CN106223514A - 钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构 - Google Patents

钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构,包括:间隔设置的钢管柱,所述钢管柱内灌注有混凝土柱芯;以及支设于相邻的两个所述钢管柱之间的耗能钢板,所述耗能钢板与对应的所述钢管柱连接。采用钢管柱和耗能钢板连接形成耗能剪力墙结构,承载力大,通过钢管混凝土承受竖向和水平荷载,通过耗能钢板消耗偶然作用产生的能量,减小偶然作用的破坏程度,该耗能剪力墙结构可取代现有结构中截面大的钢柱,耗能剪力墙结构与围护结构的厚度相同,解决了室内露柱问题,即室内阳角问题。

Description

钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构
技术领域
[0001]本发明涉及建筑施工领域,特指一种钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构。
背景技术
[0002]在我国传统粗放型住宅建设模式下,住宅建设对人工依赖程度高,资源能源利用效率低,并导致严重的环境污染,一定程度上形成了住宅产业化和绿色住宅建筑的倒逼机制。
[0003]钢结构固有预制装配程度高的特点,易实现生产标准化和构件部品化,适合推进住宅产业化,另外钢材具有节能减排和循环使用等优点,住宅采用钢结构能减小生态环境负荷。所以,钢结构住宅是绿色建筑发展趋势,有利于发展低碳经济和循环经济,有利于建设资源节约型、环境友好型社会。相比于传统的混凝土构件,钢结构重量轻,强度大,价格低廉,有利于降低地基和基础造价,且抗震性能优越。钢结构是产业链中的重要一环,钢结构住宅的异军突起将导致建筑行业的深刻变化,促进产业链相关企业间的紧密协作和深度融合,引领企业的产业结构调整。
[0004]钢结构住宅建筑常采用钢管混凝土柱,结构如图1所示,墙体11角部处设置有钢柱12,该钢柱12因柱截面尺寸较大,在钢柱12与墙体11的交接处会有一个角伸入房间内,破坏了室内空间的整体性和适用性,即室内墙角处存在阳角问题。
发明内容
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的缺陷,提供一种钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构,解决现有的钢结构中存在柱的一角伸入房间内形成的阳角问题。
[0006]实现上述目的的技术方案是:
[0007]本发明提供了一种钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构,包括:
[0008]间隔设置的钢管柱,所述钢管柱内灌注有混凝土柱芯;以及
[0009]支设于相邻的两个所述钢管柱之间的耗能钢板,所述耗能钢板与对应的所述钢管柱连接。
[0010]采用钢管柱和耗能钢板连接形成耗能剪力墙结构,承载力大,通过钢管柱承受竖向和水平荷载,通过耗能钢板的变形来消耗偶然作用产生的能量,减小偶然作用的破坏程度,该耗能剪力墙结构可取代现有结构中截面大的钢柱,耗能剪力墙结构与围护结构的厚度相同,解决了室内露柱问题,即室内阳角问题。该耗能剪力墙结构具有结构简单,强度高,自重轻,抗震性能好,取材方便。耗能剪力墙结构实现了标准化,一体化施工,为施工带来方便。
[0011]本发明钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构的进一步改进在于,所述耗能钢板的内侧覆设有内本体板,外侧覆设有外本体板。耗能钢板的两侧夹设内本体板和外本体板,通过内本体板和外本体板提高耗能钢板的刚度,防止耗能钢板在充分耗能之前过早的屈曲变形,较好地发挥结构的耗能作用。
[0012]本发明钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构的进一步改进在于,所述外本体板内预设有第一连接套筒,所述内本体板内预设有与所述第一连接套筒对应的第二连接套筒,所述耗能钢板对应所述第一连接套筒和所述第二连接套筒开设有连接孔,通过连接螺栓螺合于所述第二连接套筒,进而穿设所述连接孔并螺合于所述第一连接套筒,从而实现所述耗能钢板、所述内本体板以及所述外本体板的紧固连接。
