CN108301532B - 一种沙漠砂轻骨料混凝土装配式剪力墙结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种沙漠砂轻骨料混凝土装配式剪力墙结构，包括基础、设置在基础上的墙肢、以及连接在墙肢间的连梁，墙肢主要由钢丝网、薄壁型钢以及钢丝笼等对应组成，钢丝网及钢丝笼上浇筑有沙漠砂轻骨料混凝土；墙肢间通过石棉板、钢丝网及沙漠砂轻骨料混凝土等对应浇筑连接；该结构质轻且材料易得，能可靠保证构件抗震承载力与变形能力，在满足承重的要求下又兼具良好的保温性能。具备“构造简单、运输安装便捷”的装配属性，尤其适用于新疆地区材料供应不足、人工素质低、技术力量短缺的边远村镇，可由村镇砖瓦队或农民自建完成。

Description

一种沙漠砂轻骨料混凝土装配式剪力墙结构
技术领域
本发明属于建筑领域，具体涉及一种适用于新疆村镇建筑的沙漠砂轻骨料混凝土装配式剪力墙结构。
背景技术
历次震害表明，绝大多数破坏性地震发生在农村和乡镇地区，由于经济条件不允许，以现浇圈梁、构造柱为代表的抗震措施往往难以得到有效执行，砌体结构、土木结构等村镇农房在地震中倒塌现象十分严重，即使在遭受同等地震烈度破坏条件下，村镇人口伤亡数量，建筑的倒塌破坏程度均远高于城市地区，其原因还是村镇建筑薄弱的抗震能力所致。另外，新疆气候寒冷，大部分农村地区冬季的采暖方式是以消耗燃煤为主，造成了大量的燃煤消耗，房屋的能耗水平普遍较高。因此，提出一种集抗震节能为一体的新型装配式轻钢—轻混组合剪力墙结构。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种集抗震节能为一体的沙漠砂轻骨料混凝土装配式剪力墙结构。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种沙漠砂轻骨料混凝土装配式剪力墙结构，包括基础、设置在基础上的墙肢、以及连接在墙肢间的连梁，所述墙肢包括A类异型墙肢、B类一字型墙肢以及C类窗下墙肢，所述B类一字型墙肢与C类窗下墙肢均为条板式结构；所述A类异型墙肢主要由作为纵横墙骨架的钢丝网、设置在纵横墙骨架交接处的薄壁型钢、以及设置在纵横墙骨架自由端头处并通过暗柱与钢丝网相结合的钢丝笼组成，所述B类一字型墙肢主要由钢丝网、设置在钢丝网两端部处并通过暗柱与钢丝网相结合的钢丝笼组成，所述A类异型墙肢与B类一字型墙肢的钢丝网及钢丝笼上均浇筑有沙漠砂轻骨料混凝土；所述C类窗下墙肢由钢丝网上浇筑沙漠砂轻骨料混凝土构成；所述A类异型墙肢上连接有B类一字型墙肢，连接在A类异型墙肢上的B类一字型墙肢间通过C类窗下墙肢及连梁连接成整体；不同类型的两墙肢缝隙间填充有石棉板，石棉板外包覆有水泥砂浆，位于缝隙外部处的两墙肢墙面上覆有钢丝网，以将两不同类型的墙肢连接成整体；两C类窗下墙肢缝隙间通过平口配合或通过设置在其两侧的键槽相互咬合连接成整体。
进一步，所述基础为阶梯型基础；所述A类异型墙肢的薄壁型钢插装在基础内，薄壁型钢内部灌装可与基础连接在一起的细石自密实混凝土，A类异型墙肢外部与基础坐浆连接并在墙肢与基础间增设连接件连接；所述B类一字型墙肢与基础坐浆连接，并在B类一字型墙肢与基础间增设连接件连接；所述C类窗下墙肢直接与基础坐浆连接。
进一步，所述A类异型墙肢的截面为L型、十字型或T型。
进一步，所述A类异型墙肢、B类一字型墙肢以及C类窗下墙肢的厚度均为140mm，宽度均为600mm。
进一步，所述沙漠砂轻骨料混凝土主要由水泥、粉煤灰、页岩陶粒、河砂、沙漠砂以及减水剂混合而成；所述水泥为42.5R普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；所述页岩陶粒的密度等级为600，颗粒粒径为5～20mm；所述减水剂的减水率为20％。
