CN105780967A - 一种腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙 - Google Patents

一种腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙，其特征是复合预制墙是由腹板波形筋拉结花纹钢板单元集合体内填混凝土构成，腹板波形筋拉结花纹钢板单元集合体由腹板波形筋拉结花纹钢板单元和端部矩形钢管通过高频焊接形成箱体。本发明既能作为竖向承载力构件，在结构中传递竖向荷载，又能作为重要的抗侧力构件，在高层及超高层建筑结构体系抗震设计中发挥重要作用。

Description

一种腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙
技术领域
本发明涉及一种腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙，更具体地说是应用在高层及超高层建筑结构体系中的墙体结构。
背景技术
现有技术中的钢筋混凝土剪力墙结构，因其整体性能好、抗侧刚度大、承载力高、抵抗风荷载及中小地震效果好以及防火性能优良等特点，是高层及超高层建筑结构中广泛采用的主要抗侧力构件。然而由于钢筋混凝土剪力墙刚度大，在地震作用下会承受较大的水平剪力，导致其裂缝较早产生，影响结构刚度及承载能力，且震后不易修复。另外随着建筑物高度增加，剪力墙轴压比不断增大，为了保证结构延性，当采用普通混凝土剪力墙时，需要采用较大墙体厚度才能满足设计要求，占用了较大使用空间，提高工程造价。
为了改善现有技术中钢筋混凝土剪力墙结构的延性，提高其在地震作用下的耗能能力，人们提出了多种改进措施，包括钢板剪力墙、开缝钢板剪力墙、加劲钢板剪力墙、约束钢板剪力墙等等。但却分别存在如下不足：
钢板剪力墙由于厚度过薄，在水平地震作用下会过早发生面外屈曲，在低周反复荷载作用下耗能能力较低，如果采用厚度较大的钢板又不满足经济性要求。加劲钢板剪力墙虽然避免了钢板剪力墙过早发生面外屈曲的情况，但其由于钢结构自身特性，防潮防火构造较难处理。约束钢板剪力墙是采用钢板剪力墙外挂混凝土板，避免钢板剪力墙较早发生面外屈曲的一种措施，对保证剪力墙具有一定耗能能力，外挂混凝土板与四周框架之间必须留有一定空隙以满足核心钢板的变形要求，因此约束钢板剪力墙与框架之间连接处的防水及防火构造较难处理，并且外挂混凝土板增加了结构自重，降低结构抗震性能。
现有技术缺乏一种对于既能承担竖向荷载，又能够抵抗水平作用的性能优良的抗侧力构件。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种现场装配化程度高，施工速度快，工业化、商品化程度高，同时与钢梁、楼板连接更加方便的腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙，能够结合将各种已有抗侧力构件的优势，既能承担竖向荷载，又能够抵抗水平作用。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙的结构特点是：所述复合预制墙是由腹板波形筋拉结花纹钢板单元集合体内填混凝土构成，所述腹板波形筋拉结花纹钢板单元集合体由腹板波形筋拉结花纹钢板单元和端部矩形钢管通过高频焊接形成箱体。
本发明腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙的结构特点也在于：所述腹板波形筋拉结花纹钢板单元是由第一面花纹钢板、第二面花纹钢板和焊接在第一面花纹钢板与第二面花纹钢板之间的波形钢筋构成的单元构件，所述第一面花纹钢板和第二面花纹钢板为一对平行的纵向板，呈纵向的波形钢筋是以其各波峰与第一面花纹钢板焊接，以其各波谷与第二面花纹钢板焊接，使所述腹板波形筋拉结花纹钢板单元的水平投影呈“工”字形；相邻的腹板波形筋拉结花纹钢板单元之间，在第一侧以相邻的第一面花纹钢板之间竖向对焊形成的竖向焊缝相连接，在第二侧是以相邻的第二面花纹钢板之间竖向对焊形成的竖向焊缝相连接形成主体；由所述矩形钢管对所述主体的左右两端进行封闭形成所述箱体。