[0013]本发明钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构的进一步改进在于,所述连接孔的直径大于所述连接螺栓的直径,以令所述连接孔的孔壁与所述连接螺栓之间留设有变形空间。
[0014]本发明钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构的进一步改进在于,所述连接孔为椭圆形孔。
[0015]本发明钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构的进一步改进在于,所述耗能钢板和所述钢管柱的内侧覆设有第一防火板,所述第一防火板位于所述耗能钢板处的部分设于所述内本体般和所述耗能钢板之间;所述耗能钢板和所述钢管柱的外侧覆设有第二防火板,所述第二防火板位于所述耗能钢板处的部分设于所述外本体板和所述耗能钢板之间。
[0016]本发明钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构的进一步改进在于,所述第一防火板和所述内本体板的外表面覆设有内装饰板,所述第二防火板和所述外本体板的外表面覆设有外保温板和外装饰板。
[0017]本发明钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构的进一步改进在于,所述第二防火板和所述外本体板内预设有第一连接套筒,所述第一防火板和所述内本体板内预设有与所述第一连接套筒对应的第二连接套筒,所述耗能钢板对应所述第一连接套筒和所述第二连接套筒开设有连接孔,通过连接螺栓螺合于所述第二连接套筒,进而穿设所述连接孔并螺合于所述第一连接套筒,从而实现所述耗能钢板、所述内本体板、所述第一防火板、所述第二防火板以及所述外本体板的紧固连接。
附图说明
[0018]图1为现有钢结构中柱和墙的连接结构示意图。
[0019]图2为本发明钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构的第一实施例的结构示意图。
[0020]图3为本发明的耗能剪力墙结构的侧视图。
[0021]图4为本发明耗能剪力墙结构上装设有内本体板和外本体板的结构示意图。
[0022]图5为本发明耗能剪力墙结构上装设多层功能板的结构示意图。
[0023]图6为本发明耗能剪力墙结构与围护结构连接的结构示意图。
[0024]图7为本发明的耗能剪力墙结构的第二实施例的结构示意图。
[0025]图8为本发明钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构的第三实施例的结构示意图。
[0026]图9为本发明钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构的第四实施例的结构示意图。
[0027]图10为本发明钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构的剖视图。
[0028]图11为本发明的围护结构的第一实施例的结构示意图。
[0029]图12为本发明的围护结构的第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0031 ]本发明提供了一种钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构,用于解决钢结构体系中存在的室内阳角问题。本发明的钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构承载力大,抗震性能好,能够取代传统钢结构柱,该耗能剪力墙结构的强度适合于高层住宅建筑,耗能剪力墙结构与围护结构的内外表面平齐,解决了传统钢结构柱存在的室内阳角问题。本发明的耗能剪力墙结构和围护结构,形成了一体化、标准化和装配式的墙体,使得施工便捷。在耗能剪力墙和围护结构的内外侧采用装饰保温防火一体化结构,解决了钢构件的防火和保温节能的问题。本发明提供的钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构集受力、保温、节能和防火功能于一体,还有效解决了钢结构露柱,破坏室内空间的整体性和适用性的问题。下面结合附图对本发明钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构进行说明。