进一步，强度等级为LC15的沙漠砂轻骨料混凝土中，水灰比为0.45，砂率为38％～42％；每立方米原材料中，水泥320kg/m3、粉煤灰80kg/m3、页岩陶粒440kg/m3～460kg/m3、河砂380kg/m3～420kg/m3、沙漠砂280kg/m3～320kg/m3、水180kg/m3、高效减水剂8kg/m3。
进一步，强度等级为LC20的沙漠砂轻骨料混凝土中，水灰比为0.4，砂率为38％～42％；每立方米原材料中，水泥360kg/m3、粉煤灰90kg/m3、页岩陶粒440kg/m3～460kg/m3、河砂440kg/m3～480kg/m3、沙漠砂220kg/m3～260kg/m3、水195kg/m3、高效减水剂9kg/m3。
进一步，所述A类异型墙肢、B类一字型墙肢以及连梁上方采用槽钢压顶；所述槽钢上方设有屋面板。
本发明的有益效果在于：
(1)该结构采用沙漠砂轻骨料混凝土、薄壁型钢以及轻型钢丝网相结合的组成方式构成，具备良好的构件抗震承载力和变形能力，在纵横墙交接处采用异形构件，可有效提高装配结构关键部位的力学性能；轻型钢丝网与薄壁型钢替代现有的钢架、钢筋结构，在保证构件抗震承载力与变形能力的前提下减轻了骨架重量；混凝土材料采用沙漠砂轻骨料混凝土，其导热系数大大低于普通混凝土或砖砌体，使得该结构在满足承重的要求下又兼具良好的保温性能。
(2)通过合理的构造措施确保了结构体系在不同地震作用水准下均能表现出优异的整体抗震性能，小震下，A、B、C三类墙肢均不发生破坏，通过不同类型墙肢竖缝间的水泥砂浆刚性连接和同类型墙肢间的平口或键槽连接，整体协调变形抵抗地震作用；中大震下，不同类墙肢间竖缝水泥砂浆脆性挤压破坏，钢丝网拉裂，石棉板产生变形，墙肢间发生相对滑移，A、B、C三类墙肢因高宽比不同体现出不同的水平受力性能，可实现“A、B、C间竖向接缝滑移耗能→C类窗下墙肢及连梁剪切破坏→B类一字型墙肢延性弯曲损伤”的有序破坏模式和合理地震耗能机制，以保障作为骨架的A类异型墙肢不发生倒塌破坏，从而确保结构实现“中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。
(3)该结构具备“构造简单、运输安装便捷”的装配属性，墙肢构件截面为标准化600mm宽，截面尺寸小且容重轻，不同于传统的装配式大板剪力墙，其无需大型车辆运输，对机具吊装能力要求低，现场安装方式主要为连接件栓接，减少了现浇构件带来的支模、扎筋等技术环节，降低了技术难度，尤其适用于新疆地区材料供应不足、人工素质低、技术力量短缺的边远村镇，可由村镇砖瓦队完成。
(4)从选材方面看，由于沙漠砂轻骨料混凝土的导热系数大大低于普通混凝土或砖砌体，可有效降低村镇建筑的能耗水平。另外，新疆地处两大沙漠周边，拥有丰富的沙漠砂资源，沙漠砂轻骨料混凝土的使用可以起到充分利用地方资源、变废为宝的作用，从可持续发展的角度来看有着深远的现实意义和社会意义。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为A、B、C三类墙肢的连接状态示意图；
图3a为A类异型墙肢的结构示意图(L型)；
图3b为A类异型墙肢的结构示意图(T型)；
图3c为A类异型墙肢的结构示意图(十字型)；
图4为B类一字型墙肢的结构示意图；
图5为C类窗下墙肢的结构示意图；
图6为A类异型墙肢与基础的连接关系示意图；
图7为B类一字型墙肢与基础的连接关系示意图；