本发明腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙的结构特点也在于：所述矩形钢管的竖向长度与所述腹板波形筋拉结花纹钢板单元的竖向长度相等；所述矩形钢管在第一侧与所述第一面花纹钢板对焊连接，并与所述第一面花纹钢板的外表面为共面，所述矩形钢管在第二侧与所述第二面花纹钢板对焊连接，并与所述第二面花纹钢板的外表面为共面。
本发明腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙的结构特点也在于：所述混凝土为高强混凝土、轻质混凝土或自密实混凝土。
本发明腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙的结构特点也在于：所述第一面花纹钢板和第二面花纹钢板可以是单一花形的花纹钢板，或是组合花型的花纹钢板。
本发明腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙的结构特点也在于：对于多层剪力墙结构或者高层及超高层剪力墙结构的上层结构构件，所述第一面花纹钢板和第二面花纹钢板采用厚度不大于4mm的薄钢板，复合预制墙体厚度为100～200mm；底层结构构件采用厚度不小于4mm的中厚钢板，复合预制墙体厚度为120～250mm；对于高层及超高层框架-剪力墙结构、纯剪力墙结构、框筒及筒体结构的中底层结构构件，所述第一面花纹钢板和第二面花纹钢板采用厚度不小于4mm的中厚钢板，复合预制墙体厚度为150～300mm。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明克服了普通钢筋混凝土剪力墙墙体厚度偏厚、自重较大的缺点；也克服了一些新型抗侧力构件施工难度大、用钢量多、防水构造难以处理等不足；同时发挥了钢结构施工速度快、承载力高、延性及耗能能力良好的优势，以及混凝土剪力墙开洞方便、布置灵活的特点，具有抗震性能优良、节省模板、施工方便、钢板之间连接牢靠以及用钢量节省等优势，对于建筑产业化发展会有良好的推动作用；
2、本发明中混凝土浇筑于腹板波形筋拉结花纹钢板单元集合体的空腔之中，现场不需要支模作业，施工速度快；
3、本发明腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土组合墙布置灵活，既能作为竖向承载力构件，在结构中传递竖向荷载，又能作为重要的抗侧力构件，在高层及超高层建筑结构体系抗震设计中发挥重要作用；
4、本发明腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙由腹板波形筋拉结花纹钢板单元集合体内填混凝土和矩形钢管混凝土端柱构成，采用腹板波形筋拉结花纹钢板单元，能够确保两面花纹钢板和内填混凝土在荷载作用下连接紧密并且共同工作，波形钢筋、两面花纹钢板和矩形钢管混凝土端柱对内填混凝土提供侧向约束，有效改善内填混凝土强度及延性；
5、本发明中波形钢筋拉结能够有效防止两面花纹钢板平面外鼓曲，使腹板波形筋拉结花纹钢板单元具有良好的稳定性，并且保证腹板波形筋拉结花纹钢板单元受力性能得到充分发挥。尤其是其两侧钢板采用花纹钢板，其钢板花纹的凸棱能够与内填混凝土形成有效结合，确保腹板波形筋拉结花纹钢板单元集合体和内填混凝土在荷载作用下共同工作；
6、本发明腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙具有较大的初始刚度、良好的塑性性能、稳定的滞回特性，其抗变形能力强，结构用钢量适中，由于内部空间较大，因此具有良好的混凝土浇筑密实度，既避免了组合剪力墙由于空腔狭小、混凝土浇筑困难、用钢量大、经济效益不明显的缺点，也避免了采用栓钉对于两面花纹钢板和内填混凝土约束效果不理想的状况；
