为墙体主材，为解决废弃混凝土的出路问题提供了新思路，既能减轻废弃混凝土对环境的污染，又能节省天然骨料资源，减少自然资源和能源的消耗是发展循环经济、绿色建筑的主要途径之一；该结构体系安全经济、能高效利用材料、易于标准化施工，具有构造简单、节能环保、抗震性能好的特点，同时体系中梁、柱、墙板等主要受力构件均采用工厂化制作，通过高强螺栓和标准件可靠连接，避免了现场焊接及湿作业，极大程度提高了施工效率和建造周期。
附图说明
图1是本发明柔性钢框架—预制装配式再生混凝土墙板的结构示意图；
图2是本发明柔性钢框架—预制装配式再生混凝土墙板中半刚性连接节点示意图；
图3是图2的B-B剖面图；
图4是本发明柔性钢框架—预制装配式再生混凝土墙板中连接件的结构示意图；
图5是本发明柔性钢框架—预制装配式再生混凝土墙板中T型件及钢筋网片的示意图；
图6是图5的A-A剖面图；
图7是裸框架以及本发明柔性钢框架—预制装配式再生混凝土墙板按1:3比例缩尺的荷载-位移曲线图。
图中，1.钢柱，2.钢梁，3.钢框架，4.柱加劲肋，5.端板，6.节点连接螺栓，7.半刚性连接节点，8.连接件螺栓，9.耳板加劲肋，10.耳板，11.T型件，12.U形筋，13.连接件，14.钢筋网片，15.再生混凝土墙板。
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。
本发明柔性钢框架—预制装配式再生混凝土墙板，如图1所示，包括钢框架3，钢框架3通过连接件13连接再生混凝土墙板15；钢框架3由一对钢柱1之间连接钢梁2组成，钢柱1上设置有柱加劲肋4，柱加劲肋4位于钢柱1与钢梁2连接相应位置处，如图2和图3所示，钢梁2的两端分别焊接有端板5，每个端板5通过4个节点连接螺栓6与一对钢柱1连接，形成柔性钢框架，端板5与节点连接螺栓6形成半刚性连接节点7；如图4所示，钢梁2的下翼缘底部焊接耳板10，耳板10与钢梁2的腹板对齐，耳板10宽为90～150mm，长度比钢梁2小50～100mm，厚度为8～12mm，耳板10上间隔100～250mm开设栓孔，栓孔中间焊接耳板加劲肋9，耳板加劲肋9的宽度和厚度与耳板10相同，耳板加劲肋9连接T型件11，实现了预制再生混凝土墙板的现场快速安装，T型件11长度为150～250mm，厚度与耳板10相同，T型件11底端中心线处间隔100～250mm焊接U形筋12，以增加连接件端部与再生混凝土墙板的锚固性能，U形筋12宽为100～200mm，高为100～250mm，T型件11及U形筋12预埋在再生混凝土墙板15内，再生混凝土墙板15的厚度为200～300mm、高度为2800～4500mm、宽度为5000～7500mm，再生混凝土墙板15由水泥、细砂、再生粗骨料、水按1:1.25:2.76:0.45的质量比制成，再生混凝土墙板15通过连接件螺栓8与耳板10连接，连接件螺栓8、耳板加劲肋9、耳板10、T型件11和U形筋12构成连接件13，如图5所示，再生混凝土墙板15内还设置有钢筋网片14，如图6所示，钢筋网片14是由横纵向钢筋绑扎而成的双层钢筋网片，设置暗柱暗梁，钢筋网片14与T型件11可靠连接；
钢柱1和钢梁2均为H型钢，钢柱1和钢梁2的宽度为250～500mm，高度为350～1000mm，翼缘厚度12～40mm，腹板厚度10～30mm；端板5的宽度不大于钢柱1的柱宽，高度比钢梁2高30～50mm，厚度为10～20mm；柱加劲肋4的厚度与钢梁2的翼缘相同，长度与钢柱1的腹板相同，宽度与钢柱1的翼缘相同。
柔性钢框架—预制装配式再生混凝土墙板的制作方法，包括以下步骤：
钢柱1、钢梁2、端板5采用Q235、Q345、Q390中任意一种钢板加工制作；耳板加劲肋9、耳板10、T型件11采用Q235或Q345钢材；U形筋12采用HPB300钢筋，节点连接螺栓6采用8.8级或10.9级；再生混凝土墙板15强度等级采用C30、C35或C40；
步骤1：下料切割钢板，焊接成钢柱1与钢梁2，在钢梁2两端焊接端板5，在钢柱1与钢梁2连接相应位置处焊接柱加劲肋4；钢柱1和钢梁2的宽度为250～500mm，高度为350～1000mm，翼缘厚度12～40mm，腹板厚度10～30mm；端板5的宽度不大于钢柱1的柱宽，高度比钢梁2高30～50mm，厚度为10～20mm；柱加劲肋4的厚度与钢梁2的翼缘相同，长度与钢柱1的腹板相同，宽度与钢柱1的翼缘相同；