图8为C类窗下墙肢与基础的连接关系示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图所示，本发明中的沙漠砂轻骨料混凝土装配式剪力墙结构，包括基础1、设置在基础1上的墙肢、以及连接在墙肢间的连梁2，所述墙肢包括A类异型墙肢3、B类一字型墙肢4以及C类窗下墙肢5，所述B类一字型墙肢4与C类窗下墙肢5均为条板式结构；所述A类异型墙肢3主要由作为纵横墙骨架的钢丝网31、设置在纵横墙骨架交接处的薄壁型钢32、以及设置在纵横墙骨架自由端头处并通过暗柱与钢丝网31相结合的钢丝笼33组成，所述B类一字型墙肢4主要由钢丝网41、设置在钢丝网41两端部处并通过暗柱与钢丝网41相结合的钢丝笼42组成，所述A类异型墙肢3与B类一字型墙肢4的钢丝网31/41及钢丝笼33/42上均浇筑有沙漠砂轻骨料混凝土；所述C类窗下墙肢5由钢丝网51上浇筑沙漠砂轻骨料混凝土构成；所述A类异型墙肢3上连接有B类一字型墙肢4，连接在A类异型墙肢3上的B类一字型墙肢4间通过若干个C类窗下墙肢5以及连梁2连接成整体；不同类型的两墙肢缝隙间填充有石棉板6，石棉板6外包覆有水泥砂浆61，位于缝隙外部处的两墙肢墙面上覆有钢丝网62，以将两不同类型的墙肢连接成整体；两C类窗下墙肢5缝隙间通过平口配合或通过设置在其两侧的键槽52相互咬合连接成整体。
本发明中的B类一字型墙肢4与C类窗下墙肢5均为条板式结构，A类异型墙肢3为与B、C类墙肢尺寸相匹配的类条板式结构，通过将几种墙肢设置成小板块结构形式，不仅便于运输；更重要的是，降低了现场装配难度，将现有建筑的大量现浇改为大量连接件栓接加极少量的现浇，极大地减少了现浇构件带来的支模、扎筋等技术环节，具备“构造简单、运输安装便捷”的装配属性，尤其适用于新疆地区材料供应不足、人工素质低、技术力量短缺的边远村镇，可由村镇砖瓦队或农民自建完成。
在该结构中，三类墙肢间的连接方式各有不同，A类异型墙肢3作为框架柱，其只与B类一字型墙肢4连接，连接在A类异型墙肢3上的B类一字型墙肢4间则对应通过几个C类窗下墙肢5及连梁2相互连接。在A类异型墙肢3与B类一字型墙肢4间、B类一字型墙肢4与C类窗下墙肢5间的异类墙肢连接缝隙处，首先采用石棉板6填缝，填缝后在石棉板6外包覆水泥砂浆61，后找平，最后在位于缝隙外部处的两墙肢墙面上安装钢丝网62，通过外部的钢丝网62拉紧，最终实现两不同类型的墙肢的连接。对应的，在同类的C类窗下墙肢5间，则直接通过平口配合或通过设置在其两侧的键槽相互咬合连接成整体。
本实施例中，所述基础1为阶梯型基础；所述A类异型墙肢3的薄壁型钢32插装在基础1内，薄壁型钢32内部灌装可与基础1连接在一起的细石自密实混凝土34，A类异型墙肢3外部与基础1坐浆连接并在墙肢与基础间增设连接件连接；即型钢外部的墙肢部分与基础先坐浆连接，再通过L型连接件9及锚栓将墙肢与基础连接；所述B类一字型墙肢4先与基础坐浆连接，再通过L型连接件9及锚栓将B类一字型墙肢与基础1连接紧固；C类窗下墙肢5与基础1直接坐浆连接。该连接关系由弱至强层次设置，不同位置的抗震能力不同，便于实现三类墙肢的协调变形。
该结构系统的抗震设防原理为：
A类异型墙肢作为“体系中大震不倒”的最后一道防线，通过“强截面+强连接”来实现，即在纵横墙交接处与基础采用薄壁型钢32后灌细石自密实混凝土34套筒连接，墙肢水平坐浆加连接件栓接方式，竖向与B类一字型墙肢4间采用石棉板6填缝，并用10mm刚性水泥砂浆找平后外覆钢丝网连接。
B类一字型墙肢作为“大震损伤耗能”的第二道防线，通过“中强截面+中强连接”来实现，即墙肢采用轻型钢丝网与端部钢丝笼暗柱相结合的构造方式，与基础采用坐浆加连接件栓接的方式，竖向与C类窗下墙肢间采用石棉板6填缝，并用10mm刚性水泥砂浆找平后外覆钢丝网连接。