7、本发明中腹板波形筋拉结花纹钢板单元便于加工，适宜工厂大批量生产，既可以在现场拼接并将腹板波形筋拉结花纹钢板单元焊接成整体，也可以根据设计尺寸在工厂拼接成腹板波形筋拉结花纹钢板单元集合体，在现场整体吊装，现场装配化程度高，工业化、商品化程度高；
8、本发明腹板波形筋拉结花纹钢板复合预制墙是一种新型的高层建筑抗侧力构件，与传统钢筋混凝土剪力墙相比，截面尺寸较小，重量减轻，能有效增加建筑使用面积，明显减小基础承重和地震作用。
9、本发明腹板波形筋拉结花纹钢板复合预制墙采用花纹钢板，可以提高外侧钢板与内填混凝土之间共同工作的组合效应，使得复合预制墙在承担相同荷载作用时可以采用更加轻薄的墙体厚度，在保证结构刚度及承载力的情况下减轻了结构自重，提高了腹板波形筋拉结花纹钢板复合预制墙的抗震性能，采用表面带有花纹的钢板可以进一步防止外侧钢板在荷载作用下可能产生的局部屈曲，利于充分发挥钢板的强度及耗能性能。
10、对本发明腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙进行平面内低周往复加载试验，试验结果表明，与普通的钢筋混凝土剪力墙相比，本发明腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙从各个方面都表现出良好的抗震性能，滞回曲线饱满，位移延性较好，位移角均满足规范要求，并且能够满足超高层对剪力墙的“高轴压、高延性、薄墙体”的设计要求，而与以抗剪栓钉作为拉结构造的钢板剪力墙相比，本发明预制墙更能体现组合结构的优势。
附图说明
图1为本发明中腹板波形筋拉结花纹钢板单元断面示意图；
图2为本发明中腹板波形筋拉结花纹钢板单元侧视示意图；
图3为本发明腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙断面示意图；
图4为本发明腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙施工装配图；
图5为本发明腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙浇筑混凝土后的断面示意图。
图中标号：1a第一面花纹钢板，1b第二面花纹钢板，2波形钢筋，3腹板波形筋拉结花纹钢板单元，4矩形钢管，5混凝土。
具体实施方式
参见图1、图2、图3、图4和图5，本实施例中腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙是由腹板波形筋拉结花纹钢板单元集合体内填混凝土构成，腹板波形筋拉结花纹钢板单元集合体由腹板波形筋拉结花纹钢板单元3和端部矩形钢管4通过高频焊接形成箱体。
如图1和图2所示，本实施例中腹板波形筋拉结花纹钢板单元3是由第一面花纹钢板1a、第二面花纹钢板1b和焊接在第一面花纹钢板1a与第二面花纹钢板1b之间的波形钢筋2构成的单元构件，第一面花纹钢板1a和第二面花纹钢板1b为一对平行的纵向板，呈纵向的波形钢筋2是以其各波峰与第一面花纹钢板1a焊接，以其各波谷与第二面花纹钢板1b焊接，使腹板波形筋拉结花纹钢板单元3的水平投影呈“工”字形。
如图3和图4所示，本实施例中相邻的腹板波形筋拉结花纹钢板单元3之间，在第一侧以相邻的第一面花纹钢板1a之间竖向对焊形成的竖向焊缝相连接，在第二侧是以相邻的第二面花纹钢板1b之间竖向对焊形成的竖向焊缝相连接形成主体；由矩形钢管4对主体的左右两端进行封闭形成箱体。
具体实施中，相应的结构设置也包括：
如图4所示，矩形钢管4的竖向长度与腹板波形筋拉结花纹钢板单元3的竖向长度相等；矩形钢管4在第一侧与第一面花纹钢板1a对焊连接，并与第一面花纹钢板1a的外表面为共面，矩形钢管4在第二侧与第二面花纹钢板1b对焊连接，并与第二面花纹钢板1b的外表面为共面；图5所示的填充的混凝土5为高强混凝土、轻质混凝土或自密实混凝土。
第一面花纹钢板1a和第二面花纹钢板1b可以是单一花形的花纹钢板，如菱形等；或是不同花形进行组合的组合花型的花纹钢板。