[0032]如图2、图6和图10所示,本发明的耗能剪力墙结构20和围护结构30可用于施工住宅体系,围护结构30连接于两个耗能剪力墙结构20之间,围护结构30相当于住宅结构的墙体,耗能剪力墙结构20相当于住宅结构的结构柱,通过多个围护结构30和耗能剪力墙结构20围合形成住宅结构。
[0033]如图2和图3所示,本发明的耗能剪力墙结构20包括钢管柱21和耗能钢板22,钢管柱21间隔设置,且钢管柱21内灌注有混凝土柱芯211,形成钢管混凝土柱,耗能钢板22支设于相邻的两个钢管柱21之间,该耗能钢板22与其两侧的钢管柱21连接。钢管柱21可沿墙体方向间隔设置,相邻的两个钢管柱21之间通过耗能钢板22连接,形成了耗能剪力墙结构。耗能剪力墙结构20承受的竖向和水平荷载,由钢管柱21承受,该钢管柱21内部灌注有混凝土柱芯211,确保了钢管柱21的结构强度,承载力大,具有较好的稳定性。耗能剪力墙结构20由耗能钢板22通过弹性形变能够吸收一定的地震能量,确保耗能剪力墙结构20的结构在地震作用下不会发生严重破坏。耗能钢板22能够消耗偶然作用(如地震)产生的能量,并减小该偶然作用对结构的破坏程度。采用钢管柱和耗能钢板形成耗能剪力墙结构,提供较好的耗能性能,具有较强的稳定性,且结构强度高,承载力大,该耗能剪力墙结构能够取代现有钢结构住宅体系中的钢结构柱,避免了原有的钢结构柱的一角伸入室内而破坏室内空间的整体性和适用性的问题。
[0034]如图4所示,在耗能钢板22的内侧覆设有内本体板23,外侧覆设有外本体板24,内本体板23和外本体板24的外表面与钢管柱21的外表面平齐,其中的内本体板23和外本体板24为混凝土结构板。在耗能钢板22的两侧夹设内本体板23和外本体板24,通过内本体板23和外本体板24提高耗能钢板22的刚度,以使得耗能钢板22在刚度与弹性形变之间取得平衡,能充分发挥耗能作用,即耗能钢板22既能够耗能形变吸收压力,又不会在充分耗能之前过早的屈曲变形。另外为了防止耗能钢板22因充分耗能而耗能失效,耗能剪力墙结构20在一个方向上至少设置两块相互独立的耗能钢板22,这样即使一块耗能钢板22耗能失效了,还有其他有效的耗能钢板,能够确保耗能剪力墙结构20的稳定。
[0035]如图4所示,外本体板24内预设有第一连接套筒25,内本体板23内预设有与第一连接套筒25对应的第二连接套筒26,结合图2和图3所示,耗能钢板22对应第一连接套筒25和第二连接套筒26开设有连接孔221,通过连接螺栓27螺合于第二连接套筒26,进而穿设连接孔221并螺合于第一连接套筒25,从而实现外本体板24、耗能钢板22以及内本体板23的紧固连接。第一连接套筒25和第二连接套筒26为具有内螺纹的套筒结构,第一连接套筒25预先置于外本体板24内,第二连接套筒26预设置于内本体板23内,将外本体板24覆于耗能钢板22的外侧,内本体板板23覆于耗能钢板22的内侧时,第一连接套筒25、第二连接套筒26以及耗能钢板22上的连接孔221相对齐,连接螺栓27螺合于第二连接套筒26和第一连接套筒25,实现了内本体板23和外本体板24夹紧耗能钢板22,并与耗能钢板22紧固连接。通过连接螺栓27穿过耗能钢板22将内本体板23和外本体板24连成一体,使得连接操作简单,施工方便,形成了标准化、一体化、装配式耗能剪力墙结构。内本体板23和外本体板24与耗能钢板22实现可靠连接,且内本体板23和外本体板24的两端与钢管柱21之间留有空隙,以使得该内本体板23和外本体板24不影响钢管柱21和耗能钢板22的受力。
[0036]如图3和图4所示,耗能钢板22上的连接孔221的直径小于连接螺栓27的直径,在连接螺栓27穿过连接孔221是,该连接孔221的孔壁与连接螺栓27之间留设有变形空间,该变形空间能够确保耗能钢板22在耗能时不会影响连接螺栓27的连接,防止了耗能钢板22在耗能时对连接螺栓27连接强度的影响。较佳地,该连接孔221为椭圆形孔,在连接螺栓27穿过椭圆形孔后,该椭圆形孔的两侧壁于连接螺栓27之间形成有变形空间,能够吸收一定的形变,避免耗能钢板22在形变时对连接螺栓27产生形变力,进而对连接螺栓27的紧固连接造成破坏。