C类窗下墙肢与连梁共同作为“大震破坏可更换”的第一道防线，通过“弱截面+弱连接”来实现，即采用轻型钢丝网构造，与基础坐浆连接，几个C类窗下墙肢间则采用键槽相互连接。
具体的，小震下，A、B、C三类墙肢均不发生破坏，通过不同类型墙肢竖缝间的水泥砂浆刚性连接和同类型墙肢间的平口或键槽连接，整体协调变形抵抗地震作用；中大震下，不同类墙肢间竖缝水泥砂浆脆性挤压破坏，钢丝网拉裂，石棉板产生变形，墙肢间发生相对滑移，A、B、C三类墙肢因高宽比不同体现出不同的水平受力性能，可实现“A、B、C间竖向接缝滑移耗能→C类窗下墙肢及连梁剪切破坏→B类一字型墙肢延性弯曲损伤”的有序破坏模式和合理地震耗能机制，以保障作为骨架的A类异型墙肢不发生倒塌破坏，从而确保结构实现“中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。
本实施例中C类窗下墙肢5两侧对应设有多个C类窗下墙肢相匹配的键槽，便于将几个条板结构快速连接成整体。
本实施例中的A类异型墙肢的截面为L型、十字型或T型。
作为上述方案的进一步改进，所述A类异型墙肢、B类一字型墙肢以及C类窗下墙肢的厚度均为140mm，宽度均为600mm。墙肢构件截面设置成标准化的600mm宽，其截面尺寸小且容重轻，不同于传统的装配式大板剪力墙，故无需大型车辆运输，对机具吊装能力要求低，现场安装方式主要为连接件栓接，减少了现浇构件带来的支模、扎筋等技术环节，降低了技术难度。
本实施例中的沙漠砂轻骨料混凝土主要由水泥、粉煤灰、页岩陶粒、河砂、沙漠砂以及减水剂混合而成；所述水泥为42.5R普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；所述页岩陶粒的密度等级为600，颗粒粒径为5～20mm；所述减水剂的减水率为20％。
具体的，强度等级为LC15的沙漠砂轻骨料混凝土中，水灰比为0.45，砂率为41％；每立方米原材料中，水泥320kg/m3、粉煤灰80kg/m3、页岩陶粒451.4kg/m3、河砂400.1kg/m3、沙漠砂319.31kg/m3、水180kg/m3、高效减水剂8kg/m3。强度等级为LC20的沙漠砂轻骨料混凝土中，水灰比为0.4，砂率为38％；每立方米原材料中，水泥360kg/m3、粉煤灰90kg/m3、页岩陶粒450kg/m3、河砂466.8kg/m3、沙漠砂239.3kg/m3、水195kg/m3、高效减水剂9kg/m3。
该沙漠砂轻骨料混凝土容重轻，配制出的两种强度等级的沙漠砂轻骨料混凝土容重均在1650kg/m3以下，比普通混凝土轻1/3左右；且其导热系数低，试验测得其导热系数在0.82左右，低于普通混凝土与普通砖砌体的导热系数，具有较好的保温性能。综上，沙漠砂轻骨料混凝土既能够满足轻骨料混凝土的各项指标要求，还能有效降低造价，起到变废为宝的作用。
本实施例中，所述A类异型墙肢、B类一字型墙肢以及连梁上方采用槽钢7压顶，槽钢上方设有屋面板8。
