CN105696723A - 分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙及开竖缝后墙体分段数的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙，包括混凝土墙以及设置在混凝土墙周围的框架梁和框架柱，所述混凝土墙直接与框架梁和框架柱连接，在所述混凝土墙内设置有若干竖缝，所述若干竖缝沿混凝土墙长度方向排列且相对于混凝土墙高度方向不贯通混凝土墙的墙体，所述混凝土墙内设置的竖直钢筋两端锚固于框架梁中，未设置所述竖缝位置布置的连通水平钢筋两端锚固于框架柱中。本发明通过在混凝土墙内设置不通长的竖缝，从而减小了墙体刚度，增加了墙体延性，设置竖缝数量越多，则墙体刚度越低而延性越强，因此，可通过改变竖缝的数量来控制墙体的刚度与延性，从而实现对墙体刚度的控制与延性的提高，克服传统隔墙的主要缺点。

Description

分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙及开竖缝后墙体分段数的确定方法

技术领域

本发明属于建筑结构工程技术领域，特别涉及一种分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙及开竖缝后墙体分段数的确定方法。

背景技术

历次实际震害表明，钢筋混凝土框架结构中被视为“非结构”构件的填充墙实际上参与了结构的地震剪力分配，填充墙的刚度效应可能会导致填充墙框架结构在地震作用下发生软弱层破坏或扭转破坏，从而引起结构严重受损甚至倒塌。传统的填充墙存在刚度不可控制、延性差、耗能能力低等问题，填充墙不能作为一道抗震防线参与抵抗地震。国内外多次大地震震害表明，采用框架结构单一抗侧力体系的房屋建筑，其倒塌率远远高于采用双重和多重抗侧力体系的房屋建筑，使框架结构中的隔墙能够成为一道防线参与抗震具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种成本低、施工方便的可控制刚度、具有良好延性与耗能能力的分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙及开竖缝后墙体分段数的确定方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙，包括混凝土墙以及设置在混凝土墙周围的框架梁和框架柱，其特征在于：所述混凝土墙直接与框架梁和框架柱连接，在所述混凝土墙内设置有若干竖缝，所述若干竖缝沿混凝土墙长度方向排列且相对于混凝土墙高度方向不贯通混凝土墙的墙体，所述混凝土墙内设置的竖直钢筋两端锚固于框架梁中，未设置所述竖缝位置布置的连通水平钢筋两端锚固于框架柱中。

本发明所述的分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙，其在所述混凝土墙内、设置竖缝位置布置有分断式水平钢筋，所述分断式水平钢筋在竖缝处断开，仅布置在对应墙肢内。

本发明所述的分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙，其所述竖缝位于混凝土墙的中间位置，所述竖缝的长度不大于混凝土墙对应的框架柱柱高的1/2，所述竖缝上、下端距离框架梁的间距分别大于混凝土墙对应的框架柱柱高的1/4，所述竖缝的宽度为10～20mm。

本发明所述的分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙，其在所述竖缝内部填充有柔性密封材料。

本发明所述的分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙，其相邻两个竖缝之间的墙体形成墙肢，所述竖缝之间的每一段墙肢高宽比大于2，即竖缝的长度与相邻竖缝之间的间距比大于2，整片开竖缝的混凝土墙水平刚度为所有墙肢弯曲水平刚度之和，所述开竖缝的混凝土墙水平刚度小于砌体隔墙的水平刚度。

本发明所述的分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙，其所述混凝土墙与框架柱连接位置不设置竖缝，所述混凝土墙的厚度小于框架柱在对应墙厚方向尺寸的1/3。

本发明所述的分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙，其所述混凝土墙内竖直钢筋的布置方式为在每一段墙肢内单层分布式配筋，所述连通水平钢筋布置方式为在混凝土墙未设置竖缝区域单层分布式配筋，所述分断式水平钢筋在每一段墙肢内单层布置且不贯通竖缝，所述混凝土墙内的竖直钢筋、连通水平钢筋以及分断式水平钢筋的配筋率为0.10～0.25％。

一种分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙开竖缝后墙体分段数的确定方法，其特征在于：使用弹性状态下的抗侧刚度确定开竖缝后墙体分段数，以使开竖缝后的隔墙刚度小于砌体墙，其具体方法为：

假定墙净跨度为l，净高为h，砌体墙墙厚为b_b，弹性模量为E_b，剪切模量G_b＝0.4E_b，墙体抗侧刚度为K_b；少筋开缝墙墙厚为b_c，弹性模量为E_c，开缝后墙体分段数为m，每一段墙肢截面惯性矩为I_c，缝长度为墙体抗侧刚度为K_c；