具体实施中，对于多层剪力墙结构或者高层及超高层剪力墙结构的上层结构构件，其第一面花纹钢板1a和第二面花纹钢板1b采用厚度不大于4mm的薄钢板，复合预制墙体厚度为100～200mm；底层结构构件采用厚度不小于4mm的中厚钢板，复合预制墙体厚度为120～250mm；对于高层及超高层框架-剪力墙结构、纯剪力墙结构、框筒及筒体结构的中底层结构构件，尤其是结构中底层轴压比较高的结构构件，第一面花纹钢板1a和第二面花纹钢板1b采用厚度不小于4mm的中厚钢板，复合预制墙体厚度为150～300mm。
本发明腹板波形筋拉结花纹钢板复合预制墙施工现场不需要支模作业，施工速度快；便于加工，适宜工厂大批量生产，在现场整体吊装，现场装配化程度高，工业化、商品化程度高；截面尺寸较小，重量减轻，能有效增加建筑使用面积，明显减小基础承重和地震作用；既能作为竖向承载力构件，在结构中传递竖向荷载，又能作为重要的抗侧力构件，在高层及超高层建筑结构体系抗震设计中发挥重要作用，具有广阔的应用前景。

Claims (6)

1.一种腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙，其特征是：所述复合预制墙是由腹板波形筋拉结花纹钢板单元集合体内填混凝土构成，所述腹板波形筋拉结花纹钢板单元集合体由腹板波形筋拉结花纹钢板单元(3)和端部矩形钢管(4)通过高频焊接形成箱体。
2.根据权利要求1所述的腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙，其特征是：所述腹板波形筋拉结花纹钢板单元(3)是由第一面花纹钢板(1a)、第二面花纹钢板(1b)和焊接在第一面花纹钢板(1a)与第二面花纹钢板(1b)之间的波形钢筋(2)构成的单元构件，所述第一面花纹钢板(1a)和第二面花纹钢板(1b)为一对平行的纵向板，呈纵向的波形钢筋(2)是以其各波峰与第一面花纹钢板(1a)焊接，以其各波谷与第二面花纹钢板(1b)焊接，使所述腹板波形筋拉结花纹钢板单元(3)的水平投影呈“工”字形；相邻的腹板波形筋拉结花纹钢板单元(3)之间，在第一侧以相邻的第一面花纹钢板(1a)之间竖向对焊形成的竖向焊缝相连接，在第二侧是以相邻的第二面花纹钢板(1b)之间竖向对焊形成的竖向焊缝相连接形成主体；由所述矩形钢管(4)对所述主体的左右两端进行封闭形成所述箱体。
3.根据权利要求1所述的腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙，其特征是：所述矩形钢管(4)的竖向长度与所述腹板波形筋拉结花纹钢板单元(3)的竖向长度相等；所述矩形钢管(4)在第一侧与所述第一面花纹钢板(1a)对焊连接，并与所述第一面花纹钢板(1a)的外表面为共面，所述矩形钢管(4)在第二侧与所述第二面花纹钢板(1b)对焊连接，并与所述第二面花纹钢板(1b)的外表面为共面。
4.根据权利要求1所述的腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙，其特征是：所述混凝土为高强混凝土、轻质混凝土或自密实混凝土。
5.根据权利要求2所述的腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙，其特征是：所述第一面花纹钢板(1a)和第二面花纹钢板(1b)可以是单一花形的花纹钢板，或是组合花型的花纹钢板。
6.根据权利要求2所述的腹板波形筋拉结花纹钢板混凝土复合预制墙，其特征是：对于多层剪力墙结构或者高层及超高层剪力墙结构的上层结构构件，所述第一面花纹钢板(1a)和第二面花纹钢板(1b)采用厚度不大于4mm的薄钢板，复合预制墙体厚度为100～200mm；底层结构构件采用厚度不小于4mm的中厚钢板，复合预制墙体厚度为120～250mm；对于高层及超高层框架-剪力墙结构、纯剪力墙结构、框筒及筒体结构的中底层结构构件，所述第一面花纹钢板(1a)和第二面花纹钢板(1b)采用厚度不小于4mm的中厚钢板，复合预制墙体厚度为150～300mm。
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