总的来说，该结构用轻型钢丝网与薄壁型钢替代现有的钢架、钢筋结构，在保证构件抗震承载力与变形能力的前提下减轻了骨架重量，混凝土材料采用沙漠砂轻骨料混凝土，在满足承重的要求下又兼具保温的性能。该结构特别选用沙漠砂轻骨料混凝土，此混凝土的导热系数大大低于普通混凝土或砖砌体，具有良好的保温性能；另外，新疆地处两大沙漠周边，拥有丰富的沙漠砂资源，沙漠砂轻骨料混凝土的使用可以起到充分利用地方资源、变废为宝的作用，从可持续发展的角度来看有着深远的现实意义和社会意义。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种沙漠砂轻骨料混凝土装配式剪力墙结构，包括基础、设置在基础上的墙肢、以及连接在墙肢间的连梁，其特征在于：所述墙肢包括A类异型墙肢 、B类一字型墙肢以及C类窗下墙肢，所述B类一字型墙肢与C类窗下墙肢均为条板式结构；所述A类异型墙肢主要由作为纵横墙骨架的钢丝网、设置在纵横墙骨架交接处的薄壁型钢、以及设置在纵横墙骨架自由端头处并通过暗柱与钢丝网相结合的钢丝笼组成，所述B类一字型墙肢主要由钢丝网、设置在钢丝网两端部处并通过暗柱与钢丝网相结合的钢丝笼组成，所述A类异型墙肢与B类一字型墙肢的钢丝网及钢丝笼上均浇筑有沙漠砂轻骨料混凝土；所述C类窗下墙肢由钢丝网上浇筑沙漠砂轻骨料混凝土构成；所述A类异型墙肢上连接有B类一字型墙肢，连接在A类异型墙肢上的B类一字型墙肢间通过C类窗下墙肢及连梁连接成整体；不同类型的两墙肢缝隙间填充有石棉板，石棉板外包覆有水泥砂浆，位于缝隙外部处的两墙肢墙面上覆有钢丝网，以将两不同类型的墙肢连接成整体；两C类窗下墙肢缝隙间通过平口配合或通过设置在其两侧的键槽相互咬合连接成整体；所述A类异型墙肢的截面为L型、十字型或T型；A类异型墙肢作为框架柱，其只与B类一字型墙肢连接。
2.根据权利要求1所述的沙漠砂轻骨料混凝土装配式剪力墙结构，其特征在于：所述基础为阶梯型基础；所述A类异型墙肢的薄壁型钢插装在基础内，薄壁型钢内部灌装可与基础连接在一起的细石自密实混凝土，A类异型墙肢外部与基础坐浆连接并在墙肢与基础间增设连接件连接；所述B类一字型墙肢与基础坐浆连接，并在B类一字型墙肢与基础间增设连接件连接；所述C类窗下墙肢直接与基础坐浆连接。
3.根据权利要求1所述的沙漠砂轻骨料混凝土装配式剪力墙结构，其特征在于：所述A类异型墙肢、B类一字型墙肢以及C类窗下墙肢的厚度均为140mm，宽度均为600 mm。
4.根据权利要求1～3任一项所述的沙漠砂轻骨料混凝土装配式剪力墙结构，其特征在于：所述沙漠砂轻骨料混凝土主要由水泥、粉煤灰、页岩陶粒、河砂、沙漠砂以及减水剂混合而成；所述水泥为42.5R普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；所述页岩陶粒的密度等级为600，颗粒粒径为5～20mm；所述减水剂的减水率为20%。
5.根据权利要求4所述的沙漠砂轻骨料混凝土装配式剪力墙结构，其特征在于：强度等级为LC15的沙漠砂轻骨料混凝土中，水灰比为0.45，砂率为38%～42%；每立方米原材料中，水泥320 kg/m3、粉煤灰80 kg/m3、页岩陶粒440 kg/m3～460 kg/m3、河砂380 kg/m3～420kg/m3、沙漠砂280 kg/m3～320 kg/m3、水180 kg/m3、高效减水剂8 kg/m3。
6.根据权利要求4所述的沙漠砂轻骨料混凝土装配式剪力墙结构，其特征在于：强度等级为LC20的沙漠砂轻骨料混凝土中，水灰比为0.4，砂率为38%～42%；每立方米原材料中，水泥360 kg/m3、粉煤灰90 kg/m3、页岩陶粒440 kg/m3～460 kg/m3、河砂440kg/m3～480 kg/m3、沙漠砂220kg/m3～260 kg/m3、水195 kg/m3、高效减水剂9 kg/m3。
7.根据权利要求4所述的沙漠砂轻骨料混凝土装配式剪力墙结构，其特征在于：所述A类异型墙肢 、B类一字型墙肢以及连梁上方采用槽钢压顶；所述槽钢上方设有屋面板。
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