步骤2：耳板10间隔100～250mm开设栓孔，栓孔中焊接耳板加劲肋9，将焊有耳板加劲肋9的耳板10焊接在钢梁2的下翼缘底部，耳板10与钢梁2的腹板对齐；耳板10宽为90～150mm，长度比钢梁2小50～100mm，厚度为8～12mm，耳板加劲肋9的宽度和厚度与耳板10相同、高度上端与钢梁2除腹板外半截面宽度相同，下端与再生混凝土墙板15除耳板10厚度外半截面宽度相同、厚度与耳板10相同；
步骤3：使用两块钢板焊接成T型件11，T型件11长度为150～250mm，厚度与耳板10相同，并在其底部中心线处间隔100～250mm焊接U形筋12，U形筋12宽为100～200mm，高为100～250mm；
步骤4：对于多、高层钢框架结构，再生混凝土墙板15厚度为200～300mm、高度为2800～4500mm、宽度为5000～7500mm。将8mm～16mm直径的HPB300钢筋切割成与墙体宽度及高度相同尺寸的钢筋，两端各弯起50mm弯钩，钢筋横纵向用铁丝绑扎成双层的钢筋网片14，绑扎箍筋之前，先将焊有U形筋12的T型件11置于钢筋网片14内，绑扎预埋T型件11处时，T型件11处箍筋向下弯起10～20mm，并与T型件11点焊；
步骤5：制作模板，将T型件11预埋在模板中，并在模板两端开孔，把T型件11由孔洞伸出，并与其他模板固定成整体，把钢筋网片14置于模板中，将水泥、细砂、再生粗骨料按1:1.25:2.76的比例搅拌均匀，再加入相对水泥质量45％的水搅拌5～8分钟得到再生混凝土，将再生混凝土倒入模板之中，用振捣棒振捣均匀密实，待混凝土终凝后洒水常温养护28d，达到强度要求后，拆除模板；
步骤6：将预埋有T型件11的再生混凝土墙板15吊起，通过连接件螺栓8将再生混凝土墙板15与耳板10连接固定，螺栓终拧，完成柔性钢框架预制装配式再生混凝土墙板的制作。
图7为裸框架以及本发明柔性钢框架-预制装配式再生混凝土墙板结构按1：3比例缩尺的荷载-位移曲线图。再生混凝土墙板15的厚度为90mm，再生混凝土强度为C30；所有钢材均采用Q235B钢，钢柱1截面HW150×150×7×10，钢梁2截面HM150×100×5×8。由图7可以看出：本发明柔性钢框架-预制装配式再生混凝土墙板承载力及刚度比裸框架有明显提高。
本发明的有益效果是：
(1)结构梁柱采用半刚性节点，改善了节点的转动能力，具有良好的延性和耗能性能，构造简单，便于安装；
(2)体系中柔性框架作为边界构件抵抗全部竖向荷载和大部分整体弯矩，再生混凝土墙板与钢框架协同工作，承担部分水平剪力，通过本发明的节点设计及墙体布置，可实现框架与墙体的刚度匹配，提高结构的抗震性能及承载力；
(3)再生混凝土墙板在工厂标准化制作，与钢框架通过连接件可靠连接，实现了构配件生产工厂化、现场施工机械化，能节约劳动力，缩短建造周期，减少建筑施工对环境的不良影响，提高建筑质量；
(4)采用再生混凝土作为原材料，可实现废弃资源再利用，节能环保，为解决废弃混凝土的出路问题提供了新思路。
Claims (10)
1.柔性钢框架—预制装配式再生混凝土墙板，其特征在于，包括钢框架(3)，钢框架(3)通过连接件(13)连接再生混凝土墙板(15)；所述钢框架(3)由一对钢柱(1)之间连接钢梁(2)组成，所述钢柱(1)上设置有柱加劲肋(4)，所述柱加劲肋(4)位于钢柱(1)与钢梁(2)连接相应位置处，所述钢梁(2)的两端分别连接有端板(5)，所述端板(5)通过节点连接螺栓(6)与一对钢柱(1)连接，端板(5)与节点连接螺栓(6)形成半刚性连接节点(7)；所述钢梁(2)的下翼缘底部连接耳板(10)，所述耳板(10)通过耳板加劲肋(9)连接T型件(11)，所述T型件(11)底端连接多个U形筋(12)，所述T型件(11)及U形筋(12)预埋在再生混凝土墙板(15)内，所述再生混凝土墙板(15)通过连接件螺栓(8)与耳板(10)连接，所述再生混凝土墙板(15)内还设置有钢筋网片(14)，所述钢筋网片(14)与T型件(11)相连接。
2.如权利要求1所述的柔性钢框架—预制装配式再生混凝土墙板，其特征在于，所述耳板(10)与钢梁(2)的腹板对齐，所述耳板(10)宽为90～150mm，长度比钢梁(2)小50～100mm，厚度为8～12mm，所述耳板(10)上间隔100～250mm开设栓孔，栓孔中间焊接耳板加劲肋(9)，所述耳板加劲肋(9)的宽度和厚度与耳板(10)相同。
3.如权利要求1所述的柔性钢框架—预制装配式再生混凝土墙板，其特征在于，所述T型件(11)长度为150～250mm，厚度与耳板(10)相同，所述T型件(11)底端中心线处间隔100～250mm焊接U形筋(12)，所述U形筋(12)宽为100～200mm，高为100～250mm。