由于少筋开缝墙每一段墙肢都以弯曲破坏为主，故可利用每一段墙肢的抗弯刚度计算整片墙的抗侧刚度：

$K_c=m\frac{12E_c{I}_c}{{\left(\frac{h}{2}\right)}^3}=m\frac{E_c{b}_c{\left(\frac{l}{m}\right)}^3}{{\left(\frac{h}{2}\right)}^3}=\frac{8E_c{b}_c{l}^3}{m^2{h}^3}$

对于砌体隔墙，可能受弯曲控制也可能受剪切控制，对于受弯曲控制的砌体隔墙：

$K_b=\frac{12E_{b}I}{h^3}=\frac{E_b{b}_b{l}^3}{h^3}$

对于受剪切控制的砌体隔墙：

$K_b=\frac{G_{b}A}{h}=\frac{0.4E_b{b}_{b}l}{h}$

使少筋开缝墙刚度小于砌体隔墙，即

K_b≥K_c

$\frac{E_b{b}_b{l}^3}{h^3}\≥\frac{8E_c{b}_c{l}^3}{m^2{h}^3}$ 且 $\frac{0.4E_b{b}_{b}l}{h}\≥\frac{8E_c{b}_c{l}^3}{m^2{h}^3}$

可得

$m\≥\sqrt{\frac{8E_c{b}_c}{E_b{b}_b}}$ 且 $m\≥\frac{l}{h}\sqrt{\frac{20E_c{b}_c}{E_b{b}_b}}.$ 。

本发明通过在混凝土墙内设置不通长的竖缝，从而减小了墙体刚度，增加了墙体延性，设置竖缝数量越多，则墙体刚度越低而延性越强，因此，可以通过改变竖缝的数量来控制墙体的刚度与延性，从而实现对墙体刚度的控制与延性的提高，克服传统隔墙的主要缺点，而且混凝土墙与框架梁、框架柱直接连接，在地震中能够顺利参与承担部分地震荷载，从而成为在框架之前的第一道防线，起到“保险丝”效应。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中A-A剖视图。

图中标记：1为混凝土墙，2为框架梁，3为框架柱，4为竖直钢筋，5为连通水平钢筋，6为分断式水平钢筋，7为竖缝。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

如图1和2所示，一种分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙，包括混凝土墙1以及设置在混凝土墙1周围的框架梁2和框架柱3，所述混凝土墙1可使用低标号混凝土直接与框架梁2和框架柱3连接，在所述混凝土墙1内设置有若干竖缝7，所述混凝土墙1与框架柱3连接位置不设置竖缝7，所述混凝土墙1的厚度小于框架柱3在对应墙厚方向尺寸的1/3，所述若干竖缝7沿混凝土墙1长度方向排列且相对于混凝土墙1高度方向不贯通混凝土墙1的墙体，通过不通长竖缝的设置能够减小墙体刚度并增加墙体延性与耗能能力，所述竖缝7位于混凝土墙1的中间位置，所述竖缝7的长度不大于混凝土墙1对应的框架柱3柱高的1/2，所述竖缝7上、下端距离框架梁2的间距分别大于混凝土墙1对应的框架柱3柱高的1/4，所述竖缝7的宽度为10～20mm，在所述竖缝7内部填充有柔性密封材料，所述混凝土墙1内设置的竖直钢筋4两端锚固于框架梁2中，未设置所述竖缝7位置布置的连通水平钢筋5两端锚固于框架柱3中，在所述混凝土墙1内、设置竖缝7位置布置有分断式水平钢筋6，所述分断式水平钢筋6在竖缝7处断开，仅布置在对应墙肢内。所述隔墙在建筑中仅仅起到分隔空间、提供合适刚度并承担一定水平荷载的作用，并不承担竖向荷载，因此构造上可采用框架梁、框架柱预留插筋，绑扎分断式水平钢筋，最后浇墙构件的方法。墙体中钢筋仅仅起到防止墙体平面外闪倒的作用，可使用C6与C8小直径钢筋，分断式水平钢筋直径不大于同一墙肢内竖直钢筋直径。

为防止较早破坏的墙体中裂缝扩散进入框架梁与框架柱，竖缝不应通长设置，现有研究结果表明，当竖缝长度小于框架柱柱高的1/2时，墙体破坏产生的裂缝不会扩展到框架梁之中；当墙体厚度小于框架柱在墙厚方向尺寸的1/3时，墙体破坏产生的裂缝不会扩展到框架柱当中。因此，对墙体中竖缝的长度须限制在框架柱高的1/2以内，且位于墙体的中间高度位置；墙体墙厚须限制在框架柱在墙厚方向尺寸的1/3以内。