[0037]如图5所示,在耗能钢板22和钢管柱21的内侧覆设有第一防火板28a,第一防火板28a位于耗能钢板22处的部分设于内本体板23和耗能钢板22之间,第一防火板28a位于钢管柱21的部分与内本体板23的外表面平齐设置。在耗能钢板22和钢管柱21的外侧覆设有第二防火板28b,第二防火板28b位于耗能钢板22处的部分设于外本体板24和耗能钢板22之间,第二防火板28b位于钢管柱21的部分与外本体板24的外表面平齐设置。其中钢管柱21和耗能钢板22的内侧为靠近室内的一侧,外侧为靠近室外的一侧。通过设置第一防火板28a和第二防火板28b,使得耗能剪力墙结构20具有防火功能。作为本发明的一较佳实施方式,第一防火板28a和第二防火板28b对应第一连接套筒25和第二连接套筒26也预设有连接套筒,并通过连接螺栓27—并紧固连接。作为本发明的另一较佳实施方式,在第一防火板28a和内本体板23内预设第二连接套筒26,在第二防护板28b和外本体板24内预设第一连接套筒25,进而配合连接螺栓27—并紧固连接。在耗能剪力墙结构20的内侧面覆设有内装饰板28c,在外侧面覆设有保温板28d和外装饰板28e,内装饰板28c覆设于第一防火板28a和内本体板23的外表面,保温板28d覆设于第二防火板28b和外本体板23的外表面,外装饰板28e覆设于保温板28d的外表面。保温板起到了保温的功能,内装饰板和外装饰板起到了装饰的效果。通过设置保温板、装饰板、防火板,使得耗能剪力墙结构20集受力、保温、节能、和防火功能于一体,解决了钢构件的防火问题和墙体的保温节能问题。
[0038]在利用本发明的耗能剪力墙结构20施工形成住宅体系的墙体时,可单独采用该耗能剪力墙结构20拼接形成墙体,但这样做成本较高,对于钢结构住宅来说,主要的受力结构为钢结构柱和钢结构梁,位于钢结构柱和钢结构梁之间的墙体的受力较弱,所以对于墙体的强度要求会相对低一些,这样在施工墙体时,可将本发明的耗能剪力墙结构20作为钢结构柱来使用,设置于住宅结构或者建筑主体的结构柱的位置,在耗能剪力墙20的端部连接围护结构30。如图6所示,本发明的耗能剪力墙20的端部连接有围护结构30,该围护结构30包括沿墙体方向设置的首尾相接的多个围护单元31,围护单元31包括设于内部的钢龙骨311、装设在钢龙骨311外侧的外叶板313以及装设在钢龙骨311内侧的内叶板314,钢龙骨311的外侧为靠近室外的一侧,内侧为靠近室内的一侧。外叶板313和内叶板314与钢龙骨311的连接方式为:外叶板313内预设有第一螺纹套筒315,内叶板314内预设有与第一螺纹套筒315对应的第二螺纹套筒316,钢龙骨311的两侧设有连接耳板312,在连接耳板312上对应第一螺纹套筒315和第二螺纹套筒316开设有装配孔,通过紧固螺栓317螺合于第二螺纹套筒316,进而穿设装配孔并螺合于第一螺纹套筒315,从而实现了内叶板314、连接耳板312和外叶板313的紧固连接,就形成了围护单元31。
[0039]围护结构30的第一实施例,如图11所示,围护结构30的围护单元31上的外叶板313和内叶板314为混凝土板,两个混凝土板夹设在钢龙骨311的两侧,一起形成了围护单元31。在混凝土板内预设了第一螺纹套筒315和第二螺纹套筒316,然后配合紧固螺栓317紧固混凝土板和钢龙骨311。采用钢龙骨311和混凝土板的结合,满足了围护结构30的结构强度要求,且装配简单便捷。
[0040]围护结构30的第二实施例,如图12所示,围护单元31上的外叶板313包括依次设置的外防火板3131、外混凝土板3132、外保温板3133以及外饰板3134,外防火板3131覆于钢龙骨311的外侧,内叶板314包括依次设置的内防火板3141、内混凝土板3142以及内饰板3143,内防火板3141覆于钢龙骨的内侧。在外防火板3131和外混凝土板3132内预设了第一螺纹套筒315,在内防火板3141和内混凝土板3142内预设了第二螺纹套筒316,配合紧固螺栓317进行紧固连接。采用防火板、保温板、以及混凝土板,使得围护结构集受力、保温、节能、和防火功能于一体,解决了钢构件的防火问题和墙体的保温节能问题。
[0041]施工通长状的墙结构时,该墙结构的长度很长,可采用耗能剪力墙结构20与围护结构30交替拼接施工,在需要加固的位置,设置一段耗能剪力墙结构20,其余的采用围护结构30,能够满足墙结构的强度要求,且具有自重轻,强度高,抗震性能好,保温,防火,节能等优势。