4.如权利要求1所述的柔性钢框架—预制装配式再生混凝土墙板，其特征在于，所述连接件螺栓(8)、耳板加劲肋(9)、耳板(10)、T型件(11)和U形筋(12)构成连接件(13)。
5.如权利要求1所述的柔性钢框架—预制装配式再生混凝土墙板，其特征在于，所述再生混凝土墙板(15)的厚度为200～300mm、高度为2800～4500mm、宽度为5000～7500mm，所述再生混凝土墙板(15)由水泥、细砂、再生粗骨料、水按1:1.25:2.76:0.45的质量比制成。
6.如权利要求1所述的柔性钢框架—预制装配式再生混凝土墙板，其特征在于，所述钢筋网片(14)是由横纵向钢筋绑扎而成的双层钢筋网片。
7.如权利要求1所述的柔性钢框架—预制装配式再生混凝土墙板，其特征在于，所述钢柱(1)和钢梁(2)均为H型钢，钢柱(1)和钢梁(2)的宽度为250～500mm，高度为350～1000mm，翼缘厚度12～40mm，腹板厚度10～30mm；所述端板(5)的宽度不大于钢柱(1)的柱宽，高度比钢梁(2)高30～50mm，厚度为10～20mm；所述柱加劲肋(4)的厚度与钢梁(2)的翼缘相同，长度与钢柱(1)的腹板相同，宽度与钢柱(1)的翼缘相同。
8.一种如权利要求1-7之一所述的柔性钢框架—预制装配式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，焊接成钢柱(1)与钢梁(2)，在钢梁(2)两端焊接端板(5)，在钢柱(1)与钢梁(2)连接相应位置处焊接柱加劲肋(4)；
步骤2：耳板(10)间隔100～250mm开设栓孔，栓孔中焊接耳板加劲肋(9)，将焊有耳板加劲肋(9)的耳板(10)焊接在钢梁(2)的下翼缘底部，耳板(10)与钢梁(2)的腹板对齐；
步骤3：使用两块钢板焊接成T型件(11)，并在其底部中心线处间隔100～250mm焊接U形筋(12)；
步骤4：将钢筋切割成与墙体宽度及高度相同尺寸的钢筋，两端各弯起50mm弯钩，钢筋横纵向用铁丝绑扎成双层的钢筋网片(14)，绑扎箍筋之前，先将焊有U形筋(12)的T型件(11)置于钢筋网片(14)内，绑扎预埋T型件(11)处时，T型件(11)处箍筋向下弯起10～20mm，并与T型件(11)点焊；
步骤5：制作模板，将含有T型件(11)预埋在模板中，并在模板两端开孔，把T型件(11)由孔洞伸出，并与其他模板固定成整体，把钢筋网片(14)置于模板中，将水泥、细砂、再生粗骨料按1:1.25:2.76的比例搅拌均匀，再加入相对水泥质量45％的水搅拌5～8分钟得到再生混凝土，将再生混凝土倒入模板之中，用振捣棒振捣均匀密实，待混凝土终凝后洒水常温养护28d，达到强度要求后，拆除模板；
步骤6：将预埋有T型件(11)的再生混凝土墙板(15)吊起，通过连接件螺栓(8)将再生混凝土墙板(15)与耳板(10)连接固定，螺栓终拧，完成柔性钢框架预制装配式再生混凝土墙板的制作。
9.如权利要求8所述的柔性钢框架—预制装配式再生混凝土墙板的制作方法，其特征在于，所述钢柱(1)、钢梁(2)、端板(5)采用Q235、Q345、Q390中任意一种钢板加工制作；所述耳板加劲肋(9)、耳板(10)、T型件(11)采用Q235或Q345钢材；所述U形筋(12)采用HPB300钢筋，节点连接螺栓(6)采用8.8级或10.9级；所述再生混凝土墙板(15)强度等级采用C30、C35或C40。
10.如权利要求8所述的柔性钢框架—预制装配式再生混凝土墙板的制作方法，其特征在于，所述钢柱(1)和钢梁(2)均为H型钢，钢柱(1)和钢梁(2)的宽度为250～500mm，高度为350～1000mm，翼缘厚度12～40mm，腹板厚度10～30mm；所述端板(5)的宽度不大于钢柱(1)的柱宽，高度比钢梁(2)高30～50mm，厚度为10～20mm；所述柱加劲肋(4)的厚度与钢梁(2)的翼缘相同，长度与钢柱(1)的腹板相同，宽度与钢柱(1)的翼缘相同；
所述耳板(10)宽为90～150mm，长度比钢梁(2)小50～100mm，厚度为8～12mm，所述耳板加劲肋(9)的宽度和厚度与耳板(10)相同；
所述T型件(11)长度为150～250mm，厚度与耳板(10)相同，所述U形筋(12)宽为100～200mm，高为100～250mm；
所述再生混凝土墙板(15)厚度为200～300mm、高度为2800～4500mm、宽度为5000～7500mm。
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