其中，相邻两个竖缝7之间的墙体形成墙肢，所述竖缝7之间的每一段墙肢高宽比大于2，即竖缝7的长度与相邻竖缝7之间的间距比大于2，整片开竖缝7的混凝土墙1水平刚度为所有墙肢弯曲水平刚度之和，所述开竖缝7的混凝土墙1水平刚度小于砌体隔墙的水平刚度；所述混凝土墙1内竖直钢筋4的布置方式为在每一段墙肢内单层分布式配筋，所述连通水平钢筋5布置方式为在混凝土墙1未设置竖缝7区域单层分布式配筋，所述分断式水平钢筋6在每一段墙肢内单层布置且不贯通竖缝7，所述混凝土墙1内的竖直钢筋4、连通水平钢筋5以及分断式水平钢筋6的配筋率为0.10～0.25％。

一种分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙开竖缝后墙体分段数的确定方法，其使用弹性状态下的抗侧刚度确定开竖缝后墙体分段数，以使开竖缝后的隔墙刚度小于砌体墙，其具体方法为：

假定墙净跨度为l，净高为h，砌体墙墙厚为b_b，弹性模量为E_b，剪切模量G_b＝0.4E_b，墙体抗侧刚度为K_b；少筋开缝墙墙厚为b_c，弹性模量为E_c，开缝后墙体分段数为m，每一段墙肢截面惯性矩为I_c，缝长度为墙体抗侧刚度为K_c；

由于少筋开缝墙每一段墙肢都以弯曲破坏为主，故可利用每一段墙肢的抗弯刚度计算整片墙的抗侧刚度：

$K_c=m\frac{12E_c{I}_c}{{\left(\frac{h}{2}\right)}^3}=m\frac{E_c{b}_c{\left(\frac{l}{m}\right)}^3}{{\left(\frac{h}{2}\right)}^3}=\frac{8E_c{b}_c{l}^3}{m^2{h}^3}$

对于砌体隔墙，可能受弯曲控制也可能受剪切控制，对于受弯曲控制的砌体隔墙：

$K_b=\frac{12E_{b}I}{h^3}=\frac{E_b{b}_b{l}^3}{h^3}$

对于受剪切控制的砌体隔墙：

$K_b=\frac{G_{b}A}{h}=\frac{0.4E_b{b}_{b}l}{h}$

使少筋开缝墙刚度小于砌体隔墙，即

K_b≥K_c

$\frac{E_b{b}_b{l}^3}{h^3}\≥\frac{8E_c{b}_c{l}^3}{m^2{h}^3}$ 且 $\frac{0.4E_b{b}_{b}l}{h}\≥\frac{8E_c{b}_c{l}^3}{m^2{h}^3}$

可得

$m\≥\sqrt{\frac{8E_c{b}_c}{E_b{b}_b}}$ 且 $m\≥\frac{l}{h}\sqrt{\frac{20E_c{b}_c}{E_b{b}_b}}.$

本发明通过设置竖缝改变墙体刚度与延性的受力机理在于，设缝之后墙体成为一系列墙肢，每一段墙肢高宽比相对不设缝墙体都显著增加，从而使得墙体的破坏模式从整片墙的剪切型破坏，变为每一段墙肢的弯曲型破坏，因此墙体延性随着每段墙肢高宽比的增加而增加。墙体初始刚度由剪切刚度变化为所有墙肢弯曲水平刚度之和，因此，可以通过改变设置竖缝的数量来控制墙体的水平刚度值，整片墙体的刚度随着竖缝数量的增加而减小。为了保证每一段墙肢在承担水平荷载时都为弯曲型破坏，要求任一段墙肢高宽比大于2。同时为了保证少筋开缝墙在结构中作为隔墙工作，需设置足够多的竖缝使得少筋开缝墙水平刚度小于相应的传统砌体隔墙，在结构计算中也可以作为隔墙考虑。

墙体内布置少量配筋，试验结果表明，在墙体设置竖缝与少量配筋的前提下，不同配筋率下少筋开竖缝墙的刚度、承载力、耗能能力都非常接近，且与相同的素混凝土开竖缝墙的刚度、承载力、耗能能力接近。说明少筋开缝墙主要通过混凝土的受压以及混凝土破坏之后的摩擦、咬合来承担水平荷载，并耗散输入的地震能量，钢筋自身屈服承担的荷载与耗散的能量所占的比例都非常小，因此，少量钢筋仅仅起到防止墙体平面外闪倒的作用，并不起到受力作用，因此配筋率可较剪力墙最小配筋率有较大降低，可取0.10％～0.25％的范围，配筋形式可采用分断分布式配筋，连通水平筋锚固于框架柱之中，竖直筋锚固于框架梁当中，分断式水平筋布置于每一段墙肢内。水平钢筋在竖缝位置不连续可以极大增加施工中设缝的方便性，同时，墙体每一个墙肢更加独立，力学概念更加明确。在墙体设置竖缝区域内，分断式水平钢筋并未锚固于框架柱，因此，无法在水平方向对墙体进行有效约束，而是在墙肢范围内增加墙肢整体性，诱导墙肢发生弯曲破坏，与主体结构的拉结主要依靠锚固于框架梁中的竖直钢筋，因此，需要在每一段墙肢内都布置竖直钢筋，特别适用于竖缝数量较少，墙肢数量少的情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙，包括混凝土墙(1)以及设置在混凝土墙(1)周围的框架梁(2)和框架柱(3)，其特征在于：所述混凝土墙(1)直接与框架梁(2)和框架柱(3)连接，在所述混凝土墙(1)内设置有若干竖缝(7)，所述若干竖缝(7)沿混凝土墙(1)长度方向排列且相对于混凝土墙(1)高度方向不贯通混凝土墙(1)的墙体，所述混凝土墙(1)内设置的竖直钢筋(4)两端锚固于框架梁(2)中，未设置所述竖缝(7)位置布置的连通水平钢筋(5)两端锚固于框架柱(3)中。