[0042]施工住宅结构时,采用耗能剪力墙结构20作为住宅结构的柱结构,采用围护结构30作为住宅结构的墙结构,在住宅结构的柱结构处设置耗能剪力墙结构20,如图2、图7至如9所示,该耗能剪力墙结构20的形状可以根据需要设计为一字形、L形、T形或十字形,在耗能剪力墙结构20的端部连接围护结构30,一字形的耗能剪力墙结构20用于长度较长的墙结构的加固,L形的耗能剪力墙结构20设于直角连接的两个墙结构的连接处,T形组合墙用于连接三个墙体结构,十字形组合墙用于连接四个墙体结构。其中一字形耗能剪力墙结构20中的钢管柱21呈一字形设置,L形耗能剪力墙结构20中的钢管柱21呈L形设置,T形耗能剪力墙结构20中的钢管柱21呈T形设置,十字形耗能剪力墙结构20中的钢管柱21呈十字形设置。结合图3所示,住宅结构的梁结构40设于围护结构30和耗能剪力墙结构20之上,该梁结构采用钢梁,在住宅结构的一个楼层内,钢梁设于围护结构30之上,钢梁之上设置有上一楼层的围护结构30。这样利用耗能剪力墙结构20、围护结构30和钢梁,可方便的施工建筑住宅,整个住宅体系整体结构简单,强度高,自重轻,抗震性能高好,施工简便。
[0043] 如图10所示,显示了两个L形组合墙之间连接围护结构30,L形组合墙的另一端还可连接其他的围护结构,耗能剪力墙结构20和围护结构30的围合形成了住宅结构内的房间,在房间的转角处并无凸伸出的结构,本发明的耗能剪力墙结构20解决了室内阳角问题,保证了室内空间的完整性和适用性。
[0044]以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明,本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而,实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定,本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构,其特征在于,包括: 间隔设置的钢管柱,所述钢管柱内灌注有混凝土柱芯;以及 支设于相邻的两个所述钢管柱之间的耗能钢板,所述耗能钢板与对应的所述钢管柱连接。
2.如权利要求1所述的钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构,其特征在于,所述耗能钢板的内侧覆设有内本体板,外侧覆设有外本体板。
3.如权利要求2所述的钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构,其特征在于,所述外本体板内预设有第一连接套筒,所述内本体板内预设有与所述第一连接套筒对应的第二连接套筒,所述耗能钢板对应所述第一连接套筒和所述第二连接套筒开设有连接孔,通过连接螺栓螺合于所述第二连接套筒,进而穿设所述连接孔并螺合于所述第一连接套筒,从而实现所述耗能钢板、所述内本体板以及所述外本体板的紧固连接。
4.如权利要求3所述的钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构,其特征在于,所述连接孔的直径大于所述连接螺栓的直径,以令所述连接孔的孔壁与所述连接螺栓之间留设有变形空间。
5.如权利要求4所述的钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构,其特征在于,所述连接孔为椭圆形孔。
6.如权利要求2所述的钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构,其特征在于,所述耗能钢板和所述钢管柱的内侧覆设有第一防火板,所述第一防火板位于所述耗能钢板处的部分设于所述内本体板和所述耗能钢板之间;所述耗能钢板和所述钢管柱的外侧覆设有第二防火板,所述第二防火板位于所述耗能钢板处的部分设于所述外本体板和所述耗能钢板之间。
7.如权利要求6所述的钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构,其特征在于,所述第一防火板和所述内本体板的外表面覆设有内装饰板,所述第二防火板和所述外本体板的外表面覆设有外保温板和外装饰板。
8.如权利要求6所述的钢管混凝土密柱钢板耗能剪力墙结构,其特征在于,所述第二防火板和所述外本体板内预设有第一连接套筒,所述第一防火板和所述内本体板内预设有与所述第一连接套筒对应的第二连接套筒,所述耗能钢板对应所述第一连接套筒和所述第二连接套筒开设有连接孔,通过连接螺栓螺合于所述第二连接套筒,进而穿设所述连接孔并螺合于所述第一连接套筒,从而实现所述耗能钢板、所述内本体板、所述第一防火板、所述第二防火板以及所述外本体板的紧固连接。
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