2.根据权利要求1所述的分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙，其特征在于：在所述混凝土墙(1)内、设置竖缝(7)位置布置有分断式水平钢筋(6)，所述分断式水平钢筋(6)在竖缝(7)处断开，仅布置在对应墙肢内。

3.根据权利要求2所述的分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙，其特征在于：所述竖缝(7)位于混凝土墙(1)的中间位置，所述竖缝(7)的长度不大于混凝土墙(1)对应的框架柱(3)柱高的1/2，所述竖缝(7)上、下端距离框架梁(2)的间距分别大于混凝土墙(1)对应的框架柱(3)柱高的1/4，所述竖缝(7)的宽度为10～20mm。

4.根据权利要求2所述的分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙，其特征在于：在所述竖缝(7)内部填充有柔性密封材料。

5.根据权利要求2所述的分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙，其特征在于：相邻两个竖缝(7)之间的墙体形成墙肢，所述竖缝(7)之间的每一段墙肢高宽比大于2，即竖缝(7)的长度与相邻竖缝(7)之间的间距比大于2，整片开竖缝(7)的混凝土墙(1)水平刚度为所有墙肢弯曲水平刚度之和，所述开竖缝(7)的混凝土墙(1)水平刚度小于砌体隔墙的水平刚度。

6.根据权利要求1所述的分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙，其特征在于：所述混凝土墙(1)与框架柱(3)连接位置不设置竖缝(7)，所述混凝土墙(1)的厚度小于框架柱(3)在对应墙厚方向尺寸的1/3。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙，其特征在于：所述混凝土墙(1)内竖直钢筋(4)的布置方式为在每一段墙肢内单层分布式配筋，所述连通水平钢筋(5)布置方式为在混凝土墙(1)未设置竖缝(7)区域单层分布式配筋，所述分断式水平钢筋(6)在每一段墙肢内单层布置且不贯通竖缝(7)，所述混凝土墙(1)内的竖直钢筋(4)、连通水平钢筋(5)以及分断式水平钢筋(6)的配筋率为0.10～0.25％。

8.一种如权利要求1至7中任意一项所述的分断式少配筋不贯通开缝混凝土耗能隔墙开竖缝后墙体分段数的确定方法，其特征在于：使用弹性状态下的抗侧刚度确定开竖缝后墙体分段数，以使开竖缝后的隔墙刚度小于砌体墙，其具体方法为：

假定墙净跨度为l，净高为h，砌体墙墙厚为b_b，弹性模量为E_b，剪切模量G_b＝0.4E_b，墙体抗侧刚度为K_b；少筋开缝墙墙厚为b_c，弹性模量为E_c，开缝后墙体分段数为m，每一段墙肢截面惯性矩为I_c，缝长度为墙体抗侧刚度为K_c；

由于少筋开缝墙每一段墙肢都以弯曲破坏为主，故可利用每一段墙肢的抗弯刚度计算整片墙的抗侧刚度：

$K_c=m\frac{12E_c{I}_c}{{\left(\frac{h}{2}\right)}^3}=m\frac{E_c{b}_c{\left(\frac{l}{m}\right)}^3}{{\left(\frac{h}{2}\right)}^3}=\frac{8E_c{b}_c{l}^3}{m^2{h}^3}$

对于砌体隔墙，可能受弯曲控制也可能受剪切控制，对于受弯曲控制的砌体隔墙：

$K_b=\frac{12E_{b}I}{h^3}=\frac{E_b{b}_b{l}^3}{h^3}$

对于受剪切控制的砌体隔墙：

$K_b=\frac{G_{b}A}{h}=\frac{0.4E_b{b}_{b}l}{h}$

使少筋开缝墙刚度小于砌体隔墙，即

K_b≥K_c

且

